漫谈栈队列及后缀表达式,后缀中缀表达式间的转换

1.栈是限制插入和删除只能在一个位置上进行的表,该位置是表的末端,叫做栈的顶。
        对栈的操作有进栈和出栈,而基本上也只有这两种操作。

漫谈栈队列及后缀表达式,后缀中缀表达式间的转换_第1张图片
2.栈的实现
        由于栈是一个表,因此任何实现表的方法都能实现栈。
第一种(链表实现):单链表,通过在表的顶端元素插入实现push,通过删除表顶端元素实现pop。
第二种(数组实现):避免了链,而是追求更好的解决方案。
3.应用:后缀表达式
import java.util.Stack;

//计算6 5 2 3 + 8 * + 3 + *    ( (2 + 3) * 8 + 5 + 3 ) * 6
/**
 * 计算后缀表达式,假定操作数都是常量
 * */
public class PostfixEvaluator {
	/** 栈 */
	private Stack stack;
	/** 创建一个新栈 */
	public PostfixEvaluator() {
		stack = new Stack();
	}

	/**
	 * 从左到右扫描表达式,以此标识出每个符号(操作数或操作符)。如果是操作数, 则把它压入栈中。如果是操作符,则从栈中弹出两个元素,
	 * 并把该操作符应用在这两个元素上,然后把操作结果压入栈中。 当到达表达式的末尾时,栈中所剩域的元素就是该表达式的计算结果。
	 * 
	 * @param expr 后缀表达式
	 * @return int 后缀表达式的值
	 * */
	public int evaluate(String expr){
		int op1 , op2 , result = 0;
		String operator;
		//将字符串分解. \\s匹配任何空白字符,包括空格、制表符、换页符等。 
		String[] takeoperator = expr.split("\\s");//将去掉空格的表达式存入数组中
		for(int i = 0 ; i < takeoperator.length ; i++){
			operator = takeoperator[i];
			if(isOperator(operator)){//判断是该操作符后,使需要被操作的两个数出栈  
                op2 = stack.pop();
                op1 = (stack.pop()).intValue(); //将Integer类型转化为int类型
                result = evalSingleOp (operator.charAt(0) , op1 , op2);//计算结果  
                stack.push(new Integer(result));//把计算结果压入栈中  
            }else {  
                stack.push(new Integer(Integer.parseInt(operator)));//压入操作数  
            } 
		}
		return result;
	}
	/**
	 * 计算
	 * 
	 * @param1 op1 第一个操作数
	 * @prama2 op2第二个操作数
	 * @return 计算的结果
	 * */
	private int evalSingleOp(char operator, int op1, int op2) {
		int result = 0;
		switch (operator) {
		case '+':
			result = op1 + op2;
			break;
		case '-':
			result = op1 - op2;
			break;
		case '*':
			result = op1 * op2;
			break;
		case '/':
			result = op1 / op2;
			break;
		}
		return result;
	}

	/**
	 * 判断是否为操作符
	 * 
	 * @param token
	 * @return boolean
	 * */
	private boolean isOperator(String operator) {
		return operator.equals("+") || operator.equals("-")
				|| operator.equals("*") || operator.equals("/");
	}
}
测试类
import java.util.Scanner;

public class PostfixEvaluatorTest {
	public static void main(String[] args) {
		String expression, again;
		int result;
		try {
			@SuppressWarnings("resource")
			Scanner in = new Scanner(System.in);
			do {
				PostfixEvaluator evaluator = new PostfixEvaluator();
				System.out.println("请输入一个后缀表达式");
				expression = in.nextLine();
				result = evaluator.evaluate(expression);
				System.out.println();
				System.out.println("计算结果为:" + result);
				System.out.println("计算另外一个表达式[Y/N]?:");
				again = in.nextLine();
				if (again.equalsIgnoreCase("n")) {
					System.out.println("计算退出!");
				}
				System.out.println();
			} while (again.equalsIgnoreCase("y"));
		} catch (Exception e) {
			e.printStackTrace();
			System.out.println("输入异常,请正确输入后缀表达式,并以空格区分");
		}

	}
}
下面对一些用的并不熟练的方法做下记录:
1.charAt(int index)
    返回指定所引出的char值。索引范围从0 -- length() -1。序列的第一个char值在索引0处,第二个索引在1处,以此类推。
2.intValue()
    将Integer类型转化为int类型
    这时候就不得不提到另一个方法:valueOf(),是将基本数据类型转化为String的static方法,有多个重载方法。
    String.valueOf(boolean b) : 将 boolean 变量 b 转换成字符串
    String.valueOf(char c) : 将 char 变量 c 转换成字符串
    String.valueOf(char[] data) : 将 char 数组 data 转换成字符串
    String.valueOf(char[] data, int offset, int count) :
    将 char 数组 data 中 由 data[offset] 开始取 count 个元素 转换成字符串
    String.valueOf(double d) : 将 double 变量 d 转换成字符串
    String.valueOf(float f) : 将 float 变量 f 转换成字符串
    String.valueOf(int i) : 将 int 变量 i 转换成字符串
    String.valueOf(long l) : 将 long 变量 l 转换成字符串
    String.valueOf(Object obj) : 将 obj 对象转换成 字符串, 等于 obj.toString() 

3.中缀到后缀的转换
栈不仅可以用来计算后缀表达式的值,还可以用栈将一个标准形式的表达式转换成后缀式。
假设中缀式 a + b * c + ( d * e + f ) * g  正确答案为 adc * + de * f + g * +
漫谈栈队列及后缀表达式,后缀中缀表达式间的转换_第2张图片
import java.util.ArrayList;
import java.util.List;
import java.util.Stack;
//转自http://blog.csdn.net/linminqin/article/details/6838026
public class ExpressionTest {
	/**
	 * 优先级比较
	 * 
	 * @param operator1
	 *            比较值
	 * @param operator2
	 *            被比较值
	 * @return 小于等于返回false,大于返回true
	 */
	public boolean comparePrior(String operator1, String operator2) {
		if ("(".equals(operator2)) {
			return true;
		}
		if ("*".equals(operator1) || "/".equals(operator1)) {
			if ("+".equals(operator2) || "-".equals(operator2)) {
				return true;
			}
		}
		return false;
	}
	/**
	 * 转为后缀表达式: 1、如果是"("直接压入stack栈。
	 * 2、如果是")",依次从stack栈弹出运算符加到数组newExpressionStrs的末尾,知道遇到"(";
	 * 3、如果是非括号,比较扫描到的运算符,和stack栈顶的运算符。如果扫描到的运算符优先级高于栈顶运算符则,把运算符压入栈。否则的话,
	 * 就依次把栈中运算符弹出加到数组newExpressionStrs的末尾
	 * ,直到遇到优先级低于扫描到的运算符或栈空,并且把扫描到的运算符压入栈中。就这样依次扫描
	 * ,知道结束为止。如果扫描结束,栈中还有元素,则依次弹出加到数组newExpressionStrs的末尾,就得到了后缀表达式。
	 * 
	 * @param expressionStrs
	 * @return
	 */
	public String[] toSuffixExpression(String[] expressionStrs) {
		// 新组成的表达式
		List newExpressionStrs = new ArrayList();
		Stack stack = new Stack();
		for (int i = 0; i < expressionStrs.length; i++) {
			if ("(".equals(expressionStrs[i])) { // 如果是左括号,则入栈
				stack.push(expressionStrs[i]);
			} else if ("+".equals(expressionStrs[i])
					|| "-".equals(expressionStrs[i])
					|| "*".equals(expressionStrs[i])
					|| "/".equals(expressionStrs[i])) {
				if (!stack.empty()) { // 取出先入栈的运算符
					String s = stack.pop();
					if (comparePrior(expressionStrs[i], s)) { // 如果栈值优先级小于要入栈的值,则继续压入栈
						stack.push(s);
					} else { // 否则取出值
						newExpressionStrs.add(s);
					}
				}
				stack.push(expressionStrs[i]);
			} else if (")".equals(expressionStrs[i])) { // 如果是")",则出栈,一直到遇到"("
				while (!stack.empty()) {
					String s = stack.pop();
					if (!"(".equals(s)) {
						newExpressionStrs.add(s);
					} else {
						break;
					}
				}
			} else {
				newExpressionStrs.add(expressionStrs[i]);
			}
		}
		while (!stack.empty()) {
			String s = stack.pop();
			newExpressionStrs.add(s);
		}
		return newExpressionStrs.toArray(new String[0]);
	}


	public static void main(String[] args) {
		// 前台传过来的字符格式,所以测试也写成这个格式
		String expressionStr = "5;+;(;4;-;5;+;1;);-;4;+;(;6;-;5;+;3;);+;2;";
		// 分割成表达式数组
		String[] expressionStrs = expressionStr.split(";");
		String[] newExpressionStrs = new ExpressionTest()
				.toSuffixExpression(expressionStrs);
		for (int i = 0; i < newExpressionStrs.length; i++) {
			System.out.print(newExpressionStrs[i]);
		}


		System.out.println();


		expressionStr = "5;+;(;4;-;5;*;1;);-;4;/;(;6;*;5;+;3;);/;2;";
		expressionStrs = expressionStr.split(";");
		newExpressionStrs = new ExpressionTest()
				.toSuffixExpression(expressionStrs);
		for (int i = 0; i < newExpressionStrs.length; i++) {
			System.out.print(newExpressionStrs[i]);
		}
	}
}
4.栈溢出
    在正常情况下我们不应该越出栈空间,一方面发生这种情况通常是失控递归的指向引起的,另一方面,某些合法的并且表面上没有问题的程序也可能越出栈空间,比如要存储很大活动记录的栈导致的栈崩溃,就是因为没有考虑到信息量过大的问题。

漫谈栈队列及后缀表达式,后缀中缀表达式间的转换_第3张图片

1.队列和栈一样也是表,然而在使用队列的时候插入在一端进行而删除也在另一端进行
    队列的基本操作是enqueue(入队),是在表的末端(叫做队尾rear)插入一个元素,和dequeue(出队),是删除并返回在表的开头的元素。
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2.队列的应用(部分)

漫谈栈队列及后缀表达式,后缀中缀表达式间的转换_第5张图片

3.总结队列:

        队列通常(但并非一定)以 FIFO(先进先出)的方式排序各个元素。不过优先级队列和 LIFO 队列(或堆栈)例外,前者根据提供的比较器或元素的自然顺序对元素进行排序后者按 LIFO(后进先出)的方式对元素进行排序。无论使用哪种排序方式,队列的头都是调用 remove() 或 poll()所移除的元素。在 FIFO 队列中,所有的新元素都插入队列的末尾。其他种类的队列可能使用不同的元素放置规则。每个 Queue 实现必须指定其顺序属性。

        如果可能,offer方法可插入一个元素,否则返回 false。这与 Collection.add方法不同,该方法只能通过抛出未经检查的异常使添加元素失败。offer方法设计用于正常的失败情况而不是出现异常的情况,例如在容量固定(有界)的队列中。

        remove()  poll() 方法可移除和返回队列的头。到底从队列中移除哪个元素是队列排序策略的功能,而该策略在各种实现中是不同的。remove() poll() 方法仅在队列为空时其行为有所不同:remove() 方法抛出一个异常,而 poll() 方法则返回 null

        element( ) 和 peek( ) 返回,但不移除,队列的头。

    Queue 接口并未定义阻塞队列的方法,而这在并发编程中是很常见的。BlockingQueue接口定义了那些等待元素出现或等待队列中有可用空间的方法,这些方法扩展了此接口。

    Queue 实现通常不允许插入 null 元素,尽管某些实现(如LinkedList)并不禁止插入 null。即使在允许 null 的实现中,也不应该将 null 插入到 Queue中,因为 null 也用作 poll 方法的一个特殊返回值,表明队列不包含元素。

    Queue 实现通常未定义 equals 和 hashCode 方法的基于元素的版本,而是从 Object 类继承了基于身份的版本,因为对于具有相同元素但有不同排序属性的队列而言,基于元素的相等性并非总是定义良好的。

漫谈栈队列及后缀表达式,后缀中缀表达式间的转换_第6张图片

PS:到这里。。。表这一章算是基本结束了,但最近在学习树的时候毫无头绪,又找了其他的pdf看,发现表,栈,队列的内容不太一样,都是从不同角度进行的讲述。也有在认真的学,之后会把其他地方漏掉的地方补上,希望能够更全面的掌握数据结构。。。看到我的总结的内容的大神们。。觉得总结的如何,有没有能值得回味的地方,希望能私信我文章不足的地方,让我得以改正。。不得不承认代码写的不太多。。。有的地方理解不够深刻,还是希望自己能够反复咀嚼琢磨。

下面放上在网上看到的其他人总结的内容。。不得不说条理要清晰的多。。

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(转)图解数据结构(2)——栈

四、栈(Stack)
    前一篇讲解了最基本的东西,这篇就稍微前进一点点,讲一下栈,栈在英文中叫Stack,翻译成中文又叫“堆栈”,但决不能称为“堆”,这个要搞清楚,我们说的“栈”和“堆栈”指的都是Stack这种数据结构,但“堆”却是另外一个概念了,这里且不提。
    栈最大特点是先进后出,如图:

漫谈栈队列及后缀表达式,后缀中缀表达式间的转换_第7张图片

    可以看出,栈有几个最常见的方法,或者说必备的方法,Push,Pop和Top,即进栈,出栈和取最顶元素。从代码上看,栈如何实现呢?用数组好还是用单向链表好呢?其实都可以,我下面的例子是用数组实现的。

    说了那么多,栈有什么用呢?下面就举一个最经典的例题——逆波兰表达式(RPN,Reversed Polish Notation)的求解。
    什么是逆波兰表达式?我们表述一个算式通常是这样:X+Y,即:“操作数1 操作符 操作数2”,当然也有比较特别的,比如“sqrt(N)”,sqrt是操作符,N是操作数,而逆波兰表达式则很统一,先操作数,后操作符,为什么叫“逆波兰表达式”?因为有一个波兰人发明了波兰表达式,而逆的波兰表达式就叫“逆波兰表达式”了。看下图就能很好理解了

漫谈栈队列及后缀表达式,后缀中缀表达式间的转换_第8张图片

    所有的算式都可以用逆波兰表达式写出来,只是我这里的举例是为了方便起见,限制在整数的四则运算里。
    那假如现在我们有一个逆波兰表达式,那我们如何求出它的值呢?这里我们的“栈”就要派上用场了,由于操作数在操作符前面,所以我们按顺序遍历这个表达式,遇到操作数的时候进栈,遇到操作符时候让操作数出栈并运算,然后把运算结果进栈。过程如下图所示:  

漫谈栈队列及后缀表达式,后缀中缀表达式间的转换_第9张图片
    遇到第一个操作符,“+”的时候,由于需要两个操作数,所以出栈两次,4和3出栈,执行加法运算,结果是7,7进栈……依此类推。

#include "stdio.h"
struct Cell
{
int iType; // 0 - number, 1 - '+', 2 - '-', 3 - '*', 4 - '/'
int iData;
};
class Stack
{
public:
Stack(int iAmount = 10);
~Stack();

//return 1 means succeeded, 0 means failed.
int Pop(int& iVal);
int Push(int iVal);
int Top(int& iVal);
private:
int *m_pData;
int m_iCount;
int m_iAmount;
};

Stack::Stack(int iAmount)
{
m_pData = new int[iAmount];
m_iCount = 0;
m_iAmount = iAmount;
}

Stack::~Stack()
{
delete m_pData;
}

int Stack::Pop(int& iVal)
{
if(m_iCount>0)
{
--m_iCount;
iVal = m_pData[m_iCount];
return 1;
}
return 0;
}

int Stack::Push(int iVal)
{
if(m_iCount0 && m_iCount<=m_iAmount)
{
iVal = m_pData[m_iCount-1];
return 1;
}
return 0;
}

int main(int argc, char* argv[])
{
//12 3 4 + * 6 - 8 2 / +
Cell rpn[11] = {
0, 12,
0, 3,
0, 4,
1, 0,
3, 0,
0, 6,
2, 0,
0, 8,
0, 2,
4, 0,
1, 0};

Stack st;

// I won't check the return value for this is just a demo.
int i, iOpt1, iOpt2;
for(i=0; i



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