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詳解Java中綴表示式的實現

2022-07-12 18:00:53

1.概念

什麼是中綴表示式,什麼是字尾表示式?

從小學開始學習的四則運算,例如:3+(5*(2+3)+7) 類似這種表示式就是中綴表示式。中綴表示式人腦很容易理解,各個算符的優先順序,人腦也很容易判斷,先算括弧裡的,再算*,再算+,-

但是這種表示式很不利於計算機計算,通過某種方式把字首表示式轉換為字尾表示式方便計算機進行計算,如3+(5*(2+3)+7)的字尾表示式就是3,5,2,3,+,*,7,+, +。這個表示式計算機很容易計算,為什麼容易計算,通過演演算法流程2,就會一個深入的理解。

2.演演算法流程

如何把中綴表示式轉換成字尾表示式?比如說3+(5*(2+3)+7)的轉成字尾表示式的流程如何?

操作符優先順序:

  • +,- 小於*,/
  • + 等於 -
  • * 等於 /

左括號和右括號作為特殊操作符特殊處理。(碰到’(’不用判斷優先順序直接入操作符棧,碰到’)’,也不用判斷優先順序,直接出操作符棧)

大致演演算法掌握以下幾個流程:

準備兩個棧,一個是數位棧A,一個是操作符棧(+,-,*,/(,))B等

1.0 對於數位棧A,遇到數位直接入棧A。

2.0 對於操作符棧B,分幾種情況

2.1 碰到 ‘(‘操作符直接入棧

2.2 碰到 ‘)’操作符,不停的把操作符棧B出棧,直到遇到’)’。(把’(’到’)’之間的彈出的操作符依次入棧A)

2.3 碰到’+,-,* /’比較當前元素(假設當前元素current)和B棧棧頂的操作符(假設棧頂元素是top)的優先順序.

2.3.1 如果top >= current, B棧出棧且迴圈比較,直到top < current退出迴圈,且把 current入棧

2.3.2 如果top < current, 直接把current入B棧

3.0 掃描完整個字串,如果B棧中還有操作符,依次出棧入A

按照上面演演算法演示3+(5*(2+3)+7)的流程:

1,碰到3,3入A棧 [3,]
2,碰到+,入B棧   [+,]
3,碰到(,入B棧   [+,(]
4,碰到5,入A棧   [3,5]
5,碰到*,*的優先順序大於 (,入B棧[ +,(,*]
6,碰到(,入B棧[ +,(,*,(]
7,碰到2,入A棧   [3,5,2]
8,碰到+,入B棧[ +,(,*,(,+]
9,碰到3,入A棧   [3,5,2,3]
10,碰到),彈出B棧,直接到 ‘(‘,把彈出的操作符入A棧。B:[ +,(,*] A:[3,5,2,3,+]
11,碰到+, +的優先順序小於B的棧頂元素 *,所以*從B出棧,入A,並把+入B。B:[ +,(,+] A:[3,5,2,3,+,*]
12,碰到7,入A棧   [3,5,2,3,+,*,7]
13,碰到),彈出B棧,直接到 ‘(‘,把彈出的操作符入A棧。B:[ +] A:[3,5,2,3,+,*,7,+]
14, 掃描完整個字串,判斷B是否為空,不為空把B棧的元素彈出,入A。當前不為空,所以最終A棧的元素為 A:[3,5,2,3,+,*,7,+, +]

所以最終A的字尾表示式是3,5,2,3,+,*,7,+, +

計算機拿到這個會怎麼計算呢?流程如下:

  • 碰到數位直接入棧
  • 碰到操作符,直接彈出兩個棧頂元素,通過操作符計算,把結果壓入棧

通過步驟1,2迴圈計算,最終棧裡只會有一個元素,這個就是表示式的結果。

我們來演練一下:

1,碰到數位3,5,2,3直接入棧A[3,5,2,3]
2,碰到+,彈出棧頂2,3,相加得5 入棧A[3,5,5]
3,碰到*,彈出棧頂5,5,相乘得25 入棧A[3,25]
4,碰到7,直接入棧A[3,25,7]
5,碰到+,彈出棧頂25,7,相加得32 入棧A[3,32]
6,碰到+,彈出棧頂3,32,相加得35 入棧A[35]

通過上面可以得知,計算機很容易計算,從左掃描到右就能把結果得出。

3 程式碼實現

mid2post 求字尾表示式

calcPostExp 拿到字尾表示式求值

cmpPriority 優先順序比較

//優先順序
bool cmpPriority(char top, char cur)//比較當前字元與棧頂字元的優先順序,若棧頂高,返回true
{
	if ((top == '+' || top == '-') && (cur == '+' || cur == '-'))
		return true;
	if ((top == '*' || top == '/') && (cur == '+' || cur == '-' || top == '*' || top == '/'))
		return true;
	if (cur == ')')
		return true;
	return false;
}

求字尾表示式求值

vector<string> mid2post(string &str)
{

	vector<string>vstr;
	stack<char>cstack;
	for (int i = 0;i<str.size();++i)//掃描字串
	{
		string temp = "";
		if (str[i] >= '0' && str[i] <= '9')//若是數位
		{
			temp += str[i];
			while (i + 1<str.size() && str[i + 1] >= '0' && str[i + 1] <= '9')
			{
				temp += str[i + 1];//若是連續數位
				++i;
			}
			vstr.push_back(temp);
		}
		else if (cstack.empty() || str[i] == '(')//若棧空或者字元為'('
			cstack.push(str[i]);
		else if (cmpPriority(cstack.top(), str[i]))//若棧頂元素優先順序較高,棧頂元素出棧
		{
			if (str[i] == ')')//若當前字元是右括號,棧中元素出棧,入字串陣列中,直到遇到'('
			{
				while (!cstack.empty() && cstack.top() != '(')
				{
					temp += cstack.top();
					cstack.pop();
					vstr.push_back(temp);
					temp = "";
				}
				cstack.pop();
			}
			else//棧中優先順序高的元素出棧,入字串陣列,直到優先順序低於當前字元
			{
				while (!cstack.empty() && cmpPriority(cstack.top(), str[i]))
				{
					temp += cstack.top();
					cstack.pop();
					vstr.push_back(temp);
					temp = "";
				}
				cstack.push(str[i]);
			}
		}
		else//當前字元優先順序高於棧頂元素,直接入棧
			cstack.push(str[i]);
	}
	while (!cstack.empty())//棧中還存在運運算元時,出棧,存入字串陣列
	{
		string temp = "";
		temp += cstack.top();
		cstack.pop();
		vstr.push_back(temp);
	}
	return vstr;
}

對字尾表示式進行求值,主要是根據運運算元取出兩

int calcPostExp(vector<string> & vstr)//對字尾表示式進行求值,主要是根據運運算元取出兩個運算元進行運算
{
	int num, op1, op2;
	stack<int>opstack;
	for (int i = 0;i<vstr.size();++i)
	{
		string temp = vstr[i];
		if (temp[0] >= '0' && temp[0] <= '9')//如果當前字串是數位,利用字串流轉化為int型
		{
			stringstream ss;
			ss << temp;
			ss >> num;
			opstack.push(num);
		}
		else if (vstr[i] == "+")//若是操作符,取出兩個運算元,進行運算,並將結果存入
		{
			op2 = opstack.top();
			opstack.pop();
			op1 = opstack.top();
			opstack.pop();
			opstack.push(op1 + op2);
		}
		else if (vstr[i] == "-")
		{
			op2 = opstack.top();
			opstack.pop();
			op1 = opstack.top();
			opstack.pop();
			opstack.push(op1 - op2);
		}
		else if (vstr[i] == "*")
		{
			op2 = opstack.top();
			opstack.pop();
			op1 = opstack.top();
			opstack.pop();
			opstack.push(op1*op2);
		}
		else if (vstr[i] == "/")
		{
			op2 = opstack.top();
			opstack.pop();
			op1 = opstack.top();
			opstack.pop();
			opstack.push(op1 / op2);
		}
	}
	return opstack.top();//最終的棧頂元素就是求解的結果
}

到此這篇關於詳解Java中綴表示式的實現的文章就介紹到這了,更多相關Java中綴表示式內容請搜尋it145.com以前的文章或繼續瀏覽下面的相關文章希望大家以後多多支援it145.com!


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