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【轉載】字首、中綴、字尾表示式(逆波蘭表示式)

在這裡首先感謝部落格園的chensongxian這位大佬貢獻了這篇部落格,當時看了這篇部落格,我茅塞頓開,在此轉載,如有冒犯,聯絡我,我會立刻刪除。

介紹

字首表示式、中綴表示式、字尾表示式都是四則運算的表達方式,用以四則運算表示式求值 ,即數學表示式的求職

中綴表示式

簡介

中綴表示式就是常見的運算表示式,如(3+4)×5-6

字首表示式

簡介

字首表示式又稱波蘭式,字首表示式的運算子位於運算元之前

比如:- × + 3 4 5 6

字首表示式的計算機求值

從右至左掃描表示式,遇到數字時,將數字壓入堆疊,遇到運算子時,彈出棧頂的兩個數,用運算子對它們做相應的計算(棧頂元素 op 次頂元素),並將結果入棧;重複上述過程直到表示式最左端,最後運算得出的值即為表示式的結果

  • 例如:- × + 3 4 5 6

    1. 從右至左掃描,將6、5、4、3壓入堆疊
    2. 遇到+運算子,因此彈出3和4(3為棧頂元素,4為次頂元素,注意與字尾表示式做比較),計算出3+4的值,得7,再將7入棧
    3. 接下來是×運算子,因此彈出7和5,計算出7×5=35,將35入棧
    4. 最後是-運算子,計算出35-6的值,即29,由此得出最終結果

將中綴表示式轉換為字首表示式

轉換步驟如下:

  1. 初始化兩個棧:運算子棧s1,儲存中間結果的棧s2
  2. 從右至左掃描中綴表示式
  3. 遇到運算元時,將其壓入s2
  4. 遇到運算子時,比較其與s1棧頂運算子的優先順序
    1. 如果s1為空,或棧頂運算子為右括號“)”,則直接將此運算子入棧
    2. 否則,若優先順序比棧頂運算子的較高或相等,也將運算子壓入s1
    3. 否則,將s1棧頂的運算子彈出並壓入到s2中,再次轉到(4-1)與s1中新的棧頂運算子相比較
  5. 遇到括號時
    1. 如果是右括號“)”,則直接壓入s1
    2. 如果是左括號“(”,則依次彈出S1棧頂的運算子,並壓入S2,直到遇到右括號為止,此時將這一對括號丟棄
  6. 重複步驟2至5,直到表示式的最左邊
  7. 將s1中剩餘的運算子依次彈出並壓入s2
  8. 依次彈出s2中的元素並輸出,結果即為中綴表示式對應的字首表示式

例如:1+((2+3)×4)-5具體過程,如下表

掃描到的元素 S2(棧底->棧頂) S1 (棧底->棧頂) 說明
5 5 數字,直接入棧
- 5 - s1為空,運算子直接入棧
) 5 -) 右括號直接入棧
4 5 4 -) 數字直接入棧
x 5 4 -)x s1棧頂是右括號,直接入棧
) 5 4 -)x) 右括號直接入棧
3 5 4 3 -)x) 數字
+ 5 4 3 -)x)+ s1棧頂是右括號,直接入棧
2 5 4 3 2 -)x)+ 數字
( 5 4 3 2 + -)x 左括號,彈出運算子直至遇到右括號
( 5 4 3 2 + x - 同上
+ 5 4 3 2 + x -+ 優先順序與-相同,入棧
1 5 4 3 2 + x 1 -+ 數字
到達最左端 5 4 3 2 + x 1 + - s1剩餘運算子

結果是:- + 1 × + 2 3 4 5

字尾表示式

簡介

字尾表示式又稱逆波蘭表示式,與字首表示式相似,只是運算子位於運算元之後

比如:3 4 + 5 × 6 -

字尾表示式計算機求值

與字首表示式類似,只是順序是從左至右:

從左至右掃描表示式,遇到數字時,將數字壓入堆疊,遇到運算子時,彈出棧頂的兩個數,用運算子對它們做相應的計算(次頂元素 op 棧頂元素),並將結果入棧;重複上述過程直到表示式最右端,最後運算得出的值即為表示式的結果

例如字尾表示式“3 4 + 5 × 6 -”

  1. 從左至右掃描,將3和4壓入堆疊;
  2. 遇到+運算子,因此彈出4和3(4為棧頂元素,3為次頂元素,注意與字首表示式做比較),計算出3+4的值,得7,再將7入棧;
  3. 將5入棧;
  4. 接下來是×運算子,因此彈出5和7,計算出7×5=35,將35入棧;
  5. 將6入棧;
  6. 最後是-運算子,計算出35-6的值,即29,由此得出最終結果。

將中綴表示式轉換為字尾表示式

與轉換為字首表示式相似,步驟如下:

  1. 初始化兩個棧:運算子棧s1和儲存中間結果的棧s2;
  2. 從左至右掃描中綴表示式;
  3. 遇到運算元時,將其壓s2;
  4. 遇到運算子時,比較其與s1棧頂運算子的優先順序:
    1. 如果s1為空,或棧頂運算子為左括號“(”,則直接將此運算子入棧;
    2. 否則,若優先順序比棧頂運算子的高,也將運算子壓入s1(注意轉換為字首表示式時是優先順序較高或相同,而這裡則不包括相同的情況);
    3. 否則,將s1棧頂的運算子彈出並壓入到s2中,再次轉到(4-1)與s1中新的棧頂運算子相比較;
  5. 遇到括號時:
    1. 如果是左括號“(”,則直接壓入s1;
    2. 如果是右括號“)”,則依次彈出s1棧頂的運算子,並壓入s2,直到遇到左括號為止,此時將這一對括號丟棄;
  6. 重複步驟2至5,直到表示式的最右邊;
  7. 將s1中剩餘的運算子依次彈出並壓入s2;
  8. 依次彈出s2中的元素並輸出,結果的逆序即為中綴表示式對應的字尾表示式(轉換為字首表示式時不用逆序)

例如,將中綴表示式“1+((2+3)×4)-5”轉換為字尾表示式的過程如下

掃描到的元素 s2(棧底->棧頂) s1 (棧底->棧頂) 說明
1 1 數字,直接入棧
+ 1 + s1為空,運算子直接入棧
( 1 + ( 左括號,直接入棧
( 1 + ( ( 同上
2 1 2 + ( ( 數字
+ 1 2 + ( ( + s1棧頂為左括號,運算子直接入棧
3 1 2 3 + ( ( + 數字
) 1 2 3 + + ( 右括號,彈出運算子直至遇到左括號
× 1 2 3 + + ( × s1棧頂為左括號,運算子直接入棧
4 1 2 3 + 4 + ( × 數字
) 1 2 3 + 4 × + 右括號,彈出運算子直至遇到左括號
- 1 2 3 + 4 × + - -與+優先順序相同,因此彈出+,再壓入-
5 1 2 3 + 4 × + 5 - 數字
到達最右端 1 2 3 + 4 × + 5 - s1中剩餘的運算子

因此結果為“1 2 3 + 4 × + 5 -”

程式碼實現


public class Operation {
    private static int ADDITION=1;
    private static int SUBTRACTION=1;
    private static int MULTIPLICATION=2;
    private static int DIVISION=2;

    public static int getValue(String operation){
        int result;
        switch (operation){
            case "+":
                result=ADDITION;
                break;
            case "-":
                result=SUBTRACTION;
                break;
            case "*":
                result=MULTIPLICATION;
                break;
            case "/":
                result=DIVISION;
                break;
            default:
//                System.out.println("不存在該運算子");
                result=0;
        }
        return result;
    }
}



public class PolishNotation {

    public static void main(String[] args) {
        Scanner sc=new Scanner(System.in);
        System.out.println("請輸入運算表示式:");
        String expressionStr=sc.nextLine();
//        System.out.println(expressionStr);
        List<String> zx= toInfixExpression(expressionStr);
        List<String> rpn=parseSuffixExpression(zx);
        String rpnStr="";
        for(String str:rpn){
            rpnStr+=str;
        }
        System.out.println(rpnStr);

        System.out.println("計算結果:"+ calculate(rpn));
    }

    /**
     * 把字串轉換成中序表示式
     * @param s
     * @return
     */
    public static List<String> toInfixExpression(String s) {
        List<String> ls = new ArrayList<String>();//儲存中序表示式
        int i = 0;
        String str;
        char c;
        do {
            if ((c = s.charAt(i)) < 48 || (c = s.charAt(i)) > 57) {
                ls.add("" + c);
                i++;
            } else {
                str = "";
                while (i < s.length() && (c = s.charAt(i)) >= 48
                        && (c = s.charAt(i)) <= 57) {
                    str += c;
                    i++;
                }
                ls.add(str);
            }

        } while (i < s.length());
        return ls;
    }

    /**
     * 轉換成逆波蘭表示式
     * @param ls
     * @return
     */
    public static List<String> parseSuffixExpression(List<String> ls) {
        Stack<String> s1=new Stack<String>();
        Stack<String> s2=new Stack<String>();
        List<String> lss = new ArrayList<String>();
        for (String ss : ls) {
            if (ss.matches("\\d+")) {
                lss.add(ss);
            } else if (ss.equals("(")) {
                s1.push(ss);
            } else if (ss.equals(")")) {

                while (!s1.peek().equals("(")) {
                    lss.add(s1.pop());
                }
                s1.pop();
            } else {
                while (s1.size() != 0 && Operation.getValue(s1.peek()) >= Operation.getValue(ss)) {
                    lss.add(s1.pop());
                }
                s1.push(ss);
            }
        }
        while (s1.size() != 0) {
            lss.add(s1.pop());
        }
        return lss;
    }

    /**
     * 通過逆波蘭表示式計算結果
     * @param ls
     * @return
     */
    public static int calculate(List<String> ls) {
        Stack<String> s=new Stack<String>();
        for (String str : ls) {
            if (str.matches("\\d+")) {
                s.push(str);
            } else {
                int b = Integer.parseInt(s.pop());
                int a = Integer.parseInt(s.pop());
                int result=0;
                if (str.equals("+")) {
                    result = a + b;
                } else if (str.equals("-")) {
                    result = a - b;
                } else if (str.equals("*")) {
                    result = a * b;
                } else if (str.equals("\\")) {
                    result = a / b;
                }
                s.push("" + result);
            }
        }
        System.out.println(s.peek());
        return Integer.parseInt(s.pop());
    }
}