数据结构之栈—强大的四则复杂运算计算器(媲美windows自带的科学计算器)【中缀转后缀表达式】
比windows自带计算器还强的四则复杂运算计算器！
实测随机打出两组复杂算式：-7.5 * 6 / ( -2 + ( -6.5 - -5.22 ) )与7.5+-3*8/(7+2)
windows的科学计算器计算结果分别为：-3.28（错误）和9(错误)，全错！！！不信的小伙伴可以口算下。
正确答案是：13.71951219512195和4.833333333333334
中缀表达式转后缀表达式并进行计算的计算器（支持带负号、括号和小数的加减乘除运算）
一步一步来
假设有这样一个算式：-7.5 * 6 / ( -2 + ( -6.5 - -5.22 ) )
我们先要将这一字符串进行分析，哪些是数字，哪些是符号。（比如：-7.5就是数字）
具体代码如下：
SRE实战 互联网时代守护先锋，助力企业售后服务体系运筹帷幄！一键直达领取阿里云限量特价优惠。// 表达式转中缀表达式(支持小数点，负数，小括号) public List<String> getList(String expression) { List<String> exp = new ArrayList<String>();//存放解析后的中缀表达式 String merge = ""; int index = 0; char ch, ch1 = 0; boolean flag = false; expression = expression.replace(" ", ""); while (index != expression.length()) { ch = expression.substring(index, index + 1).charAt(0); merge += ch; if (index < expression.length() - 1) {// 防止下标越界 ch1 = expression.substring(index + 1, index + 2).charAt(0); if (isOper(ch1)) { exp.add(merge); merge = ""; flag = false; } else if (isOper(ch)) { if (flag == false && exp.size() > 0) { exp.add(merge); merge = ""; flag = false; } } if (ch == '(' && ch1 == '-' || isOper(ch) && ch1 == '-') flag = true; } index++; } exp.add(merge); return exp; }
接下来就是重头戏了！！！中缀表达式—>后缀表达式思路分析图：
遵循以上红字规则处理第二个左括号“（”后面的元素，直到右括号“）”
将符号栈中所有符号弹出加入到集合List中，直到碰到一个与右括号匹配的左括号
以上就是从中缀表达式转换到后缀表达式的图解！得：后缀表达式为：7.5 - 6 * 2 - 6.5 - 5.22 - - + /
下面是代码详解：
// 中缀表达式转后缀表达式(有个记录负号索引的全局变量minus，方便计算) public List<String> toRPN(String expression) { List<String> list=getList( expression ); List<String> rPN=new ArrayList<String>();// 用于存放后缀表达式 Stack<String> exp=new Stack<String>();// 用于操作判断符号 minus=new ArrayList<>(); for (String s : list) {// 将中缀表达式每个元素list遍历 if (isOper( s )) {// 如果字符串是+-*/ if (exp.isEmpty())// 如果栈是空，那么就直接入栈 exp.push( s );//-7.5*6/(-2+(-6.5- -5.22)) else if (priority( s ) <= priority( exp.peek() )) {// 如果栈里面有运算符，那么就和栈顶运算符比较优先级 rPN.add( exp.pop() );// 当前运算符优先级小于栈顶运算符，就把栈顶运算符弹出加入到后缀表达式rPN列表中 exp.push( s );// 然后压入当前运算符 } else exp.push( s ); } else if (s.equals( ")" )) {// 如果当前字符串是‘)’那么就将栈顶字符串加入add到List rPN中，直到栈顶字符串为"(" while (!exp.peek().equals( "(" )) { rPN.add( exp.pop() ); } exp.pop();// 一定要记得将左括号(弹出去，代表一对小括号完成计算 } else if (s.equals( "(" )) exp.push( s );// 如果是左括号就直接入栈 else {// 否则就是数字，直接加入rPN中 if (s.charAt( 0 ) == '-') { rPN.add( s.substring( 1, s.length() ) ); rPN.add( "" + s.charAt( 0 ) ); minus.add( rPN.size() - 1 );//全局变量minus负号索引list集合 } else rPN.add( s ); } } while (!exp.isEmpty()) {// 最后扫描完list后，将栈exp中的字符串依次加入到rPN后缀表达式列表中 rPN.add( exp.pop() ); } return rPN; }
计算后缀表达式思路分析图：
接下来处理运算符号：
重复以上动作，直到后缀表达式List为空，即得：
后缀表达式计算代码：
// 后缀表达式list进行计算
public double calcRPN(List<String> rPN) { Stack<Double> numStack=new Stack<Double>(); boolean flag=false;//用来标记是否处理过负号
for (int i=0; i < rPN.size(); i++) { if (isOper( rPN.get( i ) )) { if (rPN.get( i ).equals( "-" )) {//这里判断两次，是为了提高查找负号索引位置的效率
for (int j=0; j < minus.size(); j++) {//遍历后缀表达式集合中记录的负号的索引下标
if (i == minus.get( j )) {//如果rPN后缀表达式的下标等于minus集合中记录的负号索引下标
String min=rPN.get( i );//说明此位置的‘-’号，为负号而不是减号
Double num=numStack.pop();//那么就pop出数栈，和-拼接
numStack.push( Double.parseDouble( min + num ) ); flag=true; continue; } } if (flag) { flag=false; continue; } }//下面就是常规计算,一定要思量上面两个continue的作用
double num1=numStack.pop(); double num2=numStack.pop(); numStack.push( calc( num1, num2, rPN.get( i ).charAt( 0 ) ) ); } else {//如果是数字就直接丢到数栈
numStack.push( Double.valueOf( rPN.get( i ) ) ); } } return numStack.pop(); }
接下来是完成源代码：
public class ReversePolishNotationCalcDemo { List<Integer> minus;//用于记录符号出现的索引 public static void main(String[] args) { String expression="-7.5*6/(-2+(-6.5- -5.22))";// 7.5 - 6.5 5.22 - - * expression="7.5+-3*8/(7+2)"; ReversePolishNotationCalcDemo rpn=new ReversePolishNotationCalcDemo(); System.out.print( "中缀表达式为：" ); rpn.getList( expression ).forEach( System.out::print ); // for (String s : rpn.getList(expression)) { // System.out.printf("%s ", s); // } System.out.println(); System.out.print( "后缀表达式为：" ); for (String s : rpn.toRPN( expression )) { System.out.printf( "%s ", s ); } System.out.println(); double result=rpn.calcRPN( rpn.toRPN( expression ) ); System.out.println( expression.replace( " ", "" ) + " = " + result ); } // 后缀表达式list进行计算 public double calcRPN(List<String> rPN) { Stack<Double> numStack=new Stack<Double>(); boolean flag=false; for (int i=0; i < rPN.size(); i++) { if (isOper( rPN.get( i ) )) { if (rPN.get( i ).equals( "-" )) { for (int j=0; j < minus.size(); j++) { if (i == minus.get( j )) { String min=rPN.get( i ); Double num=numStack.pop(); numStack.push( Double.parseDouble( min + num ) ); flag=true; continue; } } if (flag) { flag=false; continue; } } double num1=numStack.pop(); double num2=numStack.pop(); numStack.push( calc( num1, num2, rPN.get( i ).charAt( 0 ) ) ); } else { numStack.push( Double.valueOf( rPN.get( i ) ) ); } } return numStack.pop(); } // 中缀表达式转后缀表达式 public List<String> toRPN(String expression) { List<String> list=getList( expression ); List<String> rPN=new ArrayList<String>();// 用于存放后缀表达式 Stack<String> exp=new Stack<String>();// 用于操作判断符号 minus=new ArrayList<>(); for (String s : list) {// 将中缀表达式每个元素list遍历 if (isOper( s )) {// 如果字符串是+-*/ if (exp.isEmpty())// 如果栈是空，那么就直接入栈 exp.push( s );//-7.5*6/(-2+(-6.5- -5.22)) else if (priority( s ) <= priority( exp.peek() )) {// 如果栈里面有运算符，那么就和栈顶运算符比较优先级 rPN.add( exp.pop() );// 当前运算符优先级小于栈顶运算符，就把栈顶运算符弹出加入到后缀表达式rPN列表中 exp.push( s );// 然后压入当前运算符 } else exp.push( s ); } else if (s.equals( ")" )) {// 如果当前字符串是‘)’那么就将栈顶字符串加入add到List rPN中，直到栈顶字符串为"(" while (!exp.peek().equals( "(" )) { rPN.add( exp.pop() ); } exp.pop();// 一定要记得将左括号(弹出去，代表一对小括号完成计算 } else if (s.equals( "(" )) exp.push( s );// 如果是左括号就直接入栈 else {// 否则就是数字，直接加入rPN中 if (s.charAt( 0 ) == '-') { rPN.add( s.substring( 1, s.length() ) ); rPN.add( "" + s.charAt( 0 ) ); minus.add( rPN.size() - 1 ); } else rPN.add( s ); } } while (!exp.isEmpty()) {// 最后扫描完list后，将栈exp中的字符串依次加入到rPN后缀表达式列表中 rPN.add( exp.pop() ); } System.out.println( "负号出现的索引:" + Arrays.toString( minus.toArray() ) ); return rPN; } // 表达式转中缀表达式(支持小数点，负数，小括号) public List<String> getList(String expression) { List<String> exp=new ArrayList<String>(); String merge=""; int index=0; char ch, ch1=0; boolean flag=false; expression=expression.replace( " ", "" ); while (index != expression.length()) { ch=expression.substring( index, index + 1 ).charAt( 0 ); merge+=ch; if (index < expression.length() - 1) {// 防止下标越界 ch1=expression.substring( index + 1, index + 2 ).charAt( 0 ); if (isOper( ch1 )) { exp.add( merge ); merge=""; flag=false; } else if (isOper( ch )) { if (flag == false && exp.size() > 0) {//-7.5*6/(-2+(-6.5- -5.22)) exp.add( merge ); merge=""; flag=false; } } if (ch == '(' && ch1 == '-' || isOper( ch ) && ch1 == '-') flag=true; } index++; } exp.add( merge ); return exp; } public boolean isOper(String oper) { return oper.equals( "+" ) || oper.equals( "-" ) || oper.equals( "*" ) || oper.equals( "/" ); } public boolean isOper(char oper) { return oper == '+' || oper == '-' || oper == '*' || oper == '/' || oper == '(' || oper == ')'; } public int priority(String s) { if (s.equals( "+" ) || s.equals( "-" )) return 0; if (s.equals( "*" ) || s.equals( "/" )) return 1; return -1; } public double calc(double num1, double num2, int oper) { switch (oper) { case '+': return num1 + num2; case '-': return num2 - num1; case '*': return num1 * num2; case '/': return num2 / num1; default: break; } return 0; } }完整源代码
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