用python實(shí)現(xiàn)一個(gè)簡(jiǎn)單計(jì)算器（完整DEMO）

更新時(shí)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(gè)簡(jiǎn)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(gè)類(lèi)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(hào)再無(wú)其他特殊符號(hào)，然后自己動(dòng)手寫(xiě)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(kāi)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(hào)、乘除、加減的優(yōu)先級(jí)排序，因此我們先想辦法一層一層的去括號(hào)，即從最里層的括號(hào)開(kāi)始計(jì)算，然后去掉第一層括號(hào)，然后一直繼續(xù)這個(gè) 過(guò)程，最后得到一個(gè)沒(méi)有括號(hào)的列表，再進(jìn)行計(jì)算得出結(jié)果

3、去括號(hào)方式：最內(nèi)層的括號(hào)內(nèi)的表達(dá)式就可以當(dāng)做一個(gè)無(wú)括號(hào)表達(dá)式，通過(guò)先運(yùn)算出乘除，再運(yùn)算出加減得出整個(gè)括號(hào)內(nèi)的值，用這個(gè)結(jié)果值整體替換括號(hào)內(nèi)的內(nèi)容即實(shí)現(xiàn)了去一層括號(hào)，然后通過(guò)遞歸去除所有的括號(hào)

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

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

三、函數(shù)說(shuō)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(hào)，得到無(wú)括號(hào)的一個(gè)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(gè)函數(shù)的作用是把輸入的算式通過(guò)re模塊，用正則表達(dá)式把算術(shù)符號(hào)和數(shù)字分開(kāi)。

2.2 [\d\.]+ | \( | \+ | \- | \* | \/ | \)意思：按管道符號(hào) | （| 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，\(是指左括號(hào)，\+ 是指加號(hào)，\- 是指減號(hào)，\* 是指乘號(hào)，\/ 是指除號(hào)， \) 是指右括號(hào)，整個(gè)正則表達(dá)式會(huì)把字符串變成類(lèi)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(guò)遞歸去括號(hào)，返回簡(jiǎn)化后的列表
  '''
 
  bracket = 0   # 用于存放左括號(hào)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(hào)后會(huì)出現(xiàn)的-- +- 問(wèn)題
      return simplify(format_list)      # 遞歸去括號(hào)
    count = count + 1
  return format_list           # 當(dāng)遞歸到最后一層的時(shí)候，不再有括號(hào)，因此返回列表

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

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

3.3 可能遇到的問(wèn)題：

首先是不要用index的方式去取當(dāng)前左括號(hào)的索引，因?yàn)榱斜淼膇ndex方法返回的一直都是第一個(gè)左括號(hào)的索引，而不是當(dāng)前左括號(hào)的索引，會(huì)導(dǎo)致出錯(cuò)。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(lái)替換掉第一層括號(hào)部分后，有可能會(huì)出現(xiàn) ‘+-' ，‘ - -'的情況，要記得處理，我的函數(shù)中寫(xiě)了一個(gè)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(hào)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(gè)函數(shù)的作用是輸入不帶括號(hào)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?gòu)念^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(hào)的格式化列表
  :return: 去除了乘除號(hào)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(gè)函數(shù)的作用是計(jì)算乘除，去乘除號(hào)。方法也是遞歸的方法，每次處理完一個(gè)乘號(hào)或者除號(hào)都可能出現(xiàn)符號(hào)問(wèn)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(hào)的格式化列表
  :return: 計(jì)算出整個(gè)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(gè)函數(shù)輸入一個(gè)只有加減號(hào)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?hào)或者乘除后的格式化列表
  :param count: 發(fā)生變化的元素的索引
  :return: 返回一個(gè)不存在 '+-' ,'--'類(lèi)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(gè)函數(shù)的作用是解決符號(hào)輸入兩個(gè)問(wèn)題。輸入?yún)?shù)1：剛?cè)ネ昀ㄌ?hào)的或者剛計(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(hào)時(shí)，這個(gè)索引則為去括號(hào)前列表的最內(nèi)層左括號(hào)的索引），輸出結(jié)果是一個(gè)處理完符號(hào)問(wèn)題或者什么都不做直接返回的列表