Pythonプログラマー必見！ NumPyの`numpy.base_repr()`関数でワンランク上のコードに

この関数は、主に以下の目的で使用されます。

• 基数変換が必要な計算を行う: 例えば、ビット演算や暗号化アルゴリズムなどで、数値を2進数に変換する必要がある場合
• 数値の表現形式を変更する: デバッグやログ出力などで、数値を特定の基数表記で表示したい場合

numpy.base_repr(number, base=2, padding=0)

引数:

• padding (オプション): 出力される文字列の先頭に0を追加する数。デフォルトは0です。
• base (オプション): 変換先の基数。デフォルトは2 (2進数)。有効範囲は2から36です。
• number: 変換する整数。

戻り値:

• 変換された数値を表す文字列。

例:

import numpy as np

# 10進数10を2進数に変換
print(np.base_repr(10, base=2))  # 出力: 1010

# 10進数255を16進数に変換
print(np.base_repr(255, base=16))  # 出力: FF

# 10進数100を8進数に変換し、先頭に3つの0を追加
print(np.base_repr(100, base=8, padding=3))  # 出力: 000144

• 基数変換以外にも、NumPy には数値の入出力に関する様々な関数があります。詳細は numpy.savetxt(), numpy.loadtxt(), numpy.fromstring(), numpy.tostring() などの関数を参照してください。
• numpy.base_repr() 関数は、基数変換以外にも、符号、接頭辞、小数点以下の桁数などを指定して数値をフォーマットすることができます。詳細は NumPy の公式ドキュメントを参照してください。

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10進数の数字を2進数、8進数、16進数に変換する

import numpy as np

def convert_base(number, base):
  """
  10進数の数字を指定した基数に変換する関数

  Args:
    number: 変換する10進数の数字
    base: 変換先の基数

  Returns:
    変換された数字を表す文字列
  """
  return np.base_repr(number, base=base)

# 例: 10進数5を2進数、8進数、16進数に変換
print(f"2進数: {convert_base(5, 2)}")  # 出力: 101
print(f"8進数: {convert_base(5, 8)}")  # 出力: 5
print(f"16進数: {convert_base(5, 16)}")  # 出力: 5

基数変換と桁数指定によるフォーマット

import numpy as np

def format_number(number, base, digits):
  """
  数値を指定した基数表記でフォーマットする関数

  Args:
    number: 変換する数値
    base: 変換先の基数
    digits: 出力される桁数

  Returns:
    フォーマットされた文字列
  """
  return np.base_repr(number, base=base, padding=(digits - 1))

# 例: 10進数123を8進数で3桁にフォーマット
print(format_number(123, 8, 3))  # 出力: 173

import numpy as np

def convert_signed_number(number, base):
  """
  符号付き数値を指定した基数表記に変換する関数

  Args:
    number: 変換する符号付き数値
    base: 変換先の基数

  Returns:
    変換された文字列
  """
  return np.base_repr(number, base=base)

# 例: -10を2進数で符号付き変換
print(convert_signed_number(-10, 2))  # 出力: -1010

• 上記のコードはあくまで一例であり、状況に応じて自由に改変することができます。

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文字列フォーマット:

def base10_to_base(n, base):
  digits = []
  while n:
    n,remainder = divmod(n, base)
    digits.insert(0, remainder)
  return "".join([str(d) for d in digits])

print(base10_to_base(10, 2))  # 出力: 1010
print(base10_to_base(255, 16))  # 出力: FF

利点:

• 追加のライブラリを必要としない
• シンプルで分かりやすいコード

欠点:

• パフォーマンスが遅い場合がある
• 複雑なフォーマットや符号の処理には不向き

カスタム関数:

def convert_base(number, base):
  if base == 2:
    return bin(number)[2:]
  elif base == 8:
    return oct(number)[2:]
  elif base == 16:
    return hex(number)[2:]
  else:
    raise ValueError(f"Unsupported base: {base}")

print(convert_base(10, 2))  # 出力: 1010
print(convert_base(255, 16))  # 出力: FF

利点:

• 高速なパフォーマンスが期待できる
• 特定の基数やフォーマットに特化した処理が可能

欠点:

• すべての基数に対応する必要がある
• コードが冗長になる場合がある

format() 関数:

print(format(10, "b"))  # 出力: 1010
print(format(255, "x"))  # 出力: ff

利点:

• 簡潔で読みやすいコード

欠点:

• フォーマットのカスタマイズが難しい
• サポートしている基数が限られている

どの代替方法が最適かは、状況によって異なります。

• コードの簡潔さを重視する場合は、format() 関数 を検討してください。
• 複雑なフォーマットや符号の処理が必要な場合は、カスタム関数 が適しています。
• シンプルで分かりやすいコードを求める場合は、文字列フォーマット がおすすめです。

どの方法を選択する場合でも、パフォーマンスと可読性を考慮することが重要です。

• 特定のライブラリ (例: gmpy2) を利用することで、より高度な基数変換機能を利用することもできます。
• 上記以外にも、int.__str__() メソッドや str.translate() 関数などを利用して基数変換を行うことができます。