数据结构中栈的算术表达式求值

栈在算术表达式求值中起到了重要的作用。栈可以用来保存运算符和操作数，并按照一定的规则进行出栈和入栈操作，最终得到表达式的计算结果。

算术表达式求值的基本思路是通过扫描表达式，遇到操作数就入栈，遇到运算符就与栈顶运算符进行比较，如果当前运算符优先级较高，则入栈，否则将栈顶运算符出栈并进行计算，将计算结果再次入栈。重复这个过程直到表达式扫描完毕。

以下是栈在算术表达式求值中的具体步骤：
1. 创建一个空栈用于保存运算符和操作数。
2. 从左到右扫描表达式的每个字符。
3. 如果遇到操作数，则将其转换为数字并入栈。
4. 如果遇到运算符，则与栈顶运算符进行比较：
- 如果当前运算符优先级较高，则入栈。
- 如果当前运算符优先级较低或相等，则将栈顶运算符出栈并进行计算，将计算结果再次入栈。
5. 当表达式扫描完毕后，依次将栈中剩余的运算符出栈并进行计算，直到栈为空。
6. 最终栈中剩余的唯一元素即为表达式的计算结果。

相关问题

数据结构栈的算术表达式求值C语言

栈是一种后进先出（LIFO）的数据结构，它可以用来解决算术表达式求值问题。下面是一个使用栈求解算术表达式的C语言程序：

#include <stdio.h>
#include <stdlib.h>
#include <ctype.h>

#define MAX_STACK_SIZE 100

typedef struct {
    int top;
    int data[MAX_STACK_SIZE];
} Stack;

void init(Stack *s) {
    s->top = -1;
}

int is_empty(Stack *s) {
    return s->top == -1;
}

int is_full(Stack *s) {
    return s->top == MAX_STACK_SIZE - 1;
}

void push(Stack *s, int x) {
    if (is_full(s)) {
        printf("Stack overflow\n");
        exit(1);
    }
    s->data[++s->top] = x;
}

int pop(Stack *s) {
    if (is_empty(s)) {
        printf("Stack underflow\n");
        exit(1);
    }
    return s->data[s->top--];
}

int peek(Stack *s) {
    if (is_empty(s)) {
        printf("Stack underflow\n");
        exit(1);
    }
    return s->data[s->top];
}

int evaluate(char *expr) {
    Stack operand_stack;
    Stack operator_stack;
    init(&operand_stack);
    init(&operator_stack);

    while (*expr != '\0') {
        if (isdigit(*expr)) {
            int value = 0;
            while (isdigit(*expr)) {
                value = value * 10 + (*expr - '0');
                expr++;
            }
            push(&operand_stack, value);
        } else if (*expr == '(') {
            push(&operator_stack, *expr);
            expr++;
        } else if (*expr == ')') {
            while (peek(&operator_stack) != '(') {
                int op2 = pop(&operand_stack);
                int op1 = pop(&operand_stack);
                char op = pop(&operator_stack);
                int result;
                switch (op) {
                    case '+': result = op1 + op2; break;
                    case '-': result = op1 - op2; break;
                    case '*': result = op1 * op2; break;
                    case '/': result = op1 / op2; break;
                }
                push(&operand_stack, result);
            }
            pop(&operator_stack);
            expr++;
        } else if (*expr == '+' || *expr == '-' || *expr == '*' || *expr == '/') {
            while (!is_empty(&operator_stack) && peek(&operator_stack) != '(' && ((*expr == '+' || *expr == '-') && (peek(&operator_stack) == '*' || peek(&operator_stack) == '/'))) {
                int op2 = pop(&operand_stack);
                int op1 = pop(&operand_stack);
                char op = pop(&operator_stack);
                int result;
                switch (op) {
                    case '+': result = op1 + op2; break;
                    case '-': result = op1 - op2; break;
                    case '*': result = op1 * op2; break;
                    case '/': result = op1 / op2; break;
                }
                push(&operand_stack, result);
            }
            push(&operator_stack, *expr);
            expr++;
        } else {
            printf("Invalid character: %c\n", *expr);
            exit(1);
        }
    }

    while (!is_empty(&operator_stack)) {
        int op2 = pop(&operand_stack);
        int op1 = pop(&operand_stack);
        char op = pop(&operator_stack);
        int result;
        switch (op) {
            case '+': result = op1 + op2; break;
            case '-': result = op1 - op2; break;
            case '*': result = op1 * op2; break;
            case '/': result = op1 / op2; break;
        }
        push(&operand_stack, result);
    }

    return pop(&operand_stack);
}

int main() {
    char expr[100];
    printf("Enter an arithmetic expression: ");
    scanf("%s", expr);
    int result = evaluate(expr);
    printf("Result: %d\n", result);
    return 0;
}

该程序使用两个栈，一个用于存储操作数，另一个用于存储运算符。它遍历算术表达式中的每个字符，并根据字符的类型执行相应的操作。如果字符是数字，则将其转换为整数并将其推入操作数栈中；如果字符是左括号，则将其推入运算符栈中；如果字符是右括号，则从运算符栈中弹出运算符和操作数，执行相应的运算，并将结果推入操作数栈中，直到遇到左括号；如果字符是加、减、乘或除号，则从运算符栈中弹出运算符和操作数，执行相应的运算，并将结果推入操作数栈中，直到运算符栈为空或栈顶运算符的优先级低于当前运算符的优先级。最后，操作数栈中剩下的唯一元素就是算术表达式的值。

数据结构程序设计算术表达式求值

算术表达式求值是数据结构程序设计中的一个经典问题。下面是一个简单的算法描述和代码示例：

1. 算法描述：
- 创建一个栈，用于存储运算符和操作数。
- 从左到右遍历表达式的每个字符。
- 如果遇到数字，则将其压入栈中。
- 如果遇到运算符，则将其与栈顶的运算符进行比较：
- 如果栈为空或栈顶为左括号，则将当前运算符压入栈中。
- 如果当前运算符的优先级大于栈顶运算符的优先级，则将当前运算符压入栈中。
- 否则，将栈顶运算符弹出，并将当前运算符压入栈中，直到栈为空或栈顶为左括号，然后将当前运算符压入栈中。
- 如果遇到左括号，则将其压入栈中。
- 如果遇到右括号，则将栈顶的运算符弹出，直到遇到左括号为止。
- 遍历完表达式后，将栈中剩余的运算符依次弹出。
- 最后，栈中剩余的唯一元素即为表达式的结果。

2. 代码示例：

def evaluate_expression(expression):
    stack = []
    operators = {'+': 1, '-': 1, '*': 2, '/': 2, '(': 0, ')': 0}
    result = 0

    for char in expression:
        if char.isdigit():
            stack.append(int(char))
        elif char in operators:
            if not stack or char == '(' or operators[char] > operators[stack[-1]]:
                stack.append(char)
            else:
                while stack and operators[char] <= operators[stack[-1]]:
                    if stack[-1] == '(':
                        stack.pop()
                        break
                    operator = stack.pop()
                    operand2 = stack.pop()
                    operand1 = stack.pop()
                    if operator == '+':
                        result = operand1 + operand2
                    elif operator == '-':
                        result = operand1 - operand2
                    elif operator == '*':
                        result = operand1 * operand2
                    elif operator == '/':
                        result = operand1 / operand2
                    stack.append(result)
        elif char == '#':
            break

    return stack[0]

expression = "#2*(3+4)-6/3#"
result = evaluate_expression(expression)
print("Result:", result)  # 输出：12