在 matplotlib 中绘制一个字符串函数 // 将 str 解释为 python 代码？

我正在创建一个 RPN 计算器，尝试绘制用户给出的函数。例如，如果用户输入 "x sin 3 * plot" 我希望它绘制 sin(x)*3 其代码如下。注意：问题在 if prompt=="plot"

userInputX=""               #userInputX is always replaced before
                            #running again, so it can be set once here
while True:        
    print("----------------------------------------------------------")
    if not myqueue.isEmpty(): # Display both postfix and infix
        print("Postfix: "+str(myqueue))
        print("Infix: "+StackCalc.postfix2infix(myqueue))
    prompt=input(">")
    if prompt == "exp" or prompt == "^": prompt = "**"  #<- Easiest way to stop errors with eval(),
    if prompt=="quit": break                            #+ consistent formatting while still accepting exp/^

    if prompt=="run":
        if myqueue.find("x") is True:                   # If run, get x value from user, set post2in to the 
            userInputX=input("Enter x value: ")         #result of postfix2infix except replace the x with userinput
        post2in=StackCalc.postfix2infix(myqueue).replace("x",userInputX)
        print("Solution using infix:",eval(post2in))    #then evaluate it
        print("Solution using postfix:",StackCalc.evaluate_postfix(myqueue,userInputX))
        continue #skip to next iteration, as "run" shouldnt be pushed to queue

    if prompt=="plot":
        post2in=StackCalc.postfix2infix(myqueue)
        usrInp=input("Enter values of xmin, xmax, nbp: ")#input format "0.5 10.5 1"
        usrInp=usrInp.split()                       # Make it a list,
        xmin,xmax,nbp=usrInp[0],usrInp[1],usrInp[2] #set values to input
        
        #this is where it gets questionable
        x=np.linspace(float(xmin),float(xmax),int(nbp))
        plt.plot(x,post2in)   # this is specifically where the issue lies
        plt.title("f(x)="+str(post2in))
        plt.show()
        continue # dont push "plot" to queue


    if prompt!="flush":
        if prompt == "exp" or prompt == "^": prompt = "**"
        myqueue.enqueue(prompt)     # same code as optn. 2
    else:
        myqueue.flush()

要明确的是， postfix2infix 以字符串形式返回用户的函数。对于我上面使用的示例，它将返回 "sin(x)*3" 作为字符串，我需要将其解释为函数/python 代码。这可能吗？

可以使用 eval() 函数将字符串作为 Python 代码执行，但是 强烈建议不要使用 eval() 处理用户输入，因为这可能会带来安全风险 。如果用户输入恶意代码， eval() 将会执行它。

更安全的做法是使用 sympy 库解析表达式，然后进行计算和绘图。以下是如何修改代码以使用 sympy ：

import matplotlib.pyplot as plt
import numpy as np
import sympy

# ... 其他代码 ...

if prompt == "plot":
    post2in = StackCalc.postfix2infix(myqueue)
    usrInp = input("Enter values of xmin, xmax, nbp: ")
    usrInp = usrInp.split()
    xmin, xmax, nbp = float(usrInp[0]), float(usrInp[1]), int(usrInp[2])

    # 使用 sympy 解析表达式
    x = sympy.symbols('x')
    expr = sympy.sympify(post2in)

    # 生成数据用于绘图
    x_vals = np.linspace(xmin, xmax, nbp)
    y_vals = [expr.subs(x, val).evalf() for val in x_vals]

    plt.plot(x_vals, y_vals)
    plt.title("f(x) = " + str(expr))
    plt.show()
    continue

代码解释：

1. 导入 sympy 库。
2. 将字符串表达式解析为 sympy 表达式。 sympy.sympify() 函数将字符串转换为 sympy 可以理解的数学表达式。
3. 使用 subs() 和 evalf() 计算 y 值。
   • expr.subs(x, val) 将表达式中的 x 替换为 x_vals 中的每个值。
   • evalf() 计算替换后的表达式的数值结果。
4. 使用 matplotlib 绘制图形。

使用示例：

如果用户输入 "x sin 3 * plot" ，代码将会：

1. 使用 postfix2infix() 函数将后缀表达式转换为中缀表达式 "sin(x)*3" 。
2. 使用 sympy.sympify() 将字符串 "sin(x)*3" 解析为 sympy 表达式。
3. 对于 x_vals 中的每个值，使用 subs() 将 x 替换为该值，然后使用 evalf() 计算表达式的值。
4. 使用计算出的 x_vals 和 y_vals 绘制图形。

安全建议：

即使使用 sympy ，仍然建议对用户输入进行验证，以确保其是有效的数学表达式。可以使用正则表达式或其他方法来验证输入。