Python에서 간단한 4개의 산술 연산 구문 트리 시각화를 구현하는 방법

간단한 4가지 산술 연산 구문 트리 시각화

이것을 시도하고 싶다면 이 Python 시각화 라이브러리를 설치해야 합니다.

AST 구문 분석

Python의 ast 라이브러리에는 들어오는 콘텐츠를 AST로 구문 분석할 수 있는 구문 분석 메서드가 있습니다. 그런 다음 ast.dump를 사용하여 내보내고 인쇄합니다.
참고: indent 이 매개변수는 Python 3.9 이후에만 사용할 수 있습니다. 버전이 이전인 경우 이를 제거할 수 있으며 이는 최종 출력 형식에만 영향을 미칩니다. ast.dump 将其导出并打印。
注意：indent 这个参数是 Python 3.9 以后才有的，如果版本低的话，可以去掉，只会影响最后输出的格式。

好了，就是这么简单。我们已经做到了，因为这个库的功能很强大，但是这里只是用到一点点而已。其实这里已经可以看出基本的结构了，不过我的目的是生成这棵树的 JSON 表示。我想要使用上面的 Python 绘图库把它绘制出来，它所支持的输入是 JSON，并且它的格式为：

{
	"name": "A",
	"children": [
		"name": "B",
		"children": []
	]
}

粗糙的遍历方法

"""
Python's AST
利用 Python 的 ast 模块来解析表达式（简单的二元运算），
然后通过遍历语法树来生成 JSON 表示，再使用 PYthon 的库来
将其可视化。这个程序的目的是为了验证自己写的简易解析器是否正确。
"""

import ast
import json


# 操作类型和操作符映射的字典
OPERATORS = {
    ast.Add: "+",
    ast.Sub: "-",
    ast.Mult: "*",
    ast.Div: "/"
}


def generate(tree: ast.Module):
    """
    generate expression AST's representation of JSON
    """
    if not tree:
        raise Exception("Emtpy AST tree!")
    if tree.__class__ == ast.Module:
        print(json.dumps({
            "name": "Expr",
            "children": [DFS(tree.body[0].value)]  # type: ignore
        }, indent=4))


def DFS(node):
    """
    DFS AST
    """
    if not node:
        return {}

    if node.__class__ == ast.BinOp:
        return {
            "name": "BinOp",
            "children": [
                {
                    "name": "left",
                    "children": [
                        DFS(node.left)
                    ]
                },
                DFS(node.op),
                {
                    "name": "left",
                    "children": [
                        DFS(node.right)
                    ]
                }
            ]
        }

    if node.__class__ == ast.Constant:
        return {
            "name": "NUMBER",
            "children": [
                {
                    "name": str(node.value)  # Python 的绘图库，必须是字符串才能正常显示
                }
            ]
        }

    if node.__class__ in [ast.Add, ast.Sub, ast.Mult, ast.Div]:
        return {
            "name": "Op",
            "children": [
                {
                    "name": OPERATORS[node.__class__]
                }
            ]
        }

    # 这里我只处理 加减乘除和数字类型的运行
    raise Exception("There is not support extra type.")


if __name__ == "__main__":
    ast_tree = ast.parse("1+2+3+4+5")
    print(ast.dump(ast_tree, indent=4))
    generate(ast_tree)

运行结果：
我这里会输出两个东西，一个是 AST 的 dump；另一个是 AST 的 JSON 表示（逻辑结构的 JSON 表示，不是对象的 JSON 表示）。

渲染显示

把打印出来的 JSON 字符串复制进文件，命名为 data.json。我感觉直接输出到控制台蛮有意思的，我喜欢直接看到它的结果。
执行如下命令：pytm-cli -d TB -i data.json -o demo.html
在浏览器打开 demo.html 即可看到效果了。

主流的遍历方法

上面这种遍历方法虽然便于理解，但是难以扩展。AST 通常是通过 访问者模式 进行遍历的，而且 ast 库也提供了几种遍历方法。
因为这里只需要遍历来生成 JSON，并不需要修改AST本身，所以我们只看下面这两种即可。显然第一种是不能用的，原因已经用蓝色标记出来了。它自己说了如果你不关心上下文，因为生成 JSON 实际上是需要关注这个的。所以，我选择下面的 ast.NodeVisitor。使用它也很简单，继承这个类，然后对不同的节点写不同的处理逻辑就行了（这样把不同节点的逻辑分开了，降低了代码的耦合性）。

完整代码

"""
Python's AST
利用 Python 的 ast 模块来解析表达式（简单的二元运算），
然后通过遍历语法树来生成 JSON 表示，再使用 PYthon 的库来
将其可视化。这个程序的目的是为了验证自己写的简易解析器是否正确。
"""

import ast
import json


# 操作类型和操作符映射的字典
OPERATORS = {
    ast.Add: "+",
    ast.Sub: "-",
    ast.Mult: "*",
    ast.Div: "/"
}

class JSONVisitor(ast.NodeVisitor):
    """
    JSON visitor: Traversal AST and generate JSON representation
    """

    def visit_Module(self, node):
        module = {
            "name": "Module",
            "children": []
        }
        for sub_node in node.body:
            module["children"].append(self.visit(sub_node))

        return module

    def visit_Expr(self, node):
        return {
            "name": "Expr",
            "children": [
                self.visit(node.value)
            ]
        }

    def visit_BinOp(self, node):
        return {
            "name": "BinOp",
            "children": [
                {
                    "name": "left",
                    "children": [
                        self.visit(node.left)
                    ]
                },
                self.visit(node.op),
                {
                    "name": "right",
                    "children": [
                        self.visit(node.right)
                    ]
                }
            ]
        }

    def visit_Constant(self, node):
        return {
            "name": "NUMBER",
            "children": [{
                "name": str(node.value)  # # Python 的绘图库，必须是字符串才能正常显示
            }]
        }

    def visit_Add(self, node):
        return self.__visit(node)

    def visit_Sub(self, node):
        return self.__visit(node)

    def visit_Mult(self, node):
        return self.__visit(node)

    def visit_Div(self, node):
        return self.__visit(node)

    def __visit(self, node):
        return {
            "name": "Op",
            "children": [{
                "name": OPERATORS[node.__class__]
            }]
        }


if __name__ == "__main__":
    ast_tree = ast.parse("1+2+3+4+5")
    visitor = JSONVisitor()
    json_str = visitor.visit(ast_tree)
    print(json.dumps(json_str, indent=4))

前面那个粗糙版本是直接从 Expr 开始的，这个优雅点的版本，我就把 Module

좋아요 네, 정말 간단해요. 이 라이브러리는 매우 강력하기 때문에 그렇게 했지만 여기서는 약간만 사용되었습니다. 사실, 기본 구조는 이미 여기에서 볼 수 있지만, 제 목적은 이 트리의 JSON 표현을 생성하는 것입니다. 위 Python 그리기 라이브러리를 사용하여 그리려고 합니다. 지원하는 입력은 JSON이고 형식은 다음과 같습니다.

rrreee🎜대략 순회 방법🎜rrreee🎜실행 결과:
두 가지가 출력됩니다. 하나는 AST의 덤프이고 다른 하나는 AST의 JSON 표현입니다(객체의 JSON 표현이 아닌 논리 구조의 JSON 표현). 🎜🎜🎜 🎜렌더링 표시 🎜🎜인쇄된 JSON 문자열을 파일에 복사하고 이름을 data.json으로 지정합니다. 콘솔에 직접 출력해 보는 것도 꽤 흥미로운 것 같아요. 결과를 직접 보는 걸 좋아하거든요.
다음 명령을 실행합니다: pytm-cli -d TB -i data.json -o 데모.html
브라우저에서 demo.html을 엽니다. , 즉 효과를 볼 수 있습니다. 🎜🎜🎜 🎜주류 순회 방법🎜🎜위의 순회 방법은 이해하기 쉽지만 확장하기는 어렵습니다. AST는 일반적으로 방문자 패턴을 통해 순회되며 ast 라이브러리도 여러 순회 방법을 제공합니다.
JSON을 생성하기 위해 순회하기만 하면 되고 AST 자체를 수정할 필요는 없으므로 다음 두 가지 유형만 살펴보겠습니다. 분명히 첫 번째는 사용할 수 없으며 그 이유는 파란색으로 표시되어 있습니다. JSON을 생성하는 것이 실제로 관심을 가져야 할 전부이기 때문에 컨텍스트에 관심이 없다면 그 자체로 알 수 있습니다. 그래서 아래에서는 ast.NodeVisitor를 선택했습니다. 이를 사용하는 것도 매우 간단합니다. 이 클래스를 상속한 다음 서로 다른 노드에 대해 서로 다른 처리 논리를 작성하면 됩니다(이렇게 하면 서로 다른 노드의 논리가 분리되고 코드의 결합이 줄어듭니다). 🎜🎜🎜 🎜Complete 코드의 이전 대략적인 버전 🎜rrreee🎜은 Expr에서 직접 시작되었습니다. 보다 우아한 버전을 위해 Module 노드도 추가했습니다. 🎜🎜🎜🎜

위 내용은 Python에서 간단한 4개의 산술 연산 구문 트리 시각화를 구현하는 방법의 상세 내용입니다. 자세한 내용은 PHP 중국어 웹사이트의 기타 관련 기사를 참조하세요!