前言
最近开始刷题,真实地解决了大学时期“这黑窗口敲来敲去做数学题有卵用?”的困惑。有些东西之前学过,现在忘了,但是正是因为学过,所以再学一遍就变得效率很高(但是我还是不认可大学的学科教学顺序)。废话不多说,这篇博客只是一个笔记,希望之后有了更深的认识能够完善。
前缀、中缀以及后缀表达式是什么?
先聚合一下定义,以后万一要复习也好找XD
前缀表达式
波兰表示法(Polish notation,或波兰记法),是一种逻辑、算术和代数表示方法,其特点是操作符置于操作数的前面,因此也称做前缀表示法。
中缀表达式
中缀表示法(或中缀记法)是一个通用的算术或逻辑公式表示方法, 操作符是以中缀形式处于操作数的中间(例:3 + 4)。与前缀表达式(例:+ 3 4)或后缀表达式(例:3 4 +)相比,中缀表达式不容易被电脑解析,但仍被许多程序语言使用,因为它符合人们的普遍用法。
与前缀或后缀记法不同的是,中缀记法中括号是必需的。计算过程中必须用括号将操作符和对应的操作数括起来,用于指示运算的次序。
后缀表达式
逆波兰表示法(Reverse Polish notation,RPN,或逆波兰记法),是一种是由波兰数学家扬·武卡谢维奇1920年引入的数学表达式方式,在逆波兰记法中,所有操作符置于操作数的后面,因此也被称为后缀表示法。逆波兰记法不需要括号来标识操作符的优先级。
对中缀表达式进行转换
这应该是基础中的基础了,理解并记忆思路,再跟着栗子走两步,最后敲一遍代码,基本就掌握了。
中缀表达式转前缀表达式
思路
- 初始化两个栈:运算符栈
S1
; 操作数栈S2
- 从右至左扫描中缀表达式
- 遇到
操作数
时,将其压入S2
-
遇到
运算符
时,比较其与S1
栈顶运算符的优先级- 如果<span style="font-weight:bold">
S1
为空</span>,或栈顶运算符为右括号")"
,或其优先级比栈顶运算符的优先级较高或相等,则直接将此运算符
入栈 - 否则,将
S1
栈顶的运算符弹出并压入到S2
中,再次进行与S1
栈顶运算符的优先级比较
- 如果<span style="font-weight:bold">
-
遇到
括号
时- 如果是
右括号 ")"
,则直接压入S1
- 如果是
左括号 "("
,则依次弹出S1
栈顶的运算符,并压入S2
,直到遇到右括号 ")"
为止,此时将这一对括号
丢弃
- 如果是
- 重复步骤 2 至 5,直到表达式的最左边
- 将
S1
剩余的运算符依次弹出并压入S2
- 依次弹出
S2
中的元素并输出,结果即为中缀表达式对应的前缀表达式
栗子
(1 + (3 * 4) / 6 ) - 5
扫描到的元素 | S2 (栈底 -> 栈顶) | S1 (栈底 -> 栈顶) | 说明 |
---|---|---|---|
5 | 5 | 空 |
操作数 ,直接入栈 S2
|
- | 5 | - |
运算符 ,S1 为空,直接入栈 |
) | 5 | - ) |
右括号 ,直接入栈 S1
|
6 | 5 6 | - ) |
操作数 ,直接入栈 S2
|
/ | 5 6 | - ) / |
运算符 ,且 S1 栈顶为 右括号 ,直接入栈 |
) | 5 6 | - ) / ) |
右括号 ,直接入栈 S1
|
4 | 5 6 4 | - ) / ) |
操作数 ,直接入栈 S2
|
* | 5 6 4 | - ) / ) * |
运算符 ,且 S1 栈顶为 右括号 ,直接入栈 |
3 | 5 6 4 3 | - ) / ) * |
操作数 ,直接入栈 S2
|
( | 5 6 4 3 * | - ) / |
左括号 ,S1 栈弹出运算符压入 S2 直至遇到右括号 ,一对括号丢弃 |
+ | 5 6 4 3 * / | - ) + |
运算符 ,但优先级低于 S1 栈顶运算符,S1 弹出运算符压入 S2 ,直至栈顶优先级低于运算符,再入栈 |
1 | 5 6 4 3 * / 1 | - ) + |
操作数 ,直接入栈 S2
|
( | 5 6 4 3 * / 1 + | - |
左括号 ,S1 栈弹出运算符压入 S2 直至遇到右括号 ,一对括号丢弃 |
到达最左端 | 5 6 4 3 * / 1 + - | 空 | 将 S1 剩余的运算符依次弹出并压入 S2
|
依次弹出 S2
中的元素并输出结果: -+1/*3465
代码
中缀表达式转后缀表达式
思路
- 初始化两个栈:运算符栈
S1
; 操作数栈S2
- 从左至右扫描中缀表达式
- 遇到
操作数
时,将其压入S2
-
遇到
运算符
时,比较其与S1
栈顶运算符的优先级- 如果<span style="font-weight:bold">
S1
为空</span>,或栈顶运算符为左括号 "("
,或其优先级比栈顶运算符的优先级较高,则直接将此运算符
入栈 - 否则,将
S1
栈顶的运算符弹出并压入到S2
中,再次进行与S1
栈顶运算符的优先级比较
- 如果<span style="font-weight:bold">
-
遇到括号时
- 如果是
左括号 "("
,则直接压入S1
- 如果是
右括号 ")"
,则依次弹出S1
栈顶的运算符,并压入S2
,直到遇到左括号 "("
为止,此时将这一对括号
丢弃
- 如果是
- 重复步骤 2 至 5,直到表达式的最右边
- 将
S1
剩余的运算符依次弹出并压入S2
- 拼接
S2
中的元素并输出,结果即为中缀表达式对应的后缀表达式
栗子
(1 + (3 * 4) / 6 ) - 5
扫描到的元素 | S2 (栈底 -> 栈顶) | S1 (栈底 -> 栈顶) | 说明 |
---|---|---|---|
( | 空 | ( | 左括号,直接入栈 S1
|
1 | 1 | ( | 操作数,直接入栈 S2
|
+ | 1 | ( + | 运算符,且 S1 栈顶为 左括号,直接入栈 |
( | 1 | ( + ( | 左括号,直接入栈 S1
|
3 | 1 3 | ( + ( | 操作数,直接入栈 S2
|
* | 1 3 | ( + ( * | 运算符,且 S1 栈顶为 左括号,直接入栈 |
4 | 1 3 4 | ( + ( * | 操作数,直接入栈 S2
|
) | 1 3 4 * | ( + | 右括号,S1 栈弹出运算符压入 S2 直至遇到左括号,一对括号丢弃 |
/ | 1 3 4 * | ( + / | 运算符,且优先级高于 S1 栈顶的运算符,直接入栈 |
6 | 1 3 4 * 6 | ( + / | 操作数,直接入栈 S2
|
) | 1 3 4 * 6 / + | 空 | 右括号,S1 栈弹出运算符压入 S2 直至遇到左括号,一对括号丢弃 |
- | 1 3 4 * 6 / + | - | 运算符,S1 为空,直接入栈 |
5 | 1 3 4 * 6 / + 5 | - | 操作数,直接入栈 S2
|
到达最右端 | 1 3 4 * 6 / + 5 - | 空 | 将 S1 剩余的运算符依次弹出并压入 S2
|
拼接 S2
中的元素并输出结果:134*6/+5-
代码
考题扩展
leetcode 150. 逆波兰表达式求值
根据逆波兰表示法,求表达式的值。
有效的运算符包括 +, -, *, / 。每个运算对象可以是整数,也可以是另一个逆波兰表达式。
说明:
整数除法只保留整数部分。
给定逆波兰表达式总是有效的。换句话说,表达式总会得出有效数值且不存在除数为 0 的情况。
对比上面的操作,这题考的是一个逆向思维。
思路
- 初始化一个栈
stack
和一个包含+-*/
操作的操作策略对象operation
-
从左至右扫描逆波兰表达式
- 遇到操作数时,压入栈
stack
- 遇到运算符时,依次取出栈顶的两个元素b、a(为了照顾(减)除法操作,先出栈的为(减)除数 b ,后出栈的为被(减)除数 a ),调用
operation
策略对象的相应方法,并将运算结果入栈stack
- 遇到操作数时,压入栈
- 重复步骤 2,直到表达式的最右边
- 弹出栈顶元素即是运算结果
代码
波兰表达式求值
这个就举一反三就完事了。
思路
- 初始化一个栈
stack
和一个包含+-*/
操作的操作策略对象operation
-
从右至左扫描波兰表达式
- 遇到
操作数
时,压入栈stack
- 遇到
运算符
时,依次取出栈顶的两个元素a、b(为了照顾(减)除法操作,先出栈的为被(减)除数 ab ,后出栈的为(减)除数 b ),调用operation
策略对象的相应方法,并将运算结果入栈stack
- 遇到
- 重复步骤 2,直到表达式的最左边
- 弹出栈顶元素即是运算结果
代码
模拟 eval('(1 + (3 * 4) / 6 ) - 5')
思路
经过上面的熟悉和理解,这个就很简单了,只要将中缀表达式
转换成后缀表达式
或者前缀表达式
其中的一种,再进行求值即可,代码就是把上面的组装一下,这里就不列出了。
后记
工作一段时间,算法和数据结构渐渐生疏了,在刷题的时候,又把大学的学习的知识慢慢找回来,虽然要花一段时间,但是一旦将时间投入进去,会慢慢地感兴趣,进入良性循环。
贴个GitHub
,刚刚起步进行“圣地巡礼”:https://github.com/LazyDuke/leetcode-js。
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