Python中怎么使用棧實現簡易計算器

這篇文章主要介紹“Python中怎么使用棧實現簡易計算器”，在日常操作中，相信很多人在Python中怎么使用棧實現簡易計算器問題上存在疑惑，小編查閱了各式資料，整理出簡單好用的操作方法，希望對大家解答”Python中怎么使用棧實現簡易計算器”的疑惑有所幫助！接下來，請跟著小編一起來學習吧！

主要的思路：read - parse - print - loop。

read 階段是指讀取用戶在提示符(cal> )之后輸入的字符串。

parse 階段包括：將用戶輸入的字符串分割成單個對象比如：符號 +，或者數字 1.2 。其次將中綴表達式轉化后綴表達式，接下來計算后綴表達式的數值。

print 階段指的是將 parse 階段的數值打印在終端上。

loop 階段是指重復上述操作，除非用戶輸入 exit 符號或者 Ctrl + C 終止程序運行。

實現效果圖：

棧

為了實現后面的中綴、后綴表達式，我們需要借助棧這種數據結構。

棧是一種先進后出的數據結構，函數調用時就會使用棧來保存當前程序的地址及其他信息，前面的深度優先搜索就是基于棧實現的。

之前寫了一篇文章介紹了棧的用法，下面簡單說明棧的使用：

push 函數在棧的頂部添加元素，pop 函數刪除棧頂的元素，top 函數查看棧頂元素。

class Stack:
 def push(self, value: T) -> None: pass
 def pop(self) -> T: pass
 def top(self) -> T: pass

分詞

分詞是 parse 階段的重要部分。

• 我們定義符號 + - * / ( )。

• 將這些字符串中的這些符號替換為：空格 + 符號 + 空格

+ => 空格+空格

• 將字符串按空格分割，得到最終的分詞

經過上述操作，就可以實現對正數以及操作符的分詞功能。

# Python高效編程
def tokenize(expression: str) -> Generator[str, None, None]:
 for symbol in symbols:
 # 替換字符串
 expression = expression.replace(symbol, f" {symbol} ") # 分割字符串 seq: List[str] = expression.split()

為了實現對負數的分詞，我們需要迭代分詞序列，將‘-’ 與后面的數字轉換成一個整體。我們有兩種情況將 - 視作負號，第一種情況，負號位于字符串的開頭；第二種情況，負號前一個符號為左括號。

# Python高效編程
for i, item in enumerate(expression.split()):
 if item == "-":
 # 兩種情況下，當前符號設置為 ""
 # 下一個符號設置為負數
 if i - 1 < 0 or seq[i - 1] == "(":
 seq[i] = ""
 seq[i + 1] = f"-{seq[i + 1]}"
 # 若字符串不為空，打印字符串
 if seq[i]:
 yield seq[i]

中綴表達式

中綴表達式就是我們寫的各種表達式，如 3 + 2 * 4。我們希望將其轉化為后綴表達式，示例如下：

中綴表達式 ==> 1 + 5 * 4 + (3 * 2 + 4) * 6
后綴表達式 ==> 1 5 4 * + 3 2 * 4 + 6 * +

我們需要準備一個棧 stack ，用于臨時存放操作符；準備一個序列 seq，用來存放輸出結果，也就是后綴表達式。

轉化規則：

迭代分詞序列，遇到數字，就將數字輸出到序列 seq 中。

定義各個符號優先級，其中 乘除 > 加減 > 右括號。比較當前符號與棧頂元素的優先級，如果當前元素的優先級小于等于棧頂元素的優先級，就彈出棧頂元素，輸出到 seq 序列中，然后將當前元素壓入棧中。如果當前元素的優先級大于棧頂元素的優先級，或者當前元素為右括號，我們直接將當前元素壓入棧中。

如果遇到左括號，我們就彈出棧中元素，并輸出到 seq 序列中。其中，左右括號不輸出到序列中。

最后，將棧中剩余的符號輸出到 seq 序列中。

# Python高效編程
# 迭代 1 + 5 * 4 + (3 * 2 + 4) * 6
# 讀入 1 并輸出到 seq 中，將 + 壓入棧中
# 讀入 5 并輸出到 seq 中
stack ==> +
seq ==> 1 5
# 讀入 *, * 優先級 > + 優先級
# 將 * 壓入棧中, 讀入 4 并輸出
stack ==> + *
seq ==> 1 5 4
# 讀入 +， + 優先級 < * 優先級
# 將 * 輸出到 seq 序列中
# + 優先級 <= + 優先級，+ 輸出
# 將 + 壓入棧中
stack ==> +
seq ==> 1 5 4 * +
# 讀入 (, 壓入棧中，讀入 3，壓入棧中
stack ==> + (
seq ==> 1 5 4 * + 3
# 讀入 *, 壓入棧中，讀入 2，壓入棧中
stack ==> + ( *
seq ==> 1 5 4 * + 3 2
# 讀入 +，* 輸出，+ 壓入棧中， 4 輸出
stack ==> + ( +
seq ==> 1 5 4 * + 3 2 * 4
# 讀入 )，+ 輸出，彈出 (
stack ==> +
seq ==> 1 5 4 * + 3 2 * 4 +
# 讀入 *, 壓入棧中, 6 輸出
stack ==> + *
seq ==> 1 5 4 * + 3 2 * 4 + 6
# 將棧中剩余符號輸出
stack ==>
seq ==> 1 5 4 * + 3 2 * 4 + 6 * +

代碼如下：

# Python高效編程
def parse_infix(expression: str) -> List[str]:
 stack: Stack[str] = Stack()
 result: List[str] = []
 for expr in tokenize(expression):
 if not is_float(expr) and expr not in symbols:
 raise SymbolError()
 if is_float(expr):
 result.append(expr)
 elif expr == ")":
 while stack.top != "(":
 result.append(stack.pop())
 stack.pop()
 elif expr == "(":
 stack.push(expr)
 elif stack.top and compare_priority(expr, stack.top):
 result.append(stack.pop())
 while stack.top and compare_priority(expr, stack.top):
 result.append(stack.pop())
 stack.push(expr)
 else:
 stack.push(expr)
 while stack:
 result.append(stack.pop())
 return result

后綴表達式

后綴表達式的規則：遇到數值就壓入棧中；遇到符號，就從棧中彈出兩個元素，計算兩個元素運算結果，將得到的結果壓入棧中。

# Python高效編程
def parse_sufix(expression: List[str]) -> float:
 stack: Stack[str] = Stack()
 result: float = 0.0
 for expr in expression:
 if is_float(expr):
 stack.push(expr)
 else:
 elem1: str = stack.pop()
 elem2: str = stack.pop()
 result = evaluate(expr, float(elem2), float(elem1))
 stack.push(str(result))
 if stack:
 result = float(stack.pop())
 return result

到此，關于“Python中怎么使用棧實現簡易計算器”的學習就結束了，希望能夠解決大家的疑惑。理論與實踐的搭配能更好的幫助大家學習，快去試試吧！若想繼續學習更多相關知識，請繼續關注億速云網站，小編會繼續努力為大家帶來更多實用的文章！