栈的应用——四则运算表达式求值

  最开始的计算器只能进行两个数之间的运算,而不能进行复杂的如“9+((3*2)+(3-1))/2” 这样的四则运算。后来一名波兰的逻辑学家发明了后缀表达式(或称为逆波兰表达式),非常巧妙地解决了程序实现四则运算的难题。

  后缀表达式是一种把所有运算符都放在运算数字后面出现的式子,所以被称为后缀表达式,这样就解决了运算优先级和括号的问题。而中缀表达式就是我们平常用的标准四则运算表达式,即“9+((3*2)+(3-1))/2”。在计算机计算一个标准四则运算表达式时,都是先将中缀表达式转化为后缀表达式,然后进行计算。

  例如中缀表达式“9+((3*2)+(3-1))/2”转化为后缀表达式“9 3 2 * 3 1 - + 2 / +”。

  中缀表达式转化为后缀表达式规则:

  1、在转化前先建立两个栈,暂且命名为s1和s2。用栈s1存储后缀表达式,用栈s2存储符号;

  2、在转化的过程中需从左到右遍历中缀表达式的每一个数字和符号,若是数字就压入栈s1中即成为后缀表达式的一部分;

  3、若遍历到的是符号,则判断其与栈s2栈顶符号的优先级,若其优先级小于栈顶符号则将栈顶符号依次出栈,并依次压入栈s1,然后将其压入栈s2。若其是右括号则将栈顶符号依次出栈并压入栈s1,直至遇到左括号并将左括号出栈,但不再压入栈s1;

  4、若最后栈s2中还有符号,则将其依次出栈,并压入栈s1。最终完成转化过程。

  中缀表达式转化为后缀表达式:

  以中缀表达式“9+((3*2)+(3-1))/2”的转化为例介绍栈s1和栈s2的情况:

  注:数字和符号的顺序是按在栈中的顺序排列的。

  (1)遍历到字符“9”时:

    栈s1:9 ;

    栈s2:空 ;

  (1)遍历到符号“+”时:

    栈s1:9 ;

    栈s2:+ ;

  (1)遍历到符号“(”时:

    栈s1:9 ;

    栈s2:( + ;

  (2)遍历到符号“(”时:

    栈s1:9 ;

    栈s2:( ( + ;

  (3)遍历到字符“3”时:

    栈s1:3 9 ;

    栈s2:( ( +;

  (4)遍历到符号“*”时:

    栈s1:3 9 ;

    栈s2:* ( ( + ;

  (5)遍历到字符“2”时:

    栈s1:2 3 9 ;

    栈s2:* ( ( + ;

  (6)遍历到符号“)”时:

    栈s1:2 3 9 ;

    栈s2:* ( ( + ;

    此时开始比较,比较之后:

    栈s1:* 2 3 9 ;

    栈s2:( + ;

  (7)遍历到符号“+”时:

    栈s1:* 2 3 9 ;

    栈s2:+ ( +;

  (8)遍历到符号“(”时:

    栈s1:* 2 3 9 ;

    栈s2:( + ( + ;

  (9)遍历到字符“3”时:

    栈s1:3 * 2 3 9 ;

    栈s2:( + ( + ;

  (10)遍历到符号“-”时:

    栈s1:3 * 2 3 9 ;

    栈s2:- ( + ( + ;

  (11)遍历到字符“1”时:

    栈s1:1 3 * 2 3 9 ;

    栈s2:- ( + ( + ;

  (12)遍历到符号“)”时:

    栈s1:1 3 * 2 3 9 ;

    栈s2:- ( + ( + ;

    此时开始比较,比较之后:

    栈s1:- 1 3 * 2 3 9 ;

    栈s2:+ ( +;

  (13)遍历到符号“)”时:

    栈s1:- 1 3 * 2 3 9 ;

    栈s2:+ ( +;

    此时开始比较,比较之后:

    栈s1:+ - 1 3 * 2 3 9 ;

    栈s2:+;

  (14)遍历到符号“/”时:

    栈s1:+ - 1 3 * 2 3 9 ;

    栈s2:/ + ;

  (15)遍历到字符“2”时:

    栈s1:2 + - 1 3 * 2 3 9 ;

    栈s2:/ + ;

  (16)遍历结束,但栈s2中还有符号,所以将栈s2中的符号全部依次压入栈s1中,此时:

    栈s1:+ / 2 + - 1 3 * 2 3 9 ;

    栈s2:空;

   所以后缀表达式为:9 3 2 * 3 1 - + 2 / + ;

   后缀表达式计算结果规则:

  从左到右遍历整个后缀表达式的每一个数字和字符,遇到符号就将处于该符号前的两个数字做当前符号的运算,然后用结果代替原来的两个数字,一直到最终获得结果(栈顶元素即为结果)。

  1 #include<stdio.h>
  2 #include<ctype.h>
  3 
  4 typedef struct node{
  5     char ch;
  6     struct node *next;
  7 }*LinkList;
  8 typedef struct Node{
  9     int num;
 10     struct Node *Next;
 11 }*Linklist;
 12 
 13 int cmp(char c1, char c2);
 14 int counter(int a, int b, char c);
 15 
 16 int main()
 17 {
 18     int i, flag=0, logo;
 19     char str[30];
 20     Linklist Head = new Node, pre, L = new Node;
 21     LinkList head = new node, pot, p, q;
 22     Head->Next = NULL;
 23     L->num = 0;
 24     head->ch = '#';
 25     head->next = NULL;
 26     gets(str);
 27     for(i = 0; ; i++){
 28         if(isdigit(str[i])){
 29             logo = 1;
 30             L->num = L->num * 10 + str[i] - '0';
 31         }
 32         else{
 33             if(logo){
 34                 L->Next = Head->Next;
 35                 Head->Next = L;
 36                 if('\0' == str[i])/*当对到读到'\0'时结束遍历,在这结束时为了将最后一个数字压入栈顶*/
 37                     break;
 38                 L = new Node;
 39                 logo = L->num = 0;
 40             }
 41             if(head->next != NULL)
 42                 flag = cmp(head->next->ch, str[i]);
 43             else
 44                 flag = cmp(head->ch, str[i]);
 45             if(flag){
 46                 while(head->next){
 47                     pot = head->next;
 48                     if('(' != pot->ch){
 49                         pre = Head->Next;
 50                         pre->Next->num = counter(pre->Next->num, pre->num, pot->ch);
 51                         Head->Next = pre->Next;
 52                         delete pre;
 53                         head->next = pot->next;
 54                         delete pot;
 55                     }
 56                     else if('(' == pot->ch){
 57                         if(1 == flag)
 58                             pot->ch = str[i];
 59                         else{
 60                             head->next = pot->next;
 61                             delete pot;
 62                         }
 63                         break;
 64                     }
 65                 }
 66                 if(!head->next){
 67                     p = new node;
 68                     p->ch = str[i];
 69                     p->next = head->next;
 70                     head->next = p;
 71                 }
 72             }
 73             else{
 74                 p = new node;
 75                 p->ch = str[i];
 76                 p->next = head->next;
 77                 head->next = p;
 78             }
 79         }
 80     }
 81     while(head->next){
 82         pot = head->next;
 83         pre = Head->Next;
 84         pre->Next->num = counter(pre->Next->num, pre->num, pot->ch);
 85         Head->Next = pre->Next;
 86         delete pre;
 87         head->next = pot->next;
 88         delete pot;
 89     }
 90     printf("%d\n", Head->Next->num);
 91     return 0;
 92 }
 93 
 94 int cmp(char c1, char c2)
 95 {
 96     if('#' == c1)
 97         return 0;
 98     if(')' == c2)
 99         return 2;
100     if('(' == c2)
101         return 0;
102     if('*' == c2 || '/' == c2)
103         return 0;
104     if('+' == c2 || '-' == c2){
105         if('*' == c1 || '/' == c1)
106             return 1;
107         return 0;
108     }
109 }
110 
111 int counter(int a, int b, char c)
112 {
113     switch(c){
114         case '+':
115             return a+b;
116         case '-':
117             return a-b;
118         case '*':
119             return a*b;
120         case '/':
121             return a/b;
122     }
123 }

 

posted @ 2017-06-29 21:06  Been_You1997  阅读(5196)  评论(0编辑  收藏  举报