2021/9/17(栈实现+中后缀表达式求值)

2021/9/17(栈实现+表达式求值)

栈的应用场景

  1. 子程序的调用,在跳往子程序之前,会讲下个指令的地址存到堆栈中,直到子程序执行完后再将地址取出,以便回到原来的程序。
  2. 处理递归调用:和子程序的调用类似,只是除了储存下一指令的地址外,也将参数,区域变量等数据存入堆栈中。
  3. 表达式的转换【中缀转后缀】与求值(实际解决)。
  4. 二叉树的遍历。
  5. 图形的深度优先(depth-first)搜索法。

参考了 https://www.cnblogs.com/hapjin/p/4442729.html

1 、使用JAVA数组实现顺序栈、

1、首先总结一下线性表(分为顺序表和链接表,【即顺序存储结构和链式存储结构的区别】)和栈(顺序栈和链接栈)还有队列(顺序队列和链接队列)的JAVA类库中的实现:

java.util.ArrayList 实现了顺序表,java.util.LinkedList 实现了链接表的功能。

java.util.ArrayDeque实现了顺序栈和顺序队列(该类中即定义了与栈操作有关的方法,也定义了与队列操作有关的方法)、java.util.LinkedList实现了链接栈和链接队列。

2、定义了一个Stack接口,指明该栈实现了哪些具体的操作。接口如下

创建一个基于数组的Stack接口:

public interface Stack<E> {
    public int length();//返回栈的长度

    public E pop();//出栈

    public void push(E element);//进栈

    public E peek();//访问栈顶元素

    public boolean empty();//判断栈是否为空

    public void clear();//清空栈
}

3,在JAVA类库中,java.util.ArrayDeque类实现了顺序栈的功能。ArrayDeque可以实现动态地扩展栈的大小,但是不支持多线程访问。同时,ArrayDeque还实现了顺序队列的功能。

4,定义了一个Object[] 类型的数组,用来保存顺序栈中的元素。具体实现类MyArrayListStack 如下:

package stack;

import java.util.Arrays;

public class MyArrayListStack<T> implements Stack<T>{
    private int DEFAULT_SIZE=16;  //定义栈的初始默认长度
    private int capacity;   // 保存栈的长度
    private int size;   //元素个数
    private Object[] elementData;  //保存栈中的元素

    public int getCapacity() {
        return capacity;
    }

    public void setCapacity(int capacity) {
        this.capacity = capacity;
    }

    public MyArrayListStack() {
        capacity = DEFAULT_SIZE;
        elementData = new Object[capacity];
        size = 0;
    }
    // 以指定长度的大小来创建栈
    public MyArrayListStack(int initSize) {
        capacity = 1;
        while (capacity<initSize)
            capacity <<=1;  //将capacity设置成大于initSize的最小2次方
        elementData = new Object[capacity];
    }

    @Override
    public int getLength() {
        return this.size;
    }

    public T getAt(int idx){
        return elementData(idx);
    }
    @Override
    public T pop() {
        if (empty()){
            throw new IndexOutOfBoundsException("栈空,不能出栈");
        }
        T oldValue =elementData(size-1);
        elementData[--size] = null; ////让垃圾回收器及时回收,避免内存泄露
        return oldValue;
    }

    /**
     *  返回运算符的优先级,数字越大优先级就越高
     *  目前 表达式只有+ - * /
     */
    public int priority(int oper){
        if (oper == '*' || oper =='/'){
            return 1;
        }else if(oper =='+' || oper =='-'){
            return 0;
        }else
            return -1;
    }
    public boolean isOper(char val){
        return val == '+' || val =='-' || val=='*' ||val =='/';
    }
    public int cal(int num1,int num2,char oper){
        int res = 0;
        switch (oper){
            case '+':
                res = num1+num2;
                break;
            case '-':
                res = num2-num1;
                break;
            case '*':
                res = num1*num2;
                break;
            case '/':
                res = num2/num1;
                break;
            default:
                break;
        }
        return res;
    }

    /**
     * 我用得有一点鸡肋了 ,但ArrayList中有这么用过
     */
    T elementData(int index){
        return (T) elementData[index];
    }

    /**
     *     动态扩容 真的太牛逼了!
      */
    public void ensureCapacity(int minCapacity){
        if (minCapacity>capacity){
            while(capacity<minCapacity)
                capacity <<=1;
        }
        elementData = Arrays.copyOf(elementData,capacity);
    }
    @Override
    public void push(T t) {
        ensureCapacity(size+1);
        elementData[size++] = t;
    }

    @Override
    public T peek() {
        if (size==0){
            throw new ArrayIndexOutOfBoundsException("size = 0");
        }
        return elementData(size-1);
    }

    @Override
    public boolean empty() {
        return size==0;
    }
    public boolean isNotEmpty(){
        return !empty();
    }
    @Override
    public void clear() {
        for (int i = 0; i < size; i++) {
            elementData[i] = null;
        }
        size = 0;
    }
    public void display() {
        if (size==0){
            System.out.println("[]");
        }
        StringBuilder sb = new StringBuilder("");
        for (int j =size-1;j>=0;j--){
            sb.append(elementData[j].toString()+", ");
        }
        int len = sb.length();
        System.out.println(sb.delete(len - 2, len).append(']').toString());
    }

使用单链表实现栈

package stack;
public class MyLinkedListStack<E> implements Stack<E>{
    private int size;
    private Node<E> first;
    private Node<E> rear;
    static class Node<E>{
        E item;
        Node<E> next;
        Node(E x){
            item = x;
        }
    }

    public E getFirst() {
        return first.item;
    }

    public E getRear() {
        return rear.item;
    }

    @Override
    public int getLength() {
        return size;
    }

    @Override
    public E pop() {
        if (size==1){
            E val = rear.item;
            first=null;
            rear=null;
            size--;
            return val;
        }
        Node<E> preNode = first;
        E val = rear.item;
        while (preNode.next!=rear){
            preNode = preNode.next;
        }
        preNode.next = null;
        rear = preNode;
        size--;
        return val;
    }

    @Override
    public void push(E e) {
        Node<E> node = new Node(e);
        if (size==0){
            first = node;
            rear = node;
            size++;
            return;
        }
        rear.next = node;
        rear = node;
        size++;
    }

    @Override
    public E peek() {
        return rear.item;
    }

    @Override
    public boolean empty() {
        return size==0;
    }

    @Override
    public void clear() {
        while (first!=null){
            pop();
        }
    }
    public void display(){
        Node<E> tmp = first;
        for (int i = 0; i < size; i++) {
            System.out.println(tmp.item);
            tmp = tmp.next;
        }
    }
}

3、使用栈完成表达式的计算思路

1、通过一个遍历,来遍历我们的表达式

2、如果是数字,入数字栈

3、符号入符号栈

​ 3.1、如果符号栈为空,直接入

​ 3.2、如果符号栈有操作符,就进行比较,如果操作符号优先级<=栈中的操作符,

​ 需要从数栈中pop出二个数,再从符号栈pop出一个符号,进行运算。得到结果入

​ 数字栈,再入符号栈,如果当前的操作符的优先级大于栈中的操作符,入符号栈。

4、表达式扫描完毕,就顺序的从数栈和符号栈pop出相应的数和符号,运算。

5、最后在数栈只有一个数字即结果。

只能计算简单 ,解决了 5-3-1 问题

package stack;

public class CalStack {
    public static void main(String[] args) {
        String str = "5-5/5-1"; //中缀表达式
        // 创建二个栈,数栈,一个符号栈
        MyArrayListStack<Integer> numStack = new MyArrayListStack<>();
        MyArrayListStack<Integer> operStack = new MyArrayListStack<>();
        int index = 0; //遍历
        int num1 = 0;
        int num2 = 0;
        int oper = 0;
        int res = 0;
        char ch = ' '; // 将每次扫描得到的ch保存到
        String keepNum = ""; // 保存长的数字
        while (true){
            // 依次得到str的每一个字节
             ch = str.charAt(index);
             if(operStack.isOper(ch)){
                 // 判断当前符号栈是不是为空
                 if (operStack.isNotEmpty()){
                     if (operStack.priority(ch)<=operStack.priority(operStack.peek())){
                         if (ch=='-'&& operStack.peek()=='-'){
                             ch = '+';
                         }
                         num1 = numStack.pop();
                         num2 = numStack.pop();
                         oper = operStack.pop();
                         res = numStack.cal(num1,num2, (char) oper);
                         numStack.push(res);
                         operStack.push((int) ch);
                     }else {
                         operStack.push((int) ch);
                     }
                 }else{
                     operStack.push((int) ch);
                 }
             }else {
                 keepNum+=ch;
                 // 如果ch已经是str的最后一位,就直接入栈
                 if (index==str.length()-1){
                     numStack.push(Integer.parseInt(keepNum));
                 }else {
                     if(operStack.isOper(str.charAt(index+1))){
                         // 后一位是操作符
                         numStack.push(Integer.parseInt(keepNum));
                         keepNum = "";
                     }
                 }
                 //numStack.push(Integer.parseInt(String.valueOf(ch)));
             }
             index+=1;
             if (index==str.length()){
                 break;
             }
        }
        while (true){
            if (operStack.empty()){
                break;
            }
                num1 = numStack.pop();
                num2 = numStack.pop();
                System.out.println(operStack.getLength());
                oper = operStack.pop();
                if (oper=='-' && operStack.getLength()!=0 &&  operStack.peek()=='-') {
                    oper ='+';
                }
                res = numStack.cal(num1,num2, (char) oper);
                numStack.push(res);
        }
        System.out.println("表达式为:"+numStack.pop());
    }
}

10进制转换n进制:

public void conversion10_n(int num,int toNum){
  MyArrayListStack<Integer> stack = new MyArrayListStack<>();
  while (num!=0){
    stack.push(num%toNum);
    num = num/8;
  }
  while (stack.isNotEmpty()){
    System.out.printf("%d",stack.pop());
  }
}

3、前缀(波兰表达式),中缀(我们使用的),后缀表达式(逆波兰表达式)

x缀说的是符号的位置,符号在前 前缀

中缀如何转前缀后缀呢?

a+b*c-(d+e)

第一步:按照运算符的优先级对所有的运算单位加括号

式子变成拉:((a+(bc))-(d+e))
第二步:转换前缀与后缀表达式
前缀:把运算符号移动到对应的括号前面
则变成拉:-( +(a (bc)) +(de))
把括号去掉:-+a
bc+de 前缀式子出现
后缀:把运算符号移动到对应的括号后面
则变成拉:((a(bc)
)- (de)+ )-改成:((a(bc)* )+ (de)+ )-
把括号去掉:abc-de+- 后缀式子出现改成:abc+de+-
发现没有,前缀式,后缀式是不需要用括号来进行优先级的确定的。

后缀表达式求解简单式子

逆波兰表达式 很适合计算机运算。

从左向右 遇到第一个字符,从栈(这次不分数栈还是符号栈)中pop二个进行计算。结果push进去

polandExpression("3 4 + 5 * 6 -");
public static void polandExpression(String suffixExpression){
  String[] split = suffixExpression.split(" ");
  List<String> list = Arrays.asList(split);
  MyArrayListStack<String> stack = new MyArrayListStack<>();
  for (String s : list) {
    if (s.matches("\\d")){
      stack.push(s);
    }else {
      int num1 = Integer.parseInt(stack.pop());
      int num2 = Integer.parseInt(stack.pop());
      int res = 0;
      try{
        res = stack.cal(num1,num2,s.charAt(0));
      }catch (Exception e){
        e.printStackTrace();
      }
      stack.push("" + res);
    }
  }
  System.out.println("value:  "+stack.pop());
}
posted @ 2021-09-19 19:13  能借我十块钱吗  阅读(38)  评论(0编辑  收藏  举报