面试经典150题——逆波兰表达式求值

Man cannot live like a beast, he should pursue knowledge and virtue. -- Dante

green mountain across body of water

1. 题目描述

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2.  题目分析与解析

2.1 思路一

这个波兰式我记得在之前上编译原理的时候学过,是对输入的代码进行解析用的。可能有一部分读者对于波兰表达式并不太熟悉,我按照题目给的一个例子来解释一下:

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比如对于上述测试用例,遍历tokens,发现2,说明它是一个操作数,继续向后走,发现1,说明是另一个操作数,然后发现 +,说明此时需要进行 2+1的操作,这个结果 =3,它又相当于一个操作数。

继续向后,发现3,当作第二个操作数,然后发现 *,进行运算,将结果又当作一个操作数。但是因为已经没有后续运算了,所以 3*3=9,9就是结果输出。

其实经过一个测试用例,应该就能很快想到使用栈来解决。因为每发现一个运算符号,就说明就要对前面的操作数进行运算了,就相当于入栈时发现入栈的元素是运算符号,就弹出两个运算数进行运算,并将新的运算结果放入栈作为一个新的运算数。

当然题目提示了:

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如果没有提示该内容,我们还需要考虑各种运算优先符,比如:(),[],{},对于这种情况就需要对左右括号进行匹配,然后取出内部内容进行运算,我们这里就不考虑了。

代码思路

  1. 定义一个栈,用来存储运算

  2. 遍历tokens

    • 当发现当前入栈元素为数字,就入栈

    • 当发现当前入栈元素是操作符,就取出两个栈中的操作数进行运算,并将运算结果放入栈

  3. 遍历结束,栈顶元素就是结果

虽然能accept,但是效果并不好

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(最后看了下官方,发现思路没什么问题,但是在判断是否为数字的过程我本来使用的是正则表达式:

tokens[i].matches("-?\\d+")

获得上述效果,但是官方用的是:

image-20240305103040462

因为这个原因导致了判定是否数字可能效率很低,如果上述思路也使用isNumber能获得如下结果:

image-20240305103025529

)

2.2 思路二

下面一种方法是对于栈空间的优化,引自力扣官方,可以看看:

image-20240305103501317

recording

后面3.2贴上带解析的代码。

3. 代码实现

3.1 思路一

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3.2 思路二

image-20240305105746437

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4. 相关复杂度分析

分析时间复杂度:

  1. evalRPN方法:

    • 时间复杂度:O(n),其中 n 为 tokens 数组的长度。因为需要遍历 tokens 数组,对于每个元素进行入栈、出栈或运算操作,都是常数时间复杂度的操作。

  2. evalRPN方法(使用isNumber):

    • 时间复杂度:同样是 O(n),因为整体操作与 evalRPN 方法相同,只是在判断是否为数字时,使用了自定义的 isNumber 方法,但这并不改变时间复杂度。

  3. evalRPN3方法:

    • 时间复杂度:同样是 O(n),因为整体操作与 evalRPN 方法相似,但是使用了数组模拟栈,数组的大小为 (n + 1) / 2,而且每个元素只入栈或出栈一次,所以时间复杂度与 evalRPN 方法相同,都是线性时间复杂度。

分析空间复杂度:

  1. evalRPN方法:

    • 空间复杂度:O(n),主要是由栈的空间消耗决定的,栈的最大空间不超过 n/2 + 1,但因为其他常数因素,可以简化为 O(n)。

  2. evalRPN方法(使用isNumber):

    • 空间复杂度:与 evalRPN 方法相同,仍然是 O(n)。

  3. evalRPN3方法:

    • 空间复杂度:这里使用数组模拟栈,数组的大小为 (n + 1) / 2,因此空间复杂度为 O(n)。

综上所述,三种方法的时间复杂度都是 O(n),空间复杂度也都是 O(n),其中 n 为 tokens 数组的长度。

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