中缀表达式转后缀表达式并求值

package xmht.datastructuresandalgorithms.datastructure.stack;

import java.util.ArrayList;
import java.util.List;
import java.util.Stack;

/**
 * @author shengjk1
 * @date 2020/2/16
 */
/*
仅仅适用于 int 类型计算
 */
public class PolandNotation {
	public static void main(String[] args) {
		//中缀表达式转后缀表达式
		String expression = "1+((2+3*2/1+2-1)*4)-5";
		//将中缀表达式对应的list转化为后缀表达式对应的list
		List<String> parseSuffixExpression = parseSuffixExpression(toInFiExpressionList(expression));
		System.out.println("parseSuffixExpression: " + parseSuffixExpression);
		
		System.out.println(calculate(parseSuffixExpression));
		
	}
	
	/*
	中缀表达式转后缀表达式
1) 初始化两个栈，运算符栈 S1 存储中间结果栈 S2
2)从左至右扫描中缀表达式
3)当遇到操作数，将其压入 S2 栈
4)如果遇到运算符，比较其与 S1 栈顶的优先级
1.如果S1为空，或栈顶运算符为"(",则直接将此运算符入栈
2.否则，若优先级比栈顶运算符高，也将其压入 S1 栈
3.否则，将 S1 栈顶的运算符弹出并压入到 S2 中，
再次转到 4.1 与 S1 中新的栈顶运算符相比较
5）遇到括号时：
1.如果是左括号"(",则直接压入 S1
2.如果是右括号")“，则依次弹出 S1 栈顶的运算符，并压入 S2,直到遇到左括号为止，此时将这一对括号丢弃
6)重复步骤2至5，直到表达式的最右边
7)将S1中剩余的运算符依次弹出并压入 S2
8)依次弹出S2中元素并输出，结果的逆序即为中缀表达式对应的后缀表达式
	 */
	public static List<String> parseSuffixExpression(List<String> ls) {
		//定义两个栈
		Stack<String> s1 = new Stack<>();
		//因为 S2 这个栈在整个转换过程中，没有 pop 操作，而且后面我们还需要逆序输出，会比较麻烦，因此这里用 list
		ArrayList<String> s2 = new ArrayList<>();
		
		for (String item : ls) {
			if (item.matches("\\d+")) {
				s2.add(item);
			} else if (item.equals("(")) {
				s1.push(item);
			} else if (item.equals(")")) {
				while (!s1.peek().equals("(")) {
					s2.add(s1.pop());
				}
				s1.pop();
			} else {
				//当 s1 栈顶的运算符优先级大于等 item 的优先级，将 s1 栈顶弹出并加入 s2
				while (s1.size() != 0 && Operation.getValue(s1.peek()) >= Operation.getValue(item)) {
					s2.add(s1.pop());
				}
				s1.push(item);
			}
		}
		
		//将 s1 中剩余的运算符依次弹出加入 s2 中
		while (s1.size() != 0) {
			s2.add(s1.pop());
		}
		
		return s2;
	}
	
	
	//将中缀表达式转化成对应的list
	public static List<String> toInFiExpressionList(String s) {
		ArrayList<String> ls = new ArrayList<>();
		int i = 0;
		//多位数拼接
		String str;
		char c;
		do {
			//非数字
			if ((c = s.charAt(i)) < 48 || (c = s.charAt(i)) > 57) {
				ls.add("" + c);
				i++;
			} else {
				str = "";
				while (i < s.length() && (c = s.charAt(i)) >= 48 && (c = s.charAt(i)) <= 57) {
					str += c;
					i++;
				}
				ls.add(str);
			}
			
		} while (i < s.length());
		return ls;
	}
	
	
	//将逆波兰表达式转化为list
	public static List<String> getListString(String suffixExpression) {
		String[] split = suffixExpression.split(" ");
		ArrayList<String> list = new ArrayList<>();
		
		for (String s : split) {
			list.add(s);
		}
		return list;
	}
	
	
	/**
	 * 逆波兰表达式 求值
	 * <p>
	 * 从左至右扫描表达式，
	 * 遇到数字，将数字压入堆栈，
	 * 遇到运算符，弹出栈顶的两个数，
	 * 用运算符对它们做相应的计算(次栈顶元素和栈顶元素)，并将结果入栈。
	 * 重复上述过程直到表达式最右端，最后运算得出的值即为表达式的结果。
	 *
	 * @param s
	 * @return
	 */
	public static int calculate(List<String> s) {
		Stack<String> stack = new Stack<>();
		for (String item : s) {
			if (item.matches("\\d+")) {
				stack.push(item);
			} else {
				int num1 = Integer.parseInt(stack.pop());
				int num2 = Integer.parseInt(stack.pop());
				int res = 0;
				if (item.equals("+")) {
					res = num2 + num1;
				} else if (item.equals("-")) {
					res = num2 - num1;
				} else if (item.equals("*")) {
					res = num2 * num1;
				} else if (item.equals("/")) {
					res = num2 / num1;
				} else {
					throw new RuntimeException("运算符有误");
				}
				stack.push("" + res);
			}
		}
		return Integer.parseInt(stack.pop());
	}
}


class Operation {
	private static int ADD = 1;
	private static int SUB = 1;
	private static int MUL = 2;
	private static int DIV = 2;
	
	public static int getValue(String operation) {
		int result = 0;
		switch (operation) {
			case "+":
				result = ADD;
				break;
			case "-":
				result = SUB;
				break;
			case "*":
				result = MUL;
				break;
			case "/":
				result = DIV;
				break;
			default:
				System.out.println("不存在运算符");
				break;
		}
		return result;
	}
	
}