《24点》APP——提示功能实现
王德亮约 12 分钟本文字数：8788字
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背景
打算做《挑战24点》，调研了商店里现存的24点APP。大部分的盈利逻辑是：
设置闯关模式，通过闯关增加趣味性，吸引用户活跃度，通过底部banner广告和后台唤起广告盈利 提示的获取，通过限制提示次数，超出次数后观看广告或者购买来解锁额外次数。
这里分享一下，《24点》APP提示功能如何实现，效果如下：
提示功能实现又分为两步，步骤如下：
判断结果能不能等于24；
笔者一开始认为《24点》APP的4个数字是完全随机的，但完全随机会导致可能计算不出24的情况，对于用户来说，花时间思考了很久但是最终发现是题目不能等于24，容易打击积极性。所以对于刚开始的用户来说，首先要保证随机出的数字一定是要等于24，实现逻辑就是，每次随机出4个数字后，在显示出来之前判断，是否等于24，如果不等于则再次生成随机数字，直到随机出的数字可以等于24时才显示到屏幕上。 但是对于部分想要挑战高难度的用户来说，随机过程中出现不能计算出结果的反而更具有挑战性。所以可以通过在设置中做个Switch开关，开启代表生成的随机数字一定能计算出24，关闭表示不一定能，默认开启，用户可自由选择难度。
如果能等于24，显示出能得到24的表达式；如果不能，提示用户当前随机数字不能得到24。这个步骤中，需要注意的是，计算过程中数字是小数还是整数？表达式中数字的显示等。
计算过程中数字的类型。首先随机生成4个数字是整数。而通过整数去运算，在Swift中，当运算符左右都为整数时，其结果也是整数。这种情况就会导致计算失败，比如：((15 + 1)* (3 / 2))，通过整数计算最终是16，而通过小数计算是24，所以，不能通过整数计算，运算的第一步就是把随机的4个数字转为小数。 表达式中数字的显示。而将数字转为 double 后，最后表达式中数字的显示会带有精度，在添加到表达式中时不能直接使用 String(format:"%f")，要使用 NSNumber 进行转换一次，然后再转 String。
下面详细记录一下实现的过程：
解法原理
步骤一，判断能不能等于24
每次随机数字的逻辑在这里就不详细展开了，下面主要分享下，给定4个数字，如何判断这4个数字能不能等于24。
有[a, b, c, d] 四个数字，任取两个数字，通过遍历运算符得到运算结果 e，然后把运算结果和剩余的数字放入新的数组中，重复上面的计算过程，直到数组中有一个元素为止；最后判断数组中唯一的数字是否等于24即可。
这里需要注意几点，一是遍历运算符的时候，加和乘符合交换律，所以不需要重复计算；二是除法会有小数，所以最终判断是否等于24的时候，需要通过设置误差范围来判断；再有就是除法的除数不能为零。
所以最终解法描述如下：
定义误差范围，定义要对比的值，定义运算符数组； 定义判断是否相等的判断方法，传入值和要对比的值的绝对值小于误差范围，即视作相等； 数据转换，由于传入的数字是Int，所以通过 map 转为 Double 类型； 实现计算方法 运算符为"+"或"*"时，注意交换律，刚开始 i < j，所以到 i > j 时，就不需要重复计算了 运算符为"-"时，除数不能为0 把取出的两个数字通过运算符计算出结果，放入余下数字的新数组中，新数组中即有3个数字 再从这个新数组中取出两个数字重复上面的计算过程，递归调用，得到返回结果 如果返回结果不为真，则从3个数字的新数组中，移除最后一个元素即此次通过运算符运算后的数字；然后再继续遍历下一个运算符 数组为空，不合法； 数组中只有一个数字，即停止，调用判断相等方法判断是否相等 从数组中依次取两个数字，两个数字不能相等 把余下的数字放入新的数组中 遍历运算符数组 如果所有运算符已遍历完成，结果还不为真，则继续遍历原始数组，取出后面的数字。
流程图如下：
代码实现如下：
// 1. 定义误差范围，定义要对比的值，定义运算符数组；
let elipson = 0.001
let TargetReuslt = 24
let OperationList = ["+", "-", "*", "/"]class Solution {
// 2. 定义判断是否相等的判断方法，传入值和要对比的值的绝对值小于误差范围，即视作相等；
func isEqual24(_ value: Double) -> Bool {
return abs(value - Double(TargetReuslt)) < elipson
}
func judgePoint24(_ list: [Int]) -> Bool {
// 3. 数据转换，由于传入的数字是Int，所以通过 map 转为 Double 类型；
let resultList: [Double] = list.map({ Double($0) })
return find24(resultList)
}
// 每次都是选取两张牌
func find24(_ cards: [Double]) -> Bool {
// 4.1 数组为空，不合法；
if cards.count == 0 {
return false
}
// 4.2 数组中只有一个数字，即停止，调用判断相等方法判断是否相等
if cards.count == 1 {
let result = isEqual24(cards[0])
return result
}
let count = cards.count
// 4.3 从数组中依次取两个数字，两个数字不能相等
for i in 0..<count {
for j in 0..<count {
if i != j {
let a = cards[i]
let b = cards[j]
// 4.4 把余下的数字放入新的数组中
var restCards: [Double] = []
for k in 0..<count {
if k != i && k != j {
restCards.append(cards[k])
}
}
// 4.5 遍历运算符数组
for op in OperationList {
// 4.5.1 运算符为"+"或"*"时，注意交换律，刚开始 i < j，所以到 i > j 时，就不需要重复计算了
if ((op == "+" || op == "*") && (i > j)) {
// "+"、"*", a + b = b + a, no need to recalculate
continue
}
// 4.5.2 运算符为"-"时，除数不能为0
if (op == "/") && b < elipson {
// "/" dividend can not equal to zero
continue
}
// 4.5.3 把取出的两个数字通过运算符计算出结果，放入余下数字的新数组中，新数组中即有3个数字
switch op {
case "+":
restCards.append(a+b)
case "-":
restCards.append(a-b)
case "*":
restCards.append(a*b)
case "/":
restCards.append(a/b)
default:
break
}
// 4.5.4 再从这个新数组中取出两个数字重复上面的计算过程，递归调用，得到返回结果
let result = find24(restCards)
if result == true {
return true
}
// 4.5.5 如果返回结果不为真，则从3个数字的新数组中，移除最后一个元素即此次通过运算符运算后的数字；然后再继续遍历下一个运算符
restCards.removeLast()
}
}
}
}
return false
}
}
步骤二，获得等于24时的表达式
上面的逻辑计算出能否等于24，那在计算出24的情况下，如何把得到这个结果的表达式显示出来？
回过头来看上面的代码，在步骤4.5.3时，进行了表达式和运算符计算的操作，所以如果想要得到计算的表达式的话，需要在这个计算地方把表达式也存储一下。
然后问题是，计算过程是一个递归的过程，如何在递归的过程中保证前面步骤的表达式不丢失，从而得到递归过程中所有计算的表达式，最终在得到结果时，得到一个表达式数组。
修改func find24(_ cards: [Double]) -> Bool方法，传入参数中增加resultExpressList参数，类型为数组，用于保存每次递归的表达式；传出参数改为增加数组，用于获取最终计算出结果时的表达式。
需要注意：
func find24(_ cards: [Double]) -> Bool返回类型为元组传入表达式数组不可变，故而需要转为可变的 表达式的中数字使用 NSNumber转换，避免浮点精度问题
代码如下：
// 1. 定义误差范围，定义要对比的值，定义运算符数组；
let elipson = 0.001
let TargetReuslt = 24
let OperationList = ["+", "-", "*", "/"]class Solution {
// 2. 定义判断是否相等的判断方法，传入值和要对比的值的绝对值小于误差范围，即视作相等；
func isEqual24(_ value: Double) -> Bool {
return abs(value - Double(TargetReuslt)) < elipson
}
func judgePoint24(_ list: [Int]) -> Bool {
// 3. 数据转换，由于传入的数字是Int，所以通过 map 转为 Double 类型；
let resultList: [Double] = list.map({ Double($0) })
let value: (result: Bool, expressList: [String]) = find24(resultList, resultExpressList: [])
return value.result
}
// 每次都是选取两张牌
func find24(_ cards: [Double], resultExpressList: [String]) -> (Bool, [String]) {
// 4.1 数组为空，不合法；
if cards.count == 0 {
return (false, resultExpressList)
}
// 4.2 数组中只有一个数字，即停止，调用判断相等方法判断是否相等
if cards.count == 1 {
let result = isEqual24(cards[0])
return (result, resultExpressList)
}
// 将传入数据变为可变数组
var expressionList: [String] = []
expressionList.append(contentsOf: resultExpressList)
let count = cards.count
// 4.3 从数组中依次取两个数字，两个数字不能相等
for i in 0..<count {
for j in 0..<count {
if i != j {
let a = cards[i]
let b = cards[j]
// 4.4 把余下的数字放入新的数组中
var restCards: [Double] = []
for k in 0..<count {
if k != i && k != j {
restCards.append(cards[k])
}
}
// 4.5 遍历运算符数组
for op in OperationList {
// 4.5.1 运算符为"+"或"*"时，注意交换律，刚开始 i < j，所以到 i > j 时，就不需要重复计算了
if ((op == "+" || op == "*") && (i > j)) {
// "+"、"*", a + b = b + a, no need to recalculate
continue
}
// 4.5.2 运算符为"-"时，除数不能为0
if (op == "/") && b < elipson {
// "/" dividend can not equal to zero
continue
}
// 4.5.3 把取出的两个数字通过运算符计算出结果，放入余下数字的新数组中，新数组中即有3个数字
// 计算后，将表达式保存到 expressionList 中，并作为下次递归的参数
// 注意：表达式的中数字使用 NSNumber，避免浮点精度问题
switch op {
case "+":
restCards.append(a+b)
expressionList.append(String(format: "(%@ + %@) = %@", NSNumber(value: a), NSNumber(value: b), NSNumber(value: a + b)))
case "-":
restCards.append(a-b)
expressionList.append(String(format: "(%@ - %@) = %@", NSNumber(value: a), NSNumber(value: b), NSNumber(value: a - b)))
case "*":
restCards.append(a*b)
expressionList.append(String(format: "(%@ * %@) = %@", NSNumber(value: a), NSNumber(value: b), NSNumber(value: a * b)))
case "/":
restCards.append(a/b)
expressionList.append(String(format: "(%@ / %@) = %@", NSNumber(value: a), NSNumber(value: b), NSNumber(value: a / b)))
default:
break
}
// 4.5.4 再从这个新数组中取出两个数字重复上面的计算过程，递归调用，得到返回结果
let resultValue: (result: Bool, list: [String]) = find24(tempList, resultExpressList: expressionList, level: level)
if resultValue.result {
return (true, resultValue.list)
}
// 4.5.5 如果返回结果不为真，则从3个数字的新数组中，移除最后一个元素即此次通过运算符运算后的数字；然后再继续遍历下一个运算符
restCards.removeLast()
}
}
}
}
return false
}
}
测试上面的代码：
给定[6, 8, 5, 8]四个数字，判断能否等于24，如果能，打印表达式，最终打印出的表达式数组如下：
["(6 - 8) = -2", "(5 + -2) = 3", "(8 * 3) = 24"]从上面打印出的日志可以看到，确实可以计算出24，且把计算出24过程保存下来了，但是跟想象中的不一样，因为同类型《24点》APP的提示功能中，提示的表达式是把步骤合一，最后是一个整体的表达式，而不是分步骤的，所以要怎么把这个步骤合一呢？
再看一遍上面的数字和表达式数组：
数字： [6, 8, 5, 8]
表达式数组： ["(6 - 8) = -2", "(5 + -2) = 3", "(8 * 3) = 24"]要做的就是把表达式数组换成一个完整的表达式：
把5+ -2中的-2替换为(6 - 8) 把8 * 3中的3替换为(5 + (6- 8))，从而得到最终的(8 * (5 + (6 - 8)))
这个转换需要注意两点：
每个数组只能用一遍 每个表达式只能用一次
笔者这里转换的步骤如下：
定义一个字典数组，用于存储每一步转换的字典 遍历上面的表达式数组 遍历字典数组，判断是否使用过，元素是否包含字典表达式元素的值， 包含则把元素中对应的值替换为字典表达式元素的表达式，且标记字典表达式为使用过，且把新的字典存储到字典数组中 不包含，则把新的字典存储到字典数组中 定义一个字典，三个 key，表达式，表达式结果，表达式是否使用过，{"expressionStr": "a + b", "expressionValue": "c", "expressionUsed": "0"} 将表达式和结果分开，存储到字典里，默认没使用过，并且存储到字典数组中 遍历非第一个元素时 最后返回字典数组最后一个元素的表达式，即是所需结果
流程图如下：
代码如下：
func generateExpressStr(from list: [String]) -> String {
var resultStrList: [NSMutableDictionary] = []
let strKey = "expressionStr"
let valueKey = "expressionValue"
let statusKey = "expressionUsed" var newResultStrList: [NSMutableDictionary] = []
for index in 0..<list.count {
let itemStr = list[index]
let componentList = itemStr.components(separatedBy: " = ")
var expressionStr = componentList[0]
let expressionValue = componentList[1]
if index == 0 {
let tempDic = NSMutableDictionary()
tempDic.setValue(expressionStr, forKey: strKey)
tempDic.setValue(expressionValue, forKey: valueKey)
tempDic.setValue("0", forKey: statusKey)
newResultStrList.append(tempDic)
}
else {
for itemDic in resultStrList {
print(itemDic)
if let previousExpressionStr = itemDic.value(forKey: strKey) as? String,
let previousExpressionValueStr = itemDic.value(forKey: valueKey) as? String,
let previousStatusValue = itemDic.value(forKey: statusKey) as? String,
previousStatusValue == "0" {
let tempDic = NSMutableDictionary()
if expressionStr.contains(previousExpressionValueStr) {
let range = (expressionStr as NSString).range(of: previousExpressionValueStr)
let newExpressionStr = (expressionStr as NSString).replacingCharacters(in: range, with: previousExpressionStr)
expressionStr = newExpressionStr
let newExpressionValue = expressionValue
tempDic.setValue(newExpressionStr, forKey: strKey)
tempDic.setValue(newExpressionValue, forKey: valueKey)
tempDic.setValue("0", forKey: statusKey)
newResultStrList.append(tempDic)
itemDic.setValue("1", forKey: statusKey)
}
else {
let newExpressionStr = expressionStr
let newExpressionValue = expressionValue
let tempDic = NSMutableDictionary()
tempDic.setValue(newExpressionStr, forKey: strKey)
tempDic.setValue(newExpressionValue, forKey: valueKey)
tempDic.setValue("0", forKey: statusKey)
newResultStrList.append(tempDic)
}
}
}
}
resultStrList = newResultStrList
}
let resultStr = resultStrList.last?.value(forKey: strKey) as? String ?? ""
print(resultStr)
return resultStr
}
通过上面的步骤就可以得到完整的计算表达式，但是还有可以优化的地方，比如表达式：(8 * (5 + (6 - 8)))，虽然对应程序来说，计算步骤是先计算6-8，然后计算5-2，最后计算8*3，但是对于用户来说，其实不关心计算步骤，用户感受到的是，是不是更符合数学表达式的逻辑，即对于上面的表达式来说，不需要括号，即8 * (5 + 6 - 8)，这样更符合数学表达式的概念，运算符优先级都相同时，加括号和不加括号，并没有什么区别，最外层的括号也没有意义。所以要如何做呢？这个优化留给大家来发挥。提示：方法一，可以通过在上面的转换步骤中解决，每次转换前判断运算符优先级决定是否去除括号。方法二：先转换，然后再遍历表达式，遍历过程中没有运算符优先级相同的，可以去除括号。
完整代码
本篇的完整代码已整理放在Github，链接如下：https://github.com/mokong/game24HintDemo
最终效果如下：
结语
和24点提示功能的实现两篇文章，介绍了做一个《24点 APP》所需的基本功能，通过Swift 后缀表达式可以计算任意算术表达式的结果，通过24点提示功能的实现可以通过数字获得计算表达式。有了这两个功能就可以做出一个简单的《24点 APP》。感兴趣的可以通过体验商店里现有的同类型APP，比较 APP 之间的差异以及给人的体验感受，然后设计自己的UI、动效，加上独有的功能实现，比如换肤、闯关、内购等等，可以做出自己的独特的《24点 APP》，欢迎尝试。
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