Python实现简单的四则运算计算器


Posted in Python onNovember 02, 2016

一、算法

     1、算法的主要思想就是将一个中缀表达式(Infix expression)转换成便于处理的后缀表达式(Postfix expression),然后借助于栈这个简单的数据结构,计算出表达式的结果。

     2、关于如何讲普通的表达式转换成后缀表达式,以及如何处理后缀表达式并计算出结果的具体算法描述不在此叙述了,书上有详细的说明。

二、简易计算器

使用说明

使用该计算器类的简单示例如下:

# usage
c = Calculator()
print('result: {:f}'.formart(c.get_result('1.11+2.22-3.33*4.44/5.55')))
# output:
result: 0.666000

测试案例

为了对这个计算器进行有效地检验,设计了几组测试案例,测试结果如下:

Test No.1: (1.11) = 1.110000
Test No.2: 1.11+2.22-3.33*4.44/5.55 = 0.666000
Test No.3: 1.11+(2.22-3.33)*4.44/5.55 = 0.222000
Test No.4: 1.11+(2.22-3.33)*(4.44+5.55)/6.66 = -0.555000
Test No.5: 1.11*((2.22-3.33)*(4.44+5.55))/(6.66+7.77) = -0.852992
Test No.6: (1.11+2.22)*(3.33+4.44)/5.55*6.66 = 31.048920
Test No.7: (1.11-2.22)/(3.33+4.44)/5.55*(6.66+7.77)/(8.88) = -0.041828
Test No.8: Error: (1.11+2.22)*(3.33+4.44: missing ")", please check your expression
Test No.9: Error: (1.11+2.22)*3.33/0+(34-45): divisor cannot be zero
Test No.10: Error: 12+89^7: invalid character: ^

实现代码

栈的实现

栈实际上就是一个被限制操作的表,所有的操作只能在栈的顶端(入栈、出栈等),以下是使用Python代码实现的简单的栈:

class Stack(object):
  """
  The structure of a Stack.
  The user don't have to know the definition.
  """
  def __init__(self):
    self.__container = list()
  def __is_empty(self):
    """
    Test if the stack is empty or not
    :return: True or False
    """
    return len(self.__container) == 0
  def push(self, element):
    """
    Add a new element to the stack
    :param element: the element you want to add
    :return: None
    """
    self.__container.append(element)
  def top(self):
    """
    Get the top element of the stack
    :return: top element
    """
    if self.__is_empty():
      return None
    return self.__container[-1]
  def pop(self):
    """
    Remove the top element of the stack
    :return: None or the top element of the stack
    """
    return None if self.__is_empty() else self.__container.pop()
  def clear(self):
    """
    We'll make an empty stack
    :return: self
    """
    self.__container.clear()
    return self

计算器类的实现

在计算器类中,我们将表达式的合法性验证单独放在一个函数中完成,但是实际上如果需要,也可以直接放在中缀表达式转后缀表达式的函数中实现,这样只需要一次遍历表达式即可同时完成验证和转换工作。但是为了保持结构清晰,还是分开来实现比较好,每个函数尽可能最好一件事情才是比较实在的。

在该计算器类中,有很多种极端的情况没有被考虑进去,因为那样的话整个实现的代码会更多。不过,可以在后期为整个类继续扩展,添加新的功能也是可以的。目前实现的就是主要框架,包括基本的错误检测和运算,重点时学习运用栈这个看似简单却强大的数据结构解决问题。

class Calculator(object):
  """
  A simple calculator, just for fun
  """
  def __init__(self):
    self.__exp = ''
  def __validate(self):
    """
    We have to make sure the expression is legal.
    1. We only accept the `()` to specify the priority of a sub-expression. Notes: `[ {` and `] }` will be
    replaced by `(` and `)` respectively.
    2. Valid characters should be `+`, `-`, `*`, `/`, `(`, `)` and numbers(int, float)
    - Invalid expression examples, but we can only handle the 4th case. The implementation will
    be much more sophisticated if we want to handle all the possible cases.:
      1. `a+b-+c`
      2. `a+b+-`
      3. `a+(b+c`
      4. `a+(+b-)`
      5. etc
    :return: True or False
    """
    if not isinstance(self.__exp, str):
      print('Error: {}: expression should be a string'.format(self.__exp))
      return False
    # Save the non-space expression
    val_exp = ''
    s = Stack()
    for x in self.__exp:
      # We should ignore the space characters
      if x == ' ':
        continue
      if self.__is_bracket(x) or self.__is_digit(x) or self.__is_operators(x) \
          or x == '.':
        if x == '(':
          s.push(x)
        elif x == ')':
          s.pop()
        val_exp += x
      else:
        print('Error: {}: invalid character: {}'.format(self.__exp, x))
        return False
    if s.top():
      print('Error: {}: missing ")", please check your expression'.format(self.__exp))
      return False
    self.__exp = val_exp
    return True
  def __convert2postfix_exp(self):
    """
    Convert the infix expression to a postfix expression
    :return: the converted expression
    """
    # highest priority: ()
    # middle: * /
    # lowest: + -
    converted_exp = ''
    stk = Stack()
    for x in self.__exp:
      if self.__is_digit(x) or x == '.':
        converted_exp += x
      elif self.__is_operators(x):
        converted_exp += ' '
        tp = stk.top()
        if tp:
          if tp == '(':
            stk.push(x)
            continue
          x_pri = self.__get_priority(x)
          tp_pri = self.__get_priority(tp)
          if x_pri > tp_pri:
            stk.push(x)
          elif x_pri == tp_pri:
            converted_exp += stk.pop() + ' '
            stk.push(x)
          else:
            while stk.top():
              if self.__get_priority(stk.top()) != x_pri:
                converted_exp += stk.pop() + ' '
              else:
                break
            stk.push(x)
        else:
          stk.push(x)
      elif self.__is_bracket(x):
        converted_exp += ' '
        if x == '(':
          stk.push(x)
        else:
          while stk.top() and stk.top() != '(':
            converted_exp += stk.pop() + ' '
          stk.pop()
    # pop all the operators
    while stk.top():
      converted_exp += ' ' + stk.pop() + ' '
    return converted_exp
  def __get_result(self, operand_2, operand_1, operator):
    if operator == '+':
      return operand_1 + operand_2
    elif operator == '-':
      return operand_1 - operand_2
    elif operator == '*':
      return operand_1 * operand_2
    elif operator == '/':
      if operand_2 != 0:
        return operand_1 / operand_2
      else:
        print('Error: {}: divisor cannot be zero'.format(self.__exp))
        return None
  def __calc_postfix_exp(self, exp):
    """
    Get the result from a converted postfix expression
    e.g. 6 5 2 3 + 8 * + 3 + *
    :return: result
    """
    assert isinstance(exp, str)
    stk = Stack()
    exp_split = exp.strip().split()
    for x in exp_split:
      if self.__is_operators(x):
        # pop two top numbers in the stack
        r = self.__get_result(stk.pop(), stk.pop(), x)
        if r is None:
          return None
        else:
          stk.push(r)
      else:
        # push the converted number to the stack
        stk.push(float(x))
    return stk.pop()
  def __calc(self):
    """
    Try to get the result of the expression
    :return: None or result
    """
    # Validate
    if self.__validate():
      # Convert, then run the algorithm to get the result
      return self.__calc_postfix_exp(self.__convert2postfix_exp())
    else:
      return None
  def get_result(self, expression):
    """
    Get the result of an expression
    Suppose we have got a valid expression
    :return: None or result
    """
    self.__exp = expression.strip()
    return self.__calc()
  """
  Utilities
  """
  @staticmethod
  def __is_operators(x):
    return x in ['+', '-', '*', '/']
  @staticmethod
  def __is_bracket(x):
    return x in ['(', ')']
  @staticmethod
  def __is_digit(x):
    return x.isdigit()
  @staticmethod
  def __get_priority(op):
    if op in ['+', '-']:
      return 0
    elif op in ['*', '/']:
      return 1

总结

以上就是利用Python实现简单四则运算计算器的全部内容,希望本文的内容对大家的学习或者工作能有所帮助,如果有疑问大家可以留言交流。

参考

《数据结构与算法(C语言)》上相关章节算法描述

Python 相关文章推荐
Python中基础的socket编程实战攻略
Jun 01 Python
利用Python获取操作系统信息实例
Sep 02 Python
python实现微信跳一跳辅助工具步骤详解
Jan 04 Python
python实现黑客字幕雨效果
Jun 21 Python
Python实现购物评论文本情感分析操作【基于中文文本挖掘库snownlp】
Aug 07 Python
实例介绍Python中整型
Feb 11 Python
详解django2中关于时间处理策略
Mar 06 Python
零基础使用Python读写处理Excel表格的方法
May 02 Python
Python实现数值积分方式
Nov 20 Python
python中设置超时跳过,超时退出的方式
Dec 13 Python
python GUI编程(Tkinter) 创建子窗口及在窗口上用图片绘图实例
Mar 04 Python
使用 prometheus python 库编写自定义指标的方法(完整代码)
Jun 29 Python
利用Python命令行传递实例化对象的方法
Nov 02 #Python
Python 性能优化技巧总结
Nov 01 #Python
python字典多键值及重复键值的使用方法(详解)
Oct 31 #Python
浅谈django中的认证与登录
Oct 31 #Python
python 把数据 json格式输出的实例代码
Oct 31 #Python
python中json格式数据输出的简单实现方法
Oct 31 #Python
python并发编程之多进程、多线程、异步和协程详解
Oct 28 #Python
You might like
NO3第三帝国留言簿制作过程
2006/10/09 PHP
PHP5中GD库生成图形验证码(有汉字)
2013/07/28 PHP
那些年我们错过的魔术方法(Magic Methods)
2014/01/14 PHP
php ci框架中加载css和js文件失败的原因及解决方法
2014/07/29 PHP
分享PHP-pcntl 实现多进程代码
2016/09/30 PHP
php获取服务器操作系统相关信息的方法
2016/10/08 PHP
JavaScript中的无阻塞加载性能优化方案
2014/10/10 Javascript
javascript属性访问表达式用法分析
2015/04/25 Javascript
js实现滑动触屏事件监听的方法
2015/05/05 Javascript
JavaScript代码生成PDF文件的方法
2016/02/26 Javascript
浅析jquery与checkbox的checked属性的问题
2016/04/27 Javascript
BootStrap中的table实现数据填充与分页应用小结
2016/05/26 Javascript
AngularJS基础 ng-csp 指令详解
2016/08/01 Javascript
js返回顶部实例分享
2016/12/21 Javascript
Vue实例简单方法介绍
2017/01/20 Javascript
深入nodejs中流(stream)的理解
2017/03/27 NodeJs
使用Node.js实现简易MVC框架的方法
2017/08/07 Javascript
vue2使用keep-alive缓存多层列表页的方法
2018/09/21 Javascript
Node.js安装详细步骤教程(Windows版)详解
2019/09/01 Javascript
浅探express路由和中间件的实现
2019/09/30 Javascript
python ip正则式
2009/05/07 Python
浅谈scrapy 的基本命令介绍
2017/06/13 Python
详解python里使用正则表达式的全匹配功能
2017/10/19 Python
C++面试题目
2013/06/25 面试题
经典c++面试题六
2012/01/18 面试题
init进程的作用
2015/08/20 面试题
安全生产网格化管理实施方案
2014/03/01 职场文书
开展批评与自我批评心得体会
2014/10/17 职场文书
2014年科普工作总结
2014/12/06 职场文书
2015年助理工程师工作总结
2015/04/03 职场文书
《当代神农氏》教学反思
2016/02/23 职场文书
2016秋季运动会开幕词
2016/03/04 职场文书
react合成事件与原生事件的相关理解
2021/05/13 Javascript
浅谈Redis的keys命令到底有多慢
2021/10/05 Redis
如何在Python中妥善使用进度条详解
2022/04/05 Python
详解OpenCV曝光融合
2022/04/29 Python