四则运算表达式求值(栈的应用)

1.前/中/后缀表达式的转换(首先需要明白三者之间的转换)  

   自然表达式转换为前/中/后缀表达式,其实是很简单的。首先将自然表达式按照优先级顺序,构造出与表达式相对应的二叉树,然后对二叉树进行前/中/后缀遍历,即得到前/中/后缀表达式。
    举例说明将自然表达式转换成二叉树:
    a×(b+c)-d
    ① 根据表达式的优先级顺序,首先计算(b+c),形成二叉树
   tree1.JPG
   
   然后是a×(b+c),在写时注意左右的位置关系
   tree2.JPG
   最后在右边加上 -d
   tree3.JPG
    然后最这个构造好的二叉树进行遍历,三种遍历的顺序分别是这样的:
    ① 前序遍历:根-左-右
    中序遍历:左-根-右
    后序遍历:左-右-根
    所以还是以刚才的这个例子,在最终二叉树的基础上可以得出:
    前缀表达式:-*a+bcd
    中缀表达式:a*b+c-d
    后缀表达式:abc+*d-
2.中缀表达式转后缀表达式(栈的应用)  
 中缀表达式“9+(3-1)*3+10/2”转化为后缀表达式为“9 3 1- 3 * + 10 2 / +”.

   规则:从左到右遍历中缀表达式的每一数字和符号,若是数字就输出,即成为后缀表达式的一部分;若是符号,则判断其与栈  顶符号的优先级,是右括号或优先级低于栈顶符号(乘除优先加减)则栈顶元素依次出栈并输出,并将当前符号进栈,一直到最终输出后缀表达式为止。

    a.初始化一空栈,用来对符号进出栈使用。

    b.第一个字符是数字9,输出9,后面是符号“+”,进栈。

    c.第三个字符是“(”,依然是符号,因其只是左括号,还没有配对,故进栈。

    d.第四个字符是数字3,输出,总表达式为9 3,接着是“-”,进栈。

    e.接下来是数字1,输出,总表达式为9 3 1,后面是符号“)”,此时,我们需要去匹配此前的“(”,所以栈顶依次出栈,并输出,直到“(”出栈为止。此时左括号上方只有“-”,因此输出“-”。总的表达式为9 3 1 -。

    f.接着是数字3,输出,总的表达式为9 3 1 - 3.紧接着是符号“*”,因为此时的栈顶符号为“+”号,优先级低于“*”,因此不输出,“*”进栈。

    g.之后是符号“+”,此时当前栈顶元素“*”比这个“+”的优先级高,因此栈中元素出栈并输出(没有比“+”更低的优先级,所以全部出栈),总输出表达式为9 3 1 - 3 * +。然后将当前这个符号“+”进栈。

    h.紧接着数字10,输出,总表达式为9 3 1 - 3 * + 10。后是符号“/”,所以“/”进栈。

    i.最后一个数字2,输出,总的表达式为9 3 1 - 3 * + 10 2。

    j.因已经到最后,所以将栈中符号全部出栈并输出。最终输出的后缀表达式结果为9 3 1 - 3 * + 10 2 / +。

3.后缀表达式计算结果(栈的应用)

   后缀表达式为:9 3 1 - 3 * + 10 2 / +

   规则为:从左到右遍历表达式的每个数字和符号,遇到是数字就进栈,遇到是符号,就将处于栈顶两个数字出栈,进行运算,运算结果进栈,一直到最终获得结果。

   a.初始化一个空栈。此栈用来对要运算的数字进行进出使用。

   b.后缀表达式中前三个是、都是数字,所以9 3 1 进栈。

   c.接下来是“-”,所以将栈中的1出栈作为减数,3出栈作为被减数,并运算3-1得到2,再讲2进栈。

   d.接着是数字3进栈。

   e.后面是“*”,也就意味着栈中3和2出栈,2与3相乘,得到6,并将6进栈。

   f.下面是“+”,所以栈中6和9出栈,9和6相加,得到15,将15进栈。

   g.接着是10和2两数字进栈。

   h.接下来是符号“/”,因此,栈顶的2与10出栈,10与2相除,得到5,将5进栈。

   i.最后一个是符号“+”,所以15与5出栈并相加,得到20,讲20进栈。

   j.结果是20出栈,栈变为空。

 

 

//下面的代码只是支持一些简单的整数的加减乘除运算,而且不支持浮点数,负数或者数字大于9的数字的运算,只是
//自己简单的写一个代码,将这个过程进行的简单验证,如果需要解决复杂的计算问题,可以上网查找资料来实现! 
#include
#include
#include
#include
using namespace std;

stack s; 
stack ss; 

int main()
{
    int len1, len2, len, i, j;
    string str1, str2;//str1为中缀表达式,str2为后缀表达式 
    while (1){
          //中缀表达式转换为后缀表达式 
          getline(cin, str1);
          len1 = str1.length();
          str2.clear(); 
          for (i = 0; i < len1; i++){
              if (str1[i] >= '0' && str1[i] <= '9') 
                 str2.push_back(str1[i]);
              else{
                   if (s.size() == 0 || str1[i] == '(')
                       s.push(str1[i]);
                   else{
                        char tmp1 = s.top();
                        if (str1[i] == ')'){
                            len = s.size(); 
                           while (len){
                                 char tmp = s.top(); 
                                s.pop();
                                if (tmp == '(')
                                    break;
                                else 
                                    str2.push_back(tmp); 
                                len--; 
                            } 
                        } 
                        else{
                             if (tmp1 == '*' || tmp1 == '/'){
                                 if (str1[i] == '*' || str1[i] == '/') 
                                     s.push(str1[i]);
                                 else{
                                      len = s.size(); 
                                      while (len){
                                          char tmp = s.top(); 
                                          str2.push_back(tmp);
                                          s.pop(); 
                                          len--; 
                                      }
                                      s.push(str1[i]);  
                                 } 
                             } 
                             else{
                                  s.push(str1[i]); 
                             } 
                        } 
                   }  
              } 
          }
          if (s.size() != 0){
              len = s.size(); 
              while (len){
                  char tmp = s.top(); 
                  str2.push_back(tmp);
                  s.pop(); 
                  len--; 
              } 
          } 
          cout << str2 << endl;
          //由后缀表达式计算结果 
          int temp1, temp2, temp3; 
          len2 = str2.length();
          for (i = 0; i < len2; i++){
              if (str2[i] >= '0' && str2[i] <= '9'){ 
                  int t = str2[i]-48; 
                  ss.push(t); 
              } 
              else{
                   temp1 = ss.top();
                   ss.pop();
                   temp2 = ss.top();
                   ss.pop(); 
                   if (str2[i] == '+'){
                       temp3 = temp2 + temp1; 
                   }
                   else if (str2[i] == '-'){
                        temp3 = temp2 - temp1; 
                   }
                   else if (str2[i] == '*'){
                        temp3 = temp2 * temp1; 
                   }
                   else if (str2[i] == '/'){
                        temp3 = temp2 / temp1; 
                   }
                   ss.push(temp3); 
              }
          }
          cout << ss.top() << endl; 
    } 
    
    system("pause");
}


 

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