栈的应用(表达式求值)

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栈的应用(表达式求值)

文章目录

  • 三种表达式的形式
  • 中缀表达式 转 后缀表达式
    • 手算方法
    • 机算
  • 中缀表达式 转 前缀表达式
    • 手算方法
    • 机算
  • 总结

算数表达式由三部分组成:操作数、运算符、界限符(界限符是必不可少的,反映了计算的先后顺序)

三种表达式的形式

首先要分清三种表达式的写法,这是所有计算的基础:
注意:数字出现的左右先后顺序不能改变。

表达式类型定义示例(1+2 )和 (3+4)*5)特点
中缀表达式(Infix)运算符在两个操作数中间1 + 2
(3 + 4) * 5
人类习惯,但计算机难处理(需处理括号和优先级)。
后缀表达式(逆波兰,RPN)运算符在两个操作数之后1 2 +
3 4 + 5 *
无括号,运算符按出现顺序处理,计算机最爱。较多
前缀表达式(波兰,PN)运算符在两个操作数之前+ 1 2
* + 3 4 5
较少使用。

中缀表达式 转 后缀表达式

手算方法

中缀转后缀的手算方法:
①确定中缀表达式中的各个运算符的运算顺序(运算顺序不唯一,因此对应的后缀表达式也不唯一)
②选择下一个运算符,按照【左操作符 右操作符 运算符】的方式组合成一个新的操作数;
③如果还有运算符没被处理,就继续②
“左优先”原则:只要左边的运算符能先计算,就优先算左边的(可保证运算顺序唯一)


后缀表达式的手算方法:
从左往右扫描,每遇到一个运算符,就让运算符前面最近的两个操作数执行对应运算,合体为一个操作数。
注意:两个操作数的左右顺序。

机算

如手算的所示体现出来的特点
最后出现的操作数先被运算(即后进先出 LIFO)

后缀表达式的计算(机算)
用栈实现后缀表达式的计算:
①从左往右扫描下一个元素,直到处理完所有元素;
②若扫描到操作数则压入栈,并返回到①;否则执行③;
③若扫描到运算符,则弹出两个栈顶元素,执行相应的运算,运算结果回栈(压回栈顶),回到①;

注意:(后缀表达式的机算)先出栈的是“右操作数”

如图所示,A+B运算出结果后,则结果回栈(压回栈顶)。
若表达式合法,则最后栈中只会留下一个元素,其就是最终结果

中缀表达式 转 前缀表达式

手算方法

中缀转前缀的手算方法:
①确定中缀表达式中的各个运算符的运算顺序(运算顺序不唯一,因此对应的后缀表达式也不唯一)
②选择下一个运算符,按照【 运算符 左操作符 右操作符 】的方式组合成一个新的操作数;
③如果还有运算符没被处理,就继续②
“右优先”原则:只要右边的运算符能先计算,就优先算右边的(可保证运算顺序唯一)

机算

前缀表达式的计算(机算)
用栈实现前缀表达式的计算:
①从右往左扫描下一个元素,直到处理完所有元素;
②若扫描到操作数则压入栈,并返回到①;否则执行③;
③若扫描到运算符,则弹出两个栈顶元素,执行相应的运算,运算结果回栈(压回栈顶),回到①;

注意:(前缀表达式的机算)先出栈的是“左操作数”

总结

下图为手算的运算优先原则。
将中缀转后缀时:符号运算左优先,
将后缀转中缀时:从左到右(也可以理解为左优先,但右边是不可行的,因为运算符在右边)
中缀转前缀,前缀转中缀同理。

机算时:

  • 后缀:先出栈的为右操作数
  • 前缀:先出栈的为左操作数