PTA 表达式转换

本文介绍了一个程序设计案例,该程序能够将中缀表达式转换为后缀表达式,通过使用栈来实现运算符的优先级处理,适用于基本的算术运算。

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3-1 表达式转换

算术表达式有前缀表示法、中缀表示法和后缀表示法等形式。日常使用的算术表达式是采用中缀表示法,即二元运算符位于两个运算数中间。请设计程序将中缀表达式转换为后缀表达式。

输入格式:
输入在一行中给出不含空格的中缀表达式,可包含+、-、*、\以及左右括号(),表达式不超过20个字符。

输出格式:
在一行中输出转换后的后缀表达式,要求不同对象(运算数、运算符号)之间以空格分隔,但结尾不得有多余空格。

输入样例:

2+3*(7-4)+8/4

输出样例:

2 3 7 4 - * + 8 4 / +


Code:

#include <stdio.h>
#include <stdlib.h>

//测试点
//2: ((2+3)*4-(8+2))/5    2 3 + 4 * 8 + - 5 /
//3: 1314+25.5*12         1314 25.5 12 * +

struct fuhao {
    char symbol[30];
    int t;
};

void Symbol_YZ(struct fuhao *s, char c)  //压入符号栈 
{
    s->t ++;
    s->symbol[s->t] = c;
}

char Symbol_CZ(struct fuhao *s)  //符号栈出栈 
{
    char c;
    c = s->symbol[s->t]; 
    s->t --;

    return c;
}

char Symbol_DZ(struct fuhao *s)  //读符号栈栈顶元素 
{
    char c = s->symbol[s->t];

    return c;
}

int judge(char c)
{
    int j;
    if(c == '(') {
        j = 1;
    }
    else if(c == '+' || c == '-') {
        j = 2;
    }
    else if(c == '*' || c == '/') {
        j = 3;
    }
    else if(c == ')') {
        j = 4;
    }

    return j;
}

int main(void)
{
    struct fuhao Symbol;
    Symbol.t = -1;
    char s[30];
    char v[30] = {0};
    int i = 0, k = 0, cnt = 0, flag = 1;
    gets(s);
    for(i = 0; s[i] != '\0'; i ++) {
        if((s[i] == '+' || s[i] == '-') && (!i || s[i-1] == '(') || s[i] >= '0' && s[i] <= '9') {
            if(s[i] != '+') {
                if(flag == 0) {
                    putchar(' ');
                    flag = 1; 
                }
                putchar(s[i]);
            }
            while(s[i+1] == '.' || s[i+1] >= '0' && s[i+1] <= '9') {
                if(flag == 0) {
                    putchar(' ');
                    flag = 1; 
                }
                putchar(s[++i]);
            }
            flag = 0;
        }
        else {
            if(judge(s[i]) == 1 || Symbol.t == -1) {  //当前符号为'('或符号栈为空 
                    Symbol_YZ(&Symbol, s[i]);  //进栈     
            }
            else if(judge(s[i]) == 4) {  //如果当前符号为')' 
                while(Symbol_DZ(&Symbol) != '(') { //循环出栈直到遇到'('
                    if(flag == 0) {
                        putchar(' ');
                        flag = 1; 
                    }
                    putchar(Symbol_CZ(&Symbol));
                    flag = 0;
                }
                Symbol_CZ(&Symbol); //让符号'('出栈 
            }
            else if(judge(Symbol_DZ(&Symbol)) < judge(s[i])) {  //如果栈顶元素优先级小于当前符号
                Symbol_YZ(&Symbol, s[i]);   //压入符号栈 
            }
            else if(judge(Symbol_DZ(&Symbol)) >= judge(s[i])) { //如果栈顶元素优先级大于或等于当前符号 
                while(Symbol.t > -1 && Symbol_DZ(&Symbol) != '(') { //循环出栈,直到栈底或者遇到'(' 
                    if(flag == 0) {
                        putchar(' ');
                        flag = 1; 
                    }
                    putchar(Symbol_CZ(&Symbol));
                    flag = 0;
                }
                Symbol_YZ(&Symbol, s[i]);
            }
        }
    }    
    while(Symbol.t > -1) {  //循环出栈
        if(flag == 0) {
            putchar(' ');
            flag = 1; 
        }
        putchar(Symbol_CZ(&Symbol));
        flag = 0;
    } 

    return 0;
}
### PTA 波兰表达式解析与实现 #### 1. 波兰表达式的定义 波兰表达式(Prefix Expression),也称为前缀表达式,是一种将运算符放在操作数之前的算术表达形式。例如,普通的中缀表达式 `2 + 3` 的波兰表示法为 `+ 2 3`。 逆波兰表达式(Reverse Polish Notation, RPN),又称后缀表达式,则是将运算符放置于操作数之后的形式。例如 `(2 + 3) * 4` 可以转化为逆波兰表达式 `* + 2 3 4`[^1]。 --- #### 2. 中缀表达式到后缀表达式转换算法 为了便于计算机处理,通常需要将中缀表达式转换为后缀表达式。以下是具体的转换逻辑: - 使用栈结构存储运算符。 - 遍历输入的中缀表达式中的每一个字符: - 若遇到数字或变量,则直接将其加入输出队列。 - 若遇到左括号 `(`,则压入栈中。 - 若遇到右括号 `)`,则依次弹出栈顶元素并加入输出队列,直到遇到对应的左括号为止。 - 若遇到运算符,则比较其优先级与栈顶运算符的优先级: - 如果当前运算符优先级低于或等于栈顶运算符,则先将栈顶运算符弹出至输出队列; - 否则,将当前运算符压入栈中。 - 当遍历完成后,如果栈中仍有剩余运算符,则全部弹出并加入输出队列。 此过程可以通过 C 或其他编程语言实现[^2]。 --- #### 3. 计算逆波兰表达式的值 对于给定的逆波兰表达式,可以按照如下方式计算其值: - 初始化一个空栈用于存储数值。 - 遍历表达式中的每一项: - 若该项是一个数字,则将其压入栈中。 - 若该项是一个运算符,则从栈中弹出两个最近的操作数,并执行相应的运算;随后将结果重新压回栈中。 - 表达式遍历结束后,栈中仅剩的一个值即为最终结果。 以下是一个 Python 实现示例: ```python def evaluate_rpn(expression): stack = [] operators = {&#39;+&#39;, &#39;-&#39;, &#39;*&#39;, &#39;/&#39;} tokens = expression.split() for token in tokens: if token not in operators: # 数字 stack.append(int(token)) else: # 运算符 b = stack.pop() # 第二个操作数 a = stack.pop() # 第一个操作数 if token == &#39;+&#39;: result = a + b elif token == &#39;-&#39;: result = a - b elif token == &#39;*&#39;: result = a * b elif token == &#39;/&#39;: # 整除避免浮点误差 result = int(a / b) stack.append(result) return stack[0] # 测试用例 expression = "* + 2 3 4" print(evaluate_rpn(expression)) # 输出应为 20 ``` 上述代码实现了逆波兰表达式的求值功能。 --- #### 4. 前缀表达式的求值 前缀表达式的求值类似于逆波兰表达式,只是顺序相反。具体步骤如下: - 将整个表达式反转。 - 对反转后的字符串应用逆波兰表达式的求值方法。 Python 示例代码如下: ```python def evaluate_prefix(expression): stack = [] operators = {&#39;+&#39;, &#39;-&#39;, &#39;*&#39;, &#39;/&#39;} tokens = reversed(expression.split()) # 反转表达式 for token in tokens: if token not in operators: # 数字 stack.append(int(token)) else: # 运算符 a = stack.pop() # 第一个操作数 b = stack.pop() # 第二个操作数 if token == &#39;+&#39;: result = a + b elif token == &#39;-&#39;: result = a - b elif token == &#39;*&#39;: result = a * b elif token == &#39;/&#39;: result = int(a / b) stack.append(result) return stack[0] # 测试用例 expression = "+ 2 * 3 4" print(evaluate_prefix(expression)) # 输出应为 14 ``` --- #### 5. 总结 无论是波兰表达式还是逆波兰表达式,它们的核心优势在于无需考虑运算符优先级以及括号的影响。这使得表达式的解析和计算更加高效。通过栈数据结构的支持,能够轻松完成这些特殊表达式的求值工作[^3]。 ---
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