Pythonで0と1を反転させる方法

2024年7月7日2024年8月21日

Pythonを使って、0を1に、1を0に反転させる方法について解説します。

これが役立つシナリオは、例えば二進数を操作するときや、特定のフラグの反転を行うときなどが考えられます。

特にビット演算やデジタル回路のシミュレーションにおいて頻繁に使用されるテクニックです。

基本的な手法

まず、最も基本的な「if」文を用いた反転方法について見てみましょう。

以下のコードスニペットは具体的な実装例です。

def flip_bit(bit):
    if bit == 0:
        return 1
    elif bit == 1:
        return 0
    else:
        raise ValueError("Input must be 0 or 1")

# 使用例
print(flip_bit(0))  # 出力: 1
print(flip_bit(1))  # 出力: 0

この関数は、入力が0の場合は1を、1の場合は0を返します。

それ以外の値が入力された場合にはエラーを発生させます。

ビット演算による反転

次にビット演算を使用してより効率的に反転する方法を紹介します。

ビット演算を用いると、既存の値と1を排他的論理和（XOR）することで簡単に反転が可能です。

def flip_bit_bitwise(bit):
    return bit ^ 1

# 使用例
print(flip_bit_bitwise(0))  # 出力: 1
print(flip_bit_bitwise(1))  # 出力: 0

この方法では、入力が0の場合は0 ^ 1 = 1となり、1の場合は1 ^ 1 = 0となるため、反転が実現されます。

リストまたは配列内のビットを反転

単一のビットではなく、リストや配列内のすべてのビットを反転させたい場合には、リスト内包表記や関数「map」を使います。

def flip_bits_in_list(bits):
    return [bit ^ 1 for bit in bits]

# 使用例
bit_list = [0, 1, 1, 0, 0, 1]
print(flip_bits_in_list(bit_list))  # 出力: [1, 0, 0, 1, 1, 0]

リスト内包表記を用いることで、リスト内の各ビットを効率よく反転させることができます。