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逆波兰表达式求值

约 1074 字大约 4 分钟

2025-02-24

给你一个字符串数组 tokens ,表示一个根据 逆波兰表示法 表示的算术表达式。

请你计算该表达式。返回一个表示表达式值的整数。

注意:

  • 有效的算符为 '+''-''*''/'
  • 每个操作数(运算对象)都可以是一个整数或者另一个表达式。
  • 两个整数之间的除法总是 向零截断
  • 表达式中不含除零运算。
  • 输入是一个根据逆波兰表示法表示的算术表达式。
  • 答案及所有中间计算结果可以用 32 位 整数表示。

示例 1:

输入:tokens = ["2","1","+","3","*"]
输出:9
解释:该算式转化为常见的中缀算术表达式为:((2 + 1) * 3) = 9

示例 2:

输入:tokens = ["4","13","5","/","+"]
输出:6
解释:该算式转化为常见的中缀算术表达式为:(4 + (13 / 5)) = 6

示例 3:

输入:tokens = ["10","6","9","3","+","-11","*","/","*","17","+","5","+"]
输出:22
解释:该算式转化为常见的中缀算术表达式为:
  ((10 * (6 / ((9 + 3) * -11))) + 17) + 5
= ((10 * (6 / (12 * -11))) + 17) + 5
= ((10 * (6 / -132)) + 17) + 5
= ((10 * 0) + 17) + 5
= (0 + 17) + 5
= 17 + 5
= 22

提示:

  • 1 <= tokens.length <= 10^4
  • tokens[i] 是一个算符("+""-""*""/"),或是在范围 [-200, 200] 内的一个整数

逆波兰表达式:

逆波兰表达式是一种后缀表达式,所谓后缀就是指算符写在后面。

  • 平常使用的算式则是一种中缀表达式,如 ( 1 + 2 ) * ( 3 + 4 )
  • 该算式的逆波兰表达式写法为 ( ( 1 2 + ) ( 3 4 + ) * )

逆波兰表达式主要有以下两个优点:

  • 去掉括号后表达式无歧义,上式即便写成 1 2 + 3 4 + * 也可以依据次序计算出正确结果。
  • 适合用栈操作运算:遇到数字则入栈;遇到算符则取出栈顶两个数字进行计算,并将结果压入栈中

记忆栈+分类

栈的特点是就近原则。

逆波兰表达式发明出来就是为了方便计算机运用「栈」进行表达式运算的,其运算规则如下:

按顺序遍历逆波兰表达式中的字符,如果是数字,则放入栈;如果是运算符,则将栈顶的两个元素拿出来进行运算,再将结果放入栈。

class Solution {
    public int evalRPN(String[] tokens) {
        // 使用 Deque 作为栈来存储操作数,用 LinkedList 实现
        Deque<Integer> stack = new LinkedList<Integer>();
        int n = tokens.length;  // 获取表达式的长度
        
        // 遍历整个 RPN(逆波兰表达式)的 tokens
        for (int i = 0; i < n; i++) {
            String token = tokens[i];  // 获取当前的 token
            
            // 如果当前 token 是数字
            if (isNumber(token)) {
                // 将数字转换为整数(重点)并压入栈中。parseInt返回int,valueOf返回Integer。
                stack.push(Integer.parseInt(token));
            } else {
                // 如果当前 token 是操作符,弹出栈顶的两个操作数
                int num2 = stack.pop();  // 弹出栈顶的第一个操作数(第二个操作数)
                int num1 = stack.pop();  // 弹出栈顶的第二个操作数(第一个操作数)
                
                // 根据操作符执行相应的运算
                switch (token) {
                    case "+":
                        stack.push(num1 + num2);  // 将加法结果压入栈中
                        break;
                    case "-":
                        stack.push(num1 - num2);  // 将减法结果压入栈中
                        break;
                    case "*":
                        stack.push(num1 * num2);  // 将乘法结果压入栈中
                        break;
                    case "/":
                        stack.push(num1 / num2);  // 将除法结果压入栈中
                        break;
                    default:
                        // 这个 default 块是为了处理其他意外的操作符,
                        // 在这个上下文中不会发生,因为输入被假定为有效的逆波兰表达式。
                        break;
                }
            }
        }
        
        // 当所有操作都执行完毕后,栈顶元素就是最终的计算结果,弹出并返回
        return stack.pop();
    }

    // 辅助方法,判断 token 是否为数字
    public boolean isNumber(String token) {
        // 如果 token 不是 "+", "-", "*", "/" 之一,那么它就是数字
        return !("+".equals(token) || "-".equals(token) || "*".equals(token) || "/".equals(token));
    }
}
  • 时间复杂度: O(n)O(n) ,其中 nn 是数组 tokens 的长度。需要遍历数组 tokens 一次。
  • 空间复杂度: O(n)O(n) ,其中 nn 是数组 tokens 的长度。空间复杂度主要取决于栈的空间,栈的大小不会超过逆波兰表达式的长度。