【数据结构】逆波兰计算器的分析和实现

news2024/11/15 18:02:26
思路分析

从左至右扫描表达式,遇到数字时,将数字压入堆栈,遇到运算符时,弹出栈顶的两个数,用运算符对他们做相应的计算(栈顶元素和次顶元素),并将结果入栈;重复上述过程直到表达式最右端,最后运算得出的值即为表达式的结果

例如

(30 + 4) * 5 - 6 的后缀表达式就是 30 4 + 5 * 6 -,后缀表达式求值步骤如下:

1.从左至右扫描,将 30 和 4 压入堆栈

2.遇到 + 运算符,因此弹出 4 和 30 (4 为栈顶元素,30 为次顶元素),计算出 30 + 4 = 34,再将 34 入栈

3.将 5 入栈

4.接下来是 * 运算符,因此弹出 5 和 34,计算出 5 * 34 = 170,将 170 入栈

5.将 6 入栈

6.最后是 - 运算符,计算出 170 - 6 = 164,由此得出最终结果

public class PolandNotation {
    public static void main(String[] args) {
        /*
        先定义一个逆波兰表达式
        (30 + 4) * 5 - 6 => 30 4 + 5 * 6 -
        4 * 5 - 8 + 60 + 8 / 2 => 4 5 * 8 - 60 + 8 2 / +
        说明:
        为了方便,逆波兰表达式的数字和符号使用空格隔开
         */
        String suffixExpression = "30 4 + 5 * 6 -";
        String suffixExpression1 = "4 5 * 8 - 60 + 8 2 / +";
        /*
        思路
        1.先将 suffixExpression 放到 ArrayList 中
        2.将 ArrayList 传递给一个方法,遍历 ArrayList 配合栈 完成计算
         */
        List<String> rpnList = getListString(suffixExpression);
        System.out.println(rpnList);

        int res = calculate(rpnList);
        System.out.printf("(30 + 4) * 5 - 6 计算的结果是:" + res +"\n\n");

        List<String> rpnList1 = getListString(suffixExpression1);
        System.out.println(rpnList1);

        int res1 = calculate(rpnList1);
        System.out.printf("4 * 5 - 8 + 60 + 8 / 2 计算的结果是:" + res1 + "\n\n");
        System.out.println();
    }

    //将一个逆波兰表达式,依次将数据和运算符放入到 ArrayList 中
    public static List<String> getListString(String suffixExpression) {
        //将 suffixExpression 分割
        String[] split = suffixExpression.split(" ");
        List<String> list = new ArrayList<>();
        for (String ele : split) {
            list.add(ele);
        }
        return list;
    }

    //完成对逆波兰表达式的运算
    /*
    1.从左至右扫描,将 3 和 4 压入堆栈
    2.遇到 + 运算符,因此弹出 4 和 3 (4 为栈顶元素,3 为次顶元素),计算出 3 + 4 = 7,再将 7 入栈
    3.将 5 入栈
    4.接下来是 * 运算符,因此弹出 5 和 7,计算出 5 * 7 = 35,将 35 入栈
    5.将 6 入栈
    6.最后是 - 运算符,计算出 35 - 6 = 29,由此得出最终结果
     */
    public static int calculate(List<String> ls) {
        //创建一个栈,只需要一个栈即可
        Stack<String> stack = new Stack<>();
        //遍历 ls
        for (String item : ls) {
            //这里使用正则表达式取出数字
            if (item.matches("\\d+")) {  //匹配的是多位数
                //入栈
                stack.push(item);
            } else {
                //pop 出两个数,并运算,再入栈
                int num2 = Integer.parseInt(stack.pop());
                int num1 = Integer.parseInt(stack.pop());
                int res = 0;
                if (item.equals("+")) {
                    res = num1 + num2;
                } else if (item.equals("-")) {
                    res = num1 - num2;
                } else if (item.equals("*")) {
                    res = num1 * num2;
                } else if (item.equals("/")) {
                    res = num1 / num2;
                } else {
                    throw new RuntimeException("运算符有误");
                }
                //把 res 入栈
                stack.push("" + res);
            }
        }
        //最后留在 stack 中的数据就是运算结果
        return Integer.parseInt(stack.pop());
    }
}
运行结果

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