[Java]算术表达式求值之三(中序表达式转二叉树方案 支持小数)
Entry类 这个类对表达式的合法性进行了粗筛:
package com.hy; import java.io.BufferedReader; import java.io.IOException; import java.io.InputStreamReader; // 此类用于把算术表达式送入解析器 public class Entry { public static void main(String[] args) throws IOException{ // 取得用户输入的表达式 BufferedReader br = new BufferedReader(new InputStreamReader(System.in)); String rawExpression = null; System.out.print("请输入算术表达式:"); rawExpression = br.readLine(); // 得到合法的算术表达式 String expression=""; for(int i=0;i<rawExpression.length();i++){ // 拿到表达式的每个字符 char c=rawExpression.charAt(i); //System.out.print(c+","); if(Character.isDigit(c) || c=='+' || c=='-' || c=='*' || c=='/' || c=='(' || c==')' || c=='.'){ //System.out.print(c); expression+=c; }else{ System.out.print(" "+c+"不是合法的算术表达式字符."); System.exit(0); } } // 送去解析 Lexer p=new Lexer(expression); //p.print(); // Tree t=new Tree(p.getInfixList()); try { System.out.println(t.evaluate()); } catch (Exception e) { // TODO Auto-generated catch block e.printStackTrace(); } } }
执行结果 以下测试用例都通过了:
请输入算术表达式:1+2+3 6.0 请输入算术表达式:1+2*3 7.0 请输入算术表达式:2*(3+4) 14.0 请输入算术表达式:1+2*(6-4) 5.0 请输入算术表达式:1+2*(5-4)+6-7 2.0 请输入算术表达式:(1+2)*3-4*(6-5) 5.0 请输入算术表达式:(1+2)*(3+4) 21.0 请输入算术表达式:1.1*5+(3+4)*10 75.5
Lexer类 这个类起词法分析器的作用,其核心利器是正则表达式,分词完毕后得到一个含有中序表达式的列表,如 ”1.2,+,3,*,4“:
package com.hy; import java.util.ArrayList; import java.util.List; import java.util.regex.Matcher; import java.util.regex.Pattern; // 此类用于将算术表达式解析成包含操作数和操作符的链表,扮演分词器的角色 public class Lexer { private List<String> list;// 用于存储中序表达式的链表 public List<String> getInfixList() { return list; } public Lexer(String expression){ list=new ArrayList<String>(); // 使用正则表达式分词 String regExp = "(\\d+(\\.*)\\d*)|(\\+)|(\\-)|(\\*)|(\\/)|(\\()|(\\))"; Pattern pattern=Pattern.compile(regExp); Matcher matcher=pattern.matcher(expression); while(matcher.find()){ list.add(matcher.group(0)); } } public void print(){ for(String str:list){ System.out.println(str); } } }
Tree类 输入一个中序表达式列表,得到构建好的树,这棵树就是算术表达式的语法树。递归的build函数是本类代码的核心:
package com.hy; import java.util.List; // 以算术表达式为基础构建一棵二叉树 public class Tree { // 根节点 private Node root; // infixList为分词完毕的中序表达式列表 public Tree(List<String> infixList){ root=build(infixList,0,infixList.size()); } // 构建一棵树,从根节点构建起 private Node build(List<String> list,int start,int end){ int depth=0;//记录深度,进一层括号加一,退出来减一 int plusDivideRightmostPos=-1;// 记录最右边的加减号位置 int multiDivideRightmostPos=-1;// 记录最右边的乘除号位置 // 操作数 if(start==end-1){ // 下标相差一,说明找到的是没有子节点的叶子节点,也即操作数节点 Node leafNode=new Node(NodeType.Digit,list.get(start)); return leafNode; } // 这个循环是为了找括号外最右边的运算符位置 for(int i=start;i<end;i++){ String operatorText=list.get(i);// 获得操作符的文字,如果是操作数直接ignore if(operatorText.equals("(")){ depth++; }else if(operatorText.equals(")")){ depth--; }else if(operatorText.equals("+") || operatorText.equals("-") ){ if(depth==0){ plusDivideRightmostPos=i; } }else if(operatorText.equals("*") || operatorText.equals("/") ){ if(depth==0){ multiDivideRightmostPos=i; } } } int rightMost=-1; if(plusDivideRightmostPos==-1 && multiDivideRightmostPos==-1){ // 整个算式被多余的括号括起来了,去掉这层多余的括号再做 return build(list,start+1,end-1); } // 优先取加减号的位置,因为它的计算优先级最低,应当最后算 rightMost=plusDivideRightmostPos; if(plusDivideRightmostPos==-1 && multiDivideRightmostPos>0){ // 括号外只有乘除号,如(1+2)*(3+4),这时只有取乘除号位置, rightMost=multiDivideRightmostPos; } // 如果能走到这里,则最右边括号外的运算符位置已经找到了,可以开始构建节点 String operator=list.get(rightMost); Node nodeOper=new Node(operator);// 这里创建的节点都是操作符节点,不是最终的叶子节点 // 以最右边的操作符为界,分两侧构建左右子节点 nodeOper.setLeftNode(build(list,start,rightMost)); nodeOper.setRightNode(build(list,rightMost+1,end)); // 返回构建完的节点 return nodeOper; } // 取二叉树的值 public float evaluate() throws Exception{ return this.root.getValue(); } }
Node类 这是如教科书似的二叉树定义:
package com.hy; // 二叉树节点类 public class Node { private NodeType type; private float value; private Node leftNode;// 左节点 private Node rightNode;// 右节点 public Node(){ type=NodeType.Undifined; value=0.0f; leftNode=null; rightNode=null; } public Node(String nodeTypeText){ if(nodeTypeText.equals("+")){ this.type=NodeType.OP_Plus; }else if(nodeTypeText.equals("-")){ this.type=NodeType.OP_Minus; }else if(nodeTypeText.equals("*")){ this.type=NodeType.OP_Multi; }else if(nodeTypeText.equals("/")){ this.type=NodeType.OP_Divide; }else{ this.type=NodeType.Undifined; } value=0.0f; leftNode=null; rightNode=null; } public Node(NodeType type){ this.type=type; value=0.0f; leftNode=null; rightNode=null; } public Node(NodeType type,String str){ this.type=type; this.value=Float.valueOf(str); leftNode=null; rightNode=null; } public Node(NodeType type,float value,Node leftNode,Node rightNode){ this.type=type; this.value=value; this.leftNode=leftNode; this.rightNode=rightNode; } public Node(NodeType type,Node leftNode,Node rightNode){ this.type=type; this.value=0; this.leftNode=leftNode; this.rightNode=rightNode; } public float getValue() throws Exception{ if(this.type==NodeType.Digit){ return value; }else if(this.type==NodeType.OP_Divide){ return leftNode.getValue()/rightNode.getValue(); }else if(this.type==NodeType.OP_Minus){ return leftNode.getValue()-rightNode.getValue(); }else if(this.type==NodeType.OP_Multi){ return leftNode.getValue()*rightNode.getValue(); }else if(this.type==NodeType.OP_Plus){ return leftNode.getValue()+rightNode.getValue(); }else{ throw new Exception("Not initialize"); } } public void setLeftNode(Node leftNode) { this.leftNode = leftNode; } public void setRightNode(Node rightNode) { this.rightNode = rightNode; } public Node getLeftNode() { return leftNode; } public Node getRightNode() { return rightNode; } public String toString(){ if(this.type==NodeType.Digit){ return String.valueOf(value)+" "; }else if(this.type==NodeType.OP_Divide){ return "/ "; }else if(this.type==NodeType.OP_Minus){ return "- "; }else if(this.type==NodeType.OP_Multi){ return "* "; }else if(this.type==NodeType.OP_Plus){ return "+ "; }else{ return "? "; } } public NodeType getType() { return type; } public void setType(NodeType type) { this.type = type; } public void setValue(float value) { this.value = value; } }
NodeType枚举
package com.hy; // 节点类型 public enum NodeType { Undifined, OP_Plus, OP_Minus, OP_Multi, OP_Divide, Digit, }
到这里,将算术表达式求值的两种方式--转后序表达式或二叉树求值都已经实现过了,虽然其词法分析器和语法分析器还稚嫩,但万丈高楼总需平地起。
参考文献:
1.算术表达式构造二叉树; 二叉树计算算术表达式 https://blog.csdn.net/qq120848369/article/details/5673969
2.算数表达式--二叉树 https://www.cnblogs.com/gw811/archive/2012/10/12/2720777.html
--END-- 2019年9月4日11点08分
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