算法练习-逆波兰表达式求值（思路+流程图+代码）

news2024/10/6 6:04:06

难度参考

难度：中等

分类：栈与队列

难度与分类由我所参与的培训课程提供，但需要注意的是，难度与分类仅供参考。且所在课程未提供测试平台，故实现代码主要为自行测试的那种，以下内容均为个人笔记，旨在督促自己认真学习。

题目

根据逆波兰表示法，求表达式的值。
有效的运算符包括+，·，*，/。每个运算对像可以是整数，也可以是另一个逆波兰表达式。

说明：

整数除法只保留整数部分。给定逆波兰表达式总是有效的。换句话说，表达式总会得出有效数值且不存在除数
为0的情况。

示例1:

输入：["2"，"1"，"+"，"3"，"*门
输出：9

解释：该算式转化为常见的中缀算术表达式为：(2+1)*3)=9

示例2:
输入：["4"，"13"，"5"，"/"，"+"门

输出：6
解释：该算式转化为常见的中缀算术表达式为：(4+(13/5)=6

思路

逆波兰表达式求解的一般思路是使用栈来存储操作数，然后遍历逆波兰表达式的每个元素，根据遇到的操作符进行相应的计算，并将结果重新入栈。遍历逆波兰表达式，并根据运算符进行相应的计算操作。

具体步骤如下：

定义一个栈，用于存储中间结果。
遍历逆波兰表达式，对于每个元素：
- 如果是数字，则将其转换为整数并压入栈中。
- 如果是运算符，则从栈中取出两个数字进行相应的运算。将运算结果压入栈中。
遍历结束后，栈中存储的元素即为表达式的最终结果。

示例

逆波兰表达式是一种不需要括号的数学表达式表示法，操作符位于操作数之后。

主要思路是使用一个栈来存储操作数，并依次遍历输入的表达式。当遇到操作符时，从栈中弹出对应数量的操作数，并根据操作符进行相应的运算，将运算结果压入栈中。当遍历完整个表达式后，栈中只会剩下一个元素，即表达式的最终结果。

举个例子来说明，假设我们要求解的逆波兰表达式是：2 1 + 3 *。我们依次遍历表达式中的每个字符：

第一个字符 “2” 是一个操作数，我们直接将其压入栈中；
```
"2", "1", "+", "3", "*"  //字符
 ^

st={2}                    //数字
```

第二个字符 “1” 是另一个操作数，同样将其压入栈中；

"2", "1", "+", "3", "*"  //字符
      ^

st={2, 1}                    //数字

第三个字符 “+” 是一个加法操作符，此时栈中的顶部两个元素分别是 1 和 2，我们将它们弹出并做加法运算得到 3，将结果 3 压入栈中；
```
"2", "1", "+", "3", "*"  //字符
           ^

st={3}                    //数字
```

第四个字符 “3” 是一个操作数，将其压入栈中；

"2", "1", "+", "3", "*"  //字符
                ^

st={3, 3}                    //数字

最后一个字符 “*” 是一个乘法操作符，此时栈中的顶部两个元素分别是 3 和 3，弹出并做乘法运算得到 9，将结果 9 压入栈中。
```
"2", "1", "+", "3", "*"  //字符
                ^

st={9}                    //数字
```

最终栈中只剩下一个元素 9，即为表达式的结果。

梳理

根据逆波兰表达式的性质，每当遇到一个操作符时，它前面的两个操作数已经被处理过并保存在栈中。所以，我们只需要从栈中弹出这两个操作数，根据操作符进行相应的运算，并将结果再次压入栈中。

没有括号：逆波兰表达式的特点是不需要括号来标识优先级，因为操作数和操作符的顺序已经明确，不存在歧义。
简化运算符的处理：由于操作符总是位于操作数之后，栈可以很方便地保存操作数。每当遇到一个操作符，只需要从栈中弹出所需的操作数进行运算，而不需要关心操作数之间的顺序或优先级。
遍历一次求解：由于逆波兰表达式的特点，我们只需要遍历一次表达式即可求解，无需进行多次迭代或递归。

总体来说，通过利用栈的先入后出（LIFO）的特性，将逆波兰表达式转化为了一种线性的、遍历一次即可求解的算法，从而实现了逆波兰表达式的求值。

代码

#include <iostream> // 包含输入输出流库，用于标准输入输出
#include <stack> // 包含栈库，用于存储操作数
#include <vector> // 包含向量库，用于存储输入的逆波兰表达式
#include <string> // 包含字符串库，用于操作字符串
#include <cstdlib> // 包含标准库，用于字符串转整数的函数

using namespace std; // 使用标准命名空间

int evalRPN(vector<string>& tokens) { // 定义了一个函数，用于计算逆波兰表达式的值，参数为存储表达式的向量
    stack<int> st; // 创建一个整型栈对象，用于存储操作数
    for (string& token : tokens) { // 遍历逆波兰表达式的每个元素
        if (token == "+") { // 如果当前元素为加号
            int num2 = st.top(); // 取出栈顶元素作为第二个操作数
            st.pop(); // 弹出栈顶元素
            int num1 = st.top(); // 取出新的栈顶元素作为第一个操作数
            st.pop(); // 弹出栈顶元素
            st.push(num1 + num2); // 将计算结果入栈
        } else if (token == "-") { // 如果当前元素为减号，逻辑同上
            int num2 = st.top();
            st.pop();
            int num1 = st.top();
            st.pop();
            st.push(num1 - num2);
        } else if (token == "*") { // 如果当前元素为乘号，逻辑同上
            int num2 = st.top();
            st.pop();
            int num1 = st.top();
            st.pop();
            st.push(num1 * num2);
        } else if (token == "/") { // 如果当前元素为除号，逻辑同上
            int num2 = st.top();
            st.pop();
            int num1 = st.top();
            st.pop();
            st.push(num1 / num2);
        } else { // 如果当前元素为数字
            st.push(stoi(token)); // 将字符串转换为整数后入栈
        }
    }
    return st.top(); // 返回栈中最终的结果
}

int main() { // 主函数
    vector<string> tokens = {"2", "1", "+", "3", "*"}; // 创建一个存储逆波兰表达式的向量，其中元素为字符串
    int result = evalRPN(tokens); // 调用 evalRPN 函数计算表达式的值
    cout << result << endl; // 输出计算结果

    tokens = {"4", "13", "5", "/", "+"}; // 更新逆波兰表达式
    result = evalRPN(tokens); // 调用 evalRPN 函数计算表达式的值
    cout << result << endl; // 输出计算结果

    return 0; // 返回 0，表示正常结束程序
}