java数据结构关于栈的实例应用

此文章介绍关于顺序栈,链式栈的实例操作,括号匹配,表达式求值(后缀表达式)

1.声明一个栈接口SStack

package ch05;
 
public interface SStack <T>{
    boolean isEmpty();  // 判断栈是否为空
    void push(T x);		// 元素x入栈
    T pop();			// 出栈,返回栈顶元素
    T peek();			// 返回栈顶元素,但不出栈
}

 2. 定义顺序栈类SeqStack<T>,包括数据元素的对象数组和栈顶元素下标两个私有成员变量,构造方法可实例化容量为size大小的空顺序栈,调用类中成员方法实现顺序栈的入栈、出栈、获取栈顶元素等操作,重写toString()方法获取顺序栈的字符串描述。

package ch05;
 
public class SeqStack <T> implements SStack<T>{
    Object[] element;
    int top;
    // 构造方法,创建一个空栈,存储容量大小size
    public SeqStack(int size){
        element=new Object[size];
        top=-1;
    }
    // 判断栈是否为空
    @Override
    public boolean isEmpty() {
        return top==-1;
    }
 
    // 元素x入栈
    @Override
    public void push(T x) {
        if (x==null){
            return;
        }
        // 若栈满,则扩充栈容量
        if (this.top==element.length-1){
            Object[] temp=this.element;
            element=new Object[temp.length*2];
            for (int i=0;i<temp.length;i++){
                element[i]=temp[i];
            }
        }
        //入栈
        this.element[++top]=x;
    }
 
    // 出栈,返回栈顶元素
    @Override
    public T pop() {
        if (top!=-1){
            return (T) this.element[this.top--];
        }
        return null;
    }
    // 返回栈顶元素,但不出栈
    @Override
    public T peek() {
        if (top!=-1){
            return (T) this.element[this.top];
        }
        return null;
    }
    // 返回顺序栈中所有元素的描述字符串,形式为"(,)",覆盖Object类的toString()方法
    public String toString(){// 自栈顶输出到栈底
        String str="";
        if (top>=0){
            str="(";
            for (int i=top;i>=0;i--){
                str+=element[i]+",";
            }
            str=str.substring(0,str.length()-1);
            str+=")";
        }else {//空栈
            str="()";
        }
        return str;
    }
}

3.定义结点类Node<T>,包括数据域和地址域两个成员变量,构造方法实例化结点,重写toString()方法获取结点的字符串描述。

package ch05;
 
public class Node <T>{
    public T data;
    public Node<T> next;
 
    public Node(T data, Node<T> next) {
        this.data = data;
        this.next = next;
    }
    public Node(){
        this(null,null);
    }
}

4.  定义链式栈类LinkedStack<T>:

package ch05;
 
public class LinkedStack<T> implements SStack<T>{
    private Node<T> top;
 
    public LinkedStack() {
        top=new Node<>();
    }
 
    @Override
    public boolean isEmpty() {
        return top.next==null ? true:false;
    }
 
    @Override
    public void push(T x) {
        if (x==null){
            return;
        }
        //生成新结点
        Node<T> q=new Node<>(x,null);
        q.next=top.next;
        top.next=q;
    }
 
    @Override
    public T pop() {
        T elem=null;
        if (top.next!=null){
            elem=top.next.data;
            top.next=top.next.next;
        }
        return elem;
    }
 
    @Override
    public T peek() {
        T elem=null;
        if (top.next!=null){
            elem=top.next.data;
        }
        return elem;
    }
    // 返回顺序栈中所有元素的描述字符串,形式为"(,)",覆盖Object类的toString()方法
    public String toString(){
        String str="";
        Node<T> p=top.next;
        if (p!=null){
            str="(";
            while (p!=null){
                str+=p.data+",";
                p=p.next;
            }
            str=str.substring(0,str.length()-1);
            str+=")";
        }else {
            str="()";
        }
        return str;
    }
}

 5.括号匹配

package ch07;
 
import java.util.Scanner;
 
public class Bracket {
	// 括号匹配
	public static String isMatched(String infix) {
		SeqStack<Character> stack = new SeqStack<Character>(infix.length());
		for (int i = 0; i < infix.length(); i++) {
			char ch = infix.charAt(i);
			switch (ch) {
			case "(":
				stack.push(ch);
				break;
			case ")":
				if (stack.isEmpty() || !stack.pop().equals("(")) {
					return "expect (";
				}
			}
		}
		return stack.isEmpty() ? "" : "expect )";
	}
 
	// 测试括号匹配算法
	public static void main(String[] args) {
		// 括号匹配
		Scanner r = new Scanner(System.in);
		System.out.print("输入括号表达式:");
		String infix = r.nextLine();
		System.out.println(isMatched(infix));
	}
}

6.表达式求值(后缀表达式):

package ch05;
 
import java.util.Scanner;
 
public class ExpressionPoland {
    // 括号匹配
    public static String isMatched(String infix) {
        SeqStack<Character> stack = new SeqStack<Character>(infix.length());
        for (int i = 0; i < infix.length(); i++) {
            char ch = infix.charAt(i);
            switch (ch) {
                case "(":
                    stack.push(ch);
                    break;
                case ")":
                    if (stack.isEmpty() || !stack.pop().equals("(")) {
                        return "expect (";
                    }
            }
        }
        return stack.isEmpty() ? "" : "expect )";
    }
    // 将中缀表达式转换为后缀表达式
    public static StringBuffer toPostfix(String infix){
        SeqStack<Character> stack=new SeqStack<Character>(infix.length());
        StringBuffer postfix=new StringBuffer(infix.length()*2);
        int i=0;
        System.out.println("
求后缀表达式过程:");
        System.out.println("字符"+"	stack		postfix");
        while(i<infix.length()){ // 对表达式中的每个字符进行处理
            char ch=infix.charAt(i); // 第i个字符
            System.out.print(ch+"	"); // 输出第i个字符
            switch(ch){ // 判断字符类别
                // +、-运算符
                case "+":
                case "-":
                    // 当栈不空且栈顶运算符优先级高时,包括+、-、*、/
                    while(!stack.isEmpty() && !stack.peek().equals("(")){ // 栈中的"("优先级最低
                        postfix.append(stack.pop()+" ");  // 将出栈的运算符追加到后缀表达式中(空格间隔)
                    }
                    stack.push(ch); // 第i个字符入栈
                    i++;
                    break;
                case "*":
                case "/":
                    // 当栈不空且栈顶运算符优先级高时,包括*、/
                    while(!stack.isEmpty() && (stack.peek().equals("*") || stack.peek().equals("/"))){
                        postfix.append(stack.pop()+" "); // 将出栈的运算符追加到后缀表达式中(空格间隔)
                    }
                    stack.push(ch); // 第i个字符入栈
                    i++;
                    break;
                case "(":
                    stack.push(ch); // "("入栈
                    i++;
                    break;
                case ")":
                    Character out=stack.pop();
                    while(out!=null && !out.equals("(")){ // 若干运算符出栈,直到"("出栈
                        postfix.append(out+" ");  // 将出栈的运算符追加到后缀表达式中(空格间隔)
                        out=stack.pop();
                    }
                    i++;
                    break;
                default:
                    while(i<infix.length() && ch>="0" && ch<="9"){ // 获取运算的整数
                        postfix.append(ch); // 将数字追加到后缀表达式中
                        i++;
                        if(i<infix.length()){
                            ch=infix.charAt(i); // 下一位字符
                        }
                    }
                    postfix.append(" ");  // 运算数以空格间隔
            }
            System.out.printf("%-18s",stack.toString()); // 输出每个运算符或运算数处理后栈中的内容
            System.out.println(postfix);  // 输出每个运算符或运算数处理后的后缀表达式
        }
        while(!stack.isEmpty()){ // 栈中运算符全部出栈
            postfix.append(stack.pop());
        }
        return postfix;
    }
 
    // 计算后缀表达式的值
    public static int toValue(StringBuffer postfix){
        LinkedStack<Integer> stack=new LinkedStack<Integer>();
        int value=0;
        System.out.println("
计算过程:");
        for(int i=0;i<postfix.length();i++){
            char ch=postfix.charAt(i);
            if(ch>="0" && ch<="9"){
                String s="";
                while(ch!=" "){// 求运算数
                    s+=ch;
                    i++;
                    ch=postfix.charAt(i);
                }
                stack.push(Integer.parseInt(s)); // 将运算数入栈
            }else{
                if(ch!=" "){
                    int y=stack.pop(); // 第二个运算数
                    int x=stack.pop(); // 第一个运算数
                    switch(ch){
                        case "+":
                            value=x+y;
                            break;
                        case "-":
                            value=x-y;
                            break;
                        case "*":
                            value=x*y;
                            break;
                        case "/":
                            value=x/y;
                            break;
                    }//switch
                    // 输出计算表达式
                    if(y>=0){
                        System.out.println(x+(ch+"")+y+"="+value);
                    }else{
                        System.out.println(x+(ch+"")+"("+y+")"+"="+value);
                    }
                    // 计算结果入栈
                    stack.push(value);
                }
            }
        }
        return stack.pop(); // 返回栈中计算的最终结果
    }
 
    // 测试表达式求值算法
    public static void main(String[] args) {
        Scanner r=new Scanner(System.in);
        // 表达式求值
        System.out.print("输入表达式:");
        String infix = r.nextLine();
        String match=isMatched(infix);
        if(match.equals("")){// 括号匹配
            StringBuffer postfix=toPostfix(infix);
            System.out.println("
后缀表达式:"+postfix);
            System.out.println("
计算结果:"+toValue(postfix));
        }else{// 括号不匹配
            System.out.println("表达式错误:"+match);
        }
    }
}

运行结果如下:

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