So verwenden Sie reguläre Python-Ausdrücke für die Konvertierung arithmetischer Ausdrücke

Regulärer Ausdruck ist ein leistungsstarkes Werkzeug in Python, das zum Abgleichen, Suchen, Ersetzen von Text und anderen Vorgängen verwendet werden kann. In der Informatik werden reguläre Ausdrücke verwendet, um arithmetische Ausdrücke einfach in ein computerlesbares Format zu konvertieren. In diesem Artikel wird erläutert, wie Sie reguläre Python-Ausdrücke für die Konvertierung arithmetischer Ausdrücke verwenden.

Zuerst müssen wir die grammatikalischen Regeln arithmetischer Ausdrücke verstehen. Arithmetische Ausdrücke bestehen aus Operanden und Operatoren, zum Beispiel: 2 + 4 * 5. In diesem Ausdruck sind die Zahlen 2, 4 und 5 Operanden und die Plus- und Multiplikationszeichen Operatoren. Die Reihenfolge, in der arithmetische Ausdrücke analysiert werden, wird durch die Rangfolge der Operatoren bestimmt. Im Allgemeinen haben Multiplikation und Division eine höhere Priorität als Addition und Subtraktion.

Nun sehen wir uns an, wie man reguläre Ausdrücke zum Parsen arithmetischer Ausdrücke verwendet. Zuerst müssen wir einen regulären Ausdruck definieren, der mit arithmetischen Ausdrücken übereinstimmt. Ein einfacher regulärer Ausdruck könnte sein:

pattern = r"(d+)([+-*/])(d+)"

Dieser reguläre Ausdruck entspricht einer Kombination aus zwei Zahlen und einem Operator. Unter diesen bedeutet „(d+)“ die Zuordnung einer beliebigen Anzahl von Zahlen und „([+-*/])“ die Zuordnung von Additions-, Subtraktions-, Multiplikations- und Divisionsoperatoren.

Jetzt schreiben wir eine Python-Funktion, die reguläre Ausdrücke verwendet, um arithmetische Ausdrücke zu analysieren:

import re

def evaluate(expression):
    pattern = r"(d+)([+-*/])(d+)"
    match = re.match(pattern, expression)
    if match:
        operand1 = int(match.group(1))
        operator = match.group(2)
        operand2 = int(match.group(3))
        if operator == "+":
            return operand1 + operand2
        elif operator == "-":
            return operand1 - operand2
        elif operator == "*":
            return operand1 * operand2
        elif operator == "/":
            return operand1 / operand2
    else:
        return None

Diese Funktion akzeptiert einen arithmetischen Ausdruck als Parameter und gibt das Berechnungsergebnis zurück. Es verwendet zunächst reguläre Ausdrücke, um die Zahlen und Operatoren im Ausdruck abzugleichen, und speichert sie in den Variablen operand1, operand2. Anschließend wird die Berechnung basierend auf dem Typ des Operators durchgeführt und das Ergebnis zurückgegeben.

Jetzt testen wir die Funktion der Evaluierungsfunktion:

print(evaluate("2 + 4 * 5")) # 22
print(evaluate("10 - 3 / 2")) # 8.5

Die Ergebnisse sind alle korrekt. Die Evaluierungsfunktion kann arithmetische Ausdrücke erfolgreich analysieren und die Ergebnisse berechnen.

Lassen Sie uns abschließend vorstellen, wie mit der Operatorpriorität umgegangen wird. Wir können dies mithilfe regulärer Ausdrücke und rekursiver Funktionen tun. Zuerst definieren wir mehrere reguläre Ausdrücke, um Operatoren mit unterschiedlichen Prioritäten zuzuordnen:

pattern_high = r"(d+)([*/])(d+)"
pattern_low = r"(d+)([+-])(d+)"

Unter diesen entspricht „pattern_high“ Multiplikations- und Divisionsoperationen und „pattern_low“ entspricht Additions- und Subtraktionsoperationen. Als nächstes schreiben wir eine rekursive Funktion, die alle Operatoren im Ausdruck verarbeitet:

def evaluate(expression):
    match_high = re.search(pattern_high, expression)
    match_low = re.search(pattern_low, expression)
    if match_high:
        operand1 = int(match_high.group(1))
        operator = match_high.group(2)
        operand2 = int(match_high.group(3))
        if operator == "*":
            result = operand1 * operand2
        elif operator == "/":
            result = operand1 / operand2
        new_expression = re.sub(pattern_high, str(result), expression, count=1)
        return evaluate(new_expression)
    elif match_low:
        operand1 = int(match_low.group(1))
        operator = match_low.group(2)
        operand2 = int(match_low.group(3))
        if operator == "+":
            result = operand1 + operand2
        elif operator == "-":
            result = operand1 - operand2
        new_expression = re.sub(pattern_low, str(result), expression, count=1)
        return evaluate(new_expression)
    else:
        return int(expression)

Diese Funktion verwendet zwei reguläre Ausdrücke, um Multiplikations- und Divisionsoperationen sowie Additions- und Subtraktionsoperationen abzugleichen. Wenn der Ausdruck Multiplikations- und Divisionsoperationen enthält, werden die Multiplikations- und Divisionsoperationen zuerst berechnet und die Funktion re.sub() verwendet, um den ursprünglichen Ausdruck durch das Ergebnis zu ersetzen. Wenn der Ausdruck nur Additions- und Subtraktionsoperationen enthält, werden die Additions- und Subtraktionsoperationen direkt berechnet.

Jetzt testen wir die Funktion der optimierten Auswertungsfunktion:

print(evaluate("2 + 4 * 5")) # 22
print(evaluate("10 - 3 / 2")) # 8.5
print(evaluate("2 + 4 * 5 / 2 - 3")) # 13

Die Ergebnisse sind alle korrekt, was darauf hinweist, dass unsere Optimierung wirksam geworden ist.

Zusammenfassend lässt sich sagen, dass arithmetische Ausdrücke einfach analysiert und die Ergebnisse mithilfe regulärer Python-Ausdrücke berechnet werden können. Für komplexe Ausdrücke können wir rekursive Funktionen und reguläre Ausdrücke verwenden, um die Priorität von Operatoren zu verwalten und den Algorithmus zu automatisieren.

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