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【内部资料】后缀表达式转中缀表达式

作者:野牛程序员:2023-10-02 08:20:19数据结构阅读 2573

中缀表达式是常见的数学表达式形式,其中运算符在操作数的中间,例如 2 + 3。而后缀表达式(也称为逆波兰表达式)是一种将运算符放在操作数之后的表示法,例如 2 3 +。后缀表达式更容易计算,因为它不涉及括号或操作符的优先级。

中缀表达式和后缀表达式是表示数学表达式的两种不同方式,它们的计算原理有所不同。

  1. 中缀表达式(Infix Notation):

    • 中缀表达式是我们通常在数学中使用的表达方式,其中运算符位于操作数之间,例如:2 + 3。

    • 中缀表达式遵循运算符优先级和括号规则,需要通过解析括号来确定计算顺序。

    • 中缀表达式适合人类阅读和书写,但在计算机中求值时需要使用算法来解析和计算。

  2. 后缀表达式(Postfix Notation):

    • 后缀表达式,也称为逆波兰表达式,将运算符放在操作数之后,例如:2 3 +。

    • 后缀表达式不需要括号或运算符优先级规则,它具有固定的计算顺序,从左到右扫描并执行操作。

    • 后缀表达式适合计算机求值,因为它可以通过简单的栈数据结构来计算,无需递归或复杂的解析。

后缀表达式的计算原理是使用一个栈来辅助计算,按照以下步骤进行:

  1. 从左到右扫描后缀表达式。

  2. 遇到操作数时,将其推入栈中。

  3. 遇到操作符时,从栈中弹出相应数量的操作数,执行操作,并将结果推回栈中。

  4. 重复步骤2和3,直到扫描完整个后缀表达式。

  5. 最终栈中将只剩下一个值,即计算结果。

这种方法消除了括号和运算符优先级的复杂性,使计算更加直观和高效。因此,后缀表达式在计算机科学和计算器等应用中经常被使用。


将后缀表达式转换为中缀表达式需要使用栈数据结构以及一些规则,以下是转换的原理:

  1. 从左到右扫描后缀表达式中的每个元素(操作数和操作符)。

  2. 如果遇到操作数,直接将其压入一个操作数栈。

  3. 如果遇到操作符:

a. 弹出操作数栈的两个操作数(通常称为左操作数和右操作数),这些操作数是该操作符的操作数。

b. 将左操作数和操作符拼接成一个中缀表达式子串,然后将其包裹在括号内(用于维护运算符的优先级)。

c. 将生成的中缀子串推回操作数栈。

  1. 重复步骤2和3,直到扫描完整个后缀表达式。

  2. 最终,操作数栈中将只剩下一个中缀表达式,即转换后的中缀表达式。

以下是一个示例来说明这个原理,将后缀表达式 "6 2 3 + - 3 8 2 / + * 2 ^ 3 +" 转换为中缀表达式:

  • 开始扫描:空操作数栈

  • 读取 6,将其推入操作数栈:操作数栈:6

  • 读取 2,将其推入操作数栈:操作数栈:6 2

  • 读取 3,将其推入操作数栈:操作数栈:6 2 3

  • 读取 +,弹出 3 和 2,生成中缀子串 "(2 + 3)" 并推回操作数栈:操作数栈:6 (2 + 3)

  • 读取 -,弹出 6 和 "(2 + 3)",生成中缀子串 "6 - (2 + 3)" 并推回操作数栈:操作数栈:(6 - (2 + 3))

  • 读取 3,将其推入操作数栈:操作数栈:(6 - (2 + 3)) 3

  • 读取 8,将其推入操作数栈:操作数栈:(6 - (2 + 3)) 3 8

  • 读取 2,将其推入操作数栈:操作数栈:(6 - (2 + 3)) 3 8 2

  • 读取 /,弹出 2 和 8,生成中缀子串 "(8 / 2)" 并推回操作数栈:操作数栈:(6 - (2 + 3)) 3 (8 / 2)

  • 读取 +,弹出 "(8 / 2)" 和 3,生成中缀子串 "(3 + (8 / 2))" 并推回操作数栈:操作数栈:(6 - (2 + 3)) (3 + (8 / 2))

  • 读取 *,弹出 "(3 + (8 / 2))" 和 "(6 - (2 + 3))",生成中缀子串 "((6 - (2 + 3)) * (3 + (8 / 2)))" 并推回操作数栈:操作数栈:(((6 - (2 + 3)) * (3 + (8 / 2))))

  • 读取 2,将其推入操作数栈:操作数栈:(((6 - (2 + 3)) * (3 + (8 / 2)))) 2

  • 读取 ^,弹出 2 和 "(((6 - (2 + 3)) * (3 + (8 / 2))))",生成中缀子串 "(((6 - (2 + 3)) * (3 + (8 / 2))) ^ 2)" 并推回操作数栈:操作数栈:((((6 - (2 + 3)) * (3 + (8 / 2))) ^ 2))

  • 读取 3,将其推入操作数栈:操作数栈:((((6 - (2 + 3)) * (3 + (8 / 2))) ^ 2)) 3

  • 读取 +,弹出 3 和 "(((6 - (2 + 3)) * (3 + (8 / 2))) ^ 2)",生成中缀子串 "((((6 - (2 + 3)) * (3 + (8 / 2))) ^ 2) + 3)" 并推回操作数栈:操作数栈:((((((6 - (2 + 3)) * (3 + (8 / 2))) ^ 2)) + 3))

最终的操作数栈中包含一个中缀表达式 "((((((6 - (2 + 3)) * (3 + (8 / 2))) ^ 2)) + 3))",这就是转换后的中缀表达式。

中缀表达式中的小括号可能太多了,它们可以根据操作符的优先级来简化。在这个特定的表达式中,的确有一些不必要的括号。以下是简化后的中缀表达式:

((6 - 2 + 3) * (3 + 8 / 2) ^ 2 + 3)

这个表达式与原始后缀表达式等价,但去掉了一些多余的括号以更清晰地表示运算符的优先级。


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