逆波兰算法

本文介绍逆波兰表达法的基本概念及其应用价值,并详细解释了如何将中缀表达式转换为后缀表达式(逆波兰表达式),以及如何利用栈进行计算。通过一个具体的例子展示了整个过程。

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概念: 
逆波兰表示法也叫后缀表示法,即操作符号都置于操作数的后面,逆波兰表示法可以不用括号来标识操作符的优先级。例如:3+4 是一个中缀表达式,转换成逆波兰表达式为34+  。有人可能会想有后缀表达式,中缀表达式,那有没有前缀表达式呢?答案是:有前缀表达式,也叫波兰表达式,上文中的3+4 用前缀表达式表示为+34。 

用途: 
1.逆波兰表达式中不需要括号,用户只需按照表达式顺序求值,让堆栈自动记录中间结果;同样的,也不需要指定操作符的优先级 
2.机器状态永远是一个堆栈状态,堆栈里是需要运算的操作数,栈内不会有操作符。 
3.当有操作符时就计算,因此,表达式并不是从右至左整体计算而是每次由中心向外计算一部分,这样在复杂运算中就很少导致操作符错误。 

计算原理: 
逆波兰表达式进行数据计算的时候一般分为两步: 
1.将中缀表达式转换为后缀表达式 
2.对转换完成后的后缀表达式进行计算 

例子:我们以a+b-c*(d+e) 来进行分析 

第一步:将其转换为后缀表达式 
1.首先我们要建立一个集合 sList 来存放例子中的数据和操作符号,一个栈opStack来存放中间的操作符号,一个集合dList 来存放最后的转换结果。 
2.从sList中取出一个元素A然后进行以下判断: 
   1.如果A是数字,则直接存如dList 
   2.如果A是运算符,则和opStack栈顶的元素进行运算优先级比较 
      1.如果A的优先级高于栈顶运算符优先级,则将A入栈opStack 
      2.如果A的优先级低于或等于栈顶运算符的优先级,那么将栈顶的元素出栈存入dList,重复此步骤直到栈顶的运算符优先级低于当前运算符,然后A入栈。 
      3.如果A是左括号“(”直接入栈,如果是右括号“)”,则将opStack中的运算符弹出存入dList,直到弹出左括号,左右括号均不存入dList,左括号永远不会弹出,直到遇到右括号(针对括号内的元素执行步骤同以上步骤)。 
      4.不断重复以上步骤直到表达式解析完成。 

3.下面来看一下这个具体例子 
dList                 opStack 
      
   {}                     {} 
   {a}                    {}           //a 加入dList 
   {a}                    {+}         //+ 入栈 
   {a,b}                  {+}         //b 加入dList 
   {a,b,+}                {-}          //+号出栈,-号入栈 
   {a,b,+,c}              {-}         //c 加入dList 
   {a,b,+,c}              {-,*}       //因为* 的优先级高于- 则将* 直接入栈 
   {a,b,+,c}              {-,*,(}     //左括号直接入栈 
   {a,b,+,c,d}            {-,*,(}     //d 加入dList 
   {a,b,+,c,d}            {-,*,(,+}  //+ 直接入栈 
   {a,b,+,c,d,e}          {-,*,(,+}   //e 直接加入dList 
   {a,b,+,c,d,e,+}        {-,*}       //将左括号之上的符号出栈加入dList 
   {a,b,+,c,d,e,+,*,-}    {}         //将栈中的剩余元素弹出 
  
  将dList 中的元素输出,则得到后缀表达式:ab+cde+*- 

第二步:用后缀表达式来计算结果 
首先建立一个结果栈rStack,然后将dList中的元素依次取出,进行入栈操作,如果碰到操作符就从栈中取出两个元素进行运算,结果入栈,依次重复。 

下面接着看上面的例子 
dList      {a,b,+,c,d,e,+,*,-}                      

rStack 
{ } 
{a}   //a入栈 
{a,b} //b入栈 
{a+b} //遇到+号,取出两个操作数进行运算,运算结果入栈 
{a+b,c} 
{a+b,c,d} 
{a+b,c,d,e} 
{a+b,c,d+e} 

{a+b,c*(d+e)} 
{a+b-c*(d+e)} 

计算结果:a+b-c*(d+e) 
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