day4 计算器

作业：计算器开发

（1）实现加减乘除及拓号优先级解析；

（2）用户输入 1 - 2 * ( (60-30 +(-40/5) * (-9-2*5/-3 + 7 /3*99/4*2998 +10 * 568/14 )) - (-4*3)/ (16-3*2) )等类似公式后，必须自己解析里面的(),+,-,*,/符号和公式，运算后得出结果，结果必须与真实的计算器所得出的结果一致。

    代码如下：

1 import re
 2 
 3 formula = '1 - 2 * ( (60-30 +(-9-2*5/-3 + 7 /3*99/4*2998 +10 * 568/14 ) * (-40/5)) - (-4*3)/ (16-3*2) )'
 4 #formula = "(1++1)"
 5 def modify(formula_deep):
 6     '''程序修饰函数，去除空格和括号'''
 7     '''去除运算中出现的+- -- ++ -+ 等情形'''
 8     formula_deep = re.sub("[() ]","",formula_deep)   #替换空格和空号
 9     formula_deep = re.sub("\+-","-",formula_deep)    #替换+-为-
10     formula_deep = re.sub("--",'+',formula_deep)     #替换--为+
11     formula_deep = re.sub("-\+",'-',formula_deep)
12     formula_deep = re.sub("\++","+",formula_deep)
13     return formula_deep
14 
15 def multiply_divide(formula_deep):
16     '''计算乘除'''
17     '''由于乘除是首先计算的，我们的思路是，首先计算乘除，然后把计算的结果替换进去，就可以得到只剩加减的情形'''
18     calc_sign = re.findall("[+-]",formula_deep)    #提取字符串中所有的加减号
19     calc_list = re.split("[+-]",formula_deep)      #以加减号进行分割，得到乘除
20     '''由于我们得到的calc_list:['', '9', '2*5/', '3', '7/3*99/4*2998', '10*568/14'],里面由于-号引起的麻烦，-9被分割了，2*5/等'''
21     if calc_list[0] == '':
22         '''处理列表开头“”空的情况，说明这里是负数，被我们分割掉了要重新进行合并'''
23         calc_list[1] = calc_sign[0] + calc_list[1]
24         del calc_sign[0]
25         del calc_list[0]
26     for num,line in enumerate(calc_list):
27         '''处理2*5/的情形，说明这种后面除的是一个负数，因为只有负数才会出现这种情况2*5/-3被分割了，需要合并'''
28         if line.endswith("/") or line.endswith("*"):
29             '''如果结尾包括乘除号，说明是负数被拆分了'''
30             calc_list[num+1] = calc_list[num] + calc_sign[num] + calc_list[num+1]
31             del calc_sign[num]
32             del calc_list[num]
33     '''下面进行乘除的正式运算，上面都是进行格式转换'''
34     for index,string in enumerate(calc_list):
35         '''首先提取编号，便于后面替换运算出来的值'''
36         if "/" in string or "*" in string:
37             mul_div_sign = re.findall("[/*]",string)
38             mul_div_list = re.split("[/*]",string)
39             calc_value = None
40             for e_index,e in enumerate(mul_div_list):
41                 if calc_value:
42                     if mul_div_sign[e_index-1] == "/":
43                         calc_value /= float(e)
44                     elif mul_div_sign[e_index-1] == "*":
45                         calc_value *= float(e)
46                 else:
47                     calc_value = float(e)
48                 calc_list[index] = calc_value
49         else:
50             pass
51     '''计算值'''
52     value = None
53     for k,v in enumerate(calc_list):
54         '''计算加减的情况'''
55         if value:
56             if calc_sign[k-1] == "-":
57                 value -= float(v)
58             elif calc_sign[k-1] == '+':
59                 value += float(v)
60         else:
61             value = float(v)
62     return value
63 
64 
65 def main(formula):
66     '''程序主入口，生成带括号的情况'''
67     while True:
68         formula_deep = re.search("\(.[^()]+\)",formula)
69         if formula_deep:
70             formula_deep = formula_deep.group()
71             formula_list = modify(formula_deep)
72             '''得到修整好要计算的字符串，现在开始进行计算-9-2*5/-3+7/3*99/4*2998+10*568/14'''
73             calc_value = multiply_divide(formula_list)
74             formula = formula.replace(formula_deep,str(calc_value))
75         else:
76             '''处理不带括号的情形'''
77             formula = modify(formula)
78             calc_last_value = multiply_divide(formula)
79             print("formula:",calc_last_value)
80             exit()
81 
82 if __name__=="__main__":
83     main(formula)

    程序运行过程：

大致思路：我们知道，要计算上面字符串的格式，可以使用eval()函数，但是这里我们要自己编写一个计算器；我们知道，数学运算的优先级是括号的优先级最高，先运算括号内的东西，因此我们的思路是匹配出内存的括号，然后进行运算，当把内存括号中的内容匹配出来之后，我们计算，然后用计算出来的值替换字符串中原来位置的值，一直替换到字符串中没有括号位置，这个时候我们就按照正常的运算顺序来进行计算。

    1、正则匹配，先找到内存括号；代码如下：

    formula = '1 - 2 * ( (60-30 +(-9-2*5/-3 + 7 /3*99/4*2998 +10 * 568/14 ) * (-40/5)) - (-4*3)/ (16-3*2) )'　　formula_deep = re.search("\(.[^()]+\)",formula)　　print(formula_deep.group())

    运行结果如下：

    (-9-2*5/-3 + 7 /3*99/4*2998 +10 * 568/14 )

    上面我们观察提取出来内存的字符串，可以看出，有很多地方需要修饰一下，字符串中有很多空，这会影响我们计算，还有在计算的过程中我们不需要括号，因此也要去掉括号。

    2、去除空格和括号；

    formula_deep = re.sub("[() ]","",formula_deep)

    运行如下：

    -9-2*5/-3+7/3*99/4*2998+10*568/14    3、得到上述字符串之后，我们在逐层运算的时候，可以会出现+-，-+，++，--等情况，这个时候也要进行处理，由于现在是第一层，看不出来问题，当运算之后，如果内存得到的是负数，那么前面括号外面是+或-的话就变成+-，--等情况，这个时候也是不行的，也要进行处理；

    formula_deep = re.sub("\+-",'-',formula_deep)　　formula_deep = re.sub("-+",'-',formula_deep)　　formula_deep = re.sub("\++","+",formula_deep)　　formula_deep = re.sub("--",'+',formula_deep)    运行如下：

    -9-2*5/-3+7/3*99/4*2998+10*568/14

    4、当上面处理完成之后，就正式开始计算，我们知道，计算首先要计算乘除，因为乘除的优先级最高，因为要先找到乘除，计算完成之后再计算加减；

    calc_sign = re.findall("[+-]",formula_deep)　　calc_list = re.split("[+-]",formula_deep)　　print(calc_list)　　print(calc_sign)

    运行如下：

    ['', '9', '2*5/', '3', '7/3*99/4*2998', '10*568/14']　　['-', '-', '-', '+', '+']

    我们得到了计算的列表，和运算符号，['', '9', '2*5/', '3', '7/3*99/4*2998', '10*568/14']里面也是有问题的，首先，列表的第一个元素是""空的情形，说明前面是-号才会有这种情况出现，这样的情况是要合并的，还有2*5/，这种说明后面跟着的也是负数，也要先进行处理才能进行预案算，为什么会出现这种情况呢？这是由于在运算的过程中，我们是以"+"或"-"来分割字符串的，这样就会造成如果是一个负数，就会被分割掉，在开头的时候，前面会被分割一个空，这样就会造成我们运算出错，因为要进行修改。

    5、对上面运算进行修正：

    if calc_list[0] == "": 　　calc_list[1] = calc_sign[0] + calc_list[1] 　　del calc_list[0] 　　del calc_sign[0]　　print("calc_list:",calc_list)　　print("calc_sign:",calc_sign)　　for index,e in enumerate(calc_list): 　　if e.endswith("/") or e.endswith("*"): 　　'''说明后面跟着的是负数，要进行修正''' 　　calc_list[index+1] = calc_list[index] + calc_sign[index] + calc_list[index+1] 　　del calc_list[index] 　　del calc_sign[index]　　print("calc_list:",calc_list)　　print("calc_sign:",calc_sign)

    运行如下：

    calc_list: ['-9', '2*5/', '3', '7/3*99/4*2998', '10*568/14']　　calc_sign: ['-', '-', '+', '+']　　calc_list: ['-9', '2*5/-3', '7/3*99/4*2998', '10*568/14']　　calc_sign: ['-', '+', '+']

    从上面可以看出，我们分两笔进行了修正，第一次去除了开头的""空元素问题；第二次提出了乘除后面跟着负数的情况；

    6、这个时候，我们就要进行计算了，我们首先遍历calc_list: ['-9', '2*5/-3', '7/3*99/4*2998', '10*568/14']中的元素，因为我们要先进行乘除，因此找到包含"/"或"*"的字符串，进行求值，然后进行替换，就可以得到没有乘除的字符串，只包含加减情况：

for num,value in enumerate(calc_list):
    if "/" in value or "*" in value:
        """说明包含乘除，首先进行计算"""
        mul_div_sign = re.findall("[/*]",value)
        mul_div_list = re.split("[*/]",value)
        print(mul_div_sign)
        print(mul_div_list)

    运算结果如下：

    ['*', '/']　　['2', '5', '-3']　　['/', '*', '/', '*']　　['7', '3', '99', '4', '2998']　　['*', '/']　　['10', '568', '14']

    我们得到了运算符和里面的数字，现在只要判断乘除号，然后就可以利用前面一个乘以后面一个进行计算了。如下：

    7、乘除计算：

1 for num,value in enumerate(calc_list):
 2     if "/" in value or "*" in value:
 3         """说明包含乘除，首先进行计算"""
 4         mul_div_sign = re.findall("[/*]",value)
 5         mul_div_list = re.split("[*/]",value)
 6         '''接下来，我们计算乘除的情况，首先我们要遍历乘除，因为要进行元素递乘'''
 7         res = None
 8         for e_index,e_value in enumerate(mul_div_list):
 9             if res:
10                 if mul_div_sign[e_index-1] == "/":
11                     res /= float(e_value)
12                 elif mul_div_sign[e_index-1] == "*":
13                     res *= float(e_value)
14             else:
15                 res = float(e_value)      #如果不存在，就生成一个新的，但是我们定义的是不存在的情况，因此肯定是先生成一个数，然后在进行计算
16         calc_list[num] = res
17     else:
18         pass
19 
20 print(calc_list)
21 print(calc_sign)

    运行结果如下：

    ['-9', -3.3333333333333335, 173134.50000000003, 405.7142857142857]　　['-', '+', '+']

    上述代码，我们进行了乘除的运算，让运算里面不在存在乘除，只需要进行加减运算即可。

    可以看见，我们运算之后，只剩下了加减，这样，我们就可以利用列表的元素和符号进行加减运算。

    8、加减运算：

1 '''进行加减运算'''
 2 result = None
 3 for k_index,k_value in enumerate(calc_list):
 4     if result:
 5         if calc_sign[k_index-1] == "+":
 6             result += float(k_value)
 7         elif calc_sign[k_index-1] == '-':
 8             result -= float(k_value)
 9     else:
10         result = float(k_value)
11 print("result:",result)

    运行如下：

    result: 173534.54761904766

    9、上面，我们得到了运算的结果，然后只需要替换内存括号的内容即可，这样一层一层替换，最终只会剩下没有括号的运算，这个时候，我们在这行这个函数，就能得到最终的结果。

    知识点：

    （1）：

result = Nonefor k_index,k_value in enumerate(calc_list):    if result:        if calc_sign[k_index-1] == "+":            result += float(k_value)        elif calc_sign[k_index-1] == '-':            result -= float(k_value)    else:        result = float(k_value)

    上述代码中，体现了一个思想，由于我们想实现的是前一个数字加上后一个数字，但是没有直接的方法，这个时候，我们就可以先定义一个空值，然后对这个值进行判断，其实判断的目的就是为了给这个变量赋值，赋值就是列表的第一个元素，这样我们就能实现列表中元素每次循环都进行叠加或叠减。这个思想很好。当不存在，想让它存在的时候，就先定义一个空值进行判断，判断之后在进行赋值。赋值之后，相当于result等于元素的第一个值，并且元素下一次循环也是从第二个值开始，列表的长度索引也没有超标。

    2、正则表达式的利用，re(regular的缩写)：

    ^表示非，"\"表示转义，就是让表示字符本身的含义，+代表一个或多个

    "\(.[^()]+\)"代表匹配括号，括号中间是包含任意多个不是()的元素，也就是匹配最内层的括号。

    3、字符串的replace()方法，就把字符串进行查找替换，str.replace(old,new)，正则中字符串findall()查找元素中所有的正则表达式的值，放在一个列表中；re.split()字符串的分割，按照某个正则字符串进行分割。