Python脚本-bit_pattern_generator

bit_pattern_generator.py包含两个主要功能：1. 生成 10,000 个随机的 32 位无符号整数，并将其以二进制格式写入指定的输出文件。2. 处理 44 位二进制数字，对其进行 1 位翻转 和 2 位翻转 操作，并将结果保存到指定文件中。这个脚本适用于需要批量生成、处理或反转二进制数字的场景，尤其在硬件仿真和测试中非常有用。

功能

1. 生成随机的 32 位二进制数

• 生成 10,000 个随机的无符号 32 位整数。
• 每个整数的二进制表示会保存到一个输出文件中。

2. 44 位数字的翻转处理

• 通过指定的模式（F、0、5、A）生成初始的 44 位数字。
• 执行 1 位翻转：逐位反转每个比特。
• 执行 2 位翻转：对所有可能的两位比特组合进行反转操作。

3. 文件输出

• 生成的 32 位随机数以及翻转后的 44 位数字会被写入到不同的文件中。

4. 通过命令行配置

• 支持通过命令行参数来指定文件路径、生成的数字个数以及要使用的 44 位模式。

使用方法

命令行参数

参数	说明	默认值
-f 或 --file	生成的 32 位随机数的输出文件路径	random_numbers.txt
-c 或 --count	要生成的随机数个数	10000
-n 或 --pattern	用于生成 44 位数字的模式（F：全 1，0：全 0，5：交替 0 和 1，A：交替 1 和 0）	必需参数
-o 或 --output_file	输出 44 位数字及其翻转结果的文件路径	44bit_numbers.txt

示例命令

1. 生成随机的 32 位二进制数并保存到 random_numbers.txt 文件中

python bit_flip_generator.py --file random_output.txt --count 5000

2. 处理一个 44 位的数字（模式为 A）进行 1 位和 2 位翻转，并将结果保存到 flipped_results.txt 文件

python bit_flip_generator.py --pattern A --output_file flipped_output.txt

3. 使用默认参数执行所有功能

python bit_flip_generator.py

作者

• ZLin，2024年11月16日

Source Code

#!/usr/bin/python3

import random
import argparse

class RandomNumberGenerator:
  def __init__(self, filename, count=10000, output_file='44bit_numbers.txt'):
    # Initialize random number generator and 44-bit number reverser
    self.filename = filename
    self.count = count
    self.output_file = output_file

  def generate_random_numbers(self):
    # Generate specified number of 32-bit unsigned random numbers and write them to file
    with open(self.filename, 'w') as f:
      for _ in range(self.count):
        random_number = random.randint(0, 2**32 - 1)
        binary_representation = f"{random_number:032b}"
        f.write(binary_representation + '\n')

  def generate_pattern(self, pattern_type):
    # Generate a 44-bit binary pattern based on the input pattern type
    if pattern_type == 'F':
      return '1' * 44
    elif pattern_type == '0':
      return '0' * 44
    elif pattern_type == '5':
      return '01' * 22
    elif pattern_type == 'A':
      return '10' * 22
    else:
      raise ValueError("Invalid pattern type. Supported types are: 'F', '0', '5', 'A'")

  def reverse_44bit_number(self, number):
    # Reverse the 44-bit number, performing 1-bit and 2-bit reversals from the right side
    if len(number) != 44:
      raise ValueError("The input number must be a 44-bit binary string.")
    
    # List to store all the 1-bit reversed numbers
    reversed_1bit_numbers = []
    # List to store all the 2-bit reversed numbers
    reversed_2bit_numbers = []
    
    # Flip each bit one at a time (1-bit reversal) from the right side
    for i in range(len(number)):
      num_list = list(number)
      # Flip the ith bit
      num_list[len(number)-1-i] = '1' if num_list[len(number)-1-i] == '0' else '0'
      # ''.join(num_list) => list to string
      reversed_1bit_numbers.append(''.join(num_list))

    # Flip every 2-bit combination (flip pairs of bits) from the right side
    for i in range(len(number)):
      for j in range(i + 1, len(number)):
        num_list = list(number)
        # Flip the i-th and j-th bits (both flipped independently)
        num_list[len(number)-1-i] = '1' if num_list[len(number)-1-i] == '0' else '0'
        num_list[len(number)-1-j] = '1' if num_list[len(number)-1-j] == '0' else '0'
        reversed_2bit_numbers.append(''.join(num_list))
    
    return reversed_1bit_numbers, reversed_2bit_numbers

  def write_44bit_numbers_to_file(self, number, reversed_1bit_numbers, reversed_2bit_numbers):
    # Write the original number, 1-bit reversed numbers, and 2-bit reversed numbers to file
    with open(self.output_file, 'w') as f:
      f.write(f"Original number: {number}\n")
      f.write("All 1-bit reversed numbers:\n")
      for rev_num in reversed_1bit_numbers:
        f.write(rev_num + '\n')
      f.write("All 2-bit reversed numbers:\n")
      for rev_num in reversed_2bit_numbers:
        f.write(rev_num + '\n')

  def process(self, pattern_type):
    # Generate the 44-bit number, perform 1-bit and 2-bit reversals, and write results to file
    try:
      number = self.generate_pattern(pattern_type)
      reversed_1bit_numbers, reversed_2bit_numbers = self.reverse_44bit_number(number)
      self.write_44bit_numbers_to_file(number, reversed_1bit_numbers, reversed_2bit_numbers)
      #print(f"Original number: {number}")
      #print("All 1-bit reversed numbers:")
      #for rev_num in reversed_1bit_numbers:
      #  print(rev_num)
      #print("All 2-bit reversed numbers:")
      #for rev_num in reversed_2bit_numbers:
      #  print(rev_num)
    except ValueError as e:
      print(f"Error: {e}")

def main():
  # Parse command-line arguments
  parser = argparse.ArgumentParser(description="Generate a specified number of 32-bit random numbers or reverse a 44-bit number.")
  parser.add_argument('-f', '--file', type=str, default='random_numbers.txt', help='Output file path for 32-bit random numbers')
  parser.add_argument('-c', '--count', type=int, default=10000, help='Number of random numbers to generate (default is 10000)')
  parser.add_argument('-n', '--pattern', type=str, help="Pattern type for 44-bit number (F=all 1s, 0=all 0s, 5=alternating 0 and 1, A=alternating 1 and 0)")
  parser.add_argument('-o', '--output_file', type=str, default='44bit_numbers.txt', help='Output file path for 44-bit numbers and reversals')

  args = parser.parse_args()

  rng = RandomNumberGenerator(args.file, args.count, args.output_file)

  if args.pattern:
    rng.process(args.pattern)
  else:
    rng.generate_random_numbers()

if __name__ == "__main__":
  main()

本文作者： ICXNM-ZLin
本文链接： https://talent-tudou.github.io/2024/11/16/Programming/Python脚本-bit-pattern-generator/
版权声明： 本作品采用 CC BY-NC-SA 4.0 进行许可。转载请注明出处！

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