G-Fact 19（布林值上的邏輯非和按位非運算子）

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布林運算子是計算機科學中邏輯的基礎。它們用於對二進位制資料執行邏輯和按位運算。在 Python 中，邏輯非運算子用於否定布林表示式，而按位非運算子用於反轉數字中的位。在這篇博文中，我們將探討 Python 中布林值上的邏輯非和按位非運算子。

運算元和真值表

Python 中的布林運算子有“and”、“or”和“not”。如果兩個運算元都為 True，則“and”運算子的結果為 True，否則為 False。“or”運算子如果至少一個運算元為 True，則結果為 True，否則為 False。與運算元的真值相反，“not”運算子產生相反的結果。

以下是“and”和“or”運算子的真值表：

運算元 1	運算元 2	"and"	"or"
True	True	True	True
True	False	False	True
False	True	False	True
False	False	False	False

對於“not”運算子，它只有一個運算元，其真值表如下：

運算元	"not"
True	False
False	True

演算法

邏輯非運算子返回布林表示式的相反值。如果表示式為真，則返回假。如果表示式為假，則結果為真。邏輯非運算子的演算法如下：

• 評估布林表示式。

• 如果表示式為真，則返回假。

• 如果表示式為假，則返回真。

按位非運算子返回數字的補碼。它反轉數字中的所有位，因此每個 0 變成 1，每個 1 變成 0。按位非運算子的演算法如下：

• 將數字轉換為二進位制。

• 反轉所有位。

• 將生成的二進位制數轉換回十進位制。

示例 1：邏輯非運算子

x = True
y = not x
print(y)

輸出

False

示例 2：按位非運算子

x = 5  # Decimal 5 is binary 101
y = ~x  # Invert all bits, result is binary -110 (2's complement of 101)
print(y)

輸出

-6 

在第一個示例中，我們使用邏輯非運算子來否定 x 的布林值。結果為假，因為 x 為真。在第二個示例中，我們使用按位非運算子來反轉數字 5 中的位。結果為 -6，因為反轉的二進位制值 (-110) 被解釋為 2 的補碼數。

示例 3：邏輯非和按位非運算子

x = 7  # Decimal 7 is binary 111
y = not x  # Invert boolean value of x, result is false because x is not zero
z = ~x  # Invert all bits in x, result is binary -1000 (2's complement of 111)
w = not(z > 0)  # Is z greater than 0? Invert boolean result, result is true because z is negative
print(y, z, w) 

輸出

False -8 True

在這個例子中，我們首先將十進位制值 7 賦給變數 x。然後我們使用邏輯非運算子來反轉 x 的布林值。結果為假，因為 x 不為零。接下來，我們使用按位非運算子來反轉 x 中的所有位。結果為二進位制 -1000（111 的 2 的補碼）。最後，我們使用邏輯非運算子來反轉比較 z > 0 的布林結果。由於 z 為負數，因此結果為真。

應用

邏輯非和按位非運算子可用於各種應用。以下是一些示例：

布林代數 - 邏輯非運算子用於布林代數中反轉語句的真值。這在邏輯推理和數學證明中很有用。

資料操作 - 按位非運算子可用於翻轉二進位制數中的位。這在資料操作和編碼中很有用。

安全 - 按位非運算子可用於密碼學中從密碼生成金鑰。透過反轉密碼中的位，生成的金鑰更難以猜測。

錯誤檢查 - 按位非運算子可用於錯誤檢查演算法，例如網路協議中使用的演算法。透過反轉訊息中的所有位，可以檢測和糾正錯誤。

結論

邏輯非和按位非運算子是 Python 程式設計中的重要工具。它們允許我們反轉布林表示式和翻轉二進位制數中的位。這些運算子可用於各種應用，從布林代數到密碼學。通過了解這些運算子的工作原理，我們可以編寫更高效、更安全的程式碼。