Python简单计算器实现

Python简单计算器实现

不同于普通前缀表达式和后缀表达式的实现方法，将算式转换为前缀或后缀表达式，存入一个栈中，当弹出运算符时判断是否需要运算。
本方法采用两个栈，运算符栈和运算数栈，无需转换表达式为前缀或后缀表达式

抽象出几个函数：

（1）弹栈时计算‘两个数字和运算符组成的算式’结果的函数。

（2）判断元素是数字还是运算符的函数。

（3）把算式处理成列表形式的函数。如：’-1-2*((-2+3)+(-2/2))’ 应该处理成：[’-1’, ‘-’, ‘2’, ‘*’, ‘(’, ‘(’, ‘-2’, ‘+’, ‘3’, ‘)’, ‘+’, ‘(’, ‘-2’, ‘/’, ‘2’, ‘)’, ‘)’] 。

（4）决策函数，决定应该是入栈，弹栈运算，还是弹栈丢弃。

（5）主函数，遍历算式列表，计算最终结果。

导入需要的包

import re

传入两个数字，一个运算符，根据运算符不同返回相应结果。即计算加减乘除

def calculate(n1, n2, operator):
    '''
    :param n1: float
    :param n2: float
    :param operator: + - * /
    :return: float
    '''
    result = 0
    if operator == "+":
        result = n1 + n2
    if operator == "-":
        result = n1 - n2
    if operator == "*":
        result = n1 * n2
    if operator == "/":
        result = n1 / n2
    return result

判断是否是运算符，如果是返回True

# 判断是否是运算符，如果是返回True
def is_operator(e):
    '''
    :param e: str
    :return: bool
    '''
    opers = ['+', '-', '*', '/', '(', ')']
    return True if e in opers else False

将算式处理成列表，解决-是负数还是减号

# 将算式处理成列表，解决-是负数还是减号
def formula_format(formula):
    # 去掉算式中的空格
    formula = re.sub(' ', '', formula)
    # 以 '横杠数字' 分割， 其中正则表达式：(\-\d+\.?\d*) 括号内：
    # \- 表示匹配横杠开头； \d+ 表示匹配数字1次或多次；\.?表示匹配小数点0次或1次;\d*表示匹配数字1次或多次。
    formula_list = [i for i in re.split('(\-\d+\.?\d*)', formula) if i]
 
    # 最终的算式列表
    final_formula = []
    for item in formula_list:
        # 第一个是以横杠开头的数字（包括小数）final_formula。即第一个是负数，横杠就不是减号
        if len(final_formula) == 0 and re.search('^\-\d+\.?\d*$', item):
            final_formula.append(item)
            continue
 
        if len(final_formula) > 0:
            # 如果final_formal最后一个元素是运算符['+', '-', '*', '/', '('], 则横杠数字不是负数
            if re.search('[\+\-\*\/\(]$', final_formula[-1]):
                final_formula.append(item)
                continue
        # 按照运算符分割开
        item_split = [i for i in re.split('([\+\-\*\/\(\)])', item) if i]
        final_formula += item_split
    return final_formula

决策函数，决定应该是入栈，弹栈运算，还是弹栈丢弃。

def decision(tail_op, now_op):
    '''
    :param tail_op: 运算符栈的最后一个运算符
    :param now_op: 从算式列表取出的当前运算符
    :return: 1 代表弹栈运算，0 代表弹运算符栈最后一个元素， -1 表示入栈
    '''
    # 定义4种运算符级别
    rate1 = ['+', '-']
    rate2 = ['*', '/']
    rate3 = ['(']
    rate4 = [')']
 
    if tail_op in rate1:
        if now_op in rate2 or now_op in rate3:
            # 说明连续两个运算优先级不一样，需要入栈
            return -1
        else:
            return 1
 
    elif tail_op in rate2:
        if now_op in rate3:
            return -1
        else:
            return 1
 
    elif tail_op in rate3:
        if now_op in rate4:
            return 0   # ( 遇上 ) 需要弹出 (，丢掉 )
        else:
            return -1  # 只要栈顶元素为(，当前元素不是)都应入栈。
    else:
        return -1

主函数，遍历算式列表，计算最终结果。

def final_calc(formula_list):
    num_stack = []       # 数字栈
    op_stack = []        # 运算符栈
    for e in formula_list:
        operator = is_operator(e)
        if not operator:
            # 压入数字栈
            # 字符串转换为符点数
            num_stack.append(float(e))
        else:
            # 如果是运算符
            while True:
                # 如果运算符栈等于0无条件入栈
                if len(op_stack) == 0:
                    op_stack.append(e)
                    break
 
                # decision 函数做决策
                tag = decision(op_stack[-1], e)
                if tag == -1:
                    # 如果是-1压入运算符栈进入下一次循环
                    op_stack.append(e)
                    break
                elif tag == 0:
                    # 如果是0弹出运算符栈内最后一个(, 丢掉当前)，进入下一次循环
                    op_stack.pop()
                    break
                elif tag == 1:
                    # 如果是1弹出运算符栈内最后两个元素，弹出数字栈最后两位元素。
                    op = op_stack.pop()
                    num2 = num_stack.pop()
                    num1 = num_stack.pop()
                    # 执行计算
                    # 计算之后压入数字栈
                    num_stack.append(calculate(num1, num2, op))
    # 处理大循环结束后 数字栈和运算符栈中可能还有元素 的情况
    while len(op_stack) != 0:
        op = op_stack.pop()
        num2 = num_stack.pop()
        num1 = num_stack.pop()
        num_stack.append(calculate(num1, num2, op))
 
    return num_stack, op_stack

测试一下

if __name__ == '__main__':
    # formula = input('请输入：\n')
    formula = "1 - 2 * ( (60-30 +(-40/5) * (9-2*5/3 + 7 /3*99/4*2998 +10 * 568/14 )) - (-4*3)/ (16-3*2))"
    print("算式：", formula)
    formula_list = formula_format(formula)
    result, _ = final_calc(formula_list)
    print("计算结果：", result[0])

运行结果

算式： 1 - 2 * ( (60-30 +(-40/5) * (9-2*5/3 + 7 /3*99/4*2998 +10 * 568/14 )) - (-4*3)/ (16-3*2))
计算结果： 2776672.6952380957