你说得对。这是一个two's complement整数表示的人工产物。
在16位中，1表示为0000 0000 0000 0001。反转，你得到1111 1111 1111 1110，这是-2。类似地，15是0000 0000 0000 1111。反转，你得到1111 1111 1111 0000，这是-16。
一般情况下，~n = -n - 1

'~'运算符的定义是：“x的按位求逆定义为-（x+1）。它只适用于整数。“Python Doc - 5.5
这句话的重要部分是，这是有关'整数'（也称为整数）。您的例子表示一个4位数。

'0001' = 1

字符串
一个4位数的整数范围是'-8..0..7'。另一方面，你可以使用'无符号整数'，不包括负数，你的4位数的范围是'0..15'。
由于Python对整数进行操作，因此您所描述的行为是预期的。整数使用2的补码表示。对于4位数字，如下所示。

7 = '0111'
 0 = '0000'
-1 = '1111'
-8 = '1000'

型
如果你有一个32位的操作系统，Python使用32位来表示整数。你可以用以下命令来检查最大的整数：

sys.maxint # (2^31)-1 for my system

型
如果你想为你的4位数返回一个无符号整数，你必须屏蔽。

'0001' = a   # unsigned '1' / integer '1'
'1110' = ~a  # unsigned '14' / integer -2

(~a & 0xF) # returns 14

型
如果你想得到一个无符号的8位数范围（0..255），而不是只是用途：

(~a & 0xFF) # returns 254

型

看起来我找到了一个更简单的解决方案，可以实现所需的功能：

uint8: x ^ 0xFF
uint16: x ^ 0xFFFF
uint32: x ^ 0xFFFFFFFF
uint64: x ^ 0xFFFFFFFFFFFFFFFF

字符串

你也可以使用unsigned int（例如numpy包中的）来实现预期的行为。

>>> import numpy as np
>>> bin( ~ np.uint8(1))
'0b11111110'

字符串

问题是应用~的结果所表示的数字没有很好地定义，因为它取决于用于表示原始值的位数。例如：

5 = 101
~5 = 010 = 2

5 = 0101
~5 = 1010 = 10

5 = 00101
~5 = 11010 = 26

字符串
然而，~5的二进制补码在所有情况下都是相同的：

two_complement(~101) = 2^3 - 2 = 6
two_complement(~0101) = 2^4 - 10 = 6
two_complement(~00101) = 2^5 - 26 = 6

型
考虑到二进制补码是用来表示负值的，所以可以将~5看作其补码的负值-6。
所以，更正式地说，为了得到这个结果，我们有：
1.翻转0和1（相当于取1的补码）
1.取二的补码
1.应用负号
如果x是一个n位数：

~x = - two_complement(one_complement(x)) = - two_complement(2^n - 1 - x) = - (2^n - (2^n - 1 - x)) = - (x + 1)

型

这里是一个实现，任何人都希望在整数的语义二进制表示中实现 * 位数字的字面反转 *。
例如，**0b110010-> 0b1101**而不是0b110010-> -0b110011，如~运算符。

def bit_invert(n: int) -> int:
    """Calculate the bitwise inverse of n.

    Doesn't do funky stuff with sign bits, like Python's built-in bitwise not.
    """
    return n ^ ((1 << n.bit_length()) - 1)

字符串

示例

>>> for i in range(16):
...     print(i, bin(i), bin(bit_invert(i)))
... 
0 0b0 0b0
1 0b1 0b0
2 0b10 0b1
3 0b11 0b0
4 0b100 0b11
5 0b101 0b10
6 0b110 0b1
7 0b111 0b0
8 0b1000 0b111
9 0b1001 0b110
10 0b1010 0b101
11 0b1011 0b100
12 0b1100 0b11
13 0b1101 0b10
14 0b1110 0b1
15 0b1111 0b0

型