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用python實(shí)現(xiàn)一個簡單計(jì)算器(完整DEMO)

 更新時間:2020年10月14日 16:30:08   投稿:wdc  
這篇文章主要介紹了用python實(shí)現(xiàn)一個簡單計(jì)算器(完整DEMO),需要的朋友可以參考下

一、功能目標(biāo)

用戶輸入一個類似  1-2*((60-30+(-40/5)*(9-2*5/3+7/3*99/4*2998+10*568/14))-(-4*3)/(16-3*2))  這樣的表達(dá)式,假設(shè)表達(dá)式里面除了包含空格、'+'、'-'、'*'、'/'和括號再無其他特殊符號,然后自己動手寫代碼解析其中的表達(dá)式,實(shí)現(xiàn)加減乘除最后得出的結(jié)果與真實(shí)的計(jì)算機(jī)所算的結(jié)果必須一致。

二、解題思路

1、為了分開運(yùn)算符和數(shù)字,因此把輸入的字符串格式轉(zhuǎn)換為 列表的格式進(jìn)行處理,這樣子就可以按位進(jìn)行 處理了

2、實(shí)現(xiàn)功能的核心點(diǎn)在于括號、乘除、加減的優(yōu)先級排序,因此我們先想辦法一層一層的去括號,即從最里層的括號開始計(jì)算,然后去掉第一層括號,然后一直繼續(xù)這個 過程,最后得到一個沒有括號的列表,再進(jìn)行計(jì)算得出結(jié)果

3、去括號方式:最內(nèi)層的括號內(nèi)的表達(dá)式就可以當(dāng)做一個無括號表達(dá)式,通過先 運(yùn)算出乘除,再運(yùn)算出加減得出整個括號內(nèi)的值,用這個結(jié)果值整體替換括號內(nèi)的內(nèi)容即實(shí)現(xiàn)了去一層括號,然后通過遞歸去除所有的括號

4、去除乘除號方式:見 remove_multiplication_division(eq) 函數(shù)部分

5、去除加減號 方式:見 remove_plus_minus(eq) 函數(shù)部分

三、函數(shù)說明

1、主函數(shù)

def caculator(eq):
  format_list = eq_format(eq) # 把字符串變成格式化列表形式
  s_eq = simplify(format_list) # 去括號,得到無括號的一個格式化列表
  ans = calculate(s_eq)    # 計(jì)算最終結(jié)果
  if len(ans) == 2:      # 判斷最終結(jié)果為正數(shù)還是負(fù)數(shù)
    ans = -float(ans[1])
  else:
    ans = float(ans[0])
  return ans

2、eq_format( )函數(shù)

def eq_format(eq):
  '''
  :param eq: 輸入的算式字符串
  :return: 格式化以后的列表,如['60','+','7','*','8']
  '''
  format_list = re.findall('[\d\.]+|\(|\+|\-|\*|\/|\)',eq)
  return format_list

2.1 這個函數(shù)的作用是把輸入的算式通過re模塊,用正則表達(dá)式把算術(shù)符號和數(shù)字分開。

2.2  [\d\.]+ | \( | \+ | \- | \* | \/ | \)意思:按管道符號 | (| 表示 或 的意思)可分為幾部分,[\d\.]+  是指匹配數(shù)字或小數(shù)點(diǎn)一次或多次,\(是指左括號,\+ 是指 加號,\- 是指減號,\* 是指乘號,\/ 是指除號, \) 是指右括號,整個正則表達(dá)式會把字符串變成類似['(','6','*','5','-''7',')' ]這樣子的格式列表

3、simplify( ) 函數(shù)

def simplify(format_list):
  '''
  :param format_list: 輸入的算式格式化列表如['60','+','7','*','8']
  :return: 通過遞歸去括號,返回簡化后的列表
  '''
 
  bracket = 0   # 用于存放左括號在格式化列表中的索引
  count = 0
  for i in format_list:
    if i == '(':
      bracket = count
    elif i == ')':
      temp = format_list[bracket + 1 : count]
      # print(temp)
      new_temp = calculate(temp)
      format_list = format_list[:bracket] + new_temp + format_list[count+1:]
      format_list = change(format_list,bracket)   # 解決去括號后會出現(xiàn)的-- +- 問題
      return simplify(format_list)      # 遞歸去括號
    count = count + 1
  return format_list           # 當(dāng)遞歸到最后一層的時候,不再有括號,因此返回列表

3.1 這個函數(shù)的作用是:把輸入的帶有括號的格式化列表,用遞歸的方式去除括號,每一次遞歸去一個括號, 直到?jīng)]有括號則返回去完括號的格式化列表

3.2 找到最內(nèi)層括號的方法:遍歷列表,如果遇到左括號,則把當(dāng)前左括號的索引賦值給參數(shù)bracket,直到遇到第一個右括號,此時的索引與bracket中間的元素即為最內(nèi)層括號的元素,用切片的方式提取出來,通過 calculate() 函數(shù)計(jì)算出值,然后用計(jì)算結(jié)果去替換掉此時左括號到第一個右括號的元素,此時去除第一層括號,然后進(jìn)入遞歸,不斷遞歸直至去除所有括號

3.3 可能遇到的問題:

         首先是不要用index的方式去取當(dāng)前左括號的索引,因?yàn)榱斜淼膇ndex方法返回的一直都是第一個左括號的索引,而不是當(dāng)前左括號的索引,會導(dǎo)致出錯。因此我在函數(shù)內(nèi)用參數(shù) count 進(jìn)行計(jì)數(shù)當(dāng)前索引值。

          然后是用計(jì)算得出的值來替換掉第一層括號部分后,有可能會出現(xiàn) ‘+-' ,‘ - -'的情況,要記得處理,我的函數(shù)中寫了一個change() 函數(shù)進(jìn)行處理

4、caculate()函數(shù)

def calculate(s_eq):
  '''
  :param s_eq: 不帶括號的格式化列表
  :return: 計(jì)算結(jié)果
  '''
  if '*' or '/' in s_eq:
    s_eq = remove_multiplication_division(s_eq)
  if '+' or '-' in s_eq:
    s_eq = remove_plus_minus(s_eq)
  return s_eq

這個函數(shù)的作用是輸入不帶括號的格式化列表, 輸出計(jì)算結(jié)果,然后返回結(jié)果列表

思路是先算乘除:remove_multiplication_division()函數(shù),然后再從頭到尾計(jì)算加減法:remove_plus_minus( )函數(shù)

5、remove_multiplication_division()函數(shù)

def remove_multiplication_division(eq):
  '''
  :param eq: 帶有乘除號的格式化列表
  :return: 去除了乘除號的格式化列表
  '''
  count = 0
  for i in eq:
    if i == '*':
      if eq[count+1] != '-':
        eq[count-1] = float(eq[count-1]) * float(eq[count+1])
        del(eq[count])
        del(eq[count])
      elif eq[count+1] == '-':
        eq[count] = float(eq[count-1]) * float(eq[count+2])
        eq[count-1] = '-'
        del(eq[count+1])
        del(eq[count+1])
      eq = change(eq,count-1)
      return remove_multiplication_division(eq)
    elif i == '/':
      if eq[count+1] != '-':
        eq[count-1] = float(eq[count-1]) / float(eq[count+1])
        del(eq[count])
        del(eq[count])
      elif eq[count+1] == '-':
        eq[count] = float(eq[count-1]) / float(eq[count+2])
        eq[count-1] = '-'
        del(eq[count+1])
        del(eq[count+1])
      eq = change(eq,count-1)
      return remove_multiplication_division(eq)
    count = count + 1
  return eq

這個函數(shù)的作用是計(jì)算乘除,去乘除號。方法也是遞歸的方法,每次處理完一個乘號或者除號都可能出現(xiàn)符號問題,記得處理后再進(jìn)入下一次遞歸

6、remove_plus_minus( )函數(shù)

def remove_plus_minus(eq):
  '''
  :param eq: 只帶有加減號的格式化列表
  :return: 計(jì)算出整個列表的結(jié)果
  '''
  count = 0
  if eq[0] != '-':
    sum = float(eq[0])
  else:
    sum = 0.0
  for i in eq:
    if i == '-':
      sum = sum - float(eq[count+1])
    elif i == '+':
      sum = sum + float(eq[count+1])
    count = count + 1
  if sum >= 0:
    eq = [str(sum)]
  else:
    eq = ['-',str(-sum)]
  return eq

這個函數(shù)輸入一個只有加減號的格式化列表,然后從頭到尾的計(jì)算,得出最終結(jié)果,返回最終結(jié)果(結(jié)果形式也是列表)

7、change()函數(shù)

def change(eq,count):
  '''
  :param eq: 剛?cè)ネ昀ㄌ柣蛘叱顺蟮母袷交斜?
  :param count: 發(fā)生變化的元素的索引
  :return: 返回一個不存在 '+-' ,'--'類的格式化列表
  '''
  if eq[count] == '-':
    if eq[count-1] == '-':
      eq[count-1] = '+'
      del eq[count]
    elif eq[count-1] == '+':
      eq[count-1] = '-'
      del eq[count]
  return eq

這個函數(shù)的作用是解決符號輸入兩個問題。輸入?yún)?shù)1:剛?cè)ネ昀ㄌ柕幕蛘邉?計(jì)算完乘除的 格式化列表,輸入?yún)?shù)2: 列表元素發(fā)生變化的索引(如去括號時,這個索引則為去括號前列表的最內(nèi)層左括號的索引),輸出結(jié)果是一個處理完符號問題或者什么都不做直接返回的列表

四、完整代碼

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程序運(yùn)行結(jié)果

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