逆波兰表达式求值

力扣题目链接(opens new window)

根据 逆波兰表示法，求表达式的值。

有效的运算符包括 + , - , * , / 。每个运算对象可以是整数，也可以是另一个逆波兰表达式。

说明：

整数除法只保留整数部分。 给定逆波兰表达式总是有效的。换句话说，表达式总会得出有效数值且不存在除数为 0 的情况。

示例 1：

  • 输入: [“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: [“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: [“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：

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    5
    6
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    ((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

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。

思路

在上一篇文章中1047.删除字符串中的所有相邻重复项 (opens new window)提到了 递归就是用栈来实现的。

所以栈与递归之间在某种程度上是可以转换的！ 这一点我们在后续讲解二叉树的时候，会更详细的讲解到。

那么来看一下本题，其实逆波兰表达式相当于是二叉树中的后序遍历。 大家可以把运算符作为中间节点，按照后序遍历的规则画出一个二叉树。

但我们没有必要从二叉树的角度去解决这个问题，只要知道逆波兰表达式是用后续遍历的方式把二叉树序列化了，就可以了。

在进一步看，本题中每一个子表达式要得出一个结果，然后拿这个结果再进行运算，那么这岂不就是一个相邻字符串消除的过程，和1047.删除字符串中的所有相邻重复项 (opens new window)中的对对碰游戏是不是就非常像了。

如动画所示： 150.逆波兰表达式求值

相信看完动画大家应该知道，这和1047. 删除字符串中的所有相邻重复项 (opens new window)是差不错的，只不过本题不要相邻元素做消除了，而是做运算！

java代码如下：

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class Solution {
    public int evalRPN(String[] tokens) {
    	Deque<Integer> deque = new LinkedList<>();
    	for(String s:tokens) {
    		if(s.equals("+")) {
    			deque.add(deque.pop()+deque.pop());
    		} else if(s.equals("-")) {
                deque.add(-(deque.pop()-deque.pop()));
            } else if(s.equals("*")) {
                deque.add(deque.pop()*deque.pop());
            } else if(s.equals("/")) {
                int A = deque.pop();
                int B = deque.pop();
                deque.add(B/A);
            } else {
                deque.add(Integer.valueOf(s));
            }
    	}
        return deque.peek();
}
}

题外话

我们习惯看到的表达式都是中缀表达式，因为符合我们的习惯，但是中缀表达式对于计算机来说就不是很友好了。

例如：4 + 13 / 5，这就是中缀表达式，计算机从左到右去扫描的话，扫到13，还要判断13后面是什么运算法，还要比较一下优先级，然后13还和后面的5做运算，做完运算之后，还要向前回退到 4 的位置，继续做加法，你说麻不麻烦！

那么将中缀表达式，转化为后缀表达式之后：[“4”, “13”, “5”, “/“, “+”] ，就不一样了，计算机可以利用栈里顺序处理，不需要考虑优先级了。也不用回退了， 所以后缀表达式对计算机来说是非常友好的。

可以说本题不仅仅是一道好题，也展现出计算机的思考方式。

在1970年代和1980年代，惠普在其所有台式和手持式计算器中都使用了RPN（后缀表达式），直到2020年代仍在某些模型中使用了RPN。