【正文】 模擬計算器 學(xué)生姓名： **** 指導(dǎo)老師： **** 摘 要 本課程設(shè)計的課題是設(shè)計一個 模擬計算器的程序 ，能夠進(jìn)行表達(dá)式的計算，并且表達(dá)式中可以包含 Abs()和 Sqrt()運(yùn)算。在課程設(shè)計中，系統(tǒng)開發(fā)平臺為 Windows ，程序設(shè)計設(shè)計語言采用 C++，程序運(yùn)行平臺為 Windows 或 *nix。本程序的關(guān)鍵就是表達(dá)式的分離和處理，在程序設(shè)計中，采用了將輸入的中綴表達(dá)式轉(zhuǎn)化為后綴表達(dá)式的方法，具有可靠的運(yùn)行效率。本程序做到了對輸入的表達(dá)式（表達(dá)式可以包含浮點(diǎn)數(shù)并且 Abs()和 Sqrt()中可以嵌套子表達(dá) 式）進(jìn)行判定表達(dá)式是否合法并且求出表達(dá)式的值的功能。經(jīng)過一系列的調(diào)試運(yùn)行，程序?qū)崿F(xiàn)了設(shè)計目標(biāo)，可以正確的處理用戶輸入的表達(dá)式，對海量級數(shù)據(jù)都能夠通過計算機(jī)運(yùn)算快速解決。 關(guān)鍵詞 C++程序設(shè)計；數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)；表達(dá)式運(yùn)算；棧；中綴表達(dá)式；后綴表達(dá)式；字符串處理；表達(dá)式合法判定； 目 錄 1 引 言 ............................................................ 3 課程設(shè)計目的 ................................................. 3 課程設(shè)計內(nèi)容 ................................................. 3 2 設(shè)計思路與方案 .................................................... 4 3 詳細(xì)實(shí)現(xiàn) .......................................................... 5 表達(dá)式的合 法判定 ............................................ 5 中綴表達(dá)式轉(zhuǎn)化為后綴表達(dá)式 .................................. 5 處理后綴表達(dá)式 .............................................. 7 表達(dá)式嵌套處理 .............................................. 8 4 運(yùn)行環(huán)境與結(jié)果 .................................................... 9 運(yùn)行環(huán)境 .................................................... 9 運(yùn)行結(jié)果 .................................................... 9 5 結(jié)束語 ........................................................... 12 參考文獻(xiàn) ........................................................... 13 附錄 1：模擬計算器源程序清單 ....................................... 14 1 引 言 本課程設(shè)計主要解決的是傳統(tǒng)計算器中，不能對表達(dá)式進(jìn)行運(yùn)算的問題，通過制作該計算器模擬程序，可以做到快速的求解表達(dá)式的值，并且能夠判定用戶輸入的表達(dá)式是否合法。該模擬計算器的核心部分就在用戶輸入的中綴表達(dá)式的轉(zhuǎn)化，程序中用到了“?！钡暮筮M(jìn)先出的基本性質(zhì)。利用兩個“?！?，一個“數(shù)據(jù)?！保粋€“運(yùn)算符?！眮戆阎芯Y表達(dá)式轉(zhuǎn)換成后綴表達(dá)式。最后 利用后綴表達(dá)式來求解表達(dá)式的值。該算法的復(fù)雜度為 O(n)，能夠高效、快速地求解表達(dá)式的值，提高用戶的效率。 課程設(shè)計目的 數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)主要是研究計算機(jī)存儲，組織數(shù)據(jù)，非數(shù)值計算程序設(shè)計問題中所出現(xiàn)的計算機(jī)操作對象以及它們之間的關(guān)系和操作的學(xué)科。數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)是介于數(shù)學(xué)、計算機(jī)軟件和計算機(jī)硬件之間的一門計算機(jī)專業(yè)的核心課程，它是計算機(jī)程序設(shè)計、數(shù)據(jù)庫、操作系統(tǒng)、編譯原理及人工智能等的重要基礎(chǔ)，廣泛的應(yīng)用于信息學(xué)、系統(tǒng)工程等各種領(lǐng)域。學(xué)習(xí)數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)是為了將實(shí)際問題中涉及的對象在計算機(jī)中表示出來并對它們進(jìn)行處理。通 過課程設(shè)計可以提高學(xué)生的思維能力，促進(jìn)學(xué)生的綜合應(yīng)用能力和專業(yè)素質(zhì)的提高。 模擬計算器程序主要利用了“?！边@種數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)來把中綴表達(dá)式轉(zhuǎn)化為后綴表達(dá)式，并且運(yùn)用了遞歸的思想來解決 Abs()和 Sqrt()中嵌套表達(dá)式的問題，其中還有一些統(tǒng)計的思想來判定表達(dá)式是否合法的算法。 課程設(shè)計內(nèi)容 本次課程設(shè)計為計算器模擬程序，主要解決表達(dá)式計算的問題，實(shí)現(xiàn)分別按表達(dá)式處理的過程分解為幾個子過程，詳細(xì)的求解過程如下： 1 用戶輸入表達(dá)式。2 判定表達(dá)式是否合法。 3 把中綴表達(dá)式轉(zhuǎn)化為后綴表達(dá)式。 4 求出后綴表達(dá)式的 結(jié)果。 5 輸出表達(dá)式的結(jié)果。通過設(shè)計該程序，從而做到方便的求出一個表達(dá)式的值，而不需要一步一步進(jìn)行運(yùn)算。 2 設(shè)計思路與方案 本課程設(shè)計需要考慮許多的問題，首先是表達(dá)式的合法判斷，然后是字符串表達(dá)式提取分離的問題，核心部分就是中綴表達(dá)式轉(zhuǎn)化為后綴表達(dá)式。對于第一個問題，我是分步來判斷，首先表達(dá)式中是否含有其它非法字符，然后判斷括號是否合法，接著判斷運(yùn)算法兩邊是否合法，比如除法時，除數(shù)不能為零。對于第二個問題，我是直接轉(zhuǎn)換的，從左到右遍歷中綴表達(dá)式，把數(shù)據(jù)全部取出來。對于核心問題，利用了“?！边@種“后進(jìn)先出 ”的數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)， 利用兩個“?！?，一個“數(shù)據(jù)棧”，一個“運(yùn)算符?！眮戆阎芯Y表達(dá)式轉(zhuǎn)換成后綴表達(dá)式。最后利用后綴表達(dá)式來求解表達(dá)式的值。 上面是數(shù)據(jù)處理的算法部分。本程序用戶界面總共分為 3 個模塊，分別是操作提示，數(shù)據(jù)輸入，數(shù)據(jù)輸出。如圖 所示。 圖 用戶界面 除了實(shí)現(xiàn)基本的功能外，我還增加了其它一些功能，比如支持輸入數(shù)據(jù)為浮點(diǎn)數(shù)，更重要的是本程序還支持表達(dá)式的嵌套運(yùn)算，例如： A(1+2*S(2))我的實(shí)現(xiàn)方法是利用函數(shù)的遞歸調(diào)用來解決此問題，即把 1+2*S(2)看成一個子表達(dá)式，這個子表達(dá)式中 2 也看成子表達(dá)式。這樣使得程序的適用范圍更加的廣泛，適應(yīng)性更強(qiáng)，能支持更復(fù)雜的表達(dá)式的運(yùn)算。這也是本程序的優(yōu)點(diǎn)之一。 3 詳細(xì)實(shí)現(xiàn) 表達(dá)式的合法判定 表達(dá)式的合法判定過程 如圖 所示 圖 表達(dá)式的合法判定過程 首先是其它字符的判定，從左到右遍歷中綴表達(dá)式，看是否存在其它非法的。 然后是判定括號是否的匹配是否和合法，首先把“ (”對應(yīng)為 1，相應(yīng)的“ )”對應(yīng)為 1。從左到右遍歷表達(dá)式，如果遇到括號就加 上其對應(yīng)的值，用 sum 來保存其累加值。如果在中途出現(xiàn) sum 小于零的情況，即出現(xiàn)“ ..... )” 那么的情況，即非法。在遍歷的最后，還要判斷 sum 的值是否為零，如果為零就是合法，否則就是非法。代