Как создать калькулятор для расчёта квадратных уравнений на Python с использованием фреймворка Tkinter

Когда мне в школе мне задали сделать итоговый проект для допуска к ОГЭ. Я долго думал над темой проекта, и решил совместить две вещи в которых я хорошо разбираюсь, Квадратные уравнения и мой любимый язык программирования Python.

На этапе идеи я сразу понял с помощью чего именно я сделаю свой проект. Изначально у меня получилось разработать консольное приложение, состоящее из бесконечного цикла цикла и простого алгоритма который спрашивает тип уравнения: Полное квадратное/неполное квадратное, и после выбора мы могли вводить a, b и c/a и b.

Эту версию проекта я "накидал" за один вечер, когда я показал результат учителю, он порекомендовал мне сделать графический интерфейс, я моментально вспомнил Python библиотеку Tkinter для создания графического интерфейса.

Тут уже пришлось покумекать как именно это сделать, ведь на практике я еще на тот момент не сталкивался с этим фреймворком. В ходе поиска документации по данному фреймворку я столкнулся с тем что все материала были содержали слишком много "воды". На тот момент нейросети были чем то новым и неизведанным, как раз так совпало что в том промежутке времени появилась первая публичная модель ChatGPT, с помощью которой я нашел нужный материал, сделал техническую документацию и даже подредактировал саму программу.

Приступаем к работе

Для работы с графическим интерфейсом нам понадобится сама библиотека tkinter, а также отдельный модуль из неё что бы выводить результат решения, messagebox.

import tkinter as tk # с помощью as tk мы присваиваем псевдоним tk, для сокращения
from tkinter import messagebox # из tkinter достаем метод, который нам позволит выводить результаты в окошке
import math # библиотека которая нам позволит делать математические вычисления

Далее нам нужно создать функцию которая будет принимать 3 числа, в нашем случает это a, b, c.

Назовём функцию solve_quadratic_equation(): и внутри неё мы осуществим ввод данных. В Tkinter все поля ввода(Entry) хранят информацию в виде строк. Что бы получить то, что ввёл пользователь, используя метод .get():

def solve_quadratic_equation():
    # ввод даннных(квадратные уравнения)
    a = float(entry_a.get())
    b = float(entry_b.get())
    c = float(entry_c.get())

    discriminant = b**2 - 4*a*c # формула дискриминанта

• entry_a.get() - берёт текст из поля entry_a и возвращает его в виде строки.
  Например: пользователь ввёл 2.5, то entry_a.get() вернёт "2.5".

• float() - преобразует полученную строку в число с плавающей запятой (тип float)

• Результат сохраняется в переменную a, b или c, с которой мы уже может производить математические расчёты.

Далее нам нужно проверить полученный из формулы discriminant = b**2 - 4ac дискриминант на:

• Больше нуля

• Равен нулю

• Меньше нуля

Если переменная discriminant больше нуля, то мы производим расчёты для двух действительных корней:

# если дискриминант больше нуля
if discriminant > 0:
    x1 = (-b + math.sqrt(discriminant)) / (2*a)
    x2 = (-b - math.sqrt(discriminant)) / (2*a)
    result = f"Корни уравнения: x1 = {x1}, x2 = {x2}"

Если вышеупомянутая переменная равна нулю, то мы производим расчёты для одного действительного корня:

# если дискриминант равен нулю    
elif discriminant == 0:
    x = -b / (2*a)
    result = f"Уравнение имеет единственный корень: x = {x}"

И так как других исходов кроме как дискриминант меньше нуля, быть не может, мы используем оператор сравнения else:

# если дискриминант меньше нуля    
else:
    result = "Уравнение не имеет действительных корней"

Теперь с помощью модуля messagebox, который мы импортировали в самом начале, выводим результат решения полного квадратного уравнения.

# вывод результата
messagebox.showinfo("Результат", result)

Далее нам нужно реализовать функцию для решения неполного квадратного уравнения. Создадим и назовем функциюsolve_incomplete_quadratic_equation():. И как в прошлой функции мы осуществим ввод уже двух чисел, a и b, тем же способом, сделаем расчеты корня уравнения и выведем их во всплывающем окне.

# создание функции для не полного квадратного уравнения
def solve_incomplete_quadratic_equation():
    # ввод данных
    a_2 = float(entry_incomplete_a.get())
    b_2 = float(entry_incomplete_b.get())

    x = -(b / a)
    result = f"Корень уравнения: x = {x}"
    # вывод результата
    messagebox.showinfo("Результат", result)

И так, мы с вами закончили прописывать логику программы, сейчас нам нужно создать само окно, и внутри него сделать поля ввода a, b, c / a, b

Для начала создадим окно:

window = tk.Tk()

Дадим ему название:

window.title("Калькулятор квадратных уравнений")

А также зададим ему геометрию, ширину и высоту окна, у нас оно будет 500 на 500:

window.geometry("500x500")

Далее нам нужно создать виджеты:

• Надпись "Квадратные уравнения"

• Поля ввода для a, b и c

• Кнопка "Решить"

label_title = tk.Label(window, text="Квадратные уравнения")

label_a = tk.Label(window, text="Введите a:")
entry_a = tk.Entry(window)

label_b = tk.Label(window, text="Введите b:")
entry_b = tk.Entry(window)

label_c = tk.Label(window, text="Введите c:")
entry_c = tk.Entry(window)

label_title = tk.Label(window, text="Квадратные уравнения")

Эта строка создаёт надпись на экране.

• tk.Label(...) - отвечает за создание текста в окне.

• window - указывает, в каком окне будет находиться эта надпись.

• text="Квадратные уравнения" - текст, который мы хотим показать пользователю.

• label_title - имя переменной, в который мы сохраняем созданную метку, что бы потом её можно было разместить на экране с помощью .pack()

Сейчас нам надо вспомнить момент с вводом данных. Там к a, b и c мы присваивали entry_a, entry_b, entry_c. Сейчас нам нужно введённые данные сохранить в entry_a, entry_b, entry_c после нажатия на кнопку "Решить".

Как происходит получение из поля ввода или же присваивание?

• entry_a.get() спрашивает у меня entry_a: "Что сейчас находится внутри тебя?"

• Метод .get() возвращает текст, который ввёл пользователь. Например: "-5".

• float(...) превращает эту строку в настоящее число (тип float). "-5" в 5.0

• a = ... сохраняет это число в переменную a, что бы потом использовать в формуле дискриминанта.

Далее нам надо создать кнопку "Решить", по нажатию которой у нас вызовется функция solve_quadratic_equation() которая получит введённые пользователем числа и выведет окошко с результатом.

button_solve_quadratic = tk.Button(window, text="Решить", command=solve_quadratic_equation)

• tk.Button(...) - отвечает за создание кнопки в окне.

• window - указывает, в каком окне будет находиться эта надпись.

• text="Решить" - текст, который мы хотим показать пользователю.

• command=solve_quadratic_equation - что происходит при нажатии на кнопку

Сейчас нам остаётся отрисовать все виджеты которые мы создали. С помощью метода .pack() мы сможем разместить созданные виджеты внутри окна.

label_title.pack()
label_a.pack()
entry_a.pack()
label_b.pack()
entry_b.pack()
label_c.pack()
entry_c.pack()
button_solve_quadratic.pack()

Продублируем все действия для неполных квадратных уравнений

# Создание виджетов для квадратных неполных уравнений
label_incomplete_title = tk.Label(window, text="Квадратные неполные уравнения")
label_incomplete_a = tk.Label(window, text="Введите a:")
entry_incomplete_a = tk.Entry(window)
label_incomplete_b = tk.Label(window, text="Введите b:")
entry_incomplete_b = tk.Entry(window)
button_solve_incomplete = tk.Button(window, text="Решить", command=solve_incomplete_quadratic_equation)

label_incomplete_title.pack()
label_incomplete_a.pack()
entry_incomplete_a.pack()
label_incomplete_b.pack()
entry_incomplete_b.pack()
button_solve_incomplete.pack()

И что бы у нас всё появилось нам нужна эта строчка:

window.mainloop()

Она необходима для работы любого приложения на Tkinter.

Что происходит?

mainloop() запускает бесконечный цикл приложения.

Итоги

Мы сделали простое приложение которое считает корни полного/неполного квадратного уравнения и всё это в обёртке Tkinter.

Полный код приложения

import tkinter as tk
from tkinter import messagebox
import math

# создание функции для квадратного уравнения
def solve_quadratic_equation():
    # ввод даннных(квадратные уравнения)
    a = float(entry_a.get())
    b = float(entry_b.get())
    c = float(entry_c.get())

    discriminant = b**2 - 4*a*c # формула дискриминанта

    # если дискриминант больше нуля
    if discriminant > 0:
        x1 = (-b + math.sqrt(discriminant)) / (2*a)
        x2 = (-b - math.sqrt(discriminant)) / (2*a)
        result = f"Корни уравнения: x1 = {x1}, x2 = {x2}"

    # если дискриминант равен нулю    
    elif discriminant == 0:
        x = -b / (2*a)
        result = f"Уравнение имеет единственный корень: x = {x}"
    
    # если дискриминант меньше нуля    
    else:
        result = "Уравнение не имеет действительных корней"
    
    # вывод результата
    messagebox.showinfo("Результат", result)

# создание функции для не полного квадратного уравнения
def solve_incomplete_quadratic_equation():
    # ввод данных
    a_2 = float(entry_incomplete_a.get())
    b_2 = float(entry_incomplete_b.get())

    x = -(b_2 / a_2)
    result = f"Корень уравнения: x = {x}"
    # вывод результата
    messagebox.showinfo("Результат", result)

  # Создание главного окна
window = tk.Tk()
window.title("Калькулятор квадратных уравнений")
window.geometry("500x500")

# Создание виджетов
label_title = tk.Label(window, text="Квадратные уравнения")

label_a = tk.Label(window, text="Введите a:")
entry_a = tk.Entry(window)

label_b = tk.Label(window, text="Введите b:")
entry_b = tk.Entry(window)

label_c = tk.Label(window, text="Введите c:")
entry_c = tk.Entry(window)

button_solve_quadratic = tk.Button(window, text="Решить", command=solve_quadratic_equation)

label_title.pack()
label_a.pack()
entry_a.pack()
label_b.pack()
entry_b.pack()
label_c.pack()
entry_c.pack()
button_solve_quadratic.pack()

# Создание виджетов для квадратных неполных уравнений
label_incomplete_title = tk.Label(window, text="Квадратные неполные уравнения")
label_incomplete_a = tk.Label(window, text="Введите a:")
entry_incomplete_a = tk.Entry(window)
label_incomplete_b = tk.Label(window, text="Введите b:")
entry_incomplete_b = tk.Entry(window)
button_solve_incomplete = tk.Button(window, text="Решить", command=solve_incomplete_quadratic_equation)

label_incomplete_title.pack()
label_incomplete_a.pack()
entry_incomplete_a.pack()
label_incomplete_b.pack()
entry_incomplete_b.pack()
button_solve_incomplete.pack()

# Запуск главного цикла окна
window.mainloop()