栈(前缀、中缀、后缀表达式、递归)Stack

三、栈(Stack)

1、栈的概念

​ 栈与队列相反,队列是在队头进入,队尾出队的线性表,栈是仅能在栈顶进行插入和删除的线性表(先入先出)。我们通常把允许插入和删除的一端成为栈顶,另一端称为栈底。栈的插入操作为入栈,栈的删除操作为出栈,不含任何数据元素的栈称为空栈。
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栈的表示:

  • 用数组模拟栈
  • 用链表模拟栈

2、栈的应用场景

前缀、中缀和后缀表达式

  • 前缀表达式是运算符在前,数字符在后

(3+4)*5-6 ====> - * + 3 4 5 6

  • 中缀表达式,我们通常书写的表达式的形式

(3+4)*5-6

  • 后缀表达式,数字符在前,运算符在后

(3+4)*5-6 =====>3 4 + 5 * 6

中缀表达式转后缀表达式

  • 初始化两个栈,运算符栈s1和存储中间结果的栈s2(也可用list来表示);
  • 从左到右扫描中缀表达式
  • 遇到操作数时,将其压入s2,
  • 遇到运算符时,比较其与栈顶元素符的优先级:
  • 如果s1为空,或栈顶符号为左括号“( ”,则直接将运算符入栈
  • 否则,若优先级比栈顶优先级高,将运算符压入栈s1
  • 否则,将s1栈顶的运算符弹出并压入到s2中,转到第四步继续循环
  • 遇到括号时:

如果是左括号“( ”,直接压入s1

如果是右括号“ )”,则依次弹出s1栈顶运算符,并压入s2,直到遇到左括号为止,此时将这一对括号丢弃。

  • 重复上述步骤,直至表达式的最右边
  • 将s1中的剩余运算符依次弹出并压入s2
  • 依次弹出s2中的元素并输出,结果的逆序为中缀表达式对应的后缀表达式。

2.1 四则表达式的运算(模拟计算器)

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  • 采用中缀表达式的方式计算,中缀表达式为“7+2*6-4”传统形式的表达式。

1、通过一个index索引查找表达式的符号

2、若当前指向的符号为数字,就放入数字栈中,若是符号就放入符号栈中

3、当index指向运算符时,若此时符号栈为空,直接入栈,若符号栈不为空,则比较index指向的符号与栈顶的符号的优先级,若index指向的运算符大于等于栈顶的运算符时,将index指向的运算符入栈,否则将数字栈中前两位运算符(num1、num2)出栈,符号栈中的栈顶指向的运算符出栈,运算后**(num2运算符num1)**放入数字栈中。

4、当表达式扫描完毕,就顺序的从数字栈和符号栈中pop出相应的数字和符号进行运算。

5、当数字栈中仅有一个元素时,就是表达式的值。

  • 采用后缀表达式计算 9 3 1 -3 * +10 2 / +

1、通过一个index索引查找表达式的符号

2、若当前指向的符号为数字,就放入数字栈中,若是符号,就将处于栈顶的里两个数字出栈,并进行运算

3、将结算结果进栈,一直到最终获得结果。

2.2、递归

递归(recursion)是指通过重复将问题分解为同类的子问题而解决问题的方法。简单来说,递归就是自己调用自己。

递归需要遵守的规则:

1、执行一个方法时,就创建一个新的受保护的独立空间(栈空间)

2、方法的局部变量是独立的,不会互相影响

3、如果方法中使用的是引用类型的变量(比如数组),就会共享该引用类型的数据。

4、递归必须向退出递归的条件逼近,否则就是无限递归,出现StackOverFlowError

5、当一个方法执行完毕,或者遇到return,就会返回,遵守谁调用,就将结果返回给谁,同时当方法执行完毕或者返回时,该方法也就执行完毕。

例子:
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 public static  void getValue(int value){
        if(value>2){
            getValue(value-1);
        }
        System.out.println("the value is "+value);

    }

递归的的经典算法

  • 迷宫

    描述:有一个迷宫地图,有一些可达的位置,也有一些不可达的位置(障碍、墙壁、边界)* 。从一个位置到下一个位置只能通过向上(或者向右、或者向下、或者向左)走一步来实现,从起点出发,如何找到一条到达终点的通路。

    分析:

定义一个二维数组,1表示位置不可到达,2表示通路可以走,3表示位置已经走过,走不通,0表示还未走过的点
* 采用递归的算法
* 1、map表示地图
* 2、i,j表示从地图的那个位置开始出发(1,1* 3、如果小球到map[i][j](终点)位置,则说明通路找到
* 4、策略:下->->->左(算法的优化是策略的变化)
  • 八皇后问题

    描述:在一个8*8的国际象棋上摆放八个皇后,使其不能相互攻击,即任意两个皇后都不能处于同一行、同一列或同一斜线上,共有多少种摆法?

    分析:

1、第一个皇后放在第一行第一列
2、第二个皇后放在第二行第一列,然后判断是否Ok,如果不Ok,继续放在第二列、第三列,依次把所有列都放完,找到一个合适的
3、继续放第三个皇后,继续放第一列、第二列,.......直到第8个皇后放在一个不冲突的位置,这就算找到了一个正确解
4、当找到一个正确解时,在栈回退到上一个栈时,就会开始回溯,即将第一皇后放到第一列的所有正确解,全部得到
5、然后回头继续第一个皇后放第二列,后面继续执行1,2,3,4步骤
说明:
使用一个1维数组来表示,arr[8]={0,4,7,5,2,6,1,3},下标对应第几行,arr[i]=value,value表示第i+1个皇后放在第i+1列。

四、排序(Sort Algorithm)

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