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(shí)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(jiǎn)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(duì)字符串進(jìn)行識(shí)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(jiǎn)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(shí)：使用符號(hào)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(hào)棧和數(shù)字棧，符號(hào)棧中存儲(chǔ)運(yùn)算符，數(shù)字棧中存儲(chǔ)數(shù)字。同時(shí)設(shè)置符號(hào)優(yōu)先表，為所有可能出現(xiàn)的符號(hào)設(shè)置優(yōu)先級(jí)。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(hào)則比較該符號(hào)與符號(hào)棧棧頂元素的優(yōu)先級(jí)，若當(dāng)前符號(hào)的優(yōu)先級(jí)高，則將其壓棧，否則取數(shù)字棧棧頂元素，與符號(hào)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(shí)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(duì)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(hào)優(yōu)先級(jí)判斷函數(shù)：

根據(jù)符號(hào)優(yōu)先表，對(duì)比判斷當(dāng)前符號(hào)與符號(hào)棧棧頂符號(hào)的優(yōu)先級(jí)，對(duì)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(jí)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(jí)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(jí)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(duì)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(hào)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(hào)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(hào)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(cè)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(duì)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(dòng)滾動(dòng)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(dòng)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(dòng)的用戶界面下，程序運(yùn)算出錯(cuò)時(shí)進(jìn)程會(huì)直接崩潰退出，且不會(huì)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。