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算法手记(2)Dijkstra双栈算术表达式求值算法
这两天看到的内容是关于栈和队列,在栈的模块发现了Dijkstra双栈算术表达式求值算法,可以用来实现计算器类型的app。
编程语言系统一般都内置了对算术表达式的处理,但是他们是如何在内部实现的呢?为了了解这个过程,我们可以自行搭建一套简易的算术表达式处理机制,这里就用到栈特性和本篇提到的Dijkstra算法。
概述:
算术表达式可能是一个数、或者是由一个左括号、一个算术表达式、一个运算符、另一个算术表达式和一个右括号组成的表达式。为了简化问题,这里定义的是未省略括号的算术表达式,它明确地说明了所有运算符的操作数,形式如下:
(1+((2+3)*(4*5)))
思路:
表达式由括号、运算符和操作数构成,我们根据以下4中情况从左至右逐个将这些实体送入栈处理:
1.将操作数压入操作数栈;
2.将运算符压入运算符栈;
3.忽略左括号;
4.在遇到右括号时,弹出一个运算符,弹出所需数量的操作数,并将运算后的结果压入操作数栈;
在处理完最后一个右括号时,操作数栈上只会剩下一个值,它就是表达式的计算结果。这种方法咋一看难理解,但要证明它能计算得到正确的值很简单:
每当算法遇到一个括号包围,并由一个运算符和两个操作数组成的子式时,他都将运算符和操作数运算结果压入操作数栈。这样的结果就像是在输入中用这个值代替了该子表达式,因此用这个值代替子表达式得到的结果和原表达式相同。我们可以反复应用这个规律并得到一个最终值。
例如:
(1+((2+3)*(4*5)))
(1+(5*(4*5)))
(1+(5*20))
(1+100)
101
代码实现:
这里我采用C#来实现,最终运行效果完全符合预期,证明了此算法的正确性,代码如下:
using System;using System.Collections.Generic;using System.Linq;namespace Evaluate{ class Program { static void Main(string[] args) { string testExpress = "(1+((2+3)*(4*5)))"; Console.WriteLine(Evaluate(testExpress)); } //DijkStra static double Evaluate(string express) { var expressChars = express.ToArray<char>(); Stack<char> ops = new Stack<char>(); Stack<double> vals = new Stack<double>(); if (express.Length > 0) { foreach (var opt in expressChars) { switch (opt) { case ‘+‘: case ‘-‘: case ‘*‘: case ‘/‘: ops.Push(opt); break; case ‘)‘: var op = ops.Pop(); var v = vals.Pop(); switch (op) { case ‘+‘: v += vals.Pop(); break; case ‘-‘: v = vals.Pop() - v; break; case ‘*‘: v *= vals.Pop(); break; case ‘/‘: v = vals.Pop() / v; break; } vals.Push(v); break; case ‘ ‘: case ‘(‘: break; default: vals.Push(double.Parse(opt.ToString())); break; } } return vals.Pop(); } return double.MaxValue; } }}
总结:
Dijkstra算法充分利用了栈的特性,具备较高的执行效率,经过进一步的扩充修改,就完全可以实现具备科学计算功能的复杂计算类app。如果大家还有更好的,更适用的算法,欢迎在评论中给出地址,谢谢。
算法手记(2)Dijkstra双栈算术表达式求值算法