Lesson11——NumPy 位運算

cute_Learner發表於2022-02-14

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Lesson11——NumPy 位運算

　　NumPy "bitwise_" 開頭的函式是位運算函式。

　　NumPy 位運算包括以下幾個函式：

函式描述
bitwise_and 對陣列元素執行位與操作
bitwise_or 對陣列元素執行位或操作
bitwise_xor 對陣列元素執行位異或操作
invert 按位取反
left_shift 向左移動二進位制表示的位
right_shift 向右移動二進位制表示的位
binary_repr 以字串形式返回輸入數字的二進位制表示形式

　　注：也可以使用 "&"、 "~"、 "|" 和 "^" 等操作符進行計算。

1.1 bitwise_and

　　bitwise_and() 函式對陣列中整數的二進位制形式執行位與運算。

Example:

a,b = 13,17
print ('13 的二進位制形式：')
print (bin(a))
print ('17 的二進位制形式：')
print (bin(b))
print ('13 和 17 的位與：')
print (np.bitwise_and(13, 17))
"""
13 的二進位制形式：
0b1101
17 的二進位制形式：
0b10001
13 和 17 的位與：
1
"""

Example:

x1 = np.array([2, 5, 255])
x2 = np.array([3, 14, 16])
print(x1 & x2)
"""
[ 2  4 16]
"""

1.2 bitwise_or

　　bitwise_or()函式對陣列中整數的二進位制形式執行位或運算。

Example:

print ('13 和 17 的位或：')
print (np.bitwise_or(13, 17))
"""
13 和 17 的位或：
29
"""

Example:

x1 = np.array([2, 5, 255])
x2 = np.array([4, 4, 4])
print(x1 | x2)
"""
[  6   5 255]
"""

1.3 bitwise_xor

　　bitwise_xor() 函式對陣列中整數的二進位制形式執行位異或運算。

Example:

print ('13 和 17 的異或：')
print (np.bitwise_xor(13, 17))
"""
13 和 17 的異或：
28
"""

Examples:

x1 = np.array([True, True])
x2 = np.array([False, True])
print(x1 ^ x2)
"""
[ True False]
"""

1.4 invert

　　invert() 函式對陣列中整數進行位取反運算，即 0 變成 1，1 變成 0。

　　對於有符號整數，取該二進位制數的補碼，然後 +1。二進位制數，最高位為0表示正數，最高位為 1 表示負數。

　　看看 ~1 的計算步驟：

    • 將1(這裡叫：原碼)轉二進位制 ＝ 00000001

    • 按位取反 ＝ 11111110

    • 發現符號位(即最高位)為1(表示負數)，將除符號位之外的其他數字取反 ＝ 10000001

    • 末位加1取其補碼 ＝ 10000010

    • 轉換回十進位制 ＝ -2

Examples:

print ('13 的位反轉，其中 ndarray 的 dtype 是 int8：')
print (np.invert(np.array([13], dtype = np.int8)))
print ('13 的位反轉，其中 ndarray 的 dtype 是 uint8：')
print (np.invert(np.array([13], dtype = np.uint8)))
# 比較 13 和 242 的二進位制表示，我們發現了位的反轉
print ('13 的二進位制表示：')
print (np.binary_repr(13, width = 8))
print ('242 的二進位制表示：')
print (np.binary_repr(242, width = 8))
"""
13 的位反轉，其中 ndarray 的 dtype 是 int8：
[-14]
13 的位反轉，其中 ndarray 的 dtype 是 uint8：
[242]
13 的二進位制表示：
00001101
242 的二進位制表示：
11110010
"""

Examples:

x = np.array([True,False])
print(~x)
"""
[False  True]
"""

1.5 left_shift

　　left_shift() 函式將陣列元素的二進位制形式向左移動到指定位置，右側附加相等數量的 0。

Example：

print(np.binary_repr(5))
print(np.left_shift(5,2))
print(np.binary_repr(20))
"""
101
20
10100
"""
print(np.left_shift(5,[1,2,3]))
"""
[10 20 40]
"""
print(np.binary_repr(5,width=8))
print(np.binary_repr(20,width=8))
"""
101
20
10100
[10 20 40]
00000101
00010100
"""

Example：

x1 = 5
x2 = np.array([1, 2, 3])
print(x1 << x2)
"""
[10 20 40]
"""

1.6 right_shift

　　right_shift() 函式將陣列元素的二進位制形式向右移動到指定位置，左側附加相等數量的 0。

Example：

print ('將 40 右移兩位：')
print (np.right_shift(40,2))
 
print ('40 的二進位制表示：')
print (np.binary_repr(40, width = 8))
 
print ('10 的二進位制表示：')
print (np.binary_repr(10, width = 8))
#  '00001010' 中的兩位移動到了右邊，並在左邊新增了兩個 0。
"""
將 40 右移兩位：
10
40 的二進位制表示：
00101000
10 的二進位制表示：
00001010
"""

Example：

x1 = 10
x2 = np.array([1,2,3])
print(x1 >> x2)
"""
[5 2 1]
"""

1.7 binary_repr

　　binary_repr() 以字串形式返回輸入數字的二進位制表示形式。

Example：

print(np.binary_repr(3))
print(np.binary_repr(-3))
print(np.binary_repr(3, width=4))
"""
11
-11
0011
"""
print(np.binary_repr(-3, width=3))
print(np.binary_repr(-3, width=5))
"""
11
-11
0011
101
11101
"""

 

 

 

 

 

 

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