栈 - 数据结构与算法 - java

文章目录

• 1、什么是栈？
• • （1）栈的作用？
• 2、使用栈进行数值的计算
• • 2.1、原理分析
  • 2.2、代码实现
  • • （1）测试类代码实现
    • （2）功能类代码实现

1、什么是栈？

stack；
线性表，是一种先进后出的结构；
直接输入一个字符串，在计算机中的内部进行数字的计算；
pop 出栈；
push 入栈；压入
取数据和入数据的时候在栈顶部进行操作；

（1）栈的作用？

2、使用栈进行数值的计算

注：
输入：是一个含有数字和符号的字符串
输出：字符串的计算结果

示例：
输入：“1+2+3*2”
输出：9

要求：一个字符，一个字符的读取，并且进行相关的计算，是计算的底层原理

2.1、原理分析

2.2、代码实现

（1）测试类代码实现

package com.luobin.DataStructure.栈;

/**
 * @author LuoBin
 * @version 1.0
 * @date 2021/8/7 7:37 下午
 */
public class ArrayStack2Test {
    public static void main(String[] args) {
        // 完成表达式的相关运算
        String express = "1+1+1+3*2";

        // 创建两个栈 符号栈以及 数字栈
        ArrayStack2 numStack = new ArrayStack2(100);
        ArrayStack2 operStack = new ArrayStack2(100);

        // 定义需要的相关变量
        int index = 0; // 用于扫描
        int num1 = 0;
        int num2 = 0;
        int oper = 0;
        int res = 0;
        char ch = ' '; // 将每次扫描到的 char 进行保存

        // 开始用while 进行循环
        while (true) {
            // 依次得到expression 字符串
            // 取出一个字符串，字符串中的排序从 0 开始进行索引
            ch = express.substring(index,index + 1).charAt(0);

            // 判断进行处理
            if (operStack.isOper(ch)) {
                // 判断当前的符号是否是空的
                if (!operStack.isEmpty()) { // 这句话的意思是 符号栈中的符号不是空的，已经存在相关的符号了
                    // 符号栈存在操作符号，进行比较，当前的操作符优先级小于或者等于栈中的操作符，
                    // 从数字栈中取出两个数字（pop）
                    // 进行运算，得到结果，将计算结果放到栈中，然后把当前的操作符进行入栈操作
                    if (operStack.priority(ch) <= operStack.priority(operStack.peek())) {
                        num1 = numStack.pop();
                        num2 = numStack.pop();
                        oper = operStack.pop();
                        res = numStack.calculate(num1,num2,oper);

                        // 将运算的结果入栈
                        numStack.push(res);

                        // 当前的符号入栈
                        operStack.push(ch);
                    }else {
                        // 如果运算符号的优先级别大于存在的操作符，直接入栈即可
                        operStack.push(ch);
                    }

                }else { // 是数字的，直接进入数字栈即可
                    // 因为在 ASCLL 中字符 '1' 对应的ASCLL 为49 想要得到数字 1 需要减去48
                    operStack.push(ch);
                }
            }else {
                numStack.push(ch - 48);
            }

            // 使得 index + 1 ，判断是否扫描到 expression  的最后面
            index++;
            // index 从 0 开始进行扫描 扫到字符串的长度的时候，刚好运行到字符串的最后面 所以是等于
            if (index >= express.length()) { // 到达最后的位置
                break;
            }
        }

        // 表达式扫描完毕，都放到了合适的位置的时候， 顺序取出来相应的数字以及符号，运行
        while (true) {
            // 如果符号栈是空的，计算得到最后的结果，数栈中只存储一个数字
            if (operStack.isEmpty()) {
                break;
            }
            num1 = numStack.pop();
            num2 = numStack.pop();
            oper = operStack.pop();
            res = numStack.calculate(num1,num2,oper);
            numStack.push(res);
        }
        // 最后将计算得到的结果进行出栈
        int res2 = numStack.pop();
        System.out.printf("表达式 %s = %d ",express,res2);
    }
}

（2）功能类代码实现

package com.luobin.DataStructure.栈;

/**
 * @author LuoBin
 * @version 1.0
 * @date 2021/8/8 1:26 下午
 */
// 使用 栈2 ,进行功能的扩展
public class ArrayStack2 {
    private int maxSize; // 栈的大小的定义
    private int[] stack; // 使用数组进行栈的模拟
    private int top = -1; // 表示栈底部，初始化的数值为 -1

    // 创建构造器
    public ArrayStack2(int maxSize) {
        this.maxSize = maxSize;        //
        stack = new int[this.maxSize]; // 需要对数组进行初始化，传入想要放进去的大小
    }

    // 栈满
    public boolean isFull() {
        // 两个等于好判断是否为真 或者 假
        return top == maxSize - 1;
    }

    // 栈空
    public boolean isEmpty() {
        return top ==-1;
    }

    // 入栈
    public void push(int value) {
        if (isFull()) {
            System.out.println("栈已满");

            // 栈满的时候，结束该方法；break 在循环中结束；continue 在循环的这一次退出
            // return 一个是返回值；一个数结束当前的方法执行
            return;
        }

        // 栈顶部的东西向上加一，进行赋值即可
        top++;
        stack[top] = value;
    }

    // 出栈 pop--
    public int pop() {
        // 判断是否空,抛出运行异常
        if (isEmpty()) {
            throw new RuntimeException("栈空，没有数据");
        }

        int value = stack[top];
        top--;
        return value;
    }

    // 对栈进行遍历的操作
    public void list() {
        if (isEmpty()) {
            System.out.println("栈空，没有数据");
        }

        for (int i = 0; i <= top;i++) {
            System.out.printf("stack[%d] = %d \n",i,stack[i]);
        }
    }

    // 返回运算符的优先级，优先级使用数字表示
    // 数字大，优先级大
    public int priority(int oper) {
        if (oper == '*' || oper == '/') {
            return 1;
        }else if(oper == '+' || oper == '-') {
            return 0;
        }else {
            return -1; // 假定相关的运算符号只有 + - * /
        }
    }

    // 判断是否是一个运算符
    public boolean isOper(char val) {
        return val == '+' || val == '-' || val == '*' || val == '/';
    }

    // 计算数据方法实现
    public int calculate(int num1,int num2,int oper) {
        int res = 0; // 存放运算的结果
        switch (oper) {
            case '+':
                res = num1 + num2;
                break;
            case '-':
                res = num2 - num1; // 后弹出来的数字 减去 前面的数字
                break;
            case '*':
                res = num1 * num2;
                break;
            case '/':
                res = num2 / num1;
                break;
        }
        return res; //将计算结果进行返回
    }

    // 取出当前栈顶的值，但是不弹出
    public int peek() {
        return stack[top];
    }
}