中缀、前缀、后缀表达式

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中缀、前缀、后缀表达式

一、基本概念
类型 运算符位置 日常使用 示例
中缀表达式 运算符在两个操作数中间 人类常用 a + b
前缀表达式(波兰式) 运算符在两个操作数前面 少见 + a b
后缀表达式(逆波兰式) 运算符在两个操作数后面 计算机常用 a b +

二、中缀表达式

定义:运算符写在两个操作数之间,就是我们日常书写的数学表达式。

特点:

  • 需要括号来改变运算优先级
  • 需要记住运算符优先级(括号 > 乘除 > 加减)
  • 对人类友好,但对计算机不友好(解析复杂)

示例 :(a + b) * c - d


三、后缀表达式(逆波兰式)

定义:运算符紧跟在其对应的操作数之后,无需括号,运算顺序完全由运算符的位置决定。

核心本质 :从左往右扫描,操作数先到,等运算符来了再计算。

求值规则:

  1. 从左往右扫描表达式
  2. 遇到操作数 → 压入栈中
  3. 遇到运算符 → 弹出栈顶两个操作数,先弹出的是右操作数,后弹出的是左操作数,计算后将结果压回栈中
  4. 表达式结束时 → 栈中唯一的值就是最终结果

示例 :中缀 (a + b) * c → 后缀 a b + c *

验证(a=1, b=2, c=3):

  • 读 a(1) → 入栈,栈 1
  • 读 b(2) → 入栈,栈 1, 2
  • 读 + → 弹出 2(右)和 1(左),算 1+2=3,入栈,栈 3
  • 读 c(3) → 入栈,栈 3, 3
  • 读 * → 弹出 3(右)和 3(左),算 3×3=9,入栈,栈 9
  • 结果 = 9,与 (1+2)×3 = 9 一致

减法验证 :中缀 a - b → 后缀 a b -(a=5, b=3)

  • 读 a(5) → 入栈,栈 5
  • 读 b(3) → 入栈,栈 5, 3
  • 读 - → 弹出 3(右)和 5(左),算 5-3=2,入栈,栈 2
  • 结果 = 2,与 5-3 = 2 一致

四、前缀表达式(波兰式)

定义:运算符写在操作数之前。

核心本质 :从左往右扫描,运算符先到,等操作数到齐再计算。

求值规则:

  1. 从左往右扫描表达式
  2. 遇到运算符 → 先记着,等待操作数
  3. 遇到操作数 → 压入栈中
  4. 当某个运算符的两个操作数都到齐时 → 弹出操作数,先弹出的是左操作数,后弹出的是右操作数,计算后将结果压回栈中
  5. 表达式结束时 → 栈中唯一的值就是最终结果

示例 :中缀 (a + b) * c → 前缀 * + a b c

验证(a=1, b=2, c=3):

  • 读 * → 运算符,先记着
  • 读 + → 运算符,先记着
  • 读 a(1) → 入栈,栈 1
  • 读 b(2) → 入栈,栈 1, 2
  • + 的操作数齐了 → 弹出 1(左)和 2(右),算 1+2=3,入栈,栈 3
  • 读 c(3) → 入栈,栈 3, 3
  • * 的操作数齐了 → 弹出 3(左)和 3(右),算 3×3=9,入栈,栈 9
  • 结果 = 9,与 (1+2)×3 = 9 一致

减法验证 :中缀 (a - b) * c → 前缀 * - a b c(a=5, b=3, c=2)

  • 读 * → 记着
  • 读 - → 记着
  • 读 a(5) → 入栈,栈 5
  • 读 b(3) → 入栈,栈 5, 3
  • - 的操作数齐了 → 弹出 5(左)和 3(右),算 5-3=2,入栈,栈 2
  • 读 c(2) → 入栈,栈 2, 2
  • * 的操作数齐了 → 弹出 2(左)和 2(右),算 2×2=4,入栈,栈 4
  • 结果 = 4,与 (5-3)×2 = 4 一致

五、中缀转后缀(借助栈)

算法步骤:

  1. 从左到右扫描中缀表达式
  2. 遇到操作数 → 直接输出
  3. 遇到左括号 ( → 压入栈
  4. 遇到右括号 ) → 不断弹出栈顶运算符并输出,直到弹出左括号
  5. 遇到运算符 → 与栈顶运算符比较优先级:
    • 若栈顶优先级 ≥ 当前运算符 → 弹出栈顶并输出,继续比较
    • 否则 → 将当前运算符压入栈
  6. 扫描结束后 → 将栈中剩余运算符依次弹出输出

示例 :(a + b) * c → a b + c *


六、中缀转前缀(借助栈)

算法步骤:

  1. 先将中缀表达式逆序(同时左右括号互换)
  2. 按"中缀转后缀"的方法处理(注意优先级比较方向相反)
  3. 将最终结果再次逆序,即为前缀表达式

示例 :(a + b) * c → * + a b c


七、三者对比总结
对比项 中缀 前缀 后缀
运算符位置 中间 前面 后面
是否需要括号 需要 不需要 不需要
扫描方向(求值) --- 从左往右 从左往右
计算机友好度 低 高 高
人类友好度 高 低 低

一句话记忆 :中缀给人看,前缀和后缀给机器算。前缀和后缀的求值逻辑是互补的:

  • 前缀 :先遇到运算符,等操作数到齐再计算
  • 后缀 :先遇到操作数,等运算符来了再计算

八、关键注意点
  • 前缀和后缀的求值方向都是从左往右,不存在"从右往左扫描"
  • 前缀和后缀的弹出顺序相反 :
    • 后缀 :先弹出的是右操作数 ,后弹出的是左操作数
    • 前缀 :先弹出的是左操作数 ,后弹出的是右操作数
  • 这一点在减法和除法中尤为关键,顺序搞反结果就错了

笔记改好了,要不要我出几道中缀转前缀、前缀转中缀的练习题,帮你把这块知识串起来?

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