Python秒算24點如何實現

這篇文章主要介紹Python秒算24點如何實現，文中介紹的非常詳細，具有一定的參考價值，感興趣的小伙伴們一定要看完！

什么是24點

我們先來約定下老王和他媳婦玩的24點規則：給定4個任意數字（0-9），然后通過+,-,*,/，將這4個數字計算出24。

小時候玩的都是這個規則，長大了才有根號，才有各種莫名其妙的高級算法，不好玩了，因為我不會。

可能有人會覺得很簡單，但是真的簡單嗎？

比如：

8，3，3，3
7，3，3，3
你能一眼看出來答案嗎？好像真的可以……

大致思路

這樣想，將四個數字進行全排列，在他們之間添加運算符號。

運算符我們需要進行排列組合，因為只有四個數字，所以只需要三個運算符，而且算法符可能會重復，比如三個都是+。

再遍歷四個數字的全排列，對每一組數字而言，遍歷所有組合的操作符。最后將數字和操作符進行拼接運算，就可以得到最終結果了。

演示環境

操作系統：windows10

python版本：python 3.7

代碼編輯器：pycharm 2018.2

使用模塊：math，itertools, collections.abc

具體代碼

1、首先我們對所有數字進行去全排列，這里我們使用 itertools.permutations 來幫助我們完成。

iertools.permutations 用法演示

from itertools import permutations

data_list = permutations([1,2,3,4],2)
for data in data_list:
print(data)

結果顯示

(1, 2)
(1, 3)
(1, 4)
(2, 1)
(2, 3)
(2, 4)
(3, 1)
(3, 2)
(3, 4)
(4, 1)
(4, 2)
(4, 3)

permutations 第一個參數是接收一個課迭代的對象，第二個參數指定每次排列時從課迭代對象中選著幾個字符進行排列。也可以不傳入第二個參數，那么默認就是可迭代對象的長度。并且返回一個生成器。

所以我們需要對所有數字進行全排列，就可以像下面這樣寫：

def get_all_data_sequence(data_iter):
 return permutations(data_iter)

2、然后我們需要拿到所有的操作運算符的所有組合方式。這里我們就會使用 itertools.product 函數了。

itertools.product 用法演示

from itertools import product

sequence1 = product('ABCD','xy')
sequence2 = product([0,1],repeat=3)

for sequence in sequence1:
 print(sequence)

print('-'*30)

for sequence in sequence2:
 print(sequence)

結果顯示

('A','x')
('A','y')
('B','x')
('B','y')
('C','x')
('C','y')
('D','x')
('D','y')
------------------------------
(0, 0, 0)
(0, 0, 1)
(0, 1, 0)
(0, 1, 1)
(1, 0, 0)
(1, 0, 1)
(1, 1, 0)
(1, 1, 1)

itertools.product，返回傳入所有序列中笛卡爾積的元祖，repeat參數表示傳入序列的重復次數。返回的是一個生成器。

那么獲取所有的操作運算符就可以通過這個函數來獲取了

def get_all_operations_sequence():
 operations = ['+','-','*','/']
 return product(operations,repeat=3)

3、現在我們已經拿到了所有可能組合的操作符和數字了，接下來就需要對他們進行拼接了。然后執行運算。

這一步操作我們會用到 itertools.zip_longest() 和 itertools.chain.form_iterable() 函數。

itertools.zip_longest() 用法演示

data = zip_longest([1,2,3,4],['*','-','+'],fillvalue='')
for value in data:
 print(value)

結果顯示

(1, '*')
(2, '-')
(3, '+')
(4, '')

zip_longest() 其實和 python 內置的 zip() 函數用法差不多，只是 zip_longest 是以最長的一個序列為基準，缺失值就使用 fillvalue 參數的值進行填充

itertools.chain.form_iterable() 用法演示

data = zip_longest([1,2,3,4],['*','-','+'],fillvalue='')
data_chain = chain.from_iterable(data)
for value in data_chain: 
 print(value)

結果顯示

1
*
2
-
3
+
4

這里的data是什么樣的大家知道了吧，然后我們將data傳入 chain.form_iterable() 中，它就能將里面的值依次拿出來。

了解了這兩個函數之后，那么我們就可以開始拼接數字和操作運算符了。

def calculate(self):
 '''
 計算值，返回對應的表達式和值
 :return: 
 ''' 
 for data_sequence in get_all_data_sequence():  
  operation_sequences = get_all_operation_sequence()  
  for operation_sequence in operation_sequences:   
   value = zip_longest(data_sequence, operation_sequence, 
  fillvalue='')   
   value_chain = chain.from_iterable(value)   
   calculate_str = ''   
   # 對得到的字符進行拼接成為表達式 calculate_str
   for _ in value_chain:    
    calculate_str += _   
   try：
    result = eval(calculate_str
   # 處理被除數可能為零的情況，然后就直接跳過這次循環
   except ZeroDivisionError:
    continue
   if math.isclose(result, 24):     
    return calculate_str,result
 return None,None

代碼分析

1、eval() 函數，接受一個字符串，能讓這個字符串當成 python 代碼運行，返回運行的結果。

2、math.isclose()：為什么這里需要使用 math.isclose() ，而不是直接使用==運算符呢？這是因為最后算出來的表達式可能有精度問題，例如23.9...或者24.0...等數字，所以我們就需要使用math.isclose()函數來幫助我們判斷兩個數字是否相等了，這個函數就有一個精度范圍。這樣出現上面情況的時候，我們也能匹配得到條件了。

我們運行代碼，然后測試代碼是否能達到我們的需求。

首先我們測試1,2,3,4四個數字，

程序出來了結果 1*2*3*4 24

看來好像我們寫的代碼是正確的

我們再來測試一組數據8,8,3,3.

嗯？我們并沒有得到結果？這四個數字不能運算出24嗎？

8 / ( 3 - 8 / 3 ) 這樣組合可以吧，為什么沒有算出來這種結果呢？

這是因為我們沒有考慮括號的原因。括號是可以改變運算優先級的。所以我們得把括號考慮進去。

那么想一下括號最多可以有幾個呢？怎樣給我們的表達式添加括號呢？

在4個數字的運算中，括號最多只能有三個。

并且，在這里，我們使用一種簡單的方法添加括號，我們把所有可能出現括號的情況全部羅列出來，然后在將得到的運算表達式拼接進去。

可能大家會覺得羅列出所有括號出現的情況不現實，因為有很多情況

其實不然，當我們去羅列的時候，你就會發現，只有11種情況。

FORM_STRS = [
 # 數字 運算符 數字 運算符 數字 運算符 數字
 # 一個括號 的情況
 '(%s %s %s) %s %s %s %s',
 '(%s %s %s %s %s) %s %s',
 '(%s %s %s %s %s %s %s)',
 '%s %s (%s %s %s) %s %s',
 '%s %s (%s %s %s %s %s)',
 '%s %s %s %s (%s %s %s)',
 # 兩個括號 的情況
 '(%s %s %s) %s (%s %s %s)',
 '( (%s %s %s) %s %s) %s %s',
 '( %s %s (%s %s %s)) %s %s',
 '%s %s ((%s %s %s) %s %s)',
 '%s %s (%s %s (%s %s %s))',
 # 三個括號是重復的,就不用羅列出來了
]

然后我們對得到的表達式在進行遍歷拼接，然后我們再運算表達式。

這樣我們就能得出正確的結果了。

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