leetcode227-基本计算器Ⅱ

一.题目描述

给你一个字符串表达式 s ，请你实现一个基本计算器来计算并返回它的值。

整数除法仅保留整数部分。

示例 1：

输入：s = “3+2*2”
输出：7
示例 2：

输入：s = " 3/2 "
输出：1
示例 3：

输入：s = " 3+5 / 2 "
输出：5

提示：

1 <= s.length <= 3 * 105
s 由整数和算符 (’+’, ‘-’, ‘*’, ‘/’) 组成，中间由一些空格隔开
s 表示一个 有效表达式
表达式中的所有整数都是非负整数，且在范围 [0, 231 - 1] 内
题目数据保证答案是一个 32-bit 整数

二.题目解析

1.双栈法

public static int calculate(String s) {
        /*时间复杂度O(n),空间复杂度O(n)
        * */
        if(s == null || s.length() == 0){
            return -1;
        }
        //！作为终止符，方便读取表达式中的最后一个数
        s = s.trim() + "!";
        //利用两个栈，一个操作数栈，一个操作符栈
        Stack<Integer> operand = new Stack<>();
        Stack<Character> operator = new Stack<>();
        char cur;
        Integer number;
        int previous = -1;
        int left,right;
        for (int i = 0; i < s.length(); i++) {
            cur = s.charAt(i);
            if(cur == ' '){
                continue;
            }
            //每次读到运算符号，获取到这个运算符前面的那个数字，入操作数栈
            if(cur == '+' || cur == '-' || cur == '*' || cur == '/' || cur == '!'){
                //截取到的字符串可能含有前后空格，需要trim一下
                number = Integer.parseInt(s.substring(previous + 1,i).trim());
                operand.push(number);
                //操作符栈若存在优先级高的运算符，就弹出两个操作数先运算，把结果存入操作数栈
                if(!operator.isEmpty() && operator.peek() == '*'){
                    right = operand.pop();
                    left = operand.pop();
                    operand.push(left * right);
                    operator.pop();
                }
                if(!operator.isEmpty() && operator.peek() == '/'){
                    right = operand.pop();
                    left = operand.pop();
                    operand.push(left / right);
                    operator.pop();
                }
                //无论要不要先运算，当前操作符必须入栈
                operator.push(cur);
                previous = i;

            }
        }
        int res = 0,rest = 0;
        //此时操作符栈中只剩下+-运算符，依次弹出与运算数做运算即可
        while (!operand.isEmpty()){
            if(operator.isEmpty()){
                res += operand.pop();
            }else if(operator.peek() == '+'){
                operator.pop();
                res += operand.pop();
            }else if(operator.peek() == '-'){
                operator.pop();
                res -= operand.pop();
            }else{
                operator.pop();
            }
        }
        if(operand.isEmpty() && operator.isEmpty()){
            return res;
        }
        return -1;
    }

2.单栈法

public static int calculate2(String s) {
        /*单栈法，时间复杂度O(n),空间复杂度O(n)
         * */
        if(s == null || s.length() == 0){
            return -1;
        }
        //op表示乘除符号
        char op = '#',cur;
        //sign表示加减符号
        int sign = 1;
        int res = 0,number;
        Stack<Integer> stack = new Stack<>();
        char[] array = s.toCharArray();
        for (int i = 0; i < array.length; i++) {
            cur = array[i];
            if(cur == ' '){
                continue;
            }
            if(cur >= '0' && cur <= '9'){
                number = cur - '0';
                int j = i + 1;
                //如果当前是数字就一直往下找（数字可能为多位）
                while (j <= array.length - 1 && array[j] >= '0' && array[j] <= '9'){
                    number = number * 10 + (array[j] - '0');
                    j++;
                }
                //如果这个数字之前有*或者/那么就弹出一个元素和当前找到的数字先运算
                if(op == '*'){
                    number = stack.pop() * number;
                    //重置OP
                    op = '#';
                }else if(op == '/'){
                    number = stack.pop() / number;
                    op = '#';
                }
                //将结果进栈
                stack.push(number);
                //当前j位置即为下次要开始判断的位置，由于for循环后i++,所以置i = j - 1
                i = j - 1;
            }else if (cur == '+' || cur == '-'){
                //遇到+-符号就可计算res了，且当前符号重新赋值sign
                res = res + sign * stack.pop();
                sign = (cur == '+') ? 1 : -1;
            }else if (cur == '*' || cur == '/'){
                //遇到乘除符号更新op
                op = cur;
            }
        }
        //最后一个数必须单独计算一次
        res = res + sign * stack.pop();
        return res;
    }

单栈法更简洁的写法：

 public int calculate(String s) {
        // 保存上一个符号，初始为 +
        char sign = '+';
        Stack<Integer> numStack = new Stack<>();
        // 保存当前数字，如：12是两个字符，需要进位累加
        int num = 0;
        int result = 0;
        for(int i = 0; i < s.length(); i++){
            char cur = s.charAt(i);
            if(cur >= '0'){
                // 记录当前数字。先减，防溢出
                num = num*10 - '0' + cur;
            }
            //加减乘除空格的ASCII码都小于'0'
            //这里|| i == s.length()-1，就不需要再单独计算最后一个数字了
            if((cur < '0' && cur !=' ' )|| i == s.length()-1){
                // 判断上一个符号是什么
                switch(sign){
                    // 当前符号前的数字直接压栈
                    case '+': numStack.push(num);break;
                    // 当前符号前的数字取反压栈
                    case '-': numStack.push(-num);break;
                    // 数字栈栈顶数字出栈，与当前符号前的数字相乘，结果值压栈
                    case '*': numStack.push(numStack.pop()*num);break;
                    // 数字栈栈顶数字出栈，除于当前符号前的数字，结果值压栈
                    case '/': numStack.push(numStack.pop()/num);break;
                }
                // 记录当前符号
                sign = cur;
                // 数字清零
                num = 0;
            }
        }
        // 将栈内剩余数字累加，即为结果
        while(!numStack.isEmpty()){
            result += numStack.pop();
        }
        return result;
    }
   

【参考文章】
双栈解决通用表达式问题：
https://leetcode-cn.com/problems/basic-calculator-ii/solution/shi-yong-shuang-zhan-jie-jue-jiu-ji-biao-c65k/