第十一周上机实践—项目2—用二叉树求解代数表达式

这篇博客介绍了如何运用二叉树数据结构解决代数表达式的问题。通过头文件btree.h定义顺序表,源文件btree.cpp实现算法,以及在main.cpp中进行测试。博客内容涵盖二叉树算法的实现和应用。
/*
 *Copyright(c) 2015,烟台大学计算机学院
 *All rights reserved.
 *文件名称:test.cpp
 *作者:林莉
 *完成日期:2015年11月13日
 *版本:v1.0
 *
 *问题描述:用二叉树来表示代数表达式,树的每一个分支节点代表一个运算符,每一个叶子节点代表一个运算数(为简化,只支持二
 目运算的+、-、*、/,不加括号,运算数也只是一位的数字字符。本项目只考虑输入合乎以上规则的情况)。请设计算法,(1)根
 据形如“1+2?3?4/5 ”的字符串代表的表达式,构造出对应的二叉树(如图),用后序遍历的思路计算表达式的值时,能体现出先乘
 除后加减的规则;(2)对构造出的二叉树,计算出表达式的的值
 *输入描述:
 *程序输出:所得结果
 */


1.头文件:btree.h,包含定义顺序表数据结构的代码、宏定义、要实现算法的函数的声明;

#ifndef BTREE_H_INCLUDED
#define BTREE_H_INCLUDED

#define MaxSize 100
typedef char ElemType;
typedef struct node
{
    ElemType data;              //数据元素
    struct node *lchild;        //指向左孩子
    struct node *rchild;        //指向右孩子
} BTNode;
void CreateBTNode(BTNode *&b,char *str);        //由str串创建二叉链
BTNode *FindNode(BTNode *b,ElemType x);     //返回data域为x的节点指针
BTNode *LchildNode(BTNode *p);  //返回*p节点的左孩子节点指针
BTNode *RchildNode(BTNode *p);  //返回*p节点的右孩子节点指针
int BTNode
### 如何使用二叉树表示代数表达式并计算其值 #### 构造代数表达式二叉树 为了用二叉树表示代数表达式,可以将运算符作为内部节,而操作(常量或变量)作为叶子节。例如,对于表达式 `1 + 2 * 3 - 4 / 5`,可以通过解析该字符串构建一棵二叉树。 以下是具体过程: 1. **优先级处理** 运算符具有不同的优先级,乘法 (`*`) 和除法 (`/`) 的优先级高于加法 (`+`) 和减法 (`-`)。因此,在构造过程中需遵循这些规则[^1]。 2. **语法分析器** 使用栈或其他辅助构解析输入的中缀表达式,并将其转换为前序、后序或直接生成对应的二叉树[^4]。 3. **递归构造** 基于解析后的果,通过递归方式创建二叉树。例如,假设已经解析出了子表达式 `(2 * 3)` 和 `(4 / 5)`,则可以在更高层构造新的节代表 `-` 或其他运算符。 #### 计算二叉树的值 一旦建立了完整的二叉树,就可以利用深度优先搜索 (DFS) 来评估整个表达式值。通常采用后续遍历的方式访问各个节,因为这样能够确保先完成底层的操作再向上累加最终的果。 下面是一个简单的 C 实现例子展示如何定义这样的二叉树及其求值逻辑: ```c #include <stdio.h> #include <stdlib.h> // 定义二叉树构体 typedef struct TreeNode { char value; double numValue; // 如果是字,则存储实际值;如果是字符,则忽略此字段 struct TreeNode *left, *right; } TreeNode; TreeNode* createNode(char val, double number){ TreeNode* newNode = (TreeNode*)malloc(sizeof(TreeNode)); newNode->value = val; if(isdigit(val)){ newNode->numValue = number; } newNode->left = newNode->right = NULL; return newNode; } double evaluateExpressionTree(TreeNode* root){ if(root == NULL) return 0; if(root->left==NULL && root->right==NULL){ // 叶子节必然是字 return root->numValue; } // 后续遍历顺序:左 -> 右 -> 根 double l_val = evaluateExpressionTree(root->left); double r_val = evaluateExpressionTree(root->right); switch(root->value){ case '+': return l_val+r_val; case '-': return l_val-r_val; case '*': return l_val*r_val; case '/': if(r_val != 0)return l_val/r_val; else{ printf("Error! Division by zero."); exit(1); } } return 0; } ``` 以上代码片段展示了如何建立一个基本框架用于解决这个问题[^2]。 #### 总 通过对给定代数表达式的逐步拆解与重组形成相应的二叉树模型,并借助特定算法对其进行估值,从而实现了复杂学公式的自动化解析和执行功能[^3]。
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