面试算法：利用堆栈计算逆向波兰表达式

Posted 2020-08-31 tyler_download

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给定一个四则运算表达式的字符串，如果该表达式满足逆向波兰表达式，那么该字符串要满足以下条件：

1： 该表达式含有一个数字字符或一串数字字符。

2：它拥有给定格式，如”A, B, 。“，其中A,B是逆向波兰表达式，句号。表示的是四种运算符”+,-,*,/”其中之一。

例如字符串“3，4，*，1，2，+，+”就满足逆向波兰表达式，该表达式的值为：3 * 4 + (1+2) = 15.

给定一个逆向波兰表达式，要求计算该表达式的值。

处理算法题时，选择合适的数据结构，相当于把问题解决掉了一大半。处理逆向波兰表达式最好的数据结构是堆栈，算法如下:

1, 如果当前字符是数字，那么把数字压入堆栈。

2, 如果当前字符是运算符，那么从堆栈中弹出两个元素，做相应计算，然后把结果压入堆栈

3, 当所有字符处理完毕后，堆栈上包含的数值就是表达式的值。

我们根据给定例子，把上面的算法走一遍。
第一个字符是数字字符3，所以压入堆栈：
char: 3
stack: 3

第二个字符是数字4，所以压入堆栈
char: 3, 4
stack: 3, 4

第三个字符是运算符，因此把堆栈上头的两个元素弹出，做相应计算,然后把结果压入堆栈：

char: 3, 4, *
stack：12

第四个字符是数字，因此压入堆栈：
char: 3, 4, *, 1
stack: 12, 1

第五个字符是数字2，因此压入堆栈：
char: 3, 4, * , 1, 2
stack: 12, 1, 2

第六个字符是运算符，因此弹出堆栈顶部的两个元素做相应计算
char: 3, 4, *, 1, 2, +
stack: 12, 3

第七个字符是运算符，因此弹出堆栈顶部两个元素做计算：
char: 3, 4, *, 1, 2, +, +
stack: 15

到此字符处理完毕，堆栈上的数值15就是表达式的结果。我们再看看相应的代码实现：

import java.util.Stack;


public class ReversePolishExpr {
    private String expression;
    Stack<Integer> stack = new Stack<Integer>();

    public ReversePolishExpr(String expr) {
        this.expression = expr;
    }

    public int calculation() throws Exception {
        String[] exprs = expression.split(",");

        for (int i = 0; i < exprs.length; i++) {
            if (isOperator(exprs[i]) && stack.size() < 2) {
                throw new Exception("Expression error");
            }

            if (isOperator(exprs[i])) {
                doCalculation(exprs[i]);
            }
            else {
                stack.push(Integer.valueOf(exprs[i]));  
            }

        }

        return stack.pop();
    }


    private boolean isOperator(String c) {
        if (c.equals("+") == true || c.equals("-") == true  ||
                c.equals("*") == true || c.equals("/") == true) {
            return true;
        }

        return false;
    }

    private void doCalculation(String c) {
        int op1 = stack.pop();
        int op2 = stack.pop();

        switch (c) {
        case "+":
            stack.push(op1 + op2);
            break;
        case "-":
            stack.push(op1 - op2);
            break;
        case "*":
            stack.push(op1*op2);
            break;
        case "/":
            stack.push(op1/op2);
            break;
        }
    }
}

上面代码实现的正是前头说明的算法步骤，我们先把含有逗号分隔的字符串分成相应部分，在for循环中判断，如果遇到的是数字，那么把它压入堆栈，如果遇到的是运算符，那么把数字从堆栈上弹出，做相应计算，把计算结果再压入堆栈。最后我们再看看主入口函数：

public class StackAndQuque {
    public static void main(String[] args) {
        ReversePolishExpr rp = new ReversePolishExpr("3,4,*,1,2,+,+");
        try {
            System.out.println("The result of reverse polish express is " + rp.calculation());
        } catch (Exception e) {
            // TODO Auto-generated catch block
            e.printStackTrace();
        }
    }
}

运行上面代码后得到的输出结果是：
The result of reverse polish express is 15

也就是说，给定的逆向波兰表达式的结果确实是15，也就是说，我们代码对算法的实现应该是正确的。

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