Acwing 3302.表达式求值整理

3302. 表达式求值

给定一个表达式，其中运算符仅包含 +,-,*,/（加 减 乘 整除），可能包含括号，请你求出表达式的最终值。

注意：

• 数据保证给定的表达式合法。
• 题目保证符号 - 只作为减号出现，不会作为负号出现，例如，-1+2,(2+2)*(-(1+1)+2) 之类表达式均不会出现。
• 题目保证表达式中所有数字均为正整数。
• 题目保证表达式在中间计算过程以及结果中，均不超过 $ 2^{31}-1 $。
• 题目中的整除是指向 $ 0 $ 取整，也就是说对于大于 $ 0 $ 的结果向下取整，例如 $ 5/3=1 $，对于小于 $ 0 $ 的结果向上取整，例如 $ 5/(1-4) = -1 $。
• C++和Java中的整除默认是向零取整；Python中的整除//默认向下取整，因此Python的eval()函数中的整除也是向下取整，在本题中不能直接使用。

输入格式

共一行，为给定表达式。

输出格式

共一行，为表达式的结果。

数据范围

表达式的长度不超过 $ 10^5 $。

输入样例：

(2+2)*(1+1)

输出样例：

8

代码：

#include <iostream>
#include <cstring>
#include <algorithm>
#include <stack>
#include <unordered_map>

using namespace std;

stack<int> num;
stack<char> op;

void eval(){
    auto b = num.top(); num.pop();
    auto a = num.top(); num.pop();
    auto c = op.top(); op.pop();
    int x;
    if(c == '+') x = a + b;
    else if (c == '-') x = a - b;
    else if (c == '*') x = a * b;
    else x = a / b;
    num.push(x);
}

int main(){
    unordered_map<char, int> pr{{'+', 1}, {'-', 1}, {'*', 2}, {'/', 2}};
    string str;
    cin >> str;
    for(int i = 0; i < str.size(); i ++){
        auto c = str[i];
        if(isdigit(c)){
            int x = 0, j = i;
            while(j < str.size() && isdigit(str[j]))
                x = x * 10 + str[j ++] - '0';
            i = j - 1;
            num.push(x);
        }
        else if(c == '(') op.push(c);
        else if(c == ')'){
            while(op.top() != '(') eval();
            op.pop();
        }
        else{
            while(op.size() && pr[op.top()] >= pr[c]) eval();
            op.push(c);
        }
    }
    while(op.size()) eval();
    cout << num.top() << endl;
    return 0;
}

题解：

网上看到的一篇，写的很详细。

思考思路：

先看下只有 + 和 * 的。

输入长度为n的字符串，例如：1+2+345

输出表达式的值，即：63

应该用什么数据结构？

栈。

应该先计算哪一步？

实际应该先计算1+2。

“表达式求值”问题，两个核心关键点：

（1）双栈，一个操作数栈，一个运算符栈；

（2）运算符优先级，栈顶运算符，和，即将入栈的运算符的优先级比较：

如果栈顶的运算符优先级低，新运算符直接入栈

如果栈顶的运算符优先级高，先出栈计算，新运算符再入栈

仍以1+2+345举例，看是如何利用上述两个关键点实施计算的。

首先，这个例子只有+和*两个运算符，所以它的运算符表是：

这里的含义是：

（1）如果栈顶是+，即将入栈的是+，栈顶优先级高，需要先计算，再入栈；

（2）如果栈顶是+，即将入栈的是*，栈顶优先级低，直接入栈；

（3）如果栈顶是*，即将入栈的是+，栈顶优先级高，需要先计算，再入栈；

（4）如果栈顶是*，即将入栈的是*，栈顶优先级高，需要先计算，再入栈；

有了运算符表，一切就好办了。

一开始，初始化好输入的字符串，以及操作数栈，运算符栈。

一步步，扫描字符串，操作数一个个入栈，运算符也入栈。

下一个操作符要入栈时，需要先比较优先级。

栈内的优先级高，必须先计算，才能入栈。

计算的过程为：

（1）操作数出栈，作为num2；

（2）操作数出栈，作为num1；

（3）运算符出栈，作为op；

（4）计算出结果；

（5）结果入操作数栈；

接下来，运算符和操作数才能继续入栈。下一个操作符要入栈时，继续比较与栈顶的优先级。

栈内的优先级低，可以直接入栈。

字符串继续移动。

又要比较优先级了。

栈内的优先级高，还是先计算（3*4=12），再入栈。

不断入栈，直到字符串扫描完毕。

不断出栈，直到得到最终结果3+60=63，算法完成。

总结

“表达式求值”问题，两个核心关键点：

（1）双栈，一个操作数栈，一个运算符栈；

（2）运算符优先级，栈顶运算符，和，即将入栈的运算符的优先级比较：
如果栈顶的运算符优先级低，新运算符直接入栈

如果栈顶的运算符优先级高，先出栈计算，新运算符再入栈

这个方法的时间复杂度为O(n)，整个字符串只需要扫描一遍。

运算符有±/()~^&都没问题，如果共有n个运算符，会有一个nn的优先级表。

关于括号优先级的问题

1.

ps：个人认为括号里从右向左计算类似于整体代码的最后一步while(op.size()) eval();

2.