函數解析 - Computerphile

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函數解析 - Computerphile

目錄

  1. 什麼是解析器?
  2. 如何實現一個解析器?
  3. 解析器的基本構建塊
    • 3.1 解析單個數字
    • 3.2 解析單個字符
    • 3.3 重複解析
    • 3.4 選擇解析
    • 3.5 串接解析
    • 3.6 組合解析
  4. 範例:解析算術表達式
    • 4.1 算術表達式的語法
    • 4.2 實現算術表達式的解析器
    • 4.3 驗證解析器的功能
  5. 結論

什麼是解析器?🤔

對於我來說,解析器是一個以字符串為輸入,並產生某種樹形結構作為輸出的程序。這個樹形結構明確地表示了輸入字符串中的結構。簡單來說,解析器作為一個函數,接受字符串作為輸入,並生成樹作為輸出。我們可以將其視為一種函數,該函數以字符串為輸入,並將其轉換為樹。

如何實現一個解析器?🔧

我們可以使用一種稱為「解析組合子」的方法來實現解析器。解析組合子是一種可以使用基本解析器和組合解析器來構建更複雜解析器的方法。基本解析器用於解析較小的結構,而組合解析器則用於將基本解析器組合成更大的解析器。

解析器的基本構建塊🔨

3.1 解析單個數字🔢

我們可以從實現一個基本的解析器開始:解析單個數字。要解析單個數字,我們可以使用以下步驟:

  1. 獲取輸入字符串的第一個字符。
  2. 檢查該字符是否是一個數字。
  3. 如果是數字,則返回數字作為結果,並返回余下的未使用部分字符串。
  4. 如果不是數字,則返回“解析失敗”。

3.2 解析單個字符🔡

類似於解析單個數字,我們也可以實現解析單個字符的解析器,使用以下步驟:

  1. 獲取輸入字符串的第一個字符。
  2. 檢查該字符是否等於所需的字符。
  3. 如果相等,則返回該字符作為結果,並返回余下的未使用部分字符串。
  4. 如果不相等,則返回“解析失敗”。

3.3 重複解析🔁

在解析中,我們經常需要重複解析特定模式的字符或子字符串。為此,我們可以使用some組合子。some組合子接受一個解析器作為參數,並嘗試將該解析器應用一次或多次。

3.4 選擇解析⚖️

在解析中,我們可能需要進行選擇,即使用不同的解析器來解析不同的模式。為此,我們可以使用or組合子。or組合子將兩個解析器作為參數,嘗試將第一個解析器應用於輸入字符串,並且如果它失敗,則嘗試將第二個解析器應用於輸入字符串。

3.5 串接解析➕

在解析中,我們可能需要對解析器進行串接,即按特定順序應用一系列解析器。為此,我們可以使用Do表示法。Do表示法允許我們將多個解析器組合在一起,依次應用它們。

3.6 組合解析🔄

組合解析是一種將基本解析器和組合解析器組合在一起構建更複雜解析器的方法。通過組合解析,我們可以使用一個或多個基本解析器來構建自定義的解析器,以滿足我們特定的需求。例如,我們可以使用組合解析來實現算術表達式的解析器。

範例:解析算術表達式✨

4.1 算術表達式的語法

算術表達式由一系列的項組成,項之間用加或減運算符分隔。每個項又由一系列的因子組成,因子之間用乘或除運算符分隔。每個因子可以是括號內的表達式,也可以是整數。

4.2 實現算術表達式的解析器

根據上述語法,我們可以實現一個解析器,進行算術表達式的解析。以下是實現該解析器的代碼:

def parse_expression(input_str):
    term, remaining_input = parse_term(input_str)
    if remaining_input and remaining_input[0] == '+':
        expression, remaining_input = parse_expression(remaining_input[1:])
        return term + expression, remaining_input
    return term, remaining_input

def parse_term(input_str):
    factor, remaining_input = parse_factor(input_str)
    if remaining_input and remaining_input[0] == '*':
        term, remaining_input = parse_term(remaining_input[1:])
        return factor * term, remaining_input
    return factor, remaining_input

def parse_factor(input_str):
    if input_str[0] == '(':
        expression, remaining_input = parse_expression(input_str[1:])
        if remaining_input and remaining_input[0] == ')':
            return expression, remaining_input[1:]
    try:
        number = int(input_str)
        return number, ''
    except ValueError:
        return None, input_str

4.3 驗證解析器的功能

我們可以使用一些示例來驗證我們解析器的功能。讓我們嘗試解析一些算術表達式來驗證解析器是否正確工作:

expression, remaining_input = parse_expression("2 + 3 * 4")
print(expression)  # 14

expression, remaining_input = parse_expression("(2 + 3) * 4")
print(expression)  # 20

expression, remaining_input = parse_expression("2 + 7 * 10 + 8 * 20")
print(expression)  # 162

expression, remaining_input = parse_expression("2 + 3 *")
print(expression)  # 5
print(remaining_input)  # *

expression, remaining_input = parse_expression("2 + 3)")
print(expression)  # 5
print(remaining_input)  # )

結論✅

解析器是一種將字符串轉換為結構化數據的工具。通過使用解析組合子和基本解析器,我們可以構建出功能強大且靈活的解析器。在實現解析器時,我們需要注意語法的結構和優先級。通過遵循這些原則,我們可以成功地解析和處理不同類型的文本數據。

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