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堆栈的应用：四则表达式运算
堆栈的经典应用，四则表达式的元算。这里只能操作的符号是：+ - * / ()。不支持大括号...
下面是代码：
package net.itaem.test;
import java.util.ArrayList;
import java.util.LinkedList;
import java.util.List;
import java.util.Stack;
/**
* 堆栈的应用
* 使用这个堆栈完成四则表达式的运算 四则：+ - * //
* 比如：3 + (15-1)*2 -10 = 21
* */
public class StackApply {
//四则表达式，也就是中缀表达式
private String source;
//程序不验证输入的表达式是否合法，所以请保证输入的表达式有效，否则计算结果可能无效
//要求结果的四则表达式
public StackApply(String source){
if(source == null || "".equals(source)) throw new RuntimeException("输入的表达式不能为空");
this.source = source;
}
//将中缀表达式变成后缀表达式
public List<String> toLaterPattern(){
//定义一个堆栈，用来保存操作符号
Stack<Character> calStack = new Stack<Character>();
//定义一个顺序表，用来存储表达式中的数字
List<Integer> intList = new LinkedList<Integer>();
//后缀表达式的最后结果
List<String> resultList = new ArrayList<String>();
//取出中缀表达式里面的全部数字
String[] intArrays = source.split("[^0-9]");
//将数字添加到集合中，并且去掉空值
for(String intArray: intArrays){
if(!"".equals(intArray)){
intList.add(Integer.parseInt(intArray));
}
}
int index = 0;
int fromIndex = 0;
//遍历后缀表达式
for(int i=0; i<source.length();){
//如果是数字，将数字添加到后缀表达式中
if(isNumber(source.charAt(i))){
//添加数值到结果集
resultList.add(intList.get(index) + "");
//查看这个数值占用的位数
int intLength = (intList.get(index) + "").length();
//修改下一个i的值
i = source.indexOf(intList.get(index) + "", fromIndex) + intLength;
//记录下下一个数值的起始处
fromIndex = i;
index++;
}
//如果是 + - * / ( ) 这四个符号，进行进出站操作
else if(isCalculator(source.charAt(i))){
//如果是‘(‘，进入堆栈
if(source.charAt(i) == ‘(‘){
calStack.add(source.charAt(i));
//弹出第一栈顶到第一个（之间的操作符号
}else if(‘)‘ == source.charAt(i)){
//将数字的内容出栈
Character pop = null;
//输出（）之间的内容
while((pop = calStack.pop()) != ‘(‘){
char[] p = new char[1];
p[0] = pop;
//将出栈的内容添加到结果集中
resultList.add(new String(p));
}
}else{ //这里处理 + - * /的情况
//是* /
if(source.charAt(i) == ‘*‘ || source.charAt(i) == ‘/‘){
calStack.push(source.charAt(i)); //因为 * /的优先级比较高，直接压入堆栈之中
}else if(source.charAt(i) == ‘+‘ || source.charAt(i) == ‘-‘){
//判断堆栈里面的内容，看看优先级关系
if(calStack.isEmpty()){ //如果为空，直接添加进去堆栈之中
calStack.push(source.charAt(i));
}else{
//取出第一个运算符号，这里不是弹出
char pop = calStack.peek();
//查看是否是优先级比较高的符号
if(pop == ‘*‘ || pop == ‘/‘){
while(!calStack.isEmpty()){ //输出所有优先级比较高的运算符
pop = calStack.pop();
if(pop == ‘*‘ || pop == ‘/‘){ //如果是 * /，优先级比较高，压入到堆栈中
resultList.add(pop + "");
}else{ //优先级比较低，停止
break;
}
}
//弹出完成之后，要将此次的操作符添加到堆栈中
calStack.push(source.charAt(i));
}else{ //如果是相同优先级的+ -，添加到堆栈之中
// 1-2-3-4不满足结合律，所以要特殊处理，将数字改变为负数
if(source.charAt(i) == ‘-‘ && pop == ‘-‘){
resultList.set(index-1, -intList.get(index-1) + "");
}
calStack.push(source.charAt(i));
}
}
}
}
i++;
}
}
//将堆栈里面所有的操作符号取出来
List<String> pops = new LinkedList<String>();
while(!calStack.isEmpty()){
pops.add(calStack.pop()+"");
}
for(String pop: pops){
resultList.add(pop);
}
return resultList;
}
public String each(char c){
return null;
}
private boolean isCalculator(char c) {
switch(c){
case ‘+‘:
case ‘-‘:
case ‘*‘:
case ‘/‘:
case ‘(‘:
case ‘)‘:return true;
default:return false;
}
}
//判断一个字符是否是数字
private boolean isNumber(char c) {
switch(c){
case ‘0‘:
case ‘1‘:
case ‘2‘:
case ‘3‘:
case ‘4‘:
case ‘5‘:
case ‘6‘:
case ‘7‘:
case ‘8‘:
case ‘9‘:return true;
default:return false;
}
}
//返回计算结果
public float result(){
//得到后缀运算表达式的内容
List<String> laterPattern = toLaterPattern();
//用来保存计算结果的堆栈
Stack<Float> floatStack = new Stack<Float>();
float calResult = 0;
//计算结果
//计算过程：如果是数字，进堆栈，如果是运算操作符，出栈，然后执行运算，再将运算结果压入堆栈
for(String c: laterPattern){
if(c.matches("-?\\d+")){ //将数字取出来，然后压入堆栈中
//将数字压入到堆栈中
floatStack.push(Float.parseFloat(c));
}else{
//取出两个操作数
float first = floatStack.pop();
float second = 0;
//处理是负数的情况
if(!floatStack.isEmpty()){
second = floatStack.pop();
}
char choose = c.toCharArray()[0];
switch(choose){
case ‘+‘:
calResult = second+first;
break;
case ‘-‘:
//2-(-2)==4，所以这里要特殊处理
if(first > 0){
calResult = second - first;
}else{
calResult = second + first;
}
break;
case ‘*‘:
calResult = second*first;
break;
case ‘/‘:
calResult = second/first; //记得转为float，避免出现 3/2 == 1的情况
break;
default:throw new RuntimeException("操作符有错误...目前暂且不支持+ - * / ( ) 之外的运算符");
}
//将计算结果压入堆栈
floatStack.push(calResult);
}
}
//最后一个栈顶元素就是结果
return floatStack.pop();
}
public static void main(String[] args) {
System.out.println("1+2+3+4 = " + new StackApply("1+2+3+4").result());
System.out.println("1+2+3*4 = " + new StackApply("1+2+3*4").result());
System.out.println("(-11)+2+3*4 = " + new StackApply("(-11)+2+3*4").result());
System.out.println("11+2/3*4 = " + new StackApply("11+2/3*4").result());
System.out.println("1*2*3*4 = " + new StackApply("1*2*3*4").result());
System.out.println("1/(2/(3/4)) = 1/2/3/4 = " + new StackApply("1/2/3/4").result() + " = " + new StackApply("1/2/3/4").result()); //相当于是 1/(2/(3/4))
System.out.println("1+2*3-1 = " + new StackApply("1+2*3-1").result());
System.out.println("1-2-3-4 = " + new StackApply("1-2-3-4").result());
}
}
上面的代码可能有点乱，不过主要的思想就是堆栈的应用
运算结果：
1+2+3+4 = 10.0 1+2+3*4 = 15.0 (-11)+2+3*4 = 3.0 11+2/3*4 = 11.166667 1*2*3*4 = 24.0 1/(2/(3/4)) = 1/2/3/4 = 0.375 = 0.375 1+2*3-1 = 5.0 1-2-3-4 = -8.0
总结：堆栈是一个FIRST IN LAST OUT，典型的FILO的数据结构。在计算机中，应用很广泛，大家可以认真研究下...
堆栈的应用：四则表达式运算
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