LeetCode 面试题 16.26. 计算器

一、题目

  给定一个包含正整数、加(+)、减(-)、乘(*)、除(/)的算数表达式(括号除外)，计算其结果。

  表达式仅包含非负整数，+， - ，*，/ 四种运算符和空格 。 整数除法仅保留整数部分。

示例 1:

输入: “3+2*2”
输出: 7

示例 2:

输入: " 3/2 "
输出: 1

示例 3:

输入: " 3+5 / 2 "
输出: 5

说明：

• 你可以假设所给定的表达式都是有效的。
• 请不要使用内置的库函数 eval。

  点击此处跳转题目。

二、C# 题解

  首先将中缀表达式转换为后缀表达式，然后计算后缀表达式：

public class Solution {
    
    
    public int Calculate(string s) {
    
    
        ArrayList   post   = new ArrayList();   // 后缀表达式
        Stack<char> opStk  = new Stack<char>(); // 操作符栈
        Stack<int>  numStk = new Stack<int>();  // 操作数栈
        int         num    = 0;                 // 存储每次扫描的数字
        
        /* 生成后缀表达式 post */
        foreach (char c in s) {
    
    
            if (char.IsNumber(c)) num = num * 10 + c - '0'; // 碰见操作数
            else if (c != ' ') {
    
                                // 碰见操作符
                post.Add(num);
                num = 0;
                while (opStk.Count != 0 && OpPriority(opStk.Peek(), c) >= 0) // 将优先级不低于 c 的操作符弹入 post
                    post.Add(opStk.Pop());
                opStk.Push(c); // c 进栈
            }
        }
        post.Add(num);                                  // 最后一个操作数进栈
        while (opStk.Count != 0) post.Add(opStk.Pop()); // 剩余操作符进栈
        
        /* 计算后缀表达式 post */
        foreach (object o in post) {
    
    
            if (o is char c) {
    
    
                // 每次取出两个操作数
                int n2 = numStk.Pop();
                int n1 = numStk.Pop();
                
                // 计算结果，压入栈内
                int result = c switch {
    
    
                    '+' => n1 + n2,
                    '-' => n1 - n2,
                    '*' => n1 * n2,
                    '/' => n1 / n2,
                    _   => 0
                };
                numStk.Push(result);
            }
            else numStk.Push((int)o);
        }
        return numStk.Pop();
    }

    // 比较 c1 和 c2 的优先级
    // c1 > = < c2 分别返回 1 0 -1
    public int OpPriority(char c1, char c2) => c1 switch {
    
    
        '*' or '/' when c2 is '*' or '/' => 0,
        '*' or '/'                       => 1,
        '+' or '-' when c2 is '+' or '-' => 0,
        '+' or '-'                       => -1,
    };
}

• 时间：68 ms，击败 71.43% 使用 C# 的用户
• 内存：44.35 MB，击败 28.57% 使用 C# 的用户

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  对于本题，由于只有两个优先级的操作符，因此可以简化操作：

public class Solution {
    
    
    public int Calculate(string s) {
    
    
        Stack<int> numStk = new Stack<int>();
        int        ans    = 0, num = 0;
        char       preOp  = '+'; // 上次的操作符
        for (int i = 0; i < s.Length; i++) {
    
    
            if (char.IsNumber(s[i])) num = num * 10 + s[i] - '0';
            if (!char.IsNumber(s[i]) && s[i] != ' ' || i == s.Length - 1) {
    
     // 遇见操作符或者到达结尾
                switch (preOp) {
    
     // 依据上一个操作符计算结果放入 numStk 中
                    case '+':
                        numStk.Push(num);
                        break;
                    case '-':
                        numStk.Push(-num);
                        break;
                    case '*':
                        numStk.Push(numStk.Pop() * num);
                        break;
                    case '/':
                        numStk.Push(numStk.Pop() / num);
                        break;
                }
                num = 0;
                preOp = s[i];
            }
        }
        while (numStk.Count != 0) ans += numStk.Pop(); // 结果累加
        return ans;
    }
}

• 时间：56 ms，击败 100.00% 使用 C# 的用户
• 内存：37.93 MB，击败 57.14% 使用 C# 的用户