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實作一個計算器的實例

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PHP中文网原創
2017-06-20 14:35:471377瀏覽

作業:計算機開發

  (1)實作加減乘除及拓號優先權解析;

#  (2)使用者輸入1 - 2 * ( (60-30 +(-40/5) * (-9-2*5/-3 + 7 /3*99/4*2998 +10 * 568/14 )) - (-4*3)/ (16-3*2) )等類似公式後,必須自己解析裡面的(),+,-,*,/符號和公式,運算後得出結果,結果必須與真實的計算器所得出的結果一致。

    程式碼如下:

 

 1 import re 2  3 formula = '1 - 2 * ( (60-30 +(-9-2*5/-3 + 7 /3*99/4*2998 +10 * 568/14 ) * (-40/5)) - (-4*3)/ (16-3*2) )' 4 #formula = "(1++1)" 5 def modify(formula_deep): 6     '''程序修饰函数,去除空格和括号''' 7     '''去除运算中出现的+- -- ++ -+ 等情形''' 8     formula_deep = re.sub("[() ]","",formula_deep)   #替换空格和空号 9     formula_deep = re.sub("\+-","-",formula_deep)    #替换+-为-10     formula_deep = re.sub("--",'+',formula_deep)     #替换--为+11     formula_deep = re.sub("-\+",'-',formula_deep)12     formula_deep = re.sub("\++","+",formula_deep)13     return formula_deep14 15 def multiply_divide(formula_deep):16     '''计算乘除'''17     '''由于乘除是首先计算的,我们的思路是,首先计算乘除,然后把计算的结果替换进去,就可以得到只剩加减的情形'''18     calc_sign = re.findall("[+-]",formula_deep)    #提取字符串中所有的加减号19     calc_list = re.split("[+-]",formula_deep)      #以加减号进行分割,得到乘除20     '''由于我们得到的calc_list:['', '9', '2*5/', '3', '7/3*99/4*2998', '10*568/14'],里面由于-号引起的麻烦,-9被分割了,2*5/等'''21     if calc_list[0] == '':22         '''处理列表开头“”空的情况,说明这里是负数,被我们分割掉了要重新进行合并'''23         calc_list[1] = calc_sign[0] + calc_list[1]24         del calc_sign[0]25         del calc_list[0]26     for num,line in enumerate(calc_list):27         '''处理2*5/的情形,说明这种后面除的是一个负数,因为只有负数才会出现这种情况2*5/-3被分割了,需要合并'''28         if line.endswith("/") or line.endswith("*"):29             '''如果结尾包括乘除号,说明是负数被拆分了'''30             calc_list[num+1] = calc_list[num] + calc_sign[num] + calc_list[num+1]31             del calc_sign[num]32             del calc_list[num]33     '''下面进行乘除的正式运算,上面都是进行格式转换'''34     for index,string in enumerate(calc_list):35         '''首先提取编号,便于后面替换运算出来的值'''36         if "/" in string or "*" in string:37             mul_div_sign = re.findall("[/*]",string)38             mul_div_list = re.split("[/*]",string)39             calc_value = None40             for e_index,e in enumerate(mul_div_list):41                 if calc_value:42                     if mul_div_sign[e_index-1] == "/":43                         calc_value /= float(e)44                     elif mul_div_sign[e_index-1] == "*":45                         calc_value *= float(e)46                 else:47                     calc_value = float(e)48                 calc_list[index] = calc_value49         else:50             pass51     '''计算值'''52     value = None53     for k,v in enumerate(calc_list):54         '''计算加减的情况'''55         if value:56             if calc_sign[k-1] == "-":57                 value -= float(v)58             elif calc_sign[k-1] == '+':59                 value += float(v)60         else:61             value = float(v)62     return value63 64 65 def main(formula):66     '''程序主入口,生成带括号的情况'''67     while True:68         formula_deep = re.search("\(.[^()]+\)",formula)69         if formula_deep:70             formula_deep = formula_deep.group()71             formula_list = modify(formula_deep)72             '''得到修整好要计算的字符串,现在开始进行计算-9-2*5/-3+7/3*99/4*2998+10*568/14'''73             calc_value = multiply_divide(formula_list)74             formula = formula.replace(formula_deep,str(calc_value))75         else:76             '''处理不带括号的情形'''77             formula = modify(formula)78             calc_last_value = multiply_divide(formula)79             print("formula:",calc_last_value)80             exit()81 82 if __name__=="__main__":83     main(formula)

 

    程式運作過程:

  大致思路:我們知道,要計算上面字串的格式,可以使用eval()函數,但是這裡我們要自己寫一個計算器;我們知道,數學運算的優先權是括號的優先權最高,先運算括號內的東西,因此我們的思路是匹配出記憶體的括號,然後進行運算,當把記憶體括號中的內容配對出來之後,我們計算,然後用計算出來的值替換字串中原來位置的值,一直替換到字串中沒有括號位置,這個時候我們就按照正常的運算順序來進行計算。

    1、正規匹配,先找到記憶體括號;程式碼如下:

    formula = '1 - 2 * ( (60 -30 +(-9-2*5/-3 + 7 /3*99/4*2998 +10 * 568/14 ) * (-40/5)) - (-4*3)/ (16-3 *2) )'
  formula_deep = re.search("\(.[^()]+\)",formula)
  print(formula_deep.group())

    執行結果如下:

    (-9-2*5/-3 + 7 /3*99/4*2998 +10 * 568/14 )

    上面我們觀察提取出來記憶體的字串,可以看出,有很多地方需要修飾一下,字串中有很多空,這會影響我們計算,還有在計算的過程中我們不需要括號,因此也要去掉括號。

    2、移除空格和括號;

    formula_deep = re.sub("[() ]", "",formula_deep)

    運作如下:

    -9-2*5/-3+7/ 3*99/4*2998+10*568/14
    3、得到上述字串之後,我們在逐層運算的時候,可以會出現+-,-+,++,--等情況,這個時候也要進行處理,由於現在是第一層,看不出來問題,當運算之後,如果內存得到的是負數,那麼前面括號外面是+或-的話就變成+-,--等情況,這個時間也是不行的,也要處理;

    formula_deep = re.sub("\+-",'-',formula_deep)
  formula_deep = re.sub("-+",'-',formula_deep)
  formula_deep = re.sub("\++","+",formula_deep)
  formula_deep = re.sub("--",'+',formula_deep)

##    運作如下:

    -9-2*5/-3+7/3*99/4*2998+10*568/14

    4、當上方處理完成之後,就正式開始計算,我們知道,計算首先要計算乘除,因為乘除的優先級最高,因為要先找到乘除,計算完成之後再計算加減;

    calc_sign = re.findall(
"[+-]",formula_deep)  calc_list = re.split("[+-]",formula_deep)
  print(calc_list)
  print(calc_sign)

###############

    運作如下:

    ['', '9', '2*5/', '3', '7/3*99/4*2998 ', '10*568/14']
  ['-', '-', '-', '+', '+']

    我們得到了計算的列表,和運算符號,['', '9', '2*5/', '3', '7/3*99/4*2998', '10*568/14']裡面也是有問題的,首先,列表的第一個元素是""空的情形,說明前面是-號才會有這種情況出現,這樣的情況是要合併的,還有2*5/ ,這種說明後面跟著的也是負數,也要先處理才能進行預案算,為什麼會出現這種情況呢?這是由於在運算的過程中,我們是以"+"或"-"來分割字串的,這樣就會造成如果是一個負數,就會被分割掉,在開頭的時候,前面會被分割一個空,這樣就會造成我們運算出錯,因為要進行修改。

    5.修正上述運算:

    if calc_list[0] == "" :
     calc_list[1] = calc_sign[0] + calc_list[1]
     del calc_list[0]#  
0]  print(
"calc_list:",calc_list)  print(
"calc_sign:",calc_sign)  for index, e
in enumerate(calc_list):      if e.endswith(
"/") or e.endswith("*"): '''
說明後面跟著的是負數,要修正'''          calc_list[index+
1] = calc_list[index] + calc_sign[index] + calc_list[index+1]          del calc_list[index]
  del calc_sign[index]

[list: print(##list )
  print("calc_sign:",calc_sign)

    運作如下:

    calc_list: ['- 9', '2*5/', '3', '7/3*99/4*2998', '10*568/14']
  calc_sign: ['-', '-', '+ ', '+']
  calc_list: ['-9', '2*5/-3', '7/3*99/4*2998', '10*568/14']
  calc_sign : ['-', '+', '+']

    從上面可以看出,我們分兩筆進行了修正,第一次去除了開頭的""空元素問題;第二次提出了乘除後面跟著負數的情況;

#

    6、这个时候,我们就要进行计算了,我们首先遍历calc_list: ['-9', '2*5/-3', '7/3*99/4*2998', '10*568/14']中的元素,因为我们要先进行乘除,因此找到包含"/"或"*"的字符串,进行求值,然后进行替换,就可以得到没有乘除的字符串,只包含加减情况:

for num,value in enumerate(calc_list):if "/" in value or "*" in value:"""说明包含乘除,首先进行计算"""mul_div_sign = re.findall("[/*]",value)
        mul_div_list = re.split("[*/]",value)
        print(mul_div_sign)
        print(mul_div_list)

    运算结果如下:

    ['*', '/']
  ['2', '5', '-3']
  ['/', '*', '/', '*']
  ['7', '3', '99', '4', '2998']
  ['*', '/']
  ['10', '568', '14']

    我们得到了运算符和里面的数字,现在只要判断乘除号,然后就可以利用前面一个乘以后面一个进行计算了。如下:

    7、乘除计算:

 1 for num,value in enumerate(calc_list): 2     if "/" in value or "*" in value: 3         """说明包含乘除,首先进行计算""" 4         mul_div_sign = re.findall("[/*]",value) 5         mul_div_list = re.split("[*/]",value) 6         '''接下来,我们计算乘除的情况,首先我们要遍历乘除,因为要进行元素递乘''' 7         res = None 8         for e_index,e_value in enumerate(mul_div_list): 9             if res:10                 if mul_div_sign[e_index-1] == "/":11                     res /= float(e_value)12                 elif mul_div_sign[e_index-1] == "*":13                     res *= float(e_value)14             else:15                 res = float(e_value)      #如果不存在,就生成一个新的,但是我们定义的是不存在的情况,因此肯定是先生成一个数,然后在进行计算16         calc_list[num] = res17     else:18         pass19 20 print(calc_list)21 print(calc_sign)

    运行结果如下:

    ['-9', -3.3333333333333335, 173134.50000000003, 405.7142857142857]
  ['-', '+', '+']

    上述代码,我们进行了乘除的运算,让运算里面不在存在乘除,只需要进行加减运算即可。

    可以看见,我们运算之后,只剩下了加减,这样,我们就可以利用列表的元素和符号进行加减运算。

    8、加减运算:

 1 '''进行加减运算''' 2 result = None 3 for k_index,k_value in enumerate(calc_list): 4     if result: 5         if calc_sign[k_index-1] == "+": 6             result += float(k_value) 7         elif calc_sign[k_index-1] == '-': 8             result -= float(k_value) 9     else:10         result = float(k_value)11 print("result:",result)

    运行如下:

    result: 173534.54761904766

    9、上面,我们得到了运算的结果,然后只需要替换内存括号的内容即可,这样一层一层替换,最终只会剩下没有括号的运算,这个时候,我们在这行这个函数,就能得到最终的结果。

    知识点:

    (1):

<span style="font-family: 宋体; font-size: 16px">result = <span style="color: #000080">None<br></span><span style="color: #000080">for </span><span style="background-color: #ffe4ff">k_index</span>,k_value <span style="color: #000080">in </span><span style="color: #000080">enumerate</span>(calc_list):</span><br><span style="font-family: 宋体; font-size: 16px">    <span style="color: #000080">if </span>result:</span><br><span style="font-family: 宋体; font-size: 16px">        <span style="color: #000080">if </span>calc_sign[<span style="background-color: #e4e4ff">k_index</span>-<span style="color: #0000ff">1</span>] == <span style="color: #008080">"+"</span>:</span><br><span style="font-family: 宋体; font-size: 16px">            result += <span style="color: #000080">float</span>(k_value)</span><br><span style="font-family: 宋体; font-size: 16px">        <span style="color: #000080">elif </span>calc_sign[<span style="background-color: #e4e4ff">k_index</span>-<span style="color: #0000ff">1</span>] == <span style="color: #008080">'-'</span>:</span><br><span style="font-family: 宋体; font-size: 16px">            result -= <span style="color: #000080">float</span>(k_value)</span><br><span style="font-family: 宋体; font-size: 16px">    <span style="color: #000080">else</span>:</span><br><span style="font-family: 宋体; font-size: 16px">        result = <span style="color: #000080">float</span>(k_value)</span>

    上述代码中,体现了一个思想,由于我们想实现的是前一个数字加上后一个数字,但是没有直接的方法,这个时候,我们就可以先定义一个空值,然后对这个值进行判断,其实判断的目的就是为了给这个变量赋值,赋值就是列表的第一个元素,这样我们就能实现列表中元素每次循环都进行叠加或叠减。这个思想很好。当不存在,想让它存在的时候,就先定义一个空值进行判断,判断之后在进行赋值。赋值之后,相当于result等于元素的第一个值,并且元素下一次循环也是从第二个值开始,列表的长度索引也没有超标。

    2、正则表达式的利用,re(regular的缩写):

    ^表示非,"\"表示转义,就是让表示字符本身的含义,+代表一个或多个

    "\(.[^()]+\)"代表匹配括号,括号中间是包含任意多个不是()的元素,也就是匹配最内层的括号。

    3、字符串的replace()方法,就把字符串进行查找替换,str.replace(old,new),正则中字符串findall()查找元素中所有的正则表达式的值,放在一个列表中;re.split()字符串的分割,按照某个正则字符串进行分割。

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