Java_计算器001，支持加减乘除，括号，小数点，√，^ 运算

  1 package caculator_002;
  2 import java.util.ArrayList;
  3 //001支持+-*/，负号
  4 //002预期  支持小数点  开n次幂 求n次幂
  5 
  6 import java.util.Scanner;
  7 public class Caculator_002
  8 {
  9     public static void main(String[] args)
 10     {
 11         Scanner input=new Scanner(System.in);
 12         String strIn;
 13           System.out.println("请输入需要计算的式子：(不要有空格）");
 14        strIn=input.nextLine();
 15         center(strIn);
 16        
 17         input.close();
 18     }
 19     //1+(2-3*(5+1)/(-4+2*(-6))-3*(+6-(-2)))+6*(5-4)
 20     private static void center(String strIn)//计算器主体
 21     {
 22         //计算前进行验证处理
 23         judge(strIn);
 24         String str0=strIn;//留存备份
 25         strIn=addBrackets(strIn);//保持最外围有括号
 26         ArrayList<String> jiSuan1=new ArrayList<String>();
 27         ArrayList<Double> jiSuan2=new ArrayList<Double>();
 28         ArrayList<Double> re=new ArrayList<Double>();
 29         ArrayList<Double> num=separateNum(strIn);//分离数字
 30         ArrayList<Integer> sumNum=new ArrayList<Integer>();
 31         ArrayList<Integer> sumSym=new ArrayList<Integer>();
 32         ArrayList<String>  sym=simpleSym(strIn);//式子简化为待求公式
 33         sumNum=sumNumber(sym);//统计数字
 34         sumSym=sumSymbol(sym);//统计符号
 35         double result=0;//总计算结果
 36         int cm=brackets0(sym);//总括号数
 37         int bra [][]=new int[cm][2];
 38         bra=brackets(sym);//括号统计
 39         
 40         int m=0;//m 最大层数
 41         for(int i=0;i<bra.length;i++)
 42         {
 43             if(m<bra[i][0])
 44             {
 45                 m=bra[i][0];
 46             }
 47         }
 48         int i=0,k,t=0,d,f=1,g1=1,g2=1,n,r1=-1,r2=0,l1=-1,l2=-1;//t,d 相对应的一对括号
 49         for(i=m;i>=0;i--)//层数循环
 50         {
 51             for(t=0;t<bra.length;t++)
 52             {
 53                 if(bra[t][0]==i)//每一对括号
 54                 {
 55                     d=t+1;
 56                     jiSuan1.clear();//清空
 57                     jiSuan2.clear();
 58                     re.clear();
 59                 /*    for(;;)//找出相对应的另一半括号
 60                     {
 61                         d++;
 62                         if(bra[d][0]==bra[t][0])
 63                         {
 64                             break;
 65                         }
 66                     }*/
 67                     l1=bra[t][1];
 68                     r1=bra[d][1];
 69                     /*for(k=bra[t][1]+1;k<bra[d][1];k++)//将需要计算的部分输入jiSuan1中
 70                     {
 71                         
 72                         jiSuan1.add(sym.get(k));
 73                         if(g1==1)
 74                         {
 75                             k1=k;
 76                             g1=0;
 77                         }
 78                     }*/
 79                 //    sym.add(bra[t][0],"0");
 80                     //44.7-4*1
 81                     for(k=0,g1=1,l1=0,r1=0;k<sumSym.size();k++)//将需要计算的部分输入jiSuan1中sumSym.get(n)
 82                     {
 83                         n=sumSym.get(k);
 84                         if(n>bra[t][1]&&n<bra[d][1])
 85                         {
 86                             jiSuan1.add(sym.get(n));
 87                             r1++;
 88                         if(g1==1)
 89                             {
 90                                 l1=k;
 91                                 g1=0;
 92                             }
 93                         }
 94                     }
 95                     for(k=0,g2=1,l2=0,r2=0;k<sumNum.size();k++)//将需要计算的部分输入jiSuan2中sumNum.get(k)
 96                     {
 97                         n=sumNum.get(k);
 98                         if(n>bra[t][1]&&n<bra[d][1])
 99                         {
100                             jiSuan2.add(num.get(k));
101                             r2++;
102                         if(g2==1)
103                             {
104                                 l2=k;
105                                 g2=0;
106                             }
107                         }
108                     }
109                     for(int x=bra[t][1];x<=bra[d][1]&&l1>=0&&r1>=0;x++)
110                     {
111                         sym.set(x, "@");
112                     }
113                     //调用函数计算
114                     result=caculate(jiSuan1,jiSuan2);
115                     //删除
116                     int z=bra[t][1];
117                     while(z>=0)
118                     {
119                         sym.remove(z);
120                         z=sym.indexOf("@");
121                         
122                     }
123                     sym.add(bra[t][1],"0");
124                     for(z=0;z<r2;z++)
125                     {
126                         num.remove(l2);
127                     }
128                     num.add(l2, result);
129                     //计算
130                     bra=brackets(sym);
131                     sumNum=sumNumber(sym);
132                     sumSym=sumSymbol(sym);
133                     //System.out.println(d);
134                     t=0;
135                 }
136             }
137         }
138         output(str0,result);
139 
140     }
141 
142     private static ArrayList<String> sToA(String s)  //将 String 转化为 ArrayList
143     {
144        ArrayList<String> a=new ArrayList<String>();
145        for(int i=0;i<s.length();i++)
146        {
147            a.add(s.substring(i, i+1));
148        }
149        return a;
150     
151     }
152     private static String aToS(ArrayList<String> a)  //将 String 转化为 ArrayList
153     {
154        String s="";
155        for(int i=0;i<a.size();i++)
156        {
157            s=s+a.get(i);
158        }
159       return s;
160     }
161     
162  
163     private static String addBrackets(String s)
164     {
165         if(!(s.charAt(0)==‘(‘&&s.charAt(s.length()-1)==‘)‘))
166         {
167             s="("+s+")";
168         }
169         else if(s.indexOf(")")!=s.length()-1)
170         {
171             s="("+s+")";
172         }
173         return s;
174     }
175     private static int brackets0(ArrayList<String> str)   //实现括号的粗略统计
176     {
177         ArrayList<String> s=new ArrayList<String>(str);
178         int c=0,i=0;
179         for(;;)
180         {
181             if((i=s.indexOf("("))<0)
182             {
183                 break;
184             }
185             s.remove(i);
186                 c++;
187         }
188         for(;;)
189         {
190             if((i=s.indexOf(")"))<0)
191             {
192                 break;
193             }
194             s.remove(i);
195                 c++;
196         }
197             return c;
198     }
199     
200     private static ArrayList<Integer> sumNumber(ArrayList<String> s) //实现数字的统计
201     {
202         ArrayList<Integer> a=new ArrayList<Integer>();
203         int i=0;
204         String str;
205         char c;
206         for(i=0;i<s.size();i++)
207         {
208             str=s.get(i);
209             c=str.charAt(0);
210             if(c==‘0‘)
211             {
212                 a.add(i);
213             }
214             
215         }
216         return a;
217     }
218     
219     private static ArrayList<Integer> sumSymbol(ArrayList<String> s) //实现符号的统计
220     {
221         ArrayList<Integer> a=new ArrayList<Integer>();
222         int i=0;
223         String str;
224         char c;
225         for(i=0;i<s.size();i++)
226         {
227             str=s.get(i);
228             c=str.charAt(0);
229             if(c!=‘0‘&&c!=‘(‘&&c!=‘)‘)
230             {
231                 a.add(i);
232             }
233             
234         }
235         return a;
236     }
237     private static int[][] brackets( ArrayList<String> sym) //实现括号的统计
238     {
239        //                   +(-*(+)/(-+*(-))-*(+-(-)))+*(-)
240        ArrayList<Integer> b1=new ArrayList<Integer>();//层数
241        ArrayList<Integer> b2=new ArrayList<Integer>();//位置
242        int c=-1;//层数
243        int cm=0;//最大层数
244        int i,f=1;
245       String s=aToS(sym);
246        for( i=0;i<s.length();i++)
247        {
248        
249            if(s.charAt(i)==‘(‘)
250            {
251                if(f==1)
252                {
253                c++;
254                }
255                f=1;
256                b1.add(c);
257             b2.add(i);
258            }
259            if(s.charAt(i)==‘)‘)
260            {
261                if(f==0)
262                {
263                c--;
264                }
265                f=0;
266                b1.add(c);
267             b2.add(i);
268            }
269            if(cm<c)
270            {
271                cm=c;
272            }
273            
274        }
275        
276 
277              int bra[][]=new int[b1.size()][2];//第一 维序号，第二维层数、位置
278              for(i=0;i<b1.size();i++)
279              {
280                  bra[i][0]=b1.get(i);
281                  bra[i][1]=b2.get(i);
282              }
283          
284         return bra;
285     
286     }
287     
288    
289     private static double caculate(ArrayList<String> s,ArrayList<Double> a) //计算
290     {
291        double result=0,left,right;
292        int i=-1;
293        while((i=s.indexOf("√"))>=0)
294        { 
295            left=1/a.remove(i);
296             right=a.remove(i);
297            try
298            {
299                if(right<0)
300                {
301                    throw new Exception("被开方数不能小于零！");
302                }
303              
304                a.add(i,Math.pow(right, left));
305                
306            }
307            catch(Exception e)
308               {
309                System.out.println(e.getMessage());
310               }
311            s.remove(i);
312        }
313         i=0;
314         while((i=s.indexOf("^"))>=0)
315            {
316                left=a.remove(i);
317                right=a.remove(i);
318                a.add(i,Math.pow(left, right));
319                s.remove(i);
320            }
321             i=0;
322        while((i=s.indexOf("/"))>=0)
323        {
324                left=a.remove(i);
325                right=a.remove(i);
326                try
327                {
328                    if(Math.abs(right)<10e-8)
329                    {
330                        throw new Exception("除数不能为零！");
331                    }
332                    a.add(i, left/right);
333                }
334                catch(Exception e)
335                {
336                    System.out.println(e.getMessage());
337                }
338                s.remove(i);
339        }
340        i=0;
341           while((i=s.indexOf("*"))>=0)
342           {
343               left=a.remove(i);
344               right=a.remove(i);
345               a.add(i, left*right);
346               s.remove(i);
347           }
348           i=0;
349           while((i=s.indexOf("-"))>=0)
350           {
351               left=a.remove(i);
352               right=a.remove(i);
353               a.add(i, left-right);
354               s.remove(i);
355           }
356           i=0;
357           while((i=s.indexOf("+"))>=0)
358           {
359               left=a.remove(i);
360               right=a.remove(i);
361               a.add(i, left+right);
362               s.remove(i);
363           }
364        
365     //end
366            result=a.get(0);
367         return result;
368     }
369 
370     
371     private static ArrayList<Double> separateNum(String s) 
372     {
373         ArrayList<Double> num=new ArrayList<Double>();
374         String c="";
375         int i=0,t=0,f=0,l,p,l2=0,minus=0;
376 
377         double d=0,a,    m=0;
378         for(i=0;i<s.length();i++)
379         {
380             
381             if((s.charAt(i)>=‘0‘&&s.charAt(i)<=‘9‘)||s.charAt(i)==‘.‘)
382             {
383                 c=c+s.charAt(i);
384                 f=1;
385                 if(s.charAt(i-1)==‘-‘&&(s.charAt(i-2)==‘(‘||s.charAt(i-2)==‘√‘||s.charAt(i-2)==‘^‘))
386                 {
387                     c="-"+c;
388                 }
389             //    System.out.println("add"+c);
390             }
391             else if(f==1)
392             {
393                 if(c.charAt(0)==‘-‘)
394                 {
395                     minus=1;
396                     c=c.substring(1);
397                 }
398                 //字符转数字
399                 p=c.indexOf(‘.‘);
400                 l=c.length();
401                 if(p>0)
402                 {
403                     l2=l-p;//小数
404                     l=p;//整数
405                 }
406                 for(t=0,m=10,d=0;t<l&&t!=p;t++)
407                 {
408                     a=c.charAt(t)-‘0‘;
409                     d=d+a*Math.pow(m,l-1-t);    
410                 }
411                 if(p>0)
412                 {
413                     for(t=1,m=0.1;t<l2;t++)
414                     {
415                         a=c.charAt(p+t)-‘0‘;
416                         d=d+a*Math.pow(m,t);    
417                     }
418                 }
419                 if(minus==1)
420                 {
421                     d=-1*d;
422                     minus=0;
423                 }
424                 num.add(d);
425                 f=0;
426                 c="";
427             }
428         }
429  
430         return num;
431     }
432     private static ArrayList<String> simpleSym(String s)
433     {
434         ArrayList<String> sym=new ArrayList<String>();
435         int f=0,f2=0;
436 
437         s="0+"+s;
438             for(int i=0;i<s.length();i++)
439             {
440                 if((s.charAt(i)>=‘0‘&&s.charAt(i)<=‘9‘)||s.charAt(i)==‘.‘)
441                 {
442                     f=1;
443                 }
444                 else if(f==1)
445                 {
446                     sym.add("0");
447                     f=0;
448                 }
449                 if(s.charAt(i)==‘+‘||s.charAt(i)==‘-‘||s.charAt(i)==‘^‘||s.charAt(i)==‘√‘)
450                 {
451                     if(s.charAt(i-1)!=‘(‘&&s.charAt(i-1)!=‘√‘&&s.charAt(i-1)!=‘^‘)
452                     {
453                         sym.add(s.substring(i,i+1));
454                     }
455                 }
456                 
457                 if(s.charAt(i)==‘*‘||s.charAt(i)==‘/‘||s.charAt(i)==‘(‘||s.charAt(i)==‘)‘)
458                 {
459                         sym.add(s.substring(i,i+1));
460                 }
461                     
462             }
463             //System.out.println(sym);
464 
465                 sym.remove(0);
466                 sym.remove(0);
467             s=s.substring(2);
468         return sym;
469     }
470     
471     private static void judge(String s)//验证式子是否正确
472     {
473         try
474         {
475             //字符是否正确
476             for(int i=0,f=0;i<s.length();i++)
477             {
478                 f=0;
479                 if(s.charAt(i)==‘+‘||s.charAt(i)==‘-‘||s.charAt(i)==‘*‘||s.charAt(i)==‘/‘||s.charAt(i)==‘(‘||s.charAt(i)==‘)‘||s.charAt(i)==‘.‘||s.charAt(i)==‘^‘||s.charAt(i)==‘√‘)//根号251
480                 {
481                     
482                     f=1;
483                 }
484                 if(s.charAt(i)>=‘a‘&&s.charAt(i)<=‘z‘||s.charAt(i)>=‘A‘&&s.charAt(i)<=‘Z‘)
485                 {
486                     f=1;
487                 }
488                 if(s.charAt(i)>=‘0‘&&s.charAt(i)<=‘9‘)
489                 {
490                     f=1;
491                 }
492                 if(f==0)throw  new Exception("未识别的符号\" "+s.charAt(i)+" \"，位置："+(i+1));
493             }
494             //括号是否匹配
495             int left=0,right=0;
496         for(int i=0;i<s.length();i++)
497         {
498             if(s.charAt(i)==‘(‘)
499             {
500                 left++;
501             }
502             if(s.charAt(i)==‘)‘)
503             {
504                 right++;
505             }
506             
507         }
508         if(left!=right)throw  new Exception("括号不匹配");
509         //符号是否正确
510         for(int i=0;i<s.length();i++)
511         {
512             if(s.charAt(i)==‘+‘||s.charAt(i)==‘-‘)
513             {
514                 if(i>0&&(s.charAt(i-1)==‘+‘||s.charAt(i-1)==‘-‘||s.charAt(i-1)==‘*‘||s.charAt(i-1)==‘/‘))
515                 {
516                     throw  new Exception("运算符"+s.charAt(i)+"左边没有数字，位置："+(i+1));
517                 }
518                 if(s.charAt(i+1)==‘+‘||s.charAt(i+1)==‘-‘||s.charAt(i+1)==‘*‘||s.charAt(i+1)==‘/‘||s.charAt(i+1)==‘)‘||s.charAt(i+1)==‘√‘||s.charAt(i+1)==‘^‘)    
519                 {
520                     throw  new Exception("运算符"+s.charAt(i)+"右边没有数字，位置："+(i+1));
521                 }
522                 if(s.charAt(s.length()-1)==‘+‘||s.charAt(s.length()-1)==‘-‘||s.charAt(s.length()-1)==‘*‘||s.charAt(s.length()-1)==‘/‘||s.charAt(s.length()-1)==‘√‘||s.charAt(s.length()-1)==‘^‘)    
523                 {
524                     throw  new Exception("运算符"+s.charAt(s.length()-1)+"右边没有数字，位置："+(s.length()));
525                 }
526             }
527             if(s.charAt(i)==‘*‘||s.charAt(i)==‘/‘)
528             {
529                 if(s.charAt(i-1)==‘+‘||s.charAt(i-1)==‘-‘||s.charAt(i-1)==‘*‘||s.charAt(i-1)==‘/‘||s.charAt(i-1)==‘(‘||s.charAt(i-1)==‘√‘||s.charAt(i-1)==‘^‘)
530                 {
531                     throw  new Exception("运算符"+s.charAt(i)+"左边没有数字，位置："+(i+1));
532                 }
533                 if(s.charAt(i+1)==‘+‘||s.charAt(i+1)==‘-‘||s.charAt(i+1)==‘*‘||s.charAt(i+1)==‘/‘||s.charAt(i+1)==‘)‘||s.charAt(i+1)==‘√‘||s.charAt(i+1)==‘^‘)    
534                 {
535                     throw  new Exception("运算符"+s.charAt(i)+"右边没有数字，位置："+(i+1));
536                 }
537                 if(i>0&&(s.charAt(s.length()-1)==‘+‘||s.charAt(s.length()-1)==‘-‘||s.charAt(s.length()-1)==‘*‘||s.charAt(s.length()-1)==‘/‘||s.charAt(s.length()-1)==‘√‘||s.charAt(s.length()-1)==‘^‘))    
538                 {
539                     throw  new Exception("运算符"+s.charAt(s.length()-1)+"右边没有数字，位置："+(s.length()));
540                 }
541             }
542         }
543         }catch(Exception e)
544         {
545             System.out.println(e.getMessage());
546         }
547     }
548    
549     private static void output(String s,double b)
550     {
551         System.out.println(s+" = "+b);
552 
553     }
554 }