Java堆棧的應用1----------堆棧的自定義實現以及括號匹配算法的Java實現

接下篇：http://www.cnblogs.com/fuck1/p/5995857.html

堆棧的應用1：括號匹配算法

括號匹配問題

假設算術表達式中包含圓括號，方括號，和花括號三種類型。使用棧數據結構編寫一個算法判斷表達式中括號是否正確匹配，並設計一個主函數測試。

比如：{a+[b+(c*a)/(d-e)]}     正確

         ([a+b)-(c*e)]+{a+b}    錯誤

   對於表達式中的括號是否匹配，不能僅僅通過統計左括號'('出現的次數和右括號')'出現的次數是否相等來實現，“a*)b+c(”這樣的表達式中的括號顯然是不匹配的。檢驗括號是否匹配最常見的方法是借助於棧這種數據結構，從左到右逐個字符掃描表達式，碰到左括號"("則壓入棧中(push)，碰到右括號")"則彈出棧頂元素(pop)如果棧為空，則匹配失敗。字符串掃描完成后，如果棧為空，則匹配成功，否則匹配失敗。

 

//-------------------------------------------------------------在這里雖然Java給出了Stack的類但是還是自定義

//下面是一個stack接口的定義

//棧接口
public interface Stack {

    // 入棧
    public void push(Object obj) throws Exception;

    // 出棧
    public Object pop() throws Exception;

    // 獲得棧頂元素
    public Object getTop() throws Exception;

    // 判斷棧是否為空
    public boolean isEmpty();
}

//順序棧的具體實現，通過數組實現

//順序棧

public class SequenceStack implements Stack {

    Object[] stack; // 對象數組
    final int defaultSize = 10; // 默認長度
    int top;// 棧頂位置
    int maxSize;// 最大長度

    public SequenceStack() {
        // 默認方法初始化
        init(defaultSize);
    }

    // 顯示調用方法初始化
    public SequenceStack(int size) {
        // 根據用戶傳入的參數進行初始化
        init(size);
    }

    // 初始化方法
    private void init(int size) {
        this.maxSize = size;
        top = 0;
        stack = new Object[size];
    }

    // 入棧操作
    @Override
    public void push(Object obj) throws Exception {
        // TODO Auto-generated method stub
        // 判斷棧是否已滿
        if (top == maxSize) {
            throw new Exception("堆棧已滿");
        }
        // 入棧
        stack[top] = obj;
        top++;
    }

    // 出棧
    @Override
    public Object pop() throws Exception {
        // TODO Auto-generated method stub
        // 判斷棧是否為空
        if (isEmpty()) {
            throw new Exception("堆棧為空！");
        }
        // 因為在入棧之后默認將top值進行了++所以導致不指示當前位置
        top--;
        return stack[top];
    }

    // 獲得棧頂元素
    @Override
    public Object getTop() throws Exception {
        // TODO Auto-generated method stub
        if (isEmpty()) {
            throw new Exception("堆棧為空！！");
        }
        // 單純獲得棧頂元素
        return stack[top - 1];
    }

    @Override
    public boolean isEmpty() {
        // TODO Auto-generated method stub
        return top == 0;
    }

}

//獲得棧的具體使用操作后，下面使用堆棧完成對括號匹配算法的使用:

import java.util.Scanner;

//平衡符號算好，檢查算數式的括號是否是正確的，小括號，中括號，大括號
public class Test {
    public static void main(String[] args) throws Exception {
        String str = "{a + [b + ( c * a ) / ( d * e)]}";
        String str2 = "{a+(a*B)+[a-1] + }";

        signCheck(str2);
    }

    // 字符串檢查
    public static void signCheck(String str) throws Exception {
        SequenceStack stack = new SequenceStack();
        String[] arr = expToStringArray(str);
        for (int i = 0; i < arr.length; i++) {
            // 如果數組中有這三種左括號元素那么直接進行入棧操作
            if (arr[i].equals("(") || arr[i].equals("[") || arr[i].equals("{")) {
                stack.push(arr[i]);
            }

            else if (arr[i].equals(")") && !stack.isEmpty()
                    && stack.getTop().equals("(")) {
                // 上面的if判斷主要是當我們遇到右括號時，發現當前位於棧頂的是左括號，那么此時可以出棧了
                stack.pop();
            }

            else if (arr[i].equals(")") && !stack.isEmpty()
                    && !stack.getTop().equals("(")) {

                System.out.println("左右括號匹配次序不成功");
                return;
            }
            // 遇到中括號時
            else if (arr[i].equals("]") && !stack.isEmpty()
                    && stack.getTop().equals("[")) {
                // 上面的if判斷主要是當我們遇到右括號時，發現當前位於棧頂的是左括號，那么此時可以出棧了
                stack.pop();
            }

            else if (arr[i].equals("]") && !stack.isEmpty()
                    && !stack.getTop().equals("[")) {

                System.out.println("左右括號匹配次序不成功");
                return;
            }

            // 大括號匹配
            else if (arr[i].equals("}") && !stack.isEmpty()
                    && stack.getTop().equals("{")) {
                // 上面的if判斷主要是當我們遇到右括號時，發現當前位於棧頂的是左括號，那么此時可以出棧了
                stack.pop();
            }

            else if (arr[i].equals("}") && !stack.isEmpty()
                    && !stack.getTop().equals("{")) {

                System.out.println("左右括號匹配次序不成功");
                return;
            }

            // 右括號多於左括號的情況
            else if (arr[i].equals(")") || arr[i].equals("]")
                    || arr[i].equals("}") && stack.isEmpty()) {
                System.out.println("右括號多於左括號");
                return;
            }
        }
        // 經歷完一趟循環后如果堆棧不為空，那么左括號就多了
        if (!stack.isEmpty()) {
            System.out.println("左括號多於右括號");
        } else {
            System.out.println("匹配正確");
        }

    }

    // 字符串轉為字符串數組
    public static String[] expToStringArray(String exp) {
        // 字符串數組長度
        int n = exp.length();
        String[] arr = new String[n];
        for (int i = 0; i < n; i++) {
            arr[i] = exp.substring(i, i + 1);
        }

        return arr;
    }
}