前言:四则运算,大家都不陌生,在上小学的时候,数学中学到过的知识,那么如何在程序中实现呢?下面,我们就用程序来实现9+(3-2)*(5-3)/4*3,这个算式的值。计算的时候,有一个规则”先乘除,后加减,从左到右,先括号内后括号外“。
其优先级就是 加减<乘除<括号
这个算式,我们可以很轻松的计算出它的值等于10.5。这是我们常用的四则表达式,又叫做中缀表达式。这种计算的复杂之处在与乘除在加减之后,并且还有括号,放在程序里的判断,就复杂了,那么如何简化呢?伟大的科学家想到了好的处理办法,
一、逆波兰(Reverse Polish Notation,RPN):一种不需要括号的后缀表达法,我们也称之为逆波兰。
上面的四则运算表达式,转换未后缀表达法之后,变为 9 3 2 - * 5 3 - 4 / 3 * +,叫后缀的原因所有的符号都是在要运算数字的后面出现。
如何实现由中缀表达式转化未后缀表达式呢?
规则:依次从左向右遍历表达式,若是数字加入到集合;若是符号,则需要判断其与栈顶符号的优先级,如果当前元素是右括号或优先级较低的符号,则栈顶的元素一次出栈并输出,并将当前符号进栈;如果当前元素和栈顶的元素优先级相同,将栈顶的同级元素依次出栈。
实现代码:
string str = "9+(3-2)*(5-3)/4*3";
string cz = ")+-"; //需要出栈的操作
string rz = "(*/"; //入栈的符号
string hig = "*/"; //优先级高的
string zkh = "("; //左括号
string ykh = ")"; //右括号
Stack stack = new Stack();
int lj = str.Length - 1;
ArrayList list = new ArrayList();
//从左到右遍历中缀表达式的每个数字和符号,
for (int i = 0; i < str.Length; i++)
{string item = str.Substring(i, 1);//1、若是数字输出,即成为后缀表达式的一部分;if (digital.Contains(item)){Console.Write($"{item}\t");list.Add(item);}else{//若是符号if (rz.Contains(item) || stack.Count == 0){if (stack.Count > 0){string chr = (string)stack.Pop();if (hig.Contains(chr)){list.Add(chr);Console.Write($"{chr}\t");}else{stack.Push(chr);}}stack.Push(item);}else{//优先级低与栈顶符号(乘除优先加减)则栈顶元素依次出栈并输出if (ykh.Contains(item)){while (stack.Count > 0){string zk = (string)stack.Pop();if (zkh.Contains(zk)){break;}list.Add(zk);Console.Write($"{zk}\t");}continue;}if (cz.Contains(item)){string chr = (string)stack.Pop();if (hig.Contains(chr)){list.Add(chr);Console.Write($"{chr}\t");while (stack.Count > 0){string ab = (string)stack.Pop();list.Add(ab);Console.Write($"{ab}\t");}}else{stack.Push(chr);}stack.Push(item);continue;}stack.Push(item);}}if (lj == i){while (stack.Count > 0){string ab = (string)stack.Pop();list.Add(ab);Console.Write($"{ab}\t");}}}Console.WriteLine();for(var i= 0; i < list.Count; i++){string a = list[i].ToString();Console.Write($"{a} \t");}
二、由上面计算得到后缀表达式,那么如何使用栈来计算这个表达式呢?
计算规则:依次遍历后缀表达式,如果是数字,则入栈,如果是符号,则将栈顶的两个元素出栈,进行计算,计算完成之后,将结果入栈。
代码如下:
string digital = "0123456789";
Stack calcStack = new Stack();
foreach(var item in list)
{//如果是数字,入栈if (digital.Contains(item.ToString())){calcStack.Push(item);}else{//如果是符号,则把栈顶的两个数字出栈,进行计算,入栈。string clfh = item.ToString();double hz1, hz2;double.TryParse(calcStack.Pop().ToString(), out hz2);double.TryParse(calcStack.Pop().ToString(), out hz1);double result = GetResult(hz1, hz2, clfh);calcStack.Push(result);}
}
Console.WriteLine();
Console.WriteLine();
while (calcStack.Count > 0)
{Console.WriteLine($"{str} = {calcStack.Pop()}");
}
private static double GetResult (double ca1, double ca2,string fh)
{if(fh=="+")return ca1 + ca2;else if(fh=="-")return ca1 - ca2;else if(fh== "*")return ca1 * ca2;elsereturn ca1 / ca2;
}
备注:其中逆波兰解释,来自《大话数据结构》一书。
PS:当前代码计算小于10的四则运算。
欢迎大家批评指正,小可不胜感激。