for文による四則演算

Question

前提・実現したいこと

始めに４桁の数字を入力してもらい、その後合計値にしたい数字を入力、入力された数値になるように初めに入力された数字を四則演算し、合計値になる式を見つけたらリストに追加し、すべてのパターンで検証したのちに答えに合致する式をすべて表示するプログラムを作っています
４つの数字を四則演算する際に、下記のコードのようなすべての計算を各プログラムではコードが見づらくわかりにくくなると感じ、for文でできる限り短いコードを作ろうと考えているのですが、乗算だけの繰り返しや、加算だけの繰り返しの記事を見つけることはできたものの、四則演算すべての繰り返しを見つけることができませんでした。
forによる繰り返しで四則演算すべてを行うのは難しいでしょうか？
また、for以外により分かりやすくきれいなコードになるやり方があれば教えていただけると幸いです

発生している問題・エラーメッセージ

エラーメッセージ

該当のソースコード

import java.util.ArrayList;
import java.util.InputMismatchException;
import java.util.List;
import java.util.NoSuchElementException;
import java.util.Scanner;
public class Main {
	public static void main (String[]args) throws Exception{
		//数字を抜き取り、それぞれの数字を入れ替え、計算処理を施し、次に指定する数になるか調べる
		int number;
		System.out.println("4桁の数字を入力してください");
		while(true) {
			try {
				number = new Scanner(System.in).nextInt();
				String str = String.valueOf(number);
				if(str.length()!=4) {
					throw new InputMismatchException ();
				}
				break;
			} catch (InputMismatchException e) {}
			  catch (NoSuchElementException e) {}
		}

		int totalNumber;
		System.out.println("合計値にしたい数字を入力してください");
		while(true) {
			try {

				totalNumber = new Scanner(System.in).nextInt();
				break;
			} catch (InputMismatchException e) {} 
			  catch (NoSuchElementException e) {}
		}

		String str = String.valueOf(totalNumber);
		System.out.println(Calculation(str,number));
	}

	private static String Calculation(String totalNumber,int number) {
		List<String> numberList = new ArrayList<String>();
		List<StringBuilder> formulaList = new ArrayList<StringBuilder>();
	    StringBuilder sb = new StringBuilder();

		for(int i = 0;i< String.valueOf(number).length();i++){
			numberList.add(String.valueOf(number).substring(i,i+1));
		}
		int num1 = Integer.parseInt(numberList.get(0));
		int num2 = Integer.parseInt(numberList.get(1));
		int num3 = Integer.parseInt(numberList.get(2));
		int num4 = Integer.parseInt(numberList.get(3));
		
		//ここで四則演算
		if(num1+num2+num3+num4==number) {
			sb.append(num1);
			sb.append("+");
			sb.append(num2);
			sb.append("+");
			sb.append(num3);
			sb.append("+");
			sb.append(num4);
			formulaList.add(sb);
		}
		if(num1+num2+num3-num4==number) {
			sb.append(num1);
			sb.append("+");
			sb.append(num2);
			sb.append("+");
			sb.append(num3);
			sb.append("-");
			sb.append(num4);
			formulaList.add(sb);		}
		//以下同じ処理をすべての四則演算で行う


		return formulaList.toString();
	}

試したこと

もう一つListを作り、中に"+-*/"を入れ、for文で活用しようとしたものの文字列としてしか利用できませんでした（計算に使えるやり方を調べたものの把握できませんでした）

補足情報（FW/ツールのバージョンなど）

ここにより詳細な情報を記載してください。

Comments

[kazuma-s]

4つの数字の入れ替えは考えなくていいのですか？
四則演算で、乗除算は加減算より先にするんですか？　それとも左から順番に？
括弧は無いんですよね。

ところで、質問のコードでは、入力した totalNumber は使っていませんね。

[stzyang]

４つの数字の入れ替えや、分数を考慮した計算等は、順番通りの数字による計算ができるようになってからと、考えていました。括弧に関しては考えておりませんでした。ご指摘ありがとうございます。いろいろなことを考慮していけるよう精進したします。

四則演算のロジックを優先して作成していたためtotalNumberによる計算値との比較を後回しにしていました。

Answer 1

forによる繰り返しで四則演算すべてを行うのは難しいでしょうか？

+、-、*、/ を 0、1、2、3 に置き換えるとできますよ。

import java.util.Scanner;

class Main {
    public static void main(String[] args) {
		Scanner sc = new Scanner(System.in);
        System.out.println("4桁の数字を入力してください");
		String number = sc.next();
		int[] num = new int[4];
		for (int i = 0; i < 4; i++) num[i] = number.charAt(i) - '0';
        System.out.println("計算値にしたい数字を入力してください");
        int result = sc.nextInt();
		int[] op = new int[4];
		for (op[0] = 0; op[0] < 4; op[0]++)
			for (op[1] = 0; op[1] < 4; op[1]++)
				for (op[2] = 0; op[2] < 4; op[2]++)
					if (calc(num, op) == result)
						print(num, op, result);
    }

	private static void print(int[] num, int[] op, int result) {
		final String[] name = { "+", "-", "*", "/" };
		System.out.println(num[0] + name[op[0]] + num[1]
			+ name[op[1]] + num[2] + name[op[2]] + num[3] + " = " + result);
	}

	private static int calc(int[] num, int[] op) {
		int a = num[0];
		for (int i = 0; i < 3; i++)
			switch (op[i]) {
			case 0: a += num[i+1]; break;
			case 1: a -= num[i+1]; break;
			case 2: a *= num[i+1]; break;
			case 3: a = (num[i+1] != 0) ? a / num[i+1] : 999999999;
			}
		return a;
	}
}

実行例

4桁の数字を入力してください
1234
計算値にしたい数字を入力してください
5
1+2*3-4 = 5
1+2/3+4 = 5

演算は左から順に実行。
割り算は整数の除算(小数点以下切り捨て)。

追記
ビット演算を使うと、 forの三重ループがひとつの for文になります。

		for (int i = 0; i < 1<<6; i++) {
			int[] op = { i>>4 & 3, i >>2 & 3, i & 3 };
			if (calc(num, op) == result) print(num, op, result);
		}

あるいは、 forの三重ループのところで計算をすると、計算回数が減らせます。

        for (op[0] = 0; op[0] < 4; op[0]++) {
			int a = calc(num[0], op[0], num[1]);
            for (op[1] = 0; op[1] < 4; op[1]++) {
				int b = calc(a, op[1], num[2]);
                for (op[2] = 0; op[2] < 4; op[2]++)
					if (calc(b, op[2], num[3]) == result)
                        print(num, op, result);
			}
		}

    private static int calc(int a, int op, int b) {
        switch (op) {
        case 0: return a + b;
        case 1: return a - b;
        case 2: return a * b;
        case 3: if (b != 0) return a / b;
        }
		return 999999999;
    }

switch文を使わないやり方も考えられます。

import java.util.Scanner;

class Main {
    public static void main(String[] args) {
        Scanner sc = new Scanner(System.in);
        System.out.println("4桁の数字を入力してください");
        String number = sc.next();
        int[] num = new int[4];
        for (int i = 0; i < 4; i++) num[i] = number.charAt(i) - '0';
        System.out.println("計算値にしたい数字を入力してください");
        int result = sc.nextInt();
		int[] op = new int[4];
		Calc[] calc = { new Add(), new Sub(), new Mul(), new Div() };
        for (op[0] = 0; op[0] < 4; op[0]++) {
			int a = calc[op[0]].exec(num[0], num[1]);
            for (op[1] = 0; op[1] < 4; op[1]++) {
				int b = calc[op[1]].exec(a, num[2]);
                for (op[2] = 0; op[2] < 4; op[2]++)
					if (calc[op[2]].exec(b, num[3]) == result)
                        print(num, op, result);
			}
		}
    }

    private static void print(int[] num, int[] op, int result) {
        final String[] name = { "+", "-", "*", "/" };
        System.out.println(num[0] + name[op[0]] + num[1]
            + name[op[1]] + num[2] + name[op[2]] + num[3] + " = " + result);
    }
}

class Calc { int exec(int a, int b) { return 0; } }
class Add extends Calc { int exec(int a, int b) { return a + b; } }
class Sub extends Calc { int exec(int a, int b) { return a - b; } }
class Mul extends Calc { int exec(int a, int b) { return a * b; } }
class Div extends Calc {
	int exec(int a, int b) { return b != 0 ? a / b : 999999999; }
}

Comments

[stzyang]

実行例まで誠にありがとうございます。
コードを参考にしながら順不同な場合やご指摘の括弧を利用する場合も考えていきたいと思います。