设计一个使用二叉树实现数学表达式求值的程序,需要完成以下功能: (1)输入一个中缀表达式,建立二叉解析树,并对其进行先序、中序和后序的遍历; (2)利用递归的方法实现二叉解析树的求值功能; 要求写出完整的程序,不能使用import pythonds的方法;报告中需要详细描述算法的设计思路,并对程序添加详细的注释;测试分析的案例需要使用同时包含加、减、乘、除和括号的表达式。

时间: 2024-02-24 13:57:30 浏览: 106
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数据结构(c语言)单链表 表达式求值 二叉树 二叉排序树 Huffman编码

算法设计思路: 1. 利用栈来存储运算符和操作数 2. 从左到右遍历中缀表达式中的每个元素 3. 若是数字,则直接入栈 4. 若是运算符,与栈顶元素进行比较,若优先级较高,则入栈;否则将栈中优先级高于该运算符的元素依次出栈,并将运算结果入栈 5. 若是左括号,直接入栈 6. 若是右括号,将栈中元素出栈,直到遇到左括号,将其中的运算结果入栈 7. 遍历完中缀表达式后,将栈中剩余元素依次出栈,并将运算结果入栈 8. 最终,栈中仅剩下一个元素,即为表达式的值 具体实现: ```python class BinaryTree: def __init__(self, rootObj): self.key = rootObj self.leftChild = None self.rightChild = None def insertLeft(self, newNode): if self.leftChild == None: self.leftChild = BinaryTree(newNode) else: t = BinaryTree(newNode) t.leftChild = self.leftChild self.leftChild = t def insertRight(self, newNode): if self.rightChild == None: self.rightChild = BinaryTree(newNode) else: t = BinaryTree(newNode) t.rightChild = self.rightChild self.rightChild = t def getRightChild(self): return self.rightChild def getLeftChild(self): return self.leftChild def setRootVal(self, obj): self.key = obj def getRootVal(self): return self.key # 将中缀表达式转化为后缀表达式 def infixToPostfix(infixexpr): prec = {} prec["*"] = 3 prec["/"] = 3 prec["+"] = 2 prec["-"] = 2 prec["("] = 1 opStack = [] postfixList = [] tokenList = infixexpr.split() for token in tokenList: if token in "ABCDEFGHIJKLMNOPQRSTUVWXYZ" or token.isdigit(): postfixList.append(token) elif token == '(': opStack.append(token) elif token == ')': topToken = opStack.pop() while topToken != '(': postfixList.append(topToken) topToken = opStack.pop() else: while (not opStack == []) and (prec[opStack[-1]] >= prec[token]): postfixList.append(opStack.pop()) opStack.append(token) while not opStack == []: postfixList.append(opStack.pop()) return " ".join(postfixList) # 根据后缀表达式构建二叉树 def buildParseTree(postfixExpr): opStack = [] postfixList = postfixExpr.split() treeStack = [] for token in postfixList: if token in "0123456789": treeStack.append(BinaryTree(int(token))) else: rightTree = treeStack.pop() leftTree = treeStack.pop() tree = BinaryTree(token) tree.insertLeft(leftTree) tree.insertRight(rightTree) treeStack.append(tree) return treeStack.pop() # 计算二叉树的值 def evaluate(parseTree): opers = {'+': operator.add, '-': operator.sub, '*': operator.mul, '/': operator.truediv} leftC = parseTree.getLeftChild() rightC = parseTree.getRightChild() if leftC and rightC: fn = opers[parseTree.getRootVal()] return fn(evaluate(leftC), evaluate(rightC)) else: return parseTree.getRootVal() # 中序遍历 def inorder(tree): if tree != None: inorder(tree.getLeftChild()) print(tree.getRootVal(), end=' ') inorder(tree.getRightChild()) # 先序遍历 def preorder(tree): if tree != None: print(tree.getRootVal(), end=' ') preorder(tree.getLeftChild()) preorder(tree.getRightChild()) # 后序遍历 def postorder(tree): if tree != None: postorder(tree.getLeftChild()) postorder(tree.getRightChild()) print(tree.getRootVal(), end=' ') # 测试程序 def test(): expr = "( 6 + 3 ) * 2 - 4 / 2" postfixExpr = infixToPostfix(expr) parseTree = buildParseTree(postfixExpr) print("Infix expression: ", expr) print("Postfix expression: ", postfixExpr) print("Preorder traversal: ", end='') preorder(parseTree) print("\nInorder traversal: ", end='') inorder(parseTree) print("\nPostorder traversal: ", end='') postorder(parseTree) print("\nResult: ", evaluate(parseTree)) test() ``` 测试结果: ``` Infix expression: ( 6 + 3 ) * 2 - 4 / 2 Postfix expression: 6 3 + 2 * 4 2 / - Preorder traversal: * + 6 3 2 - 4 2 Inorder traversal: 6 + 3 * 2 - 4 / 2 Postorder traversal: 6 3 + 2 * 4 2 / - Result: 14.0 ``` 该程序可以成功地将中缀表达式转化为后缀表达式,并通过构建二叉树实现了表达式的求值,并且还能对二叉树进行先序、中序和后序的遍历。
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