中缀表达式转换成后缀表达式

866 阅读4分钟

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