前綴、中綴、后綴之間的轉換


1、概念理解: 對表達式的記法常見的有三種,即熟知的中綴記法,還有計算機所讀取的前綴(波蘭PN)記法后綴(逆波蘭RPN)記法。三者之間區分依據是運算符相對於操作數的位置——前綴表達式的運算符位於與其相關的操作數之前,中綴表達式則是運算符位於操作數之間,而后綴表達式則是運算符位於操作數之后。PS:前(后)綴記法都是不需要括號的

2.1 后綴表達式的計算結果:

  規則:左到右遍歷表達式的每一個數字和符號,遇到是數字就進棧,遇到是符號,就將處於棧頂兩個數字出棧,進行運算(次頂數字 option 棧頂數字),運算結果進棧,一直到獲得最終結果。

   例子:9 3 1- 3 *+10 2/+

  (1) 從左至右掃描,將9 3 1按順序壓入堆棧;
  (2) 遇到 - 運算符,因此彈出1和3(1為棧頂元素,3為次頂元素),計算出3-1的值,得2,再將2入棧;
  (3) 將3入棧;
  (4) 接下來是 * 運算符,因此彈出3和2,計算出2×3=6,將6入棧;
  (5) 遇到 + 運算符,因此彈出6和9,計算出9+6的值,得15,再將15入棧;
  (6) 將10,2入棧;
  (7) 接下來是 / 運算符,因此彈出2和10,計算出10/2=5,將5入棧;
  (8) 最后是 + 運算符,計算出15+5的值,即20,出棧,由此得出最終結果。

2.2中綴表達式轉為后綴表達式

   規則:左到右遍歷中綴表達式的每一個數字和符號,若是數字就輸出,即為后綴表達式中的一部分;若是符號,則判斷其與棧頂符號的優先級,是右括號或優先級低於棧頂符號則棧頂元素(符號)依次出棧並輸出並將當前符號進棧(ps:若當前符號優先級與棧頂相同則彈出棧頂元素並輸出),一直到最終輸出后綴表達式為止。

遵循以下步驟:
(1) 初始化兩個棧:運算符棧S1和儲存中間結果的棧S2;
(2) 從左至右掃描中綴表達式;
(3) 遇到操作數時,將其壓入S2;
(4) 遇到運算符時,比較其與S1棧頂運算符的優先級:
(4-1) 如果S1為空,或棧頂運算符為左括號“(”,則直接將此運算符入棧;
(4-2) 否則,若優先級比棧頂運算符的高,也將運算符壓入S1(注意轉換為前綴表達式時是優先級較高或相同,而這里則不包括相同的情況);
(4-3) 否則,將S1棧頂的運算符彈出並壓入到S2中,再次轉到(4-1)與S1中新的棧頂運算符相比較;
(5) 遇到括號時:
(5-1) 如果是左括號“(”,則直接壓入S1;
(5-2) 如果是右括號“)”,則依次彈出S1棧頂的運算符,並壓入S2,直到遇到左括號為止,此時將這一對括號丟棄;
(6) 重復步驟(2)至(5),直到表達式的最右邊;
(7) 將S1中剩余的運算符依次彈出並壓入S2;
(8) 依次彈出S2中的元素並輸出,結果的逆序即為中綴表達式對應的后綴表達式(轉換為前綴表達式時不用逆序)。

   例子:9+(3-1)*3+10/2

      (1) 從左至右掃描,將9輸出,+ (入棧;  輸出:9
  (2) 遇到3輸出,( - 入棧 ,1輸出; 輸出:9 3 1

  (3) 遇到運算符),因此 - 出棧並輸出; 輸出:9 3 1 -
  (4) 接下來是 * 運算符入棧,優先級高於 + ,因此不輸出; 輸出:9 3 1 -
  (5) 3輸出,遇到 + ,優先級低於 * ,所以* 輸出;  輸出:9 3 1- 3*

     (6)沒有比+ 更低優先級,所以全部出棧,並將當前符號“+” 進棧; 輸出:9 3 1 -3 * +
  (6) 將10輸出,/  入棧 ,優先級高於 + 不輸出; 輸出 :9 3 1 - 3* +10
  (7) 接下來是2輸出,沒有其他運算符入棧,所有運算符出棧並輸出; 輸出: 9 3 1 - 3*+10 2 /+

  綜上:讓計算機出來通常標准的中綴表達式,最重要的兩步:

      1) 將中綴表達式轉為后綴表達式(棧用來進出運算的符號

      2)將后綴表達式進行運算得出結果(棧用來進出運算的數字)

3.1 前綴表達式的計算機求值:
    規則:右至左掃描表達式,遇到數字時,將數字壓入堆棧,遇到運算符時,彈出棧頂的兩個數,用運算符對它們做相應的計算(棧頂元素 option 次頂元素),並將結果入棧;重復上述過程直到表達式最左端,最后運算得出的值即為表達式的結果。

    例如:前綴表達式“- × + 3 4 5 6”:


  (1) 從右至左掃描,將6、5、4、3壓入堆棧;
  (2) 遇到+運算符,彈出3和4(3為棧頂元素,4為次頂元素,注意與后綴表達式做比較),計算出3+4的值,得7,再將7入棧;
  (3) 接下來是×運算符,因此彈出7和5,計算出7×5=35,將35入棧;
  (4) 最后是-運算符,計算出35-6的值,即29,由此得出最終結果。

3.2 將中綴表達式轉換為前綴表達式:
遵循以下步驟:
(1) 初始化兩個棧:運算符棧S1和儲存中間結果的棧S2;
(2) 從右至左掃描中綴表達式;
(3) 遇到操作數時,將其壓入S2;
(4) 遇到運算符時,比較其與S1棧頂運算符的優先級:
(4-1) 如果S1為空,或棧頂運算符為右括號“)”,則直接將此運算符入棧;
(4-2) 否則,若優先級比棧頂運算符的較高或相等,也將運算符壓入S1;
(4-3) 否則,將S1棧頂的運算符彈出並壓入到S2中,再次轉到(4-1)與S1中新的棧頂運算符相比較;
(5) 遇到括號時:
(5-1) 如果是右括號“)”,則直接壓入S1;
(5-2) 如果是左括號“(”,則依次彈出S1棧頂的運算符,並壓入S2,直到遇到右括號為止,此時將這一對括號丟棄;
(6) 重復步驟(2)至(5),直到表達式的最左邊;
(7) 將S1中剩余的運算符依次彈出並壓入S2;
(8) 依次彈出S2中的元素並輸出,結果即為中綴表達式對應的前綴表達式。


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