20214325 实验二《Python程序设计》实验报告

 # 20214325 2021-2022-2 《Python程序设计》实验二报告

课程：《Python程序设计》
班级： 2143
姓名： 冀彦丞
学号：20214325
实验教师：王志强
实验日期：2022年4月5日
必修/选修： 公选课

## 1.实验内容

• 设计并完成一个完整的应用程序，完成加减乘除模等运算，功能多多益善。

• 考核基本语法、判定语句、循环语句、逻辑运算等知识点

## 2. 实验过程及结果

• 思考计算器功能框架

• 通过已学知识尽可能好的实现预设功能
• 通过在网上和书上的学习，目前功能已全部实现

 

 

 

全部功能如图所示：

1、上课时老师讲的基础二目四则运算

2、老师讲的基础复数运算

3、任意两天日期之差计算

4、阶乘运算

5、n阶行列式计算

6、华氏<——>摄氏温度换算

7、解二次方程（可带复根）

8、支持四则运算及其括号顺序的N目计算器

详细过程如下：

一、代码整体通过main函数调用子函数形成菜单模块

 

 

二、（1）（2）模块上课时跟着老师一起写的，所以此处略

三、两天日期之差，该问题有多种解法，但是如果硬解的话因为闰年的存在代码会比较复杂，所以此处直接调用现成的datetime库中的strptime函数计算

 

 

四、阶乘计算，通过简单的循环即可实现

 

 

五、行列式计算，本来打算直接通过最基本的行列式解法通过逆序数硬解，但在网上看了一下发现numpy中有现成的线性代数相关函数，通过嵌套循环生成列表后调用numpy中的array函数转换为行列式再使用

linalg.det函数即可简单计算

 

 

六、温度换算，没什么好说的，简单的计算罢了

 

 

七、二次方程计算，通过判别式先判断delta的正负性，当delta为负是调用cmath库中的sqrt方法进行复数计算即可

 

 

八、带括号的N目计算器，本次实验中最难的一个部分，不过经过拆解分析后可以通过以下几个步骤解决

1、将算式字符串转换成列表构成栈，通过出栈时循环判断来达到重组数字、剔除空格的效果，同时将符号暂存。

2、对于括号对顺序的影响直接通过栈的特性来实现，通过pop方法来对转换成列表的算式从左到右进行出栈，当遇到（是直接递归调用函数即可将括号里的内容当成新的算式层层拆解，当遇到)时即可将括号内的算式的运算结果直接看作一个数计算。

 

 

以下是程序原码（已托管至码云https://e.gitee.com/besti-cs/repos/besti-cs/my_codes/blob/master/experiment2.py）

from datetime import *
import numpy as np
import time,os,math,cmath

#定义清屏函数并初始化界面
def clear():
    os.system('cls')
clear()

choice = 0
def main():
    global choice
    while True:
        choice = input(
'''
欢迎使用Besti计算器！  请按数字：
0.退出      1.基础计算    2.复数计算     3.日期计算  
4.阶乘计算  5.行列式计算  6.温度换算     7.二次方程计算
8.N目计算器(可带括号)
''')
        clear()
        print("\n")
        if choice == "0":
            print("感谢使用")
            break
        elif choice == "1" or choice == "2":
            base()
        elif choice == "3":
            date()
        elif choice == "4":
            fact()
        elif choice == "5":
            determinant()        
        elif choice == "6":
            temperature()       
        elif choice == "7":
            quadratic_equation() 
        elif choice == "8":
            calculate()             
        else:
            print("error")
        time.sleep(0.5)



def base():
    global choice
    if choice == "1":
        a = int(input("a?"))
        b = int(input("b?"))
    elif choice == "2":
        a = complex(input("complex a?"))
        b = complex(input("complex b?"))
    op = input("operate?")
    if op == "+":
        result = a + b

    elif op == "-":
        result = a - b

    elif op == "*":
        result = a * b

    elif op == "/":
        try:
            result = a / b
        except:
            print("cannot devided by zero!")
    
    else:
        print("error please input again")

    print("{} {} {} = {}".format(a,op,b,result))

def fact():
    n=int(input("n?"))
    sum=1
    for i in range(1,n+1):
        sum *=i
    print("{} 的阶乘为 {}".format(n,sum))

def date():
    date1 = input("请输入日期（xxxx-xx-x）")
    date2 = input("请输入日期（xxxx-xx-x）")
    d1 = datetime.strptime(date1, '%Y-%m-%d')
    d2 = datetime.strptime(date2, '%Y-%m-%d')
    delta = abs(d2 - d1)
    print("相差 {} 天".format(delta.days))

def quadratic_equation():
    print("ax ** 2 + bx + c = 0")
    while True:
        a = int(input("a?"))
        if a!=0:
            break
        else:
            print("二次项系数不能为零！")
    b = int(input("b?"))
    c = int(input("c?"))
    delta = b**2-4*a*c
    if delta>0:
        result1 = (-b + math.sqrt(delta))/(2*a)
        result2 = (-b - math.sqrt(delta))/(2*a)
    else:
        result1 = (-b + cmath.sqrt(delta))/(2*a)
        result2 = (-b - cmath.sqrt(delta))/(2*a)
    if result1 ==result2:
        print("{}x ** 2 + {}x + {} = 0 的解为:     X1 = X2 = {}".format(a,b,c,result1))
    else:
        print("{}x ** 2 + {}x + {} = 0 的解为:     X1 = {}  X2 = {}".format(a,b,c,result1,result2))

def temperature():
    choice = int(input("1.摄氏度 -> 华氏度\n2.华氏度 -> 摄氏度\n"))
    if choice == 1:
            C = int(input("摄氏度？"))
            print("对应华氏度为：  {}°F".format(C*1.8+32))
    elif choice == 2:
            F = int(input("华氏度?"))
            print("对应摄氏度为：  {}°C".format((F-32)/1.8))

def determinant():
    A = []
    n = int(input("几阶行列式？"))
    for x in range(n):
        row = []
        for y in range(n):
            row.append(int(input("A {} {}      ".format(x+1,y+1))))
        A.append(row)
    a = np.array(A) 
    print ("行列式的值为： {:.3f}".format(np.linalg.det(a)))

def calculate():
    s = input("请输入算式")
    s = list(s)
    def subcalcu(s):
        num = 0
        stack = []
        sign = '+'
        while len(s)>0:
            c = s.pop(0)
            if c.isdigit():
                num = 10 * num + int(c)
            if c == '(':
                num = subcalcu(s)
            if (not c.isdigit() and c != " ") or len(s) == 0:
                if sign == "+":
                    stack.append(num)
                elif sign == "-":
                    stack.append(-num)
                elif sign == "*":
                    stack[-1] = stack[-1]*num
                elif sign == "/":
                    stack[-1] = stack[-1]/float(num)
                num = 0
                sign = c
            if c == ')':
                break
        return sum(stack)
    print("结果为 {}".format(subcalcu(s)))


main()

 

## 3. 实验过程中遇到的问题和解决过程
- 问题1：两天日期之差判断闰年时代码冗长
- 问题1解决方案：查找资料通过使用datetime库解决

- 问题2：行列式计算时难以计算逆序数
- 问题2解决方案：通过使用numpy库解决

- 问题3： 二次方程复根无法简单通过complex()进行强制类型转换解决
- 问题3解决方案：通过使用cmath库解决复数运算

- 问题4： N目计算器中括号对顺序的影响难以解决
- 问题4解决方案：通过查找资料后运用栈的特性和递归思想解决

- 问题5： 行列式计算中单元格数据的输入不太美观
- 问题5解决方案：查找资料后发现Python的input()函数无法控制是否换行和字符串位宽，pass

- 问题6： 希望在主程序中加一个超时无输入自动退出的功能
- 问题6解决方案：查找资料后发现Python的input()函数只要没有输入就会一直卡住，pass

- 问题7： 程序反复打印大量内容，不太美观
- 问题7解决方案：查找资料通过使用os库在循环时清屏解决

 

## 其他（感悟、思考等）

算法学习长路漫漫
遇到bug不要慌，大不了直接全部重写

## 参考资料

-  《labuladong的算法小抄》

- 《算法（第4版）》