中缀表达式转换成后缀表达式

中缀表达式就是我们正常工作中写的表达式,如 a+(b-c)*d ,编译系统将中缀表达式改写 abc-d*+ ,这种运算符在操作数后面称为后缀表达式(也称逆波兰表达式)。

如何实现转换的呢?这里做一下自己的理解及记录。

利用栈来实现

转换过程需要用到栈,这里用两个栈,stack 栈用来存放运算符,post 栈用来存放最后的后缀表达式。具体规则如下:

从左到右扫描中缀表达式,若是操作数,直接存入 post 栈;

若是运算符:
(1)该运算符是左括号 ( , 则直接存入 stack 栈。
(2)该运算符是右括号 ),则将 stack 栈中 ( 前的所有运算符出栈,存入 post 栈。
(3)若该运算符为非括号,则将该运算符和 stack 栈顶运算符作比较:若高于栈顶运算符,则直接存入 stack 栈,否则将栈顶运算符出栈(从栈中弹出元素直到遇到发现更低优先级的元素(或者栈为空)为止),存入 post 栈。
(4)当扫描完后,stack 栈中还有运算符时,则将所有运算符出栈,存入 post 栈。

例子:中缀表达式 a + b * c + (d * e + f) * g,其转换成后缀表达式则为a b c * + d e * f + g * +

扫描 stack 栈 post 栈
a a
a+ + a
a+b + ab
a+b* +* ab
a+b*c +* abc
a+b*c+ + abc*+
a+b*c+( +( abc*+
a+b*c+(d +( abc*+d
a+b*c+(d* +(* abc*+d
a+b*c+(d*e +(* abc*+de
a+b*c+(d*e+ +(+ abc*+de*
a+b*c+(d*e+f +(+ abc*+de*f
a+b*c+(d*e+f) + abc*+de*f+
a+b*c+(d*e+f)* +* abc*+de*f+
a+b*c+(d*e+f)*g +* abc*+de*f+g
a+b*c+(d*e+f)*g# abc*+de*f+g*+

注意:表格中第6步,读到+,因为栈顶元素*的优先级高,所以*出栈,栈中下一个元素+优先级与读到的操作符+一样,所以也要弹出。然后再将读到的+压入栈中。
第13步,读到),则直接将栈中元素弹出直到遇到(为止。这里左括号前只有一个操作符+被弹出。

代码实现


import java.util.Stack;

public class InToPost {
    private Stack<Character> opStack;
    private Stack<Character> outStack;
    private String input;
    
    public InToPost(String in) {
        input = in;
        opStack = new Stack<Character>();
        outStack = new Stack<Character>();
    }
    
    public Stack<Character> doTrans() { //其他类型自行转换
        for (int i = 0; i < input.length(); i++) {
            char ch = input.charAt(i);
            switch (ch) {
            case '+':
            case '-':
                operationOpStack(ch, 1);
                break;
            case '*':
            case '/':
                operationOpStack(ch, 2);
                break;
            case '(':
                opStack.push(ch);
                break;
            case ')':
                operationParen();
                break;
            default:
                outStack.push(ch);
                break;
            }
        }
        while (!opStack.isEmpty()) {
            outStack.push(opStack.pop());
        }
        return outStack;
    }
    
    public void operationOpStack(char opThis, int prec1) {//运算符栈操作
        while (!opStack.isEmpty()) {
            char opTop = opStack.pop();
            if (opTop == '(') {
                opStack.push(opTop);
            }
            else {
                int prec2;
                if (opTop == '+' || opTop == '-')
                    prec2 = 1;
                else
                    prec2 = 2;
                if (prec2 < prec1) {
                    opStack.push(opTop);
                    break;
                }
                else
                    outStack.push(opTop);
            }
        }
        opStack.push(opThis);
    }
    public void operationParen() {
        while (!opStack.isEmpty()) {
            char c = opStack.pop();
            if (c == '(') 
                break;
            else
                outStack.push(c);
        }
    }
    
    public static void main(String[] args) {
        String input = "1+2*4/5-7+3/6";
        InToPost theTrans = new InToPost(input);
        Stack<Character> output = theTrans.doTrans(); 
        System.out.println("Postfix is " + output + '\n');
    }
}

利用语法树

先将中缀表达式用二叉树表示出来,再后序遍历该二叉树,就得到其相应的后缀表达式。

加括号法

加括号法先将中缀表达式每步要计算的表达式加上括号,然后将每个运算符移到其所在括号的外面,最后,从左到右去掉括号后就是后缀表达式。

例子: a+(b-c)*d

加括号 (a+((b-c)d))
移运算符 (a((bc)-d)
)+
去括号 abc-d*+

后缀表达式求值

求值过程可用栈来辅助存储。假定待求值的后缀表达式为:6 5 2 3 + 8 * + 3 + *,则其求值过程如下:

  • 遍历表达式,遇到数字首先放入栈,此时栈如下 6 5 2 3

  • 接着读到+,则弹出3和2,执行3+2,将结果5压栈 6 5 5

  • 读到8,压栈 6 5 5 8

  • 读到 *, 弹出8和5,执行8*5,将结果40压栈 6 5 40

  • 读到 +,弹出40和5,执行40+5,将结果45压栈 6 45

  • 读到 3,压栈 6 45 3

  • 读到 +,弹出3和45,执行3+45,将结果48压栈 6 48

  • 读到 *,弹出48和6,执行48*6,将结果288压栈 288

  • 最后结果288

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