逆波兰表达式介绍

1、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。

2、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。

3、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

3.1 将其转换为后缀表达式

.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(或者遇到括号),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。
4.不断重复以上步骤直到表达式解析完成。

下面来看一下上面的具体例子:a+b-c*(d+e)

dList opStack 解释
{} {}
{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+*-

3.2 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)

4、巩固练习:

写出a*(b-c*d)+e-f/g*(h+i*j-k)的逆波兰表达式。

答案:

abcd*-*e+fg/hij*+k-*-
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