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编写一个能够计算中缀表达式的java程序

王朝知道·作者佚名  2009-09-02  
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分类: 电脑/网络 >> 程序设计 >> 其他编程语言
 
问题描述:

,其中关于中缀表达式有如下的要求:

1)表达式中可以出现小数

2)表达式中只处理二元运算符

3)表达式中出现的运算符为:+、-、*、/、^(幂运算)、(),其中幂运算符的优先级别比*和/的高,但是其结合性为右结合

参考答案:

基本上就是先做词法分析(Lexical Analysis),然后再依优先级别把所有操作符和相关的操作数逐一化解成数值,

一直到整个表达式被化解成一个数值(或碰上表达式里的格式或数值范围错误)为止。

代码里,tokenize( ) 负责词法分析,剩下的都交给 evaluate( ) 。

evaluate( ) 能正确地求出空格数量和位置不规则的表达式

(比如 " -8-(+ 6*(1.5+723 )--9)+2^+3 ^- 5.2/16 ")。

注:

我没在 evaluate( ) 里捕捉任何异常,因为从里头冒出的任何异常都表示被传入的参数有错误。

(那意味着 evaluate( ) 的调用应该被放在 try block 里。)

import java.util.*;

class Expression {

public static void main( String[ ] args ) {

String expr = " -8-(+ 6*(1.5+723 )--9)+2^+3 ^- 5.2/16 ";

try {

System.out.println( evaluate( expr ) );

} catch ( Exception e ) {

System.out.println( "Syntax or numeric range error!" );

}

}

public static double evaluate( String expr ) {

List<String> tokens = tokenize( expr );

// Recursively eliminate all operators, in descending order of priority,

// till a numeric value is obtained from expr or till error is detected.

// first of all, get rid of all parentheses

int open = tokens.indexOf( "(" ),

close = tokens.lastIndexOf( ")" );

if ( open != -1 ) // parentheses mismatch will be caught by subList( )

return evaluate( join( tokens.subList( 0, open ) ) +

evaluate( join( tokens.subList( open + 1, close ) ) ) +

join( tokens.subList( close + 1, tokens.size( ) ) ) );

// now, get rid of binaries

String[ ][ ] binaries = { { "+", "-" }, // priority-0 is the lowest

{ "*", "/" },

{ "^" } }; // only one R2L (right-to-left)

List<String> listOfR2L = Arrays.asList( "^" );

for ( int priority = binaries.length - 1; priority >= 0; priority-- ) {

List binariesOfCurrentPriority = Arrays.asList( binaries[ priority ] );

int pos = Algorithms.findFirstOf( binariesOfCurrentPriority, tokens );

if ( listOfR2L.contains( binariesOfCurrentPriority.get( 0 ) ) )

pos = Algorithms.findLastOf( binariesOfCurrentPriority, tokens );

if ( pos != -1 )

return evaluate( join( tokens.subList( 0, pos - 1 ) ) +

operate( tokens.get( pos ),

tokens.get( pos - 1 ),

tokens.get( pos + 1 ) ) +

join( tokens.subList( pos + 2, tokens.size( ) ) ) );

}

// at this point, expr should be a numeric value convertible to double

return Double.parseDouble( tokens.get( 0 ) );

}

public static double operate( String operator, String a, String b ) {

double x = Double.parseDouble( a ), y = Double.parseDouble( b );

if ( operator.equals( "+" ) ) return x + y;

if ( operator.equals( "-" ) ) return x - y;

if ( operator.equals( "*" ) ) return x * y;

if ( operator.equals( "/" ) ) return x / y;

if ( operator.equals( "^" ) ) return Math.pow( x, y );

throw new IllegalArgumentException( "Unknown operator: " + operator );

}

public static boolean isArithmeticOperator( String s ) {

return s.length( ) == 1 && "+-*/^".indexOf( s ) != -1;

}

public static List<String> tokenize( String expr ) {

// split by (while "capturing" all) operators by positive look around

final String pattern = "(?=[-+*/^()])|(?<=[-+*/^()])";

List<String> tokens =

new ArrayList<String>( Arrays.asList( expr.split( pattern ) ) );

// Trim all tokens, discard empty ones, and join sign to number.

for ( int i = 0; i < tokens.size( ); i++ ) {

String current = tokens.get( i ).trim( ),

previous = i > 0 ? tokens.get( i - 1 ) : "+";

if ( current.length( ) == 0 )

tokens.remove( i-- ); // decrement, or miss the next token

else

if ( isArithmeticOperator( current ) &&

isArithmeticOperator( previous ) &&

i + 1 < tokens.size( ) ) {

tokens.set( i + 1, current + tokens.get( i + 1 ).trim( ) );

tokens.remove( i ); // no decrement, to skip the next token

} else

tokens.set( i, current );

}

return tokens;

}

private static String join( List<String> strings ) {

return strings.toString( ).replaceAll( "[,\\[\\]]", "" );

}

}

// see C++'s STL algorithm find_first_of( ) and find_last_of( ) for semantics

class Algorithms {

public static int findFirstOf( List what, List in ) {

List<Integer> locations = new ArrayList<Integer>( );

for ( Object o: what )

if ( in.contains( o ) )

locations.add( in.indexOf( o ) );

return locations.isEmpty( ) ? -1 : Collections.min( locations );

}

public static int findLastOf( List what, List in ) {

List<Integer> locations = new ArrayList<Integer>( );

for ( Object o: what )

if ( in.contains( o ) )

locations.add( in.lastIndexOf( o ) );

return locations.isEmpty( ) ? -1 : Collections.max( locations );

}

}

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