中缀表达式和后缀表达式

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最近更新于:2025-03-05 16:18:36

中缀表达式和后缀表达式是表达数学或逻辑表达式的两种方式。

一、 中缀表达式 (Infix Expression)

定义

  • 中缀表达式是我们日常书写数学表达式的方式,操作符写在操作数的中间。
  • 例如:A + B 或者 A + B * C

特点

  1. 操作符位于操作数中间。
  2. 按照操作符优先级(比如乘法和除法优先于加法和减法)以及括号决定计算顺序。
  3. 更接近自然语言,因此对人类友好。

示例

  • 表达式:(A + B) * C
  • 其中,加法 + 的优先级低于乘法 *,但括号优先,所以先算 A + B,然后结果乘以 C

二、 后缀表达式 (Postfix Expression)

定义

  • 后缀表达式也称为逆波兰表达式 (Reverse Polish Notation, RPN),操作符写在操作数的后面。
  • 例如:A B + 或者 A B C * +

特点

  1. 不需要括号或优先级规则,表达式的计算顺序完全由操作符的位置决定。
  2. 计算机可以直接按从左到右的顺序无歧义地解析表达式。
  3. 适合用栈来实现计算。

示例

  • 中缀表达式 (A + B) * C 转换为后缀表达式:A B + C *

三、 中缀表达式与后缀表达式的对比

特点中缀表达式后缀表达式
人类可读性较低
解析复杂性高(需处理优先级和括号)低(无需优先级规则)
计算机执行效率较低
括号使用必要时需要不需要

四、 中缀表达式转换为后缀表达式

我们可以通过来实现其转换。转换过程如下:

转换规则

  1. 遇到操作数(如变量或数字):直接输出。
  2. 遇到操作符:
  • 如果栈为空,或栈顶是左括号 (,直接入栈。
  • 如果当前操作符优先级高于栈顶操作符优先级,直接入栈。
  • 否则,将栈顶操作符弹出并输出,直到上述条件成立,再将当前操作符入栈。
  1. 遇到左括号 (:直接入栈。
  2. 遇到右括号 ):将栈顶操作符弹出并输出,直到遇到左括号 (,将左括号弹出(但不输出)。
  3. 处理完输入后,将栈中剩余操作符依次弹出并输出。

示例转换
中缀表达式:A + B * C + D
过程:

  • 初始:操作数直接输出,操作符入栈。
  • 输出:A B C * + D +(后缀表达式)。

五、 后缀表达式的计算

后缀表达式的计算也可以通过栈实现。

步骤

  1. 从左到右遍历后缀表达式。
  2. 遇到操作数:将其压入栈中。
  3. 遇到操作符:从栈中弹出两个操作数,按操作符执行运算,将结果压回栈中。
  4. 遍历结束,栈顶的值即为计算结果。

示例计算
后缀表达式:2 3 + 4 *
过程:

  1. 遇到 23,压入栈,栈变为 [2, 3]
  2. 遇到 +,弹出 23,计算 2 + 3 = 5,结果压栈,栈变为 [5]
  3. 遇到 4,压入栈,栈变为 [5, 4]
  4. 遇到 *,弹出 54,计算 5 * 4 = 20,结果压栈,栈变为 [20]
  5. 遍历结束,栈顶 20 为最终结果。

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