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:
- 操作符位于操作数中间。
- 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。
- 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:
- 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。
- 计算机可以直接按从左到右的顺序无歧义地解析表达式。
- 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 | 高 | 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 | 高 |
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
我们可以通过栈来实现其转换。转换过程如下:
转换规则:
- 遇到操作数(如变量或数字):直接输出。
- 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。
- 遇到左括号
(
:直接入栈。 - 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)。 - 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:
- 从左到右遍历后缀表达式。
- 遇到操作数:将其压入栈中。
- 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。
- 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:
- 遇到
2
和3
,压入栈,栈变为[2, 3]
。 - 遇到
+
,弹出2
和3
,计算2 + 3 = 5
,结果压栈,栈变为[5]
。 - 遇到
4
,压入栈,栈变为[5, 4]
。 - 遇到
*
,弹出5
和4
,计算5 * 4 = 20
,结果压栈,栈变为[20]
。 - 遍历结束,栈顶
20
为最终结果。
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