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【数据结构与算法】双栈法解决表达式计算问题

天使魔鬼 2023-06-24 阅读 37

文章目录

一、基本计算器Ⅰ

题目链接

题目描述:

示例 1:

示例 2:

示例 3:

提示:

思路分析
用两个栈:
nums:存数字字符
ops:存符号字符

从前向后遍历字符串,因为这道题只有+/-,所以不用考虑符号优先级问题。
遍历过程有以下几种情况:

关于首字符带符号的处理:
可以先往nums中加一个0元素,这样-就可以算进去。

关于(+(-的处理:
每次遇到+/-的时候判断前一个字符是否是(,如果是就往nums中添加0。

关于空格的处理:
这里不能遇到空格后跳过,因为可能出现"1-( -2)"这种情况,所以先预处理字符串把空格全部消掉。

代码如下:

class Solution {
public:
    stack<int> nums;
    stack<char> ops;

    unordered_map<char, function<int(int, int)>> hash = {
        {'+', [](int x, int y){return x + y;}},
        {'-', [](int x, int y){return x - y;}},
    };

    void delBlack(string& s)
    {
        auto it = s.find(" ");
        while(it != -1)
        {
            s.replace(it, 1, "");
            it = s.find(" ");
        }
    }

    void calc()
    {
        if(nums.size() < 2 || ops.empty()) return;
        int right = nums.top();
        nums.pop();
        int left = nums.top();
        nums.pop();
        char op = ops.top();
        ops.pop();
        nums.push(hash[op](left, right));
    }
    
    int calculate(string s) {
        // 去掉空格
        delBlack(s);
        // 防止首元素为-
        nums.push(0);
        int n = s.size();
        for(int i = 0; i < n; i++)
        {
            if(isdigit(s[i]))// 数字字符
            {
                int cur = 0, j = i;
                while(j < n && isdigit(s[j]))
                {
                    cur = cur * 10 + (s[j++] - '0');
                }
                nums.push(cur);
                i = j - 1;
            }
            else// 符号字符
            {
                if(s[i] == '(') ops.push(s[i]);
                else if(hash.count(s[i]))// + -
                {
                    // "(+"情况
                    if (i > 0 && (s[i - 1] == '(')) 
                    {
                        nums.push(0);
                    }
                    // 入栈前先把前面的计算了
                    while(ops.size() && ops.top() != '(')
                    {
                        calc();
                    }
                    ops.push(s[i]);
                }
                else// ')'
                {
                    // 一直算到 '('
                    while(ops.size() && ops.top() != '(')
                    {
                        calc();
                    }
                    ops.pop();
                }
            }
        }
        while(!ops.empty())
            calc();
        return nums.top();
    }
};

二、基本计算器Ⅱ

题目链接

题目描述:

示例 1:

示例 2:

示例 3:

提示:

思路分析:
这道题跟上面一道题多了一个符号优先级问题,为了解决这个问题,可以加入一个符号优先级表:

unordered_map<char,int> oper_pri = {
        {'+',1},
        {'-',1},
        {'*',2},
        {'/',2},
};

当遇到符号+ - * /的时候先判断优先级oper_pri[ops.top()] >= oper_pri[s[i]]的时候说明可以计算前面的表达式了,先计算前面的,然后再把符号添加进ops中。

那遇到)也要计算前面的,需不需要判断优先级呢?
不需要,因为再()内部已经自动处理完了。

代码如下:

class Solution {
public:
    stack<int> nums;
    stack<char> ops;

    unordered_map<char, function<int(int, int)>> hash = {
        {'+', [](int x, int y){return x + y;}},
        {'-', [](int x, int y){return x - y;}},
        {'*', [](int x, int y){return x * y;}},
        {'/', [](int x, int y){return x / y;}},
    };

    unordered_map<char,int> oper_pri = {
            {'+',1},
            {'-',1},
            {'*',2},
            {'/',2},
    };

    void delBlack(string& s)
    {
        auto it = s.find(" ");
        while(it != -1)
        {
            s.replace(it, 1, "");
            it = s.find(" ");
        }
    }

    void calc()
    {
        if(nums.size() < 2 || ops.empty()) return;
        int right = nums.top();
        nums.pop();
        int left = nums.top();
        nums.pop();
        char op = ops.top();
        ops.pop();
        nums.push(hash[op](left, right));
    }

    int calculate(string s) {
        // 去掉空格
        delBlack(s);
        // 防止首元素为-
        nums.push(0);
        int n = s.size();
        for(int i = 0; i < n; i++)
        {
            if(isdigit(s[i]))// 数字字符
            {
                int cur = 0, j = i;
                while(j < n && isdigit(s[j]))
                {
                    cur = cur * 10 + (s[j++] - '0');
                }
                nums.push(cur);
                i = j - 1;
            }
            else// 符号字符
            {
                if(s[i] == '(') ops.push(s[i]);
                else if(hash.count(s[i]))// + - * /
                {
                    // "(+"情况
                    if (i > 0 && (s[i - 1] == '(')) 
                    {
                        nums.push(0);
                    }
                    // 入栈前先把前面的计算了
                    while(ops.size() && ops.top() != '(' && oper_pri[ops.top()] >= oper_pri[s[i]])
                    {
                        calc();
                    }
                    ops.push(s[i]);
                }
                else// ')'
                {
                    // 一直算到 '('
                    while(ops.size() && ops.top() != '(')
                    {
                        calc();
                    }
                    ops.pop();
                }
            }
        }
        while(!ops.empty())
            calc();
        return nums.top();
    }
};


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