在Python中动态评估简单布尔逻辑

Question

我有一些动态生成的布尔逻辑表达式，比如：

• (A 或 B) 并且 (C 或 D)
• A 或 (A 并且 B)
• A
• 空 - 计算结果为真

这些占位符会被布尔值替换。那么，我应该：

1. 把这些信息转换成像 True or (True or False) 这样的 Python 表达式，然后用 eval 来计算吗？
2. 创建一个二叉树，每个节点要么是一个 bool 值，要么是 Conjunction（与）/Disjunction（或）对象，然后递归计算它吗？
3. 把它转换成嵌套的 S 表达式，然后用 Lisp 解析器来处理吗？
4. 还有其他的办法吗？

欢迎大家提出建议。

Answer 1

如果你把你关心的局部变量和全局变量放到字典里，那么你就可以安全地把这些字典和表达式一起传递给 eval() 函数了。

Answer 2

这是我大约一个半小时（加上差不多一个小时的重构）写的小模块（可能有74行，包括空白行）：

str_to_token = {'True':True,
                'False':False,
                'and':lambda left, right: left and right,
                'or':lambda left, right: left or right,
                '(':'(',
                ')':')'}

empty_res = True


def create_token_lst(s, str_to_token=str_to_token):
    """create token list:
    'True or False' -> [True, lambda..., False]"""
    s = s.replace('(', ' ( ')
    s = s.replace(')', ' ) ')

    return [str_to_token[it] for it in s.split()]


def find(lst, what, start=0):
    return [i for i,it in enumerate(lst) if it == what and i >= start]


def parens(token_lst):
    """returns:
        (bool)parens_exist, left_paren_pos, right_paren_pos
    """
    left_lst = find(token_lst, '(')

    if not left_lst:
        return False, -1, -1

    left = left_lst[-1]

    #can not occur earlier, hence there are args and op.
    right = find(token_lst, ')', left + 4)[0]

    return True, left, right


def bool_eval(token_lst):
    """token_lst has length 3 and format: [left_arg, operator, right_arg]
    operator(left_arg, right_arg) is returned"""
    return token_lst[1](token_lst[0], token_lst[2])


def formatted_bool_eval(token_lst, empty_res=empty_res):
    """eval a formatted (i.e. of the form 'ToFa(ToF)') string"""
    if not token_lst:
        return empty_res

    if len(token_lst) == 1:
        return token_lst[0]

    has_parens, l_paren, r_paren = parens(token_lst)

    if not has_parens:
        return bool_eval(token_lst)

    token_lst[l_paren:r_paren + 1] = [bool_eval(token_lst[l_paren+1:r_paren])]

    return formatted_bool_eval(token_lst, bool_eval)


def nested_bool_eval(s):
    """The actual 'eval' routine,
    if 's' is empty, 'True' is returned,
    otherwise 's' is evaluated according to parentheses nesting.
    The format assumed:
        [1] 'LEFT OPERATOR RIGHT',
        where LEFT and RIGHT are either:
                True or False or '(' [1] ')' (subexpression in parentheses)
    """
    return formatted_bool_eval(create_token_lst(s))

简单的测试结果是：

>>> print nested_bool_eval('')
True
>>> print nested_bool_eval('False')
False
>>> print nested_bool_eval('True or False')
True
>>> print nested_bool_eval('True and False')
False
>>> print nested_bool_eval('(True or False) and (True or False)')
True
>>> print nested_bool_eval('(True or False) and (True and False)')
False
>>> print nested_bool_eval('(True or False) or (True and False)')
True
>>> print nested_bool_eval('(True and False) or (True and False)')
False
>>> print nested_bool_eval('(True and False) or (True and (True or False))')
True

[可能有点偏题]

注意，你可以很容易地配置你使用的符号（包括操作数和运算符），通过一些简单的依赖注入方法（比如token_to_char=token_to_char等）来同时使用多个不同的计算器（只需重置默认的全局变量，你就会得到单一的行为）。

例如：

def fuzzy_bool_eval(s):
    """as normal, but:
    - an argument 'Maybe' may be :)) present
    - algebra is:
    [one of 'True', 'False', 'Maybe'] [one of 'or', 'and'] 'Maybe' -> 'Maybe'
    """
    Maybe = 'Maybe' # just an object with nice __str__

    def or_op(left, right):
        return (Maybe if Maybe in [left, right] else (left or right))

    def and_op(left, right):
        args = [left, right]

        if Maybe in args:
            if True in args:
                return Maybe # Maybe and True -> Maybe
            else:
                return False # Maybe and False -> False

        return left and right

    str_to_token = {'True':True,
                    'False':False,
                    'Maybe':Maybe,
                    'and':and_op,
                    'or':or_op,
                    '(':'(',
                    ')':')'}

    token_lst = create_token_lst(s, str_to_token=str_to_token)

    return formatted_bool_eval(token_lst)

结果是：

>>> print fuzzy_bool_eval('')
True
>>> print fuzzy_bool_eval('Maybe')
Maybe
>>> print fuzzy_bool_eval('True or False')
True
>>> print fuzzy_bool_eval('True or Maybe')
Maybe
>>> print fuzzy_bool_eval('False or (False and Maybe)')
False

Answer 3

写一个可以处理这个的评估器其实并不难，比如可以用pyparsing这个库。你只需要处理几个操作（比如与、或，还有分组），所以你应该能自己解析和计算出来。

你不需要特意构建一个二叉树来计算这个表达式。