Python NumPy教程之二元计算详解

二元运算符作用于位，进行逐位运算。二元运算只是组合两个值以创建新值的规则。

numpy.bitwise_and()： 此函数用于计算两个数组元素的按位与。 此函数计算输入数组中整数的底层二进制表示的按位与。

代码#1：

# 解释 bitwise_and() 函数的 Python 程序

import numpy as geek
in_num1 = 10
in_num2 = 11

print ("Input  number1 : ", in_num1)
print ("Input  number2 : ", in_num2) 

out_num = geek.bitwise_and(in_num1, in_num2)
print ("bitwise_and of 10 and 11 : ", out_num)

在 IDE 上运行

输出 ：

Input  number1 :  10
Input  number2 :  11
bitwise_and of 10 and 11 :  10

代码#2：

# 解释 bitwise_and() 函数的 Python 程序

import numpy as geek

in_arr1 = [2, 8, 125]
in_arr2 = [3, 3, 115]

print ("Input array1 : ", in_arr1)
print ("Input array2 : ", in_arr2)

out_arr = geek.bitwise_and(in_arr1, in_arr2)
print ("Output array after bitwise_and: ", out_arr)

在 IDE 上运行

输出 ：

Input array1 :  [2, 8, 125]
Input array2 :  [3, 3, 115]
Output array after bitwise_and:  [  2   0 113]

numpy.bitwise_or()： 此函数用于计算两个数组元素的按位或。 此函数计算输入数组中整数的底层二进制表示的按位或。

代码#1：

# 解释 bitwise_or() 函数的 Python 程序

import numpy as geek
in_num1 = 10
in_num2 = 11

print ("Input  number1 : ", in_num1)
print ("Input  number2 : ", in_num2) 

out_num = geek.bitwise_or(in_num1, in_num2)
print ("bitwise_or of 10 and 11 : ", out_num)

在 IDE 上运行

输出 ：

Input  number1 :  10
Input  number2 :  11
bitwise_or of 10 and 11 :  11

代码#2：

# 解释 bitwise_or() 函数的 Python 程序

import numpy as geek

in_arr1 = [2, 8, 125]
in_arr2 = [3, 3, 115]

print ("Input array1 : ", in_arr1)
print ("Input array2 : ", in_arr2)

out_arr = geek.bitwise_or(in_arr1, in_arr2)
print ("Output array after bitwise_or: ", out_arr)

在 IDE 上运行

输出 ：

Input array1 :  [2, 8, 125]
Input array2 :  [3, 3, 115]
Output array after bitwise_or:  [  3  11 127]

numpy.bitwise_xor()： 此函数用于计算两个数组元素的按位异或。 此函数计算输入数组中整数的底层二进制表示的按位异或。

代码#1：

# 解释 bitwise_xor() 函数的 Python 程序

import numpy as geek
in_num1 = 10
in_num2 = 11

print ("Input  number1 : ", in_num1)
print ("Input  number2 : ", in_num2) 

out_num = geek.bitwise_xor(in_num1, in_num2)
print ("bitwise_xor of 10 and 11 : ", out_num)

在 IDE 上运行

输出 ：

Input  number1 :  10
Input  number2 :  11
bitwise_xor of 10 and 11 :  1

代码#2：

# 解释 bitwise_xor() 函数的 Python 程序

import numpy as geek

in_arr1 = [2, 8, 125]
in_arr2 = [3, 3, 115]

print ("Input array1 : ", in_arr1)
print ("Input array2 : ", in_arr2)

out_arr = geek.bitwise_xor(in_arr1, in_arr2)
print ("Output array after bitwise_xor: ", out_arr)

在 IDE 上运行

输出 ：

Input array1 :  [2, 8, 125]
Input array2 :  [3, 3, 115]
Output array after bitwise_xor:  [ 1 11 14]

numpy.invert()： 此函数用于计算数组元素的按位反转。 它计算输入数组中整数的底层二进制表示的按位 NOT。

对于有符号整数输入，返回二进制补码。在二进制补码系统中，负数由绝对值的二进制补码表示。

代码#1：

# 解释 invert() 函数的 Python 程序

import numpy as geek
in_num = 10
print ("Input  number : ", in_num)

out_num = geek.invert(in_num)
print ("inversion of 10 : ", out_num)

在 IDE 上运行

输出 ：

Input  number :  10
inversion of 10 :  -11

代码#2：

# 解释 invert() 函数的 Python 程序

import numpy as geek

in_arr = [2, 0, 25]
print ("Input array : ", in_arr)

out_arr = geek.invert(in_arr)
print ("Output array after inversion: ", out_arr) 

在 IDE 上运行

输出 ：

Input array :  [2, 0, 25]
Output array after inversion:  [ -3  -1 -26]

numpy.left_shift()： 此函数用于将整数的位向左移动。通过在 arr1 的右侧附加 arr2 0s（零）来向左移动位。由于数字的内部表示是二进制格式，所以这个操作相当于 arr1 乘以 2**arr2。例如，如果数字是 5，我们想要左移 2 位，那么在左移 2 位之后，结果将是 5*(2^2) = 20

代码#1：

# 解释 left_shift() 函数的 Python 程序

import numpy as geek
in_num = 5
bit_shift = 2

print ("Input  number : ", in_num)
print ("Number of bit shift : ", bit_shift ) 

out_num = geek.left_shift(in_num, bit_shift)
print ("After left shifting 2 bit  : ", out_num)

在 IDE 上运行

输出 ：

Input  number :  5
Number of bit shift :  2
After left shifting 2 bit  :  20

代码#2：

# 解释 left_shift() 函数的 Python 程序

import numpy as geek

in_arr = [2, 8, 15]
bit_shift =[3, 4, 5]

print ("Input array : ", in_arr)
print ("Number of bit shift : ", bit_shift)

out_arr = geek.left_shift(in_arr, bit_shift)
print ("Output array after left shifting: ", out_arr)

在 IDE 上运行

输出 ：

Input array :  [2, 8, 15]
Number of bit shift :  [3, 4, 5]
Output array after left shifting:  [ 16 128 480]

numpy.right_shift()： 该函数用于将整数的位右移。由于数字的内部表示是二进制格式，因此该操作相当于将 arr1 除以 2**arr2。例如，如果数字是 20，我们想要右移 2 位，那么在右移 2 位之后，结果将是 20/(2^2) = 5。

代码#1：

# 解释 right_shift() 函数的 Python 程序

import numpy as geek
in_num = 20
bit_shift = 2

print ("Input  number : ", in_num)
print ("Number of bit shift : ", bit_shift ) 

out_num = geek.right_shift(in_num, bit_shift)

在 IDE 上运行

输出 ：

Input  number :  20
Number of bit shift :  2
After right shifting 2 bit  :  5

代码#2：

# 解释 right_shift() 函数的 Python 程序

import numpy as geek

in_arr = [24, 48, 16]
bit_shift =[3, 4, 2]

print ("Input array : ", in_arr)
print ("Number of bit shift : ", bit_shift)

out_arr = geek.right_shift(in_arr, bit_shift)
print ("Output array after right shifting: ", out_arr)

在 IDE 上运行

输出 ：

Input array :  [24, 48, 16]
Number of bit shift :  [3, 4, 2]
Output array after right shifting:  [3 3 4]

numpy.binary_repr(number, width=None)： 该函数用于将输入数字的二进制形式表示为字符串。对于负数，如果未给出宽度，则在前面添加一个减号。如果给出了宽度，则返回与该宽度相关的数字的二进制补码。

在二进制补码系统中，负数由绝对值的二进制补码表示。这是在计算机上表示有符号整数的最常用方法。

代码#1：

# 解释 binary_repr() 函数的 Python 程序

import numpy as geek
in_num = 10

print ("Input  number : ", in_num)

out_num = geek.binary_repr(in_num)
print ("binary representation of 10 : ", out_num)

在 IDE 上运行

输出 ：

Input  number :  10
binary representation of 10 :  1010

代码#2：

# 解释 binary_repr() 函数的 Python 程序
import numpy as geek

in_arr = [5, -8 ]

print ("Input array : ", in_arr) 

# 不使用宽度参数的第一个数组元素的二进制表示
out_num = geek.binary_repr(in_arr[0])
print("Binary representation of 5")
print ("Without using width parameter : ", out_num) 

# 使用宽度参数的第一个数组元素的二进制表示
out_num = geek.binary_repr(in_arr[0], width = 5)
print ("Using width parameter: ", out_num) 

print("\nBinary representation of -8")

# 不使用宽度参数的第二个数组元素的二进制表示
out_num = geek.binary_repr(in_arr[1])
print ("Without using width parameter : ", out_num) 

# 使用宽度参数的第二个数组元素的二进制表示
out_num = geek.binary_repr(in_arr[1], width = 5)
print ("Using width parameter : ", out_num) 

在 IDE 上运行

输出 ：

Input array :  [5, -8]
Binary representation of 5 
Without using width parameter :  101
Using width parameter:  00101

Binary representation of -8  
Without using width parameter :  -1000
Using width parameter :  11000

numpy.packbits(myarray, axis=None) ： 此函数用于将二进制值数组的元素打包成 uint8 数组中的位。通过在末尾插入零位将结果填充到完整字节。

代码#1：

# 解释 packbits() 函数的 Python 程序
import numpy as np

# 使用数组函数创建数组
a = np.array([[[1,0,1],
             [0,1,0]],
             [[1,1,0],
             [0,0,1]]])

# 使用 packbits() 函数打包数组的元素
b = np.packbits(a, axis=-1)

print(b)

在 IDE 上运行

输出 ：

[[[160],[64]],[[192],[32]]]

numpy.unpackbits(myarray, axis=None) ： 此函数用于将 uint8 数组的元素解包为二进制值输出数组。 myarray 的每个元素表示应解包为二进制值输出数组的位字段. 输出数组的形状是一维的（如果轴为无）或与输入数组的形状相同，并沿指定的轴进行解包。

代码#1：

# 解释 unpackbits() 函数的 Python 程序
import numpy as np

# 使用数组函数创建数组
a = np.array([[2], [7], [23]], dtype=np.uint8)

# 使用 packbits() 函数打包数组的元素
b = np.unpackbits(a, axis = 1)

print(b)

在 IDE 上运行

输出 ：

[[0, 0, 0, 0, 0, 0, 1, 0],
 [0, 0, 0, 0, 0, 1, 1, 1],
 [0, 0, 0, 1, 0, 1, 1, 1]]

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