Numpy：检查数组中的某个位是否设置为1或0？

Question

假设如下：

bitstring = numpy.random.random_integers(0,2**32,size=8).astype(numpy.uint32)

如何找出 256 位中的哪一个被设置为 1？我有这个……但这太疯狂了，不是吗？

maximum = (2**32)-1
for checkbit in range (256):
    yes = bool(numpy.bitwise_and((2**checkbit)%maximum, bitstring[  (  (checkbit // maximum) + checkbit % maximum ) // 32  ] ) )
    print 'bit', checkbit, 'set to', yes, 'in string', (  (checkbit // maximum) + checkbit % maximum ) // 32

我相信答案可能非常简单，但谷歌根本没有帮助，this related question is referring only to bytes。

由于我需要执行此操作数十亿次，我想知道是否有一种 Python 方法可以让它尽可能快地工作。

Answer 1

我不确定您是否要计算“1”位的数量或检查是否设置了特定位。

要检查，我想更简单的方法是：bool(n&(1<<b))，其中n 是被测试的数字，b 是位（从 0 开始）。

要计算“1”位的数量，我想没有什么比查找表更快的了。 例如，您可以使用 65k 的内存并将 256 位分成 16 组，每组 16 位。然后，在表格中查找计数器的值。

为了生成表格，您可以使用任何其他提到的方法。例如：

table = [bin(i).count('1') for i in xrange(1<<16)]

然后，要计算位数，您可以将表格中的值相加，例如：

n = 0x123456789123456789
cnt = 0
while n > 0:
    cnt += table[n%((1<<16)-1)]
    n >>= 16

如果你有足够的内存，你可以增加你的表。对于 32 位表，您将需要 4GB 内存。这是处理与内存消耗的经典权衡。

Answer 2

您可以使用[np.unpackbits]1，尽管您首先必须将您的数组视为np.uint8，并注意弄清楚系统的字节序如何影响您获得的结果：

>>> np.unpackbits(bitstring.view(np.uint8))
array([1, 0, 1, 1, 1, 1, 1, 1, 0, 0, 1, 0, 0, 0, 0, 1, 1, 1, 0, 0, 1, 0, 1,
       1, 0, 0, 1, 0, 0, 1, 1, 0, 0, 0, 1, 1, 1, 1, 0, 0, 0, 1, 0, 1, 1, 0,
       0, 1, 1, 1, 1, 1, 1, 0, 0, 1, 0, 0, 1, 1, 0, 1, 0, 1, 1, 0, 0, 1, 1,
       1, 0, 0, 1, 0, 1, 1, 0, 1, 1, 0, 0, 1, 1, 1, 0, 0, 1, 0, 0, 0, 1, 0,
       1, 1, 1, 1, 0, 1, 0, 0, 1, 1, 0, 0, 0, 1, 0, 0, 0, 0, 0, 1, 1, 0, 1,
       0, 0, 0, 0, 0, 0, 0, 0, 0, 0, 0, 1, 1, 1, 1, 1, 1, 1, 1, 0, 1, 1, 1,
       1, 0, 1, 0, 0, 0, 1, 1, 0, 0, 1, 1, 0, 1, 0, 0, 1, 0, 1, 1, 0, 0, 0,
       1, 1, 1, 1, 0, 0, 1, 0, 1, 1, 1, 1, 0, 1, 0, 1, 0, 0, 1, 1, 0, 1, 1,
       0, 0, 0, 0, 0, 0, 0, 0, 1, 0, 1, 1, 0, 0, 1, 1, 0, 0, 0, 1, 1, 0, 1,
       1, 0, 0, 1, 1, 0, 1, 0, 0, 0, 1, 0, 1, 1, 0, 1, 0, 1, 1, 0, 0, 1, 0,
       0, 0, 0, 0, 1, 0, 0, 1, 0, 0, 1, 1, 1, 1, 0, 0, 0, 0, 0, 1, 0, 1, 0,
       0, 0, 0], dtype=uint8)

Answer 3

您可以使用bin将python中的数字转换为二进制字符串

n = 4187390046
binary_str = bin(n)

产量

Out[7]: '0b11111001100101101000000001011110'

然后您可以在该字符串中找到 1 的所有索引，例如

def find_ones(s):
    return [i - 2 for i, bit in enumerate(s) if bit == '1']

因为二进制字符串有前导0b，你应该相应地调整值