Python 有没有办法自动生成有效的算术表达式？_Python_Parsing

Python 有没有办法自动生成有效的算术表达式？

python parsing

Python 有没有办法自动生成有效的算术表达式？,python,parsing,Python,Parsing,我目前正在尝试创建一个Python脚本，该脚本将自动生成有效的以空格分隔的算术表达式。但是，我得到的示例输出如下所示：（32-42/95+24（）（53）+）21 虽然空括号对我来说很好，但我不能在计算中使用这个自动生成的表达式，因为24和53之间没有运算符，并且结尾处21之前的+没有第二个参数我想知道的是，有没有办法使用Pythonic解决方案来解释/修复这些错误？（在任何人指出这一点之前，我将首先承认，我在下面发布的代码可能是我推过的最糟糕的代码，并且符合……好吧，很少有Python的核心

我目前正在尝试创建一个Python脚本，该脚本将自动生成有效的以空格分隔的算术表达式。但是，我得到的示例输出如下所示：

（32-42/95+24（）（53）+）21

虽然空括号对我来说很好，但我不能在计算中使用这个自动生成的表达式，因为24和53之间没有运算符，并且结尾处21之前的+没有第二个参数

我想知道的是，有没有办法使用Pythonic解决方案来解释/修复这些错误？（在任何人指出这一点之前，我将首先承认，我在下面发布的代码可能是我推过的最糟糕的代码，并且符合……好吧，很少有Python的核心原则。）

随机导入
括号=['（'，'）']
ops=['+'、'-'、'*'、'/']+括号
直线=0
当线路小于1000时：
fname=open（'test.txt'，'a'）
expr=[]
numExpr=行
如果（numExpr%2==0）：
numExpr+=1
isDiv=False#布尔变量，确保0没有Div
#isNumber、IsParenthes、isOp分别确定下一个元素是数字、括号还是运算符
isNumber=random.randint（0,1）=0#确定序列是以数字开始还是以括号开始
isParenthess=不是isNumber
isOp=假
#对括号进行计数以确保括号匹配
numParentheses=0
而（numExpr>0或numParentheses>0）：
如果（numExpr<0且numParentheses>0）：
isDiv=假
expr.append（'）'）
numParentheses-=1
elif（等值线图和numParentheses>0）：
rand=random.randint（0,5）
expr.append（操作[rand]）
isDiv=（rand==3）#如果刚刚附加了div op，则为True
#检查是否附加了“）”
如果（兰德==5）：
isNumber=False
isOp=真
numParentheses-=1
#检查是否附加了“（”
elif（兰特=4）：
isNumber=True
isOp=假
numParentheses+=1
#所有其他行动都在这里进行
其他：
isNumber=True
isOp=假
#未在此处添加括号，以防括号中的表达式以某种方式达到0
elif（isNumber和isDiv）：
expr.append（str（random.randint（1100）））
isDiv=假
isNumber=False
isOp=真
#如果有一个数字，则决定是追加括号还是追加数字
elif（isNumber）：
rand=random.randint（0,1）
如果（rand==0）：
expr.append（str（random.randint（0100）））
isNumber=False
isOp=真
elif（兰德==1）：
如果（numParentheses==0）：
expr.append（“（”）
numParentheses+=1
其他：
rand=random.randint（0,1）
expr.append（括号[rand]）
如果rand==0：
numParentheses+=1
其他：
numParentheses-=1
isDiv=假
numExpr-=1
fname.write（“”.join（expr）+'\n'）
fname.close（）
行数+=1

是的，您可以以Python方式生成随机算术表达式。不过，您需要更改方法。不要尝试生成字符串并计算参数。而是生成随机表达式树，然后输出该树

通过表达式树，我指的是一个名为

expression

的类的实例，该类具有子类

Number

、

PlusExpression、MinusExpression、'timeexpression
、DivideExpression
和圆括号表达式
。除Number
外，每一个类都有类型的字段ode>Expression
。为每个对象指定一个合适的\uuuu str\uuuu
方法。生成一些随机表达式对象，然后只打印“根”
你能从这里拿走它吗？还是要我把它编出来
附录：一些示例启动程序代码。不会生成随机表达式（尚未生成？），但可以添加
# This is just the very beginning of a script that can be used to process
# arithmetic expressions.  At the moment it just defines a few classes
# and prints a couple example expressions.

# Possible additions include methods to evaluate expressions and generate
# some random expressions.

class Expression:
    pass

class Number(Expression):
    def __init__(self, num):
        self.num = num

    def __str__(self):
        return str(self.num)

class BinaryExpression(Expression):
    def __init__(self, left, op, right):
        self.left = left
        self.op = op
        self.right = right

    def __str__(self):
        return str(self.left) + " " + self.op + " "  + str(self.right)

class ParenthesizedExpression(Expression):
    def __init__(self, exp):
        self.exp = exp

    def __str__(self):
        return "(" + str(self.exp) + ")"

e1 = Number(5)
print e1

e2 = BinaryExpression(Number(8), "+", ParenthesizedExpression(BinaryExpression(Number(7), "*", e1)))
print e2

**增编2**
回到Python真的很有趣。我忍不住实现了随机表达式生成器。它是基于上面的代码构建的。很抱歉硬编码
from random import random, randint, choice

def randomExpression(prob):
    p = random()
    if p > prob:
        return Number(randint(1, 100))
    elif randint(0, 1) == 0:
        return ParenthesizedExpression(randomExpression(prob / 1.2))
    else:
        left = randomExpression(prob / 1.2)
        op = choice(["+", "-", "*", "/"])
        right = randomExpression(prob / 1.2)
        return BinaryExpression(left, op, right)

for i in range(10):
    print(randomExpression(1))

以下是我得到的输出：
(23)
86 + 84 + 87 / (96 - 46) / 59
((((49)))) + ((46))
76 + 18 + 4 - (98) - 7 / 15
(((73)))
(55) - (54) * 55 + 92 - 13 - ((36))
(78) - (7 / 56 * 33)
(81) - 18 * (((8)) * 59 - 14)
(((89)))
(59)

不太漂亮。我认为它会让太多的父母失望。也许改变在括号表达式和二进制表达式之间选择的概率可能会很好…
事实上，只要Ray Toal的回答在形式上是正确的，对于这样一个简单的问题，你不必对每个操作符都进行子类化非常有效的ode：
import random
import math


class Expression(object):
    OPS = ['+', '-', '*', '/']

    GROUP_PROB = 0.3

    MIN_NUM, MAX_NUM = 0, 20

    def __init__(self, maxNumbers, _maxdepth=None, _depth=0):
        """
        maxNumbers has to be a power of 2
        """
        if _maxdepth is None:
            _maxdepth = math.log(maxNumbers, 2) - 1

        if _depth < _maxdepth and random.randint(0, _maxdepth) > _depth:
            self.left = Expression(maxNumbers, _maxdepth, _depth + 1)
        else:
            self.left = random.randint(Expression.MIN_NUM, Expression.MAX_NUM)

        if _depth < _maxdepth and random.randint(0, _maxdepth) > _depth:
            self.right = Expression(maxNumbers, _maxdepth, _depth + 1)
        else:
            self.right = random.randint(Expression.MIN_NUM, Expression.MAX_NUM)

        self.grouped = random.random() < Expression.GROUP_PROB
        self.operator = random.choice(Expression.OPS)

    def __str__(self):
        s = '{0!s} {1} {2!s}'.format(self.left, self.operator, self.right)
        if self.grouped:
            return '({0})'.format(s)
        else:
            return s


for i in range(10):
    print Expression(4)

好的，我忍不住添加了我自己的实现，使用了我们在Ray的回答中讨论的一些想法。我处理一些事情与Ray不同
我添加了一些关于每个操作符发生概率的处理。操作符是有偏差的，因此低优先级操作符（更大的优先级值）比高阶操作符更常见
我也只在需要优先级时才实现了括号。由于整数具有最高优先级（最低优先级值），它们永远不会被包装在括号中。表达式树中不需要括号表达式作为节点
使用操作符的概率偏向初始水平（使用二次函数）以获得更好的操作符分布。选择不同的指数可以更好地控制输出的质量，但我没有太多地考虑这些可能性
为了好玩，我进一步实现了一个计算器，并过滤掉了不确定的表达式
import sys
import random

# dictionary of operator precedence and incidence probability, with an
# evaluator added just for fun.
operators = {
    '^': {'prec': 10, 'prob': .1, 'eval': lambda a, b: pow(a, b)},
    '*': {'prec': 20, 'prob': .2, 'eval': lambda a, b: a*b},
    '/': {'prec': 20, 'prob': .2, 'eval': lambda a, b: a/b},
    '+': {'prec': 30, 'prob': .25, 'eval': lambda a, b: a+b},
    '-': {'prec': 30, 'prob': .25, 'eval': lambda a, b: a-b}}

max_levels = 3
integer_range = (-100, 100)
random.seed()

# A node in an expression tree
class expression(object):
    def __init__(self):
        super(expression, self).__init__()

    def precedence(self):
        return -1

    def eval(self):
        return 0

    @classmethod
    def create_random(cls, level):
        if level == 0:
            is_op = True
        elif level == max_levels:
            is_op = False
        else:
            is_op = random.random() <= 1.0 - pow(level/max_levels, 2.0)

        if is_op:
            return binary_expression.create_random(level)
        else:
            return integer_expression.create_random(level)

class integer_expression(expression):
    def __init__(self, value):
        super(integer_expression, self).__init__()

        self.value = value

    def __str__(self):
        return self.value.__str__()

    def precedence(self):
        return 0

    def eval(self):
        return self.value

    @classmethod
    def create_random(cls, level):
        return integer_expression(random.randint(integer_range[0],
                                                 integer_range[1]))

class binary_expression(expression):
    def __init__(self, symbol, left_expression, right_expression):
        super(binary_expression, self).__init__()

        self.symbol = symbol
        self.left = left_expression
        self.right = right_expression

    def eval(self):
        f = operators[self.symbol]['eval']
        return f(self.left.eval(), self.right.eval())

    @classmethod
    def create_random(cls, level):
        symbol = None

        # Choose an operator based on its probability distribution
        r = random.random()
        cumulative = 0.0
        for k, v in operators.items():
            cumulative += v['prob']
            if r <= cumulative:
                symbol = k
                break

        assert symbol != None

        left = expression.create_random(level + 1)
        right = expression.create_random(level + 1)

        return binary_expression(symbol, left, right)

    def precedence(self):
        return operators[self.symbol]['prec']

    def __str__(self):
        left_str = self.left.__str__()
        right_str = self.right.__str__()
        op_str = self.symbol

        # Use precedence to determine if we need to put the sub expressions in
        # parentheses
        if self.left.precedence() > self.precedence():
            left_str = '('+left_str+')'
        if self.right.precedence() > self.precedence():
            right_str = '('+right_str+')'

        # Nice to have space around low precedence operators
        if operators[self.symbol]['prec'] >= 30:
            op_str = ' ' + op_str + ' '

        return left_str + op_str + right_str

max_result = pow(10, 10)
for i in range(10):
    expr = expression.create_random(0)

    try:
        value = float(expr.eval())
    except:
        value = 'indeterminate'

    print expr, '=', value

有一家公司
(5 * 12 / 16)
6 * 3 + 14 + 0
13 + 15 - 1
19 + (8 / 8)
(12 + 3 - 5)
(4 * 0 / 4)
1 - 18 / (3 * 15)
(3 * 16 + 3 * 1)
(6 + 16) / 16
(8 * 10)

import sys
import random

# dictionary of operator precedence and incidence probability, with an
# evaluator added just for fun.
operators = {
    '^': {'prec': 10, 'prob': .1, 'eval': lambda a, b: pow(a, b)},
    '*': {'prec': 20, 'prob': .2, 'eval': lambda a, b: a*b},
    '/': {'prec': 20, 'prob': .2, 'eval': lambda a, b: a/b},
    '+': {'prec': 30, 'prob': .25, 'eval': lambda a, b: a+b},
    '-': {'prec': 30, 'prob': .25, 'eval': lambda a, b: a-b}}

max_levels = 3
integer_range = (-100, 100)
random.seed()

# A node in an expression tree
class expression(object):
    def __init__(self):
        super(expression, self).__init__()

    def precedence(self):
        return -1

    def eval(self):
        return 0

    @classmethod
    def create_random(cls, level):
        if level == 0:
            is_op = True
        elif level == max_levels:
            is_op = False
        else:
            is_op = random.random() <= 1.0 - pow(level/max_levels, 2.0)

        if is_op:
            return binary_expression.create_random(level)
        else:
            return integer_expression.create_random(level)

class integer_expression(expression):
    def __init__(self, value):
        super(integer_expression, self).__init__()

        self.value = value

    def __str__(self):
        return self.value.__str__()

    def precedence(self):
        return 0

    def eval(self):
        return self.value

    @classmethod
    def create_random(cls, level):
        return integer_expression(random.randint(integer_range[0],
                                                 integer_range[1]))

class binary_expression(expression):
    def __init__(self, symbol, left_expression, right_expression):
        super(binary_expression, self).__init__()

        self.symbol = symbol
        self.left = left_expression
        self.right = right_expression

    def eval(self):
        f = operators[self.symbol]['eval']
        return f(self.left.eval(), self.right.eval())

    @classmethod
    def create_random(cls, level):
        symbol = None

        # Choose an operator based on its probability distribution
        r = random.random()
        cumulative = 0.0
        for k, v in operators.items():
            cumulative += v['prob']
            if r <= cumulative:
                symbol = k
                break

        assert symbol != None

        left = expression.create_random(level + 1)
        right = expression.create_random(level + 1)

        return binary_expression(symbol, left, right)

    def precedence(self):
        return operators[self.symbol]['prec']

    def __str__(self):
        left_str = self.left.__str__()
        right_str = self.right.__str__()
        op_str = self.symbol

        # Use precedence to determine if we need to put the sub expressions in
        # parentheses
        if self.left.precedence() > self.precedence():
            left_str = '('+left_str+')'
        if self.right.precedence() > self.precedence():
            right_str = '('+right_str+')'

        # Nice to have space around low precedence operators
        if operators[self.symbol]['prec'] >= 30:
            op_str = ' ' + op_str + ' '

        return left_str + op_str + right_str

max_result = pow(10, 10)
for i in range(10):
    expr = expression.create_random(0)

    try:
        value = float(expr.eval())
    except:
        value = 'indeterminate'

    print expr, '=', value

(4 + 100)*41/46 - 31 - 18 - 2^-83 = -13.0
(43 - -77)/37^-94 + (-66*67)^(-24*49) = 3.09131533541e+149
-32 - -1 + 74 + 74 - 15 + 64 - -22/98 = 37.0
(-91*-4*45*-55)^(-9^2/(82 - -53)) = 1.0
-72*-85*(75 - 65) + -100*19/48*22 = 61198.0
-57 - -76 - -54*76 + -38 - -23 + -17 - 3 = 4088.0
(84*-19)^(13 - 87) - -10*-84*(-28 + -49) = 64680.0
-69 - -8 - -81^-51 + (53 + 80)^(99 - 48) = 2.07220963807e+108
(-42*-45)^(12/87) - -98 + -23 + -67 - -37 = 152.0
-31/-2*-58^-60 - 33 - -49 - 46/12 = -79.0

import random

def expr(depth):
    if depth==1 or random.random()<1.0/(2**depth-1): 
        return str(int(random.random() * 100))
    return '(' + expr(depth-1) + random.choice(['+','-','*','/']) + expr(depth-1) + ')'

for i in range(10):
    print expr(4)

from random import random, choice

UNARIES = ["sqrt(%s)", "exp(%s)", "log(%s)", "sin(%s)", "cos(%s)", "tan(%s)",
           "sinh(%s)", "cosh(%s)", "tanh(%s)", "asin(%s)", "acos(%s)",
           "atan(%s)", "-%s"]
BINARIES = ["%s + %s", "%s - %s", "%s * %s", "%s / %s", "%s ** %s"]

PROP_PARANTHESIS = 0.3
PROP_BINARY = 0.7

def generate_expressions(scope, num_exp, num_ops):
    scope = list(scope) # make a copy first, append as we go
    for _ in xrange(num_ops):
        if random() < PROP_BINARY: # decide unary or binary operator
            ex = choice(BINARIES) % (choice(scope), choice(scope))
            if random() < PROP_PARANTHESIS:
                ex = "(%s)" % ex
            scope.append(ex)
        else:
            scope.append(choice(UNARIES) % choice(scope))
    return scope[-num_exp:] # return most recent expressions

scope = [c for c in "abcde"]
for expression in generate_expressions(scope, 10, 50):
    print expression

e / acos(tan(a)) / a * acos(tan(a)) ** (acos(tan(a)) / a + a) + (d ** b + a)
(a + (a ** sqrt(e)))
acos((b / acos(tan(a)) / a + d) / (a ** sqrt(e)) * (a ** sinh(b) / b))
sin(atan(acos(tan(a)) ** (acos(tan(a)) / a + a) + (d ** b + a)))
sin((b / acos(tan(a)) / a + d)) / (a ** sinh(b) / b)
exp(acos(tan(a)) / a + acos(e))
tan((b / acos(tan(a)) / a + d))
acos(tan(a)) / a * acos(tan(a)) ** (acos(tan(a)) / a + a) + (d ** b + a) + cos(sqrt(e))
(acos(tan(a)) / a + acos(e) * a + e)
((b / acos(tan(a)) / a + d) - cos(sqrt(e))) + sinh(b)

scope = range(100)

43 * (50 * 83)
34 / (29 / 24)
66 / 47 - 52
((88 ** 38) ** 40)
34 / (29 / 24) - 27
(16 + 36 ** 29)
55 ** 95
70 + 28
6 * 32
(52 * 2 ** 37)