逆波兰式_百度百科

逆波兰式

后缀表达式
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逆波兰式(Reverse Polish Notation,RPN,或逆波兰记法),也叫后缀表达式(将运算符写在操作数之后)。
中文名
逆波兰式
外文名
Reverse Polish notation,RPN [1]
又    称
后缀表达式
使用方式
运算符写在操作数之后

算法定义

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一个表达式E的后缀形式可以如下定义:
(1)如果E是一个变量或常量,则E的后缀式是E本身。
(2)如果E是E1 op E2形式的表达式,这里op是任何二元操作符,则E的后缀式为E1'E2' op,这里E1'和E2'分别为E1和E2的后缀式。
(3)如果E是(E1)形式的表达式,则E1的后缀式就是E的后缀式。
如:我们平时写a+b,这是中缀表达式,写成后缀表达式就是:ab+
(a+b)*c-(a+b)/e的后缀表达式为:
(a+b)*c-(a+b)/e
→((a+b)*c)((a+b)/e)-
→((a+b)c*)((a+b)e/)-
→(ab+c*)(ab+e/)-
→ab+c*ab+e/-

算法作用

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实现逆波兰式的算法,难度并不大,但为什么要将看似简单的中缀表达式转换为复杂的逆波兰式?原因就在于这个简单是相对人类的思维结构来说的,对计算机而言中序表达式是非常复杂的结构。相对的,逆波兰式在计算机看来却是比较简单易懂的结构。因为计算机普遍采用的内存结构是栈式结构,它执行先进后出的顺序。

算法实现

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将一个普通的中缀表达式转换为逆波兰表达式的一般算法是:
首先需要分配2个栈,一个作为临时存储运算符的栈S1(含一个结束符号),一个作为存放结果(逆波兰式)的栈S2(空栈),S1栈可先放入优先级最低的运算符#,注意,中缀式应以此最低优先级的运算符结束。可指定其他字符,不一定非#不可。从中缀式的左端开始取字符,逐序进行如下步骤:
(1)若取出的字符是操作数,则分析出完整的运算数,该操作数直接送入S2栈。
(2)若取出的字符是运算符,则将该运算符与S1栈栈顶元素比较,如果该运算符(不包括括号运算符)优先级高于S1栈栈顶运算符(包括左括号)优先级,则将该运算符进S1栈,否则,将S1栈的栈顶运算符弹出,送入S2栈中,直至S1栈栈顶运算符(包括左括号)低于(不包括等于)该运算符优先级时停止弹出运算符,最后将该运算符送入S1栈。
(3)若取出的字符是“(”,则直接送入S1栈顶。
(4)若取出的字符是“)”,则将距离S1栈栈顶最近的“(”之间的运算符,逐个出栈,依次送入S2栈,此时抛弃“(”。
(5)重复上面的1~4步,直至处理完所有的输入字符
(6)若取出的字符是“#”,则将S1栈内所有运算符(不包括“#”),逐个出栈,依次送入S2栈。
完成以上步骤,S2栈便为逆波兰式输出结果。不过S2应做一下逆序处理。便可以按照逆波兰式的计算方法计算了!

计算方法

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新建一个表达式,如果当前字符为变量或者为数字,则压栈,如果是运算符,则将栈顶两个元素弹出作相应运算,结果再入栈,最后当表达式扫描完后,栈里的就是结果。

算法举例

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下面以(a+b)*c为例子进行说明:
(a+b)*c的逆波兰式为ab+c*,假设计算机把ab+c*按从左到右的顺序压入栈中,并且按照遇到运算符就把栈顶两个元素出栈,执行运算,得到的结果再入栈的原则来进行处理,那么ab+c*的执行结果如下:
(1)a入栈(0位置)
(2)b入栈(1位置)
(3)遇到运算符“+”,将a和b出栈,执行a+b的操作,得到结果d=a+b,再将d入栈(0位置)
(4)c入栈(1位置)
(5)遇到运算符“*”,将d和c出栈,执行d*c的操作,得到结果e,再将e入栈(0位置)
经过以上运算,计算机就可以得到(a+b)*c的运算结果e了。
逆波兰式除了可以实现上述类型的运算,它还可以派生出许多新的算法,数据结构,这就需要灵活运用了。逆波兰式只是一种序列体现形式。

算法图示

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其中△代表一个标识,ω代表预算法,名字Q代表变量(如int a,b等),
算法用到三个栈:a栈,b栈,in栈。
其中a栈用来存储逆波兰式,b用来存储△号和运算符,in栈为输入栈。
第一竖排为b栈中符号,第一横排为输入栈中符号。
pop(in)为输入栈栈顶元素出栈,pop(a,Q)为Q入a栈,NEXT算法即为进行下一轮循环,其中ω1
算法开始时,现将△如b栈,输入栈以#号结尾。
输入流
b[s-1]
名字Q
(
ω2
)
#
POP(in);
PUSH(a,Q)
NEXT
POP(in);
PUSH(b,△)
NEXT
POP(in)
PUSH(b,ω2)
NEXT
POP(in)
POP(b,B)
NEXT
STOP
ω1
POP(in)
PUSH(a,Q)
NEXT
POP(in)
PUSH(b,△)
NEXT
若ω1
POP(in)
PUSH(b,ω2)
NEXT
若ω1≥ω2,则POP(in)
POP(b,B),
PUSH(a,B)
POP(b,B)
PUSH(a,B)
POP(b,B)
PUSH(a,B)

程序实现

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C/C++语言版
//#include<iostream> #include <stdlib.h> #include <stdio.h> #include <stack> #include <math.h> #include <string.h> #definemax100 usingnamespacestd; char ex[max]; /*存储后缀表达式*/ voidtrans() { /*将算术表达式转化为后缀表达式*/ char str[max]; /*存储原算术表达式*/ char stack[max]; /*作为栈使用*/ char ch; int sum, i, j, t, top = 0; printf("*****************************************\n"); printf("*输入一个求值的表达式,以#结束。*\n"); printf("******************************************\n"); printf("算数表达式:"); i = 0; /*获取用户输入的表达式*/ do { i++; //cin>>str[i];/*此步我用的是C++C语言的话在后面之所以用这个有一点区别都*/ scanf("%c", &str[i]); } while (str[i] != '#' && i != max); sum = i; t = 1; i = 1; ch = str[i]; i++; // while (ch != '#') { switch (ch) { case '(': /*判定为左括号*/ top++; stack[top] = ch; break; case ')': /*判定为右括号*/ while (stack[top] != '(') { ex[t] = stack[top]; top--; t++; } top--; break; case '+': /*判定为加减号*/ case '-': while (top != 0 && stack[top] != '(') { ex[t] = stack[top]; top--; t++; } top++; stack[top] = ch; break; case '*': /*判定为乘除号*/ case '/': while (stack[top] == '*' || stack[top] == '/') { ex[t] = stack[top]; top--; t++; } top++; stack[top] = ch; break; case'': break; default: while (ch >= '0' && ch <= '9') { /*判定为数字*/ ex[t] = ch; t++; ch = str[i]; i++; } i--; ex[t] =''; t++; } ch = str[i]; i++; } while (top != 0) { ex[t] = stack[top]; t++; top--; } ex[t] =''; printf("\n\t原来表达式:"); for (j = 1; j < sum; j++) printf("%c", str[j]); printf("\n\t逆波兰式:", ex); for (j = 1; j < t; j++) printf("%c", ex[j]); } voidcompvalue() { /*计算后缀表达式的值*/ floatstack[max], d; /*作为栈使用*/ charch; intt = 1, top = 0; /*t为ex下标,top为stack下标*/ ch = ex[t]; t++; while (ch !='') { switch (ch) { case '+': stack[top - 1] = stack[top - 1] + stack[top]; top--; break; case '-': stack[top - 1] = stack[top - 1] - stack[top]; top--; break; case '*': stack[top - 1] = stack[top - 1] * stack[top]; top--; break; case '/': if (stack[top] != 0) stack[top - 1] = stack[top - 1] / stack[top]; else { printf("\n\t除零错误!\n"); exit(0); /*异常退出*/ } top--; break; default: d = 0; while (ch >= '0' && ch <= '9') { d = 10 * d + ch - '0'; /*将数字字符转化为对应的数值*/ ch = ex[t]; t++; } top++; stack[top] = d; } ch = ex[t]; t++; } printf("\n\t计算结果:%g\n", stack[top]); } intmain() { trans(); compvalue(); system("pause"); return 0; }
数据结构版
int precede(char op){ int x; switch(op){ case '*': x=2; break; case '/': x=2; break; case '+': x=1; break; case '-': x=1; break; default : x=0; } return x; } char *RPExpression(char *e){ /* 返回表达式e的逆波兰式 */ char *c; c=(char*)malloc(sizeof(char)*20); //不能用char c[]Stack s1;InitStack(s1); int i=0,j=0; char ch; Push(s1,'@'); ch=e[i++]; while(ch!= 0){ if(ch=='('){ Push(s1,ch); ch=e[i++]; } else if(ch==')'){ while(Top(s1)!='('){ Pop(s1,c[j++]); } /* to[j++]=pop(&s1);*/ Pop(s1,ch); ch=e[i++]; }else if(ch=='+'||ch=='-'||ch=='*'||ch=='/'){ char w; w=Top(s1); while(precede(w)>=precede(ch)){ Pop(s1,c[j++]); w=Top(s1); } Push(s1,ch); ch=e[i++]; }else{ //while((ch='a')||(ch='A')){c[j++]=ch;ch=e[i++]; //} //c[j++]=' ';} } Pop(s1,ch); while(ch!='@'){ c[j++]=ch; Pop(s1,ch); } //c[j++]=;c[j++]=0; return c; }
还有一种方法,用二叉树。

二叉树法

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将最终进行的运算符记为根节点,将两边的表达式分别记为左右子树,依次进行直到所有的运算符与数字或字母标在一棵二叉树上。然后对二叉树进行后序遍历即可。