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《Python程序設(shè)計(jì)》實(shí)驗(yàn)二報(bào)告

li5236 ? 來源:博客園 ? 作者:博客園 ? 2022-03-30 15:16 ? 次閱讀

1.實(shí)驗(yàn)內(nèi)容

(1)設(shè)計(jì)并完成一個(gè)完整的應(yīng)用程序,完成加減乘除模等運(yùn)算,功能多多益善。

(2)考核基本語法、判定語句、循環(huán)語句、邏輯運(yùn)算等知識點(diǎn)。

2. 實(shí)驗(yàn)過程及結(jié)果

(1)設(shè)計(jì)思路

該實(shí)驗(yàn)?zāi)繕?biāo)是制作一個(gè)計(jì)算器,能夠完成加減乘除、求余等運(yùn)算,我選擇參考手機(jī)系統(tǒng)自帶的計(jì)算器進(jìn)行實(shí)現(xiàn)。簡單的運(yùn)算能夠使用運(yùn)算符直接計(jì)算,開平方根等復(fù)雜運(yùn)算通過Python的標(biāo)準(zhǔn)庫math實(shí)現(xiàn)。另一方面,使用pyqt5實(shí)現(xiàn)計(jì)算器的UI界面,便于用戶使用和規(guī)范用戶輸入。輸入完成后,對字符串進(jìn)行識別并完成相應(yīng)的計(jì)算過程。在設(shè)計(jì)階段設(shè)想能否在用戶輸入的同時(shí)處理算式,簡化代碼,但由于要給用戶提供退格功能,無法實(shí)現(xiàn)這個(gè)設(shè)想。于是采用了大三在編譯原理課程上學(xué)到的知識:使用符號優(yōu)先表和雙棧算法來解決此問題。

(2)算法邏輯

雙棧算法,即“邊存邊看,邊走邊算”,設(shè)置符號棧和數(shù)字棧,符號棧中存儲運(yùn)算符,數(shù)字棧中存儲數(shù)字。同時(shí)設(shè)置符號優(yōu)先表,為所有可能出現(xiàn)的符號設(shè)置優(yōu)先級。程序從左到右掃描算式,遇到數(shù)字則將其壓進(jìn)數(shù)字棧;遇到符號則比較該符號與符號棧棧頂元素的優(yōu)先級,若當(dāng)前符號的優(yōu)先級高,則將其壓棧,否則取數(shù)字棧棧頂元素,與符號一起完成計(jì)算,并將結(jié)果壓入數(shù)字棧。迭代整個(gè)過程,直到算式被識別完畢。

(3)主要代碼介紹

部分代碼有參考。

報(bào)告中只貼出了部分代碼,全部代碼已上傳碼云:運(yùn)算部分,用戶界面部分(使用qt designer生成.ui文件,通過pyqt5庫將其轉(zhuǎn)換為.py文件)

計(jì)算函數(shù):

完成數(shù)字、運(yùn)算符彈棧后的計(jì)算操作,階乘、對數(shù)、開平方根等復(fù)雜運(yùn)算通過math庫完成

import math

def calculate(operator, n1, n2=0):

“”“

:param n1: float

:param n2: float

:param operator: + - * / ^ % ! lg ln √

:return: float

”“”

if operator == “+”:

return n1 + n2

if operator == “-”:

return n1 - n2

if operator == “*”:

return n1 * n2

if operator == “/”:

return n1 / n2

if operator == ‘^’:

return n1 ** n2

if operator == ‘%’:

return n1 % n2

if operator == ‘!’:

return math.factorial(n1)

if operator == ‘lg’:

return math.log10(n1)

if operator == ‘ln’:

return math.log(n1)

if operator == ‘√’:

return math.sqrt(n1)

return 0

符號優(yōu)先級判斷函數(shù):

根據(jù)符號優(yōu)先表,對比判斷當(dāng)前符號與符號棧棧頂符號的優(yōu)先級,對數(shù)運(yùn)算與平方根運(yùn)算是一元運(yùn)算,因此比乘、除等二元運(yùn)算優(yōu)先級高。

def decision(last_op, new_op):

“”“

:param last_op: 運(yùn)算符棧的最后一個(gè)運(yùn)算符

:param new_op: 從算式列表取出的當(dāng)前運(yùn)算符

:return: 1 代表彈棧運(yùn)算,0 代表彈運(yùn)算符棧最后一個(gè)元素, -1 表示入棧

”“”

# 定義5種運(yùn)算符級別

grade1 = [‘+’, ‘-’]

grade2 = [‘*’, ‘/’, ‘%’, ‘!’, ‘^’]

grade3 = [‘lg’, ‘ln’, ‘√’]

grade4 = [‘(’]

grade5 = [‘)’]

if last_op in grade1:

if new_op in grade2 or new_op in grade3 or new_op in grade4:

# 說明連續(xù)兩個(gè)運(yùn)算優(yōu)先級不一樣,需要入棧

return -1

else:

return 1

elif last_op in grade2:

if new_op in grade3 or new_op in grade4:

return -1

else:

return 1

elif last_op in grade3:

if new_op in grade4:

return -1

else:

return 1

elif last_op in grade4:

if new_op in grade5:

return 0 # ( 遇上 ) 需要彈出 (,丟掉 )

else:

return -1 # 只要棧頂元素為(,當(dāng)前元素不是)都應(yīng)入棧。

else:

return -1

過程函數(shù):

實(shí)現(xiàn)了雙棧算法的函數(shù),主要思路如上文所述。與二元運(yùn)算不同的是,對數(shù)運(yùn)算、平方根運(yùn)算等一元運(yùn)算只需要數(shù)字棧棧頂?shù)囊粋€(gè)元素即可。另外由于乘方運(yùn)算的特殊性,函數(shù)中代表乘方運(yùn)算的“!”符號一旦出現(xiàn),就與數(shù)字棧棧頂?shù)脑匾黄鹜瓿蛇\(yùn)算,并將結(jié)果壓入數(shù)字棧,即乘方運(yùn)算是不進(jìn)入符號棧的。

def final_calc(formula_list):

num_stack = [] # 數(shù)字棧

op_stack = [] # 運(yùn)算符棧

for e in formula_list:

operator = is_operator(e)

if not operator:

# 壓入數(shù)字棧

# 字符串轉(zhuǎn)換為符點(diǎn)數(shù)

num_stack.append(float(e))

else:

# 如果是運(yùn)算符

while True:

# 如果該運(yùn)算符是“!”,則不進(jìn)入符號棧,馬上算出數(shù)字棧棧頂元素的乘方,并將結(jié)果壓入數(shù)字棧

if e == ‘!’:

num1 = num_stack.pop()

num_stack.append(calculate(e, num1))

break

# 如果運(yùn)算符棧等于0無條件入棧

if len(op_stack) == 0:

op_stack.append(e)

break

# decision 函數(shù)做決策

tag = decision(op_stack[-1], e)

if tag == -1:

# 如果是-1壓入運(yùn)算符棧進(jìn)入下一次循環(huán)

op_stack.append(e)

break

elif tag == 0:

# 如果是0彈出運(yùn)算符棧內(nèi)最后一個(gè)(, 丟掉當(dāng)前),進(jìn)入下一次循環(huán)

op_stack.pop()

break

elif tag == 1:

# 如果是1彈出運(yùn)算符棧內(nèi)最后兩個(gè)元素,彈出數(shù)字棧最后兩位元素。

op = op_stack.pop()

if op == ‘lg’ or op == ‘ln’ or op == ‘√’:

num1 = num_stack.pop()

num_stack.append(calculate(op, num1))

else:

num2 = num_stack.pop()

num1 = num_stack.pop()

# 執(zhí)行計(jì)算

# 計(jì)算之后壓入數(shù)字棧

num_stack.append(calculate(op, num1, num2))

# 處理大循環(huán)結(jié)束后 數(shù)字棧和運(yùn)算符棧中可能還有元素 的情況

while len(op_stack) != 0:

op = op_stack.pop()

if op == ‘lg’ or op == ‘ln’ or op == ‘√’:

num1 = num_stack.pop()

num_stack.append(calculate(op, num1))

else:

num2 = num_stack.pop()

num1 = num_stack.pop()

# 執(zhí)行計(jì)算

# 計(jì)算之后壓入數(shù)字棧

num_stack.append(calculate(op, num1, num2))

return num_stack, op_stack

用戶界面

使用pyqt5庫和qt designer,仿照手機(jī)計(jì)算器完成的用戶界面。

class MyWindows(QtWidgets.QMainWindow, Ui_MainWindow):

def __init__(self, parent=None):

# 忽略pycharm檢測失誤導(dǎo)致的警告信息↓

# noinspection PyArgumentList

QtWidgets.QMainWindow.__init__(self, parent)

self.setupUi(self)

self.e = str(math.e)

self.pi = str(math.pi)

self.zero_button.clicked.connect(lambda: self.get_formula(‘0’))

self.one_button.clicked.connect(lambda: self.get_formula(‘1’))

self.two_button.clicked.connect(lambda: self.get_formula(‘2’))

# 共29個(gè)按鍵,隱藏部分相似代碼,全部代碼見上文中的碼云鏈接

self.clear.clicked.connect(self.clean_screen)

self.back_space.clicked.connect(self.delete_char)

self.equa_button.clicked.connect(self.get_result)

self.formula = ‘’

def set_cursor(self):

# 設(shè)置輸出框游標(biāo)

self.showout.ensureCursorVisible()

cursor = self.showout.textCursor()

pos = len(self.showout.toPlainText())

cursor.setPosition(pos)

self.showout.setTextCursor(cursor)

def get_formula(self, param):

# 獲取輸入

if param == ‘lg’ or param == ‘ln’:

temp_param = param + ‘(’

elif param == ‘re’:

temp_param = ‘^(-1)’

else:

temp_param = param

self.formula += temp_param

self.showout.insertPlainText(temp_param)

self.set_cursor()

# print(self.formula)

def clean_screen(self):

# 清空輸出框

self.formula = ‘’

self.showout.clear()

self.set_cursor()

def delete_char(self):

# 退格

self.showout.ensureCursorVisible()

cursor = self.showout.textCursor()

cursor.deletePreviousChar()

self.formula = self.formula[:-1]

def get_result(self):

# 運(yùn)算

formula_list = formula_format(self.formula)

# print(formula_list)

result, _ = final_calc(formula_list)

# print(result[0])

show_result = ‘=’ + str(result[0])

self.showout.append(show_result)

self.formula = ‘’

self.showout.insertPlainText(‘\n’)

self.set_cursor()

if __name__ == ‘__main__’:

app = QtWidgets.QApplication(sys.argv)

main_window = MyWindows()

main_window.setFixedSize(main_window.width(), main_window.height())

main_window.show()

sys.exit(app.exec_())

在qt designer中設(shè)計(jì)的.ui文件如下圖所示:

(4)程序結(jié)果

如下圖所示,圖片左邊為我的程序結(jié)果,右邊為手機(jī)計(jì)算器的運(yùn)算結(jié)果。從兩者對比來看,本程序的運(yùn)算能力有所保障。

3. 實(shí)驗(yàn)過程中遇到的問題和解決過程

問題1:輸出框不能自動滾動到最底部

問題1解決方案:在博客園找到了解決方案,雖然不完全貼合我的情況,但稍加改動后就實(shí)現(xiàn)了想要的效果。

問題2:不知道如何實(shí)現(xiàn)退格功能

問題2解決方案:在一位大佬的個(gè)人博客里找到了實(shí)現(xiàn)的方法,在文章大概中間的位置介紹了如何實(shí)現(xiàn)QTextEdit的兩種刪除操作。

問題3:在pyqt5啟動的用戶界面下,程序運(yùn)算出錯(cuò)時(shí)進(jìn)程會直接崩潰退出,且不會在cmd中trace back,給debug帶來了很多麻煩。

問題3解決方案:不要直接運(yùn)行,而是使用調(diào)試模式,這樣出錯(cuò)能夠看到trace back。這也提醒了我在調(diào)試程序階段不要直接運(yùn)行,使用調(diào)試模式更穩(wěn)妥。

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