栈的应用---括号的匹配和算术表达式的计算

　　括号的匹配，就是给你一个表达式，比如a {b [c (d  + e) / 2  - f  ]  + 1}， 看看里面的括号是否匹配。怎么看呢？从左到右扫描表达式，遇到左括号{[(，就把它存起来，遇到其它字符，则忽略，遇到右括号时，把前面刚加进去的左括号取出来，看是否匹配。如果匹配，就继续向下走，如果不匹配，就是不匹配了。存什么地方呢？假设存数组。拿a {b [c (d  + e) / 2  - f  ]  + 1} 举例一下，从a开始，向后扫描，a是字符，忽略; { 是左括号，放到数组0位置；b是字符，忽略；[左括号，放到数组1位置；c是字符，忽略；（左括号，放到数组2的位置；d+e都是字符，忽略；）是右字符，这时就要从数组中拿出字符了，拿出哪一个呢？很显然，是拿出位置2中的元素（，匹配吗？（）匹配，那继续向下走，同时把2位置处的元素删除；/2-f都是字符，忽略；]右括号，继续从数组中拿出括号，这时要拿位置1处的元素，[，[]匹配，继续向下走，同时把1位置处的元素删除；+1都是字符，忽略；}右括号，继续从数组中拿出括号，这时要拿位置0处的元素{，{}匹配，表达式没有剩下字符了，整个表达式是匹配的。匹配过程中，可以看到左括号添加和取出，顺序是相反的，添加的时候是0，1，2，取出的时候，是2，1，0. 这不就是栈吗？重新描述一下表达式的匹配过程，遇到左括号，push()进栈，遇到右括号，pop()出栈，看pop()出来的元素是否和右括号匹配。

 　　{([都是左括号，push进栈；)是右括号，pop(), （出栈，()匹配；继续 ，]是右括号，pop()，[出栈，[]匹配；继续，}右括号，pop()，{出栈，{}匹配成功；整个表达式也成功了。

　　再看几个不匹配的表达式，比如{ [ ( ] ) }，

 　　{ [ (依次入栈，碰到],pop(), (出栈，(] 不匹配。再看一个 [ ( ) ] }，

 

　　  [ (依次入栈，碰到), pop(), (出栈，() 匹配；碰到]，pop(), [出栈，[]匹配；碰到}，此时，栈为空，不能再pop()了，也就是没有左括号和}匹配。再看{ [ ( ) ]，

　　{ [ (依次入栈，) ]依次出栈，都匹配，但是栈中还剩余一个{，也就是没有右括号和它匹配。

 　　经过上面的分析，括号匹配的实现也有点清晰了。创建一个栈，从左右向扫描表达式，就是循环遍历表达式，遇到左括号，调用push()方法入栈，遇到右括号，要先判断栈是否为空，如果为空，那肯定没有对应的左括号，也就不匹配，直接return，不用再循环了。如果栈不为空，调用pop()方法，弹出一个左括号，看是否匹配，如果不匹配，也是return，不用再循环了，如果匹配，再继续循环。如果循环完成了，也是匹配的，但还要判断栈是否为空，如果为空，整个表达式就是匹配的，如果栈不为空，整个表达式是不匹配的。

　　创建栈，可以使用自己的实现，也可以使用Java提供的LinkedList类，LinkedList实现了栈的API

package dataStructuresAndAbstractions.stack;

import java.util.LinkedList;

public class BalanceChecker {
    public static boolean checkBalance(String expression){
        LinkedList<Character> openDelimiterStack = new LinkedList<>();

        int charCount = expression.length();
        boolean isBanlanced = true;
        int index = 0;
        char nextChar = ' ';

        while (isBanlanced && (index < charCount)){
            nextChar = expression.charAt(index);
            switch (nextChar){

                case '(':
                case '{':
                case '[':
                    openDelimiterStack.push(nextChar);
                    break;

                case ')':
                case ']':
                case '}':
                    if(openDelimiterStack.isEmpty()){
                        isBanlanced= false;
                    } else {
                        char delimiter = openDelimiterStack.pop();
                        isBanlanced = isPaired(delimiter, nextChar);
                    }
                    break;
            }
            index++;
        }


        if (!openDelimiterStack.isEmpty()){
            isBanlanced = false;
        }

        return isBanlanced;

    }

    private static boolean isPaired(char open, char close){
        return (open == '(' && close == ')') ||
                (open == '[' && close == ']') ||
                (open == '{' && close == '}');
    }

    public static void main(String[] args) {
        String expression = "a {b [c (d + e)/2 - f] + 1}";
        boolean isBalanced = BalanceChecker.checkBalance(expression);
        if (isBalanced)
            System.out.println(expression + " is balanced");
        else System.out.println(expression + " is not balanced");
    }
}

　　计算带有括号的算术表达式，比如"(1+((2+3)*(4*5)))"， 实现的思路是，先创建两个栈，一个是存放操作数字符，一个存放操作符字符，再从左到右循环遍历字符串，忽略左括号，遇到数字，压入到数字字符栈中，遇到操作符，压入到操作符栈中，遇到右括号，弹出一个操作符和两个操作数进行计算，计算完成后，再压入到数字字符栈中，循环完毕，数字栈中只有一个数，这个数就是表达式的计算结果。忽略(,1压入操作数栈，+压入操作符栈。忽略((，2压入操作数栈，+压入操作符栈，3压入操作数栈。

 　　此时遇到了右扩号，弹出2，3，和+，执行3+2，把结果5压入数字栈

 　　继续向下走，*入操作符栈，忽略(，4压入操作数栈，*压入操作符栈，5压入操作数栈)))

 　　遇到了右扩号，弹出5，4，和*，计算4*5，得出20放入操作数栈中

 　　向下走，还是右括号，弹出20，5，和*，把20*5的结果100，放入到操作数栈中

　　还剩最后一个右括号，再把100，1和+弹出，把结果101放到操作数栈中，

 　　至此，表达式遍历完毕，操作符数栈中，只剩下一个数字，这个数字，就是表达式的计算结果。

import java.util.LinkedList;

public class StackEvaluate {
    public static void main(String[] args) {
        LinkedList<String> ops = new LinkedList<>();
        LinkedList<Double> vals = new LinkedList<>();
        String expression = "(1+((2+3)*(4*5)))";

        for (int i = 0; i < expression.length(); i++) {
            String s = expression.charAt(i) + "";
            if (s.equals("(")) {
                ;
            } else if (s.equals("+") || s.equals("-") || s.equals("*") || s.equals("/")) {
                ops.push(s);
            } else if (s.equals(")")) {
                String op = ops.pop();
                double v = vals.pop();

                if (op.equals("+")) {
                    v = vals.pop() + v;
                } else if (op.equals("-")) {
                    v = vals.pop() - v;
                } else if (op.equals("*")) {
                    v = vals.pop() * v;
                } else if (op.equals("/")) {
                    v = vals.pop();
                }

                vals.push(v);
            } else {
                vals.push(Double.parseDouble(s));
            }
        }

        System.out.println(vals.pop());
    }
}