NumPy ビット演算

ビット演算は、2進数のビットレベルで操作を行う演算の一種であり、数値の全体的な値を考慮せずに、2進数の各ビットを直接操作します。

NumPyは一連のビット演算関数を提供しており、配列の要素に対してビット単位の操作を行うことができます。これらの操作はPythonのビット演算子と似ていますが、NumPy配列に作用し、ベクトル化処理をサポートしているため、パフォーマンスがより高くなっています。

ビット演算はコンピュータサイエンスにおいて、最適化や低レベルデータの処理に広く応用されています。

NumPy bitwise_先頭の関数はビット演算関数です。

NumPyのビット演算には以下の関数が含まれます：

次の演算子も使用できます："&"、"~"、"|"、"^"などの演算子を使用して計算できます：

1. AND演算（&）：対応するビットの2つの数値が両方とも1の場合、結果は1になります。それ以外の場合、結果は0になります。

   例：1010 & 1100 = 1000

2. OR演算（|）：対応するビットの2つの数値のいずれかが1の場合、結果は1になります。それ以外の場合、結果は0になります。

   例：1010 | 1100 = 1110

3. XOR演算（^）：対応するビットの2つの数値が異なる場合、結果は1になります。同じ場合、結果は0になります。

   例：1010 ^ 1100 = 0110

4. NOT演算（~）：数値の各ビットを反転します。つまり、0は1に、1は0になります。

   例：~1010 = 0101

5. 左シフト演算（<<）：数値のすべてのビットを指定したビット数だけ左に移動し、右側を0で埋めます。

   例：1010 << 2 = 101000

6. 右シフト演算（>>）：数値のすべてのビットを指定したビット数だけ右に移動し、左側は符号ビットに応じて0または符号ビットで埋めます。

   例：1010 >> 2 = 0010

bitwise_and

bitwise_and() 関数は、配列内の整数の2進数形式に対してビット単位のAND演算を実行します。

出力結果は次のとおりです：

13 和 17 的二进制形式：
0b1101 0b10001


13 和 17 的位与：
1

上記の実例は、次の表で説明できます：

ビット単位のAND演算の規則は次のとおりです：

bitwise_or

bitwise_or() 関数は、配列内の整数の2進数形式に対してビット単位のOR演算を実行します。

出力結果は次のとおりです：

13 和 17 的二进制形式：
0b1101 0b10001
13 和 17 的位或：
29

上記の実例は、次の表で説明できます：

ビット単位のOR演算の規則は次のとおりです：

invert

invert() 関数は、配列内の整数に対してビット反転演算を行います。つまり、0 は 1 に、1 は 0 になります。

符号付き整数の場合、その2進数の補数を取り、その後 +1 します。2進数では、最上位ビットが0の場合は正数を表し、最上位ビットが1の場合は負数を表します。

~1 の計算手順を見てみましょう：

• 将1（ここでは「原码」と呼びます）2進数に変換 ＝00000001
• ビット反転 ＝ 11111110
• 符号ビット（つまり最上位ビット）が1（負数を表す）場合、符号ビット以外の他のビットを反転 ＝10000001
• 最下位ビットに1を加えて補数を取る ＝10000010
• 10進数に戻す ＝-2

式	2進数値（2の補数）	10進数値
5	00000000 00000000 00000000 00000101	5
~5	11111111 11111111 11111111 11111010	-6

出力結果は次のとおりです：

13 的位反转，其中 ndarray 的 dtype 是 uint8：
[242]


13 的二进制表示：
00001101


242 的二进制表示：
11110010

left_shift

left_shift() 関数は、配列要素の2進数形式を指定した位置だけ左に移動し、右側に同数の 0 を追加します。

出力結果は次のとおりです：

将 10 左移两位：
40


10 的二进制表示：
00001010


40 的二进制表示：
00101000

right_shift

right_shift() 関数は、配列要素の2進数形式を指定した位置だけ右に移動し、左側に同数の 0 を追加します。

出力結果は次のとおりです：

将 40 右移两位：
10


40 的二进制表示：
00101000


10 的二进制表示：
00001010