如何在不使用 eval() 的情況下將字符串的用戶輸入評估為數學表達式？

Question

我需要制作一個程序來接受數學表達式的用戶輸入（expr）並處理找到答案。 但是，我們不允許使用 eval() function。 賦值聲明我們應該假設用戶將輸入的唯一運算符是：+、-、*、/、%。 操作數也被假定為一位整數。

我的想法是將操作數轉換為整數並列出所有可以使用的運算符。 然后，使用 if 語句查看運算符如何匹配我的列表。

到目前為止，我能夠想出這些代碼行：

operand1 = expr[1]
operator = expr[2]
operand2 = expr[3]

operators = ['+','-','*','/','%']

我這樣做是為了索引輸入表達式中每個操作數和運算符的位置。 我被困在這里，希望有人能給我一些關於如何前進的幫助。 代碼的結果需要output用戶輸入的表達式，以及表達式的結果。 如果表達式的第二個操作數是 0 並且運算符是除法，則代碼輸出“無”。

Answer 1

您可以使用ast.parse解析表達式。

>>> import ast
>>> expr = ast.parse("3 + 5", mode="eval")

然后您可以分析生成的解析樹。 在這種特殊情況下，您關心表達式的主體。

>>> expr
<_ast.Expression object at 0x10992c438>
>>> expr.body
<_ast.BinOp object at 0x10a926320>

此 object 具有感興趣的屬性： left 、 op和right 。 你會看運營商

>>> expr.body.op
<_ast.Add object at 0x10a91a208>

決定如何處理操作數。

>>> expr.body.left.n + expr.body.right.n
8

所以一個可以處理乘法和加法的簡單遞歸 function 可能看起來像

def evaluate_expr(expr):
    if isinstance(expr, ast.Expression):
        return evaluate_expr(expr.body)
    elif isinstance(expr, ast.Num):
        return expr.n
    elif isinstance(expr, ast.BinOp):
        op = expr.op
        left = evaluate_expr(expr.left)
        right = evaluate_expr(expr.right)
        if isinstance(op, ast.Add):
            return left + right
        elif isinstance(op, ast.Mult):
            return left * right
    raise ValueError(f"Can't evaluate {expr}")

e = ast.parse("3 + 5 * 2", mode="eval")
print(evaluate_expr(e.body))  # Outputs 13

請參閱ast模塊的文檔以了解樹中可以出現哪些其他節點，因此您可以調整evaluate_expr來處理其他操作、括號等。 ast.dump對於探索表達式的解析方式也很有用。

>>> ast.dump(e, annotate_fields=False)
'Expression(BinOp(Num(3), Add(), BinOp(Num(5), Mult(), Num(2))))'

這清楚地表明解析器處理優先級： 3 + 5 * 2不是3 + 5的結果乘以 2，而是3加上5 * 2的結果（較低的節點具有較高的優先級，因為樹是從自下而上）。

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這假定您的輸入實際上是有效的 Python 表達式。 如果沒有，您將需要編寫自己的解析器，但是一旦有了解析樹，該樹的評估就會以類似的方式進行（盡管樹的節點是您在解析中創建的任何內容，不一定是ast.Bin等人由ast.parse創建的節點）。

Answer 2

如果您在此輸入字符串中只有一個運算符（例如5 + 9 ），那么您首先制作一個包含所有要計算的運算符的列表operators = ["+", "-", "*", "/", "%"]

然后你必須通過此列表中的每個運算符 go ，如果它在字符串中，則 go 前面

# I'm defining the string here manually but you can do it with input()
expression_string = "5 + 9"

for i in range(0, len(operators)):
    if operators[i] in expression_string:
        ....

如果運算符在那個表達式字符串中，首先您必須將其拆分為兩個操作數並將它們都轉換為浮點數

operands = expression_string.split(operators[i])

# Converting the two numbers into floats
operands[0] = float(operands[0])
operands[1] = float(operands[1])

現在最后一步是 go 通過您想要使用 if 循環計算的每個運算符並計算它。

if operators[i] == "+":
    result = operands[0] + operands[1]

elif operators[i] == "-":
    result = operands[0] - operands[1]

elif operators[i] == "*":
    result = operands[0] * operands[1]

elif operators[i] == "/":
    result = operands[0] / operands[1]

elif operators[i] == "%":
    result = operands[0] % operands[1]

現在您將這個字符串的結果存儲在變量“result”中

我希望這可以幫助你

編輯：您可以簡單地在最后一個 if 循環下編寫print(result)來打印您的結果。 如果操作數為 0，您還可以檢查循環elif operators[i] == "/" ，然后將result保存為None