Python开发——利用正则表达式实现计算器算法

（1）不使用eval()等系统自带的计算方法

（2）实现四则混合运算、括号优先级解析

思路：

1、字符串预处理，将所有空格去除

2、判断是否存在括号运算，若存在进行第3步，若不存在则直接进入第4步

3、利用正则表达式获取最底层括号内的四则运算表达式

4、将四则运算表达式进行预处理：表达式开头有负数时，在表达式前加上一个0

5、利用re.split()、re.findall()方法，通过加减符号，对四则运算进行拆分为乘除运算式和数字，并保留对应的位置下标。

6、利用re.split()、re.findall()方法，通过乘除符号，将乘除式拆分为乘除符号与数字，然后进行计算，并返回数值。

7、通过re.split()、re.findall()保留的下标位置，将表达式还原。

8、完成所有乘除运算之后，返回进行加减运算。

9、完成加减运算后，返回表达式进行替代。

10、通过递归函数，完成所有括号运算后。最后再完成一次四则运算即可完成所有运算。

注：在过程中，负数的处理存在三个要点：当负数出现在表达式开头、负数前面存在减法、乘除式中存在负数且不在表达式开头。

（1）当负数出现在表达式开头：在前面加上一个0

（2）负数前面存在减法：每次完成一次运算后需要进行一次符号检查替换

（3）乘除式中存在负数且不在表达式开头：将负号移到表达式最开头

import re def update_formula(calc_list,calc_operator_list): # 通过拆分后的表达式列表与符号列表重新组合 for index,item in enumerate(calc_list): if index == 0: formula = item elif index != 0: formula = calc_operator_list[index-1] item return formula def negative_start_issue(formula): #处理负数在括号内表达式开头的情形 calc_list = re.split("[ -]",formula) #通过 -符号将各个乘除运算分隔出来 calc_operator_list = re.findall("[ -]",formula) for index,item in enumerate(calc_list): if index == 0 and item == '': # 处理负号在开头的问题 calc_list[index] = '0' else: calc_list[index] = item.strip() formula = update_formula(calc_list,calc_operator_list) return formula def deal_unusual_issue(formula): # 双加减符号处理 formula = formula.replace(" ","") #去掉空格 formula = formula.replace(" "," ") formula = formula.replace(" -", "-") formula = formula.replace("- ", "-") formula = formula.replace("--", " ") return formula def deal_negative_issue(formula): # 处理乘除运算中负数的计算问题（分前后位置两种情况） # 1.负数在后 m = re.search("[0-9] [.]*[0-9]*[*|/][-][0-9] [.]*[0-9]*",formula) # minus_pre = re.search("[0-9] [.]*[0-9]*[*|/][-][0-9] [.]*[0-9]*",formula).group() # 注意匹配的必要项与非必要项，如："[0-9] [.][0-9] [*|/][-][0-9] [.][0-9] "误把非必要项当做必要项。 if m: minus_pre = m.group() minus_pro = "-" minus_pre.replace("-","") formula = formula.replace(minus_pre,minus_pro) if "*-" in formula or "/-" in formula: return deal_negative_issue(formula) # 2.负数在前 formula = deal_unusual_issue(formula) return formula def multiply_divide(formula): # print("[%s]"%formula,formula) # 乘除计算 calc_list = re.split("[*/]", formula) operator_list = re.findall("[*/]", formula) # 将乘号除号通过列表方式分隔出来 # print("sub_calc_list:", sub_calc_list) # print("sub_operator_list:", sub_operator_list) res = 0 for index2, i in enumerate(calc_list): if index2 == 0: res = float(i) else: if operator_list[index2 - 1] == '*': # 通过sub_operator_list中的index判断到底是加法还是减法， res *= float(i) elif operator_list[index2 - 1] == '/': res /= float(i) return res def add_abstract(formula): # 加减计算 # 1.开头位置负数处理 formula = negative_start_issue(formula) # 2.双加减符号处理 formula = deal_unusual_issue(formula) # 3.加减逻辑运算 calc_list = re.split("[ -]", formula) operator_list = re.findall("[ -]", formula) res = 0 for index, i in enumerate(calc_list): if index == 0: res = float(i) else: if operator_list[index-1] == ' ': res = float(i) elif operator_list[index-1] == '-': res -= float(i) return res """ 四则混合运算主函数 """ def elementary_arithmetic(formula): # 负数处理 formula = negative_start_issue(formula) formula = deal_negative_issue(formula) # 乘除运算 calc_list = re.split("[ -]",formula) # 通过 -符号将各个乘除运算分隔出来 calc_operator_list = re.findall("[ -]",formula) for index1, item in enumerate(calc_list): calc_list[index1] = str(multiply_divide(item)) #数据类型的强制转换！！！ formula = update_formula(calc_list,calc_operator_list) # 加减运算 formula = add_abstract(formula) return formula """ 括号运算 """ def calculator(formula): #数据预处理 formula = formula.replace(" ","") m = re.search("\([^()]*\)",formula) # 判断是否需要进行括号运算 if m: # 括号运算 # 提取最小括号运算式，计算结果，并返回。 subformula = m.group().strip("()") # 把找出来的括号剥离 print("subformula:",subformula,type(subformula)) subres = elementary_arithmetic(subformula) # 调用四则混合运算主函数 print("subres:",subres) formula = formula.replace(m.group(), str(subres)) print("updated formula:",formula) if "(" in formula: return calculator(formula) else: print("formula result:",formula) # 除去所有括号后可能出现：1-2*-312.8 formula = elementary_arithmetic(formula) return formula else: return elementary_arithmetic(formula) # 以下为测试代码： formula = "1 - 2 * ( (60-30 (-40/5) * (9-2*5/3 7 /3*9/4*28 10 * 56/14 )) - (-4*3)/ (16-3*2) )" print("%s = "%formula,calculator(formula)),