数据结构--栈的应用（括号匹配、表达式求值（中缀转后缀））

栈的应用

1. 栈是嵌套调用机制的实现基础

2. 使用栈以非递归方式实现递归算法

判断表达式中圆括号是否匹配

package pers.zhang.stack;

/**
 * @author zhang
 * @date 2020/1/16 - 14:42
 *
 * 栈应用：括号匹配
 */
public class Exp_bracket {
    //判断expstr表达式中的圆括号是否匹配，若匹配，返回空串，否则返回错误信息
    public static String isValid(String expstr){
        SeqStack<String> stack = new SeqStack<String>(expstr.length());  //顺序栈

        for (int i = 0; i < expstr.length(); i++){
            char ch = expstr.charAt(i);
            switch(ch){
                case '(':
                    stack.push(ch + "");//左括号入栈
                    break;
                case ')':
                    if (stack.isEmpty() || !stack.pop().equals("("))  //遇见右括号时，出栈
                        return "期望(";//判断出栈字符是否为左括号
            }
        }
        return (stack.isEmpty()) ? "" : "期望)";           //返回空串表示没有错误
    }

    public static void main(String args[])
    {
        String expstr = "((1+2)*3+4)";
        System.out.println(expstr + "  " + isValid(expstr));
    }
}

/*
程序多次运行时，若expstr分别表示不同的表达式字符串，运行结果如下：
((1+2)*3+4) 
((1+2)*3+4  期望)
((1+2)*3+4))(  期望(
*/

使用栈计算表达式值

1.将中缀表达式转换为后缀表达式

2.后缀表达式求值
```java
package pers.zhang.stack;

/**

• @author zhang

• @date 2020/1/16 - 14:52

• 栈应用：表达式求值
  */
  public class Expression {

  //返回expstr的后缀表达式
  public static String toPostfix(String expstr){
  SeqStack stack = new SeqStack(expstr.length()); //创建运算符栈，顺序栈
  String postfix = “”;//记载后缀表达式
  int i = 0;
  while (i < expstr.length())
  {
  char ch = expstr.charAt(i);
  switch (ch){
  case ‘+’: //遇到＋、－运算符，与栈顶元素比较
  case ‘-’:
  while (!stack.isEmpty() && !stack.get().equals("("))
  postfix += stack.pop();
  stack.push(ch + “”); //当前运算符入栈
  i++;
  break;
  case '’: //遇到、/ 运算符
  case ‘/’:
  while (!stack.isEmpty() && (stack.get().equals("*") || stack.get().equals("/")))
  postfix += stack.pop();
  stack.push(ch+"");
  i++;
  break;
  case ‘(’:
  stack.push(ch + “”); //遇到左括号，入栈
  i++;
  break;
  case ‘)’:
  String out = stack.pop(); //遇到右括号，出栈，若栈空返回null
  while (out!=null && !out.equals("(")){ //判断出栈字符是否为左括号
  postfix += out;
  out = stack.pop();
  }
  i++; break;
  default:
  while (i<expstr.length() && ch>=‘0’ && ch<=‘9’){ //遇到数字时，加入到后缀表达式
  postfix += ch;
  i++;
  if (i < expstr.length())
  ch = expstr.charAt(i);
  }
  postfix += " "; //添加空格作为数值之间的分隔符
  }
  }
  while (!stack.isEmpty())
  postfix += stack.pop();
  return postfix;
  }

  //计算后缀表达式的值
  public static int value(String postfix){
  LinkedStack stack = new LinkedStack(); //创建操作数栈，链式栈
  int i = 0, result = 0;
  while (i < postfix.length()){ //逐个检查后缀表达式中的字符
  char ch = postfix.charAt(i);
  if (ch >= ‘0’ && ch <= ‘9’){ //遇到数字字符
  result = 0;
  while (ch != ’ '){ //字符串转化为数值
  result = result * 10 + Integer.parseInt(ch + “”);
  i++;
  ch = postfix.charAt(i);
  }
  i++;
  stack.push(new Integer(result)); //操作数入栈
  }else{
  int y = stack.pop().intValue(); //出栈两个操作数
  int x = stack.pop().intValue();
  switch (ch){ //根据运算符分别计算
  case ‘+’:
  result = x + y;
  break;
  case ‘-’:
  result = x - y;
  break;
  case ‘*’:
  result = x * y;
  break;
  case ‘/’:
  result = x / y;
  break; //整除，除数为0时将抛出异常
  }
  stack.push(new Integer(result)); //运算结果入栈
  i++;
  }
  }
  return stack.pop().intValue(); //返回运算结果
  }

  public static void main(String args[]){
  String expstr="121+10*(53-49+20)/((35-25)2+10)+11";
  String postfix = toPostfix(expstr);
  System.out.println("expstr= " + expstr);
  System.out.println("postfix= " + postfix);
  System.out.println("value= " + value(postfix));
  }
  }
  /
  程序运行结果如下：
  expstr= 121+10*(53-49+20)/((35-25)*2+10)+11
  postfix= 121 10 53 49 -20 +*35 25 -2 *10 +/+11 +
  value= 140

expstr= 121+10*(53-49+20)/((35-25)*2+10)+11/0
postfix= 121 10 53 49 -20 +*35 25 -2 *10 +/+11 0 /+
Exception in thread “main” java.lang.ArithmeticException: / by zero
at Expression.value(Expression.java:79)
at Expression.main(Expression.java:93)

*/