python 实现四则运算(一)

为了学习python，前段时间从网上看到一个题目（百练题号4132），求解输入的四则运算式。输入是一个包含加、减、乘、除四则运算式，输出计算结果，取小数点后两位。

一、实现思路

1. 从键盘读取四则运算式，这里读的是一个字符串S。

2. 将字符串S划分为单个的运算符和运算数。这里把加“+”、减“-”、乘“*”、除“/”称为运算符，数字称为运算数，运算数可以为整数、小数。

3. 将划分出的运算符和运算数，按照原来的顺序，重新组成一个列表tokenlist。

4. 对元组列表tokenlist，按照从左到右的顺序依次进行处理。

• 处理过程中用到几个数据：两个栈：numStack，用于存储操作数；opStack，用来存储操作符；一个ops列表，保存了6种运算符：+、-、*、/、(、）。一个opps字典，保存了运算符优先级。
• 如果tokenlist[i] 不是操作符，就将其压入numStack，否则，压入opStack。虽然根据numStack和opStack的状态分别作出相应的处理。主要处理过程放在压入numStack之后。
  

二、函数介绍

代码中定义并实现了几个函数。其中：

• main()        主函数。
• delSpace() 删除输入串中间夹杂的空格符号(目前是多余的）。
• toDigitl()     将输入串中的运算数从字符型转换成数值型（有整数、有浮点数）。
• tokenlist()   将输入串划分成单个的运算符和运算数。这里的关键是处理小数点和最后面的括号。识别运算符的方法就是查找运算符列表，如果在ops中则认为是。识别运算数的方法，是用两个变量分别代别一个运算数的开始位置和结束位置，用这两个代表位置的变量，对输入串进行切片。
• caculate(tokenlist)   是主要计算函数，参数为处理过的输入串，返回结果。在写caculate()的过程中，对重复出现和影响代码理解的部分进行了改写，结果就多出了两个函数：fourRules() 、xcacul()。

三、源码

# Caculate four fundamental rules expression

import io
from collections import deque
import time

def delSpace(s):
	"""	Delete blank space in String
	"""
	s1 = ''
	for a in s:
		# if a is blank space, 
		if a != ' ':
			s1 += a
	return s1
	
def toDigitl(sl):
	"""
	INPUT:['1','+','2.3','+','4'] OUTPT:[1,'+',2.3,'+',4]
	"""
	d = []
	sign = ['+','-','*','/','(',')']
	for s in sl:
		if (s in sign):
			d.append(s)		
		elif s.isnumeric():
			d.append(int(s))
		else:
			d.append(float(s))
	return d
	
def tokenList(s):
	"""
	e.g. s = '1+2+4' , return ['1','+','2','+','4']
	"""
	t1 = []
	sp = ''
	sign = ['+','-','*','/','(',')']
	j, k = 1, 0
	for i in range(len(s)):
		if s[i] in sign:
			if s[i-1] in sign:
				sp = s[k:k+j]
				j += 1
			else:
				t1.append(sp)
			t1.append(s[i])
			j = 1
			k = i + 1
		else:
			sp = s[k:k+j]
			j += 1
		# process last char	
		if i == len(s)-1:
			t1.append(sp)
		# pop right bracket
		if i == len(s)-1 and s[i] in sign:
			t1.pop()					
	return t1
	
def fourRules(a,b,s):
    if s == '+': return a+b
    if s == '-': return a-b
    if s == '*': return a*b
    if s == '/': return a/b

def xcacu(ns,sg):
   b1 = ns.pop()
   a1 = ns.pop()	
   r = fourRules(a1,b1,sg)
   ns.append(r)     

def caculate(tokenlist):
	
    numStack = deque() 
    opStack = deque()
    ops = ['+','-','*','/','(',')']
    opps = {'+':0,'-':0,'*':1,'/':1,'(':2,')':2}
    opCurrent = ''
  
    for i in range(len(tokenlist)):
        if tokenlist[i] in ops:
            opStack.append(tokenlist[i])
        else:
            numStack.append(tokenlist[i])
            if i= 2 and len(opStack) >= 1:
                opCurrent = opStack.pop()
                if opps[tokenlist[i+1]] <= opps[opCurrent]:
                    xcacu(numStack,opCurrent)
                else:
                    opStack.append(opCurrent)
                if i == len(tokenlist)-1:
                    xcacu(numStack,opCurrent)
    # print(i,numStack,opStack) 
    while(len(opStack) > 0):
       xcacu(numStack,opStack.pop())
    return numStack.pop()

def main(): 

    s = input()
    while s != 'q':        
        starttime = time.time() 
        
        tt = toDigitl(tokenList(delSpace(s)))
        print('%s is %.2f.'%(s,caculate(tt)))  
        
        endtime =  time.time() - starttime
        print('RUN TIME:%.10f ms'%(endtime*1000))
         
        s = input()
			
if __name__=='__main__':
    main()

四、运行结果

五、后续工作

看到有人用二叉树来存储运算式，笔者在这里只是用python自带的collections库中的deque来模拟栈。这里运算符中虽然写了左右括号，但现在还未实现，仅完成不带括号情况下的四则计算部分。带括号部分，写好后再贴出来。