1.實驗內容

（1）設計并完成一個完整的應用程序，完成加減乘除模等運算，功能多多益善。

（2）考核基本語法、判定語句、循環語句、邏輯運算等知識點。

2. 實驗過程及結果

（1）設計思路

該實驗目標是制作一個計算器，能夠完成加減乘除、求余等運算，我選擇參考手機系統自帶的計算器進行實現。簡單的運算能夠使用運算符直接計算，開平方根等復雜運算通過Python的標準庫math實現。另一方面，使用pyqt5實現計算器的UI界面，便于用戶使用和規范用戶輸入。輸入完成后，對字符串進行識別并完成相應的計算過程。在設計階段設想能否在用戶輸入的同時處理算式，簡化代碼，但由于要給用戶提供退格功能，無法實現這個設想。于是采用了大三在編譯原理課程上學到的知識：使用符號優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”，設置符號棧和數字棧，符號棧中存儲運算符，數字棧中存儲數字。同時設置符號優先表，為所有可能出現的符號設置優先級。程序從左到右掃描算式，遇到數字則將其壓進數字棧；遇到符號則比較該符號與符號棧棧頂元素的優先級，若當前符號的優先級高，則將其壓棧，否則取數字棧棧頂元素，與符號一起完成計算，并將結果壓入數字棧。迭代整個過程，直到算式被識別完畢。

（3）主要代碼介紹

部分代碼有參考。

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

計算函數：

完成數字、運算符彈棧后的計算操作，階乘、對數、開平方根等復雜運算通過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

符號優先級判斷函數：

根據符號優先表，對比判斷當前符號與符號棧棧頂符號的優先級，對數運算與平方根運算是一元運算，因此比乘、除等二元運算優先級高。

def decision（last_op， new_op）：

“”“

：param last_op： 運算符棧的最后一個運算符

：param new_op： 從算式列表取出的當前運算符

：return： 1 代表彈棧運算，0 代表彈運算符棧最后一個元素， -1 表示入棧

”“”

# 定義5種運算符級別

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：

# 說明連續兩個運算優先級不一樣，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（，當前元素不是）都應入棧。

else：

return -1

過程函數：

實現了雙棧算法的函數，主要思路如上文所述。與二元運算不同的是，對數運算、平方根運算等一元運算只需要數字棧棧頂的一個元素即可。另外由于乘方運算的特殊性，函數中代表乘方運算的“！”符號一旦出現，就與數字棧棧頂的元素一起完成運算，并將結果壓入數字棧，即乘方運算是不進入符號棧的。

def final_calc（formula_list）：

num_stack = ［］ # 數字棧

op_stack = ［］ # 運算符棧

for e in formula_list：

operator = is_operator（e）

if not operator：

# 壓入數字棧

# 字符串轉換為符點數

num_stack.append（float（e））

else：

# 如果是運算符

while True：

# 如果該運算符是“！”，則不進入符號棧，馬上算出數字棧棧頂元素的乘方，并將結果壓入數字棧

if e == ‘！’：

num1 = num_stack.pop（）

num_stack.append（calculate（e， num1））

break

# 如果運算符棧等于0無條件入棧

if len（op_stack） == 0：

op_stack.append（e）

break

# decision 函數做決策

tag = decision（op_stack［-1］， e）

if tag == -1：

# 如果是-1壓入運算符棧進入下一次循環

op_stack.append（e）

break

elif tag == 0：

# 如果是0彈出運算符棧內最后一個（， 丟掉當前），進入下一次循環

op_stack.pop（）

break

elif tag == 1：

# 如果是1彈出運算符棧內最后兩個元素，彈出數字棧最后兩位元素。

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（）

# 執行計算

# 計算之后壓入數字棧

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

# 處理大循環結束后 數字棧和運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（）

# 執行計算

# 計算之后壓入數字棧

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

return num_stack， op_stack

用戶界面

使用pyqt5庫和qt designer，仿照手機計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）：

# 設置輸出框游標

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中設計的.ui文件如下圖所示：

（4）程序結果

如下圖所示，圖片左邊為我的程序結果，右邊為手機計算器的運算結果。從兩者對比來看，本程序的運算能力有所保障。

3. 實驗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，但稍加改動后就實現了想要的效果。

問題2：不知道如何實現退格功能

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

問題3：在pyqt5啟動的用戶界面下，程序運算出錯時進程會直接崩潰退出，且不會在cmd中trace back，給debug帶來了很多麻煩。

問題3解決方案：不要直接運行，而是使用調試模式，這樣出錯能夠看到trace back。這也提醒了我在調試程序階段不要直接運行，使用調試模式更穩妥。