Basic Calculator I
最新更新请见: https://yanjia.li/zh/2019/01/...
Implement a basic calculator to evaluate a simple expression string.
The expression string may contain open ( and closing parentheses ), the plus + or minus sign -, non-negative integers and empty spaces .
You may assume that the given expression is always valid.
Some examples:
"1 + 1" = 2 " 2-1 + 2 " = 3 "(1+(4+5+2)-3)+(6+8)" = 23
Note: Do not use the
eval
built-in library function.
栈法
复杂度
时间 O(N) 空间 O(N)
思路
很多人将该题转换为后缀表达式后(逆波兰表达式)求解,其实不用那么复杂。题目条件说明只有加减法和括号,由于加减法是相同顺序的,我们大可以直接把所有数顺序计算。难点在于多了括号后如何处理正负号。我们想象一下如果没有括号这题该怎们做:因为只有加减号,我们可以用一个变量sign来记录上一次的符号是加还是减,这样把每次读到的数字乘以这个sign就可以加到总的结果中了。有了括号后,整个括号内的东西可一看成一个东西,这些括号内的东西都会受到括号所在区域内的正负号影响(比如括号前面是个负号,然后括号所属的括号前面也是个负号,那该括号的符号就是正号)。但是每多一个括号,都要记录下这个括号所属的正负号,而每当一个括号结束,我们还要知道出来以后所在的括号所属的正负号。根据这个性质,我们可以使用一个栈,来记录这些括号所属的正负号。这样我们每遇到一个数,都可以根据当前符号,和所属括号的符号,计算其真实值。
注意
先用String.replace()去掉所有的空格
代码
public class Solution {
public int calculate(String s) {
// 去掉所有空格
s = s.replace(" ", "");
Stack<Integer> stk = new Stack<Integer>();
// 先压入一个1进栈,可以理解为有个大括号在最外面
stk.push(1);
int i = 0, res = 0, sign = 1;
while(i < s.length()){
char c = s.charAt(i);
// 遇到正号,将当前的符号变为正号
if(c=='+'){
sign = 1;
i++;
// 遇到负号,将当前的符号变为负号
} else if(c=='-'){
sign = -1;
i++;
// 遇到左括号,计算当前所属的符号,压入栈中
// 计算方法是当前符号乘以当前所属括号的符号
} else if(c=='('){
stk.push(sign * stk.peek());
sign = 1;
i++;
// 遇到右括号,当前括号结束,出栈
} else if(c==')'){
stk.pop();
i++;
// 遇到数字,计算其正负号并加入总结果中
} else {
int num = 0;
while(i < s.length() && Character.isDigit(s.charAt(i))){
num = num * 10 + s.charAt(i) - '0';
i++;
}
res += num * sign * stk.peek();
}
}
return res;
}
}
Basic Calculator II
栈法
复杂度
时间 O(N) 空间 O(N)
思路
因为乘法和除法不仅要知道下一个数,也要知道上一个数。所以我们用一个栈把上次的数存起来,遇到加减法就直接将数字压入栈中,遇到乘除法就把栈顶拿出来乘或除一下新数,再压回去。最后我们把栈里所有数加起来就行了。
注意
先用String.replace()去掉所有的空格
代码
public class Solution {
public int calculate(String s) {
s = s.replace(" ", "");
Stack<Long> stk = new Stack<Long>();
String firstNum = getNum(0, s);
stk.push(Long.parseLong(firstNum));
int i = firstNum.length();
while(i < s.length()){
char c = s.charAt(i);
// 拿出下一个数字
String numStr = getNum(i + 1, s);
if(c == '+'){
stk.push(Long.parseLong(numStr));
}
if(c == '-'){
stk.push(-Long.parseLong(numStr));
}
if(c == '*'){
stk.push(stk.pop()*Long.parseLong(numStr));
}
if(c == '/'){
stk.push(stk.pop()/Long.parseLong(numStr));
}
i = i+ numStr.length() + 1;
}
long res = 0;
while(!stk.isEmpty()){
res += stk.pop();
}
return (int)res;
}
private String getNum(int i, String s){
StringBuilder num = new StringBuilder();
while(i < s.length() && Character.isDigit(s.charAt(i))){
num.append(s.charAt(i));
i++;
}
return num.toString();
}
}
临时变量法
复杂度
时间 O(N) 空间 O(1)
思路
这题很像Expression Add Operator。因为没有括号,其实我们也可以不用栈。首先维护一个当前的结果,加减法的时候,直接把下一个数加上或减去就行了。乘除法的技巧在于,记录下上次的数字,这样我们把上次计算出的结果,减去上次的数字,得到了上上次的结果,就相当于回退到加或减上一个数字之前的情况了。这时候我们再把上一个数字乘上或除以当前的数字,最后再加或减回上上次的结果,就是这次的结果了。比如2+3*4
,当算完3时,结果是5,当算到4时,先用5-3=2
,再用2+3*4=14
,就是当前结果。这里要注意的是,对于下一个数,它的上一个数不是我们这轮的数,而是我们这轮的上轮的数乘以或除以这轮的数,如2+3*4*5
,到4的时候结果14,到5的时候,上一个数是3*4
,而不是4。
注意
要单独处理第一个数的情况
代码
public class Solution {
public int calculate(String s) {
s = s.replace(" ","");
long currRes = 0, prevNum = 0;
// 拿出第一个数
String firstNum = getNum(0, s);
currRes = Long.parseLong(firstNum);
prevNum = currRes;
int i = firstNum.length();
while(i < s.length()){
char c = s.charAt(i);
String numStr = getNum(i + 1, s);
System.out.println(numStr);
long n = Long.parseLong(numStr);
if(c == '+'){
currRes += n;
prevNum = n;
}
if(c == '-'){
currRes -= n;
prevNum = -n;
}
if(c == '*'){
// 上次的结果,减去上次的数,再加上上次的数乘以这次的数,就是这次的结果
currRes = currRes - prevNum + prevNum * n;
prevNum = prevNum * n;
}
if(c == '/'){
// 上次的结果,减去上次的数,再加上上次的数除以这次的数,就是这次的结果
currRes = currRes - prevNum + prevNum / n;
prevNum = prevNum / n;
}
// 计算完后,跳过当前的运算符和数字
i = i + numStr.length() + 1;
}
return (int)currRes;
}
private String getNum(int i, String s){
StringBuilder num = new StringBuilder();
while(i < s.length() && Character.isDigit(s.charAt(i))){
num.append(s.charAt(i));
i++;
}
return num.toString();
}
}
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