LeetCode-224. 基本计算器

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224. 基本计算器

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给你一个字符串表达式 s ,请你实现一个基本计算器来计算并返回它的值。

注意:不允许使用任何将字符串作为数学表达式计算的内置函数,比如 eval()

示例 1:

输入: s = "1 + 1"
输出: 2

示例 2:

输入: s = " 2-1 + 2 "
输出: 3

示例 3:

输入: s = "(1+(4+5+2)-3)+(6+8)"
输出: 23

提示:

  • 1
  • s 由数字、'+''-''('')'、和 ' ' 组成
  • s 表示一个有效的表达式
  • '+' 不能用作一元运算(例如, "+1" 和 "+(2 + 3)" 无效)
  • '-' 可以用作一元运算(即 "-1" 和 "-(2 + 3)" 是有效的)
  • 输入中不存在两个连续的操作符
  • 每个数字和运行的计算将适合于一个有符号的 32位 整数

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题解分析

LeetCode-227. 基本计算器 II 题目类似,本题也是要求计算一个算术等式,等式中可能包含括号,空格,加减符号以及数字等字符。这类题目比较直观的解法是使用双栈,其中,一个栈专门用于存储符号,另一个栈专门用于存储数字。

使用双栈法的好处是直观,易于理解,但是缺点也很明显,比如需要考虑的分支条件很多,需要枚举的情况也很多。通常使用双栈的解法代码量较大,而且极易写错。

本文中采用的一种解法是单栈法。这里的单栈其实值得是数值栈,也就是只存储数字。为什么这里可以使用数值栈呢?原因是对于这里只包含加减运算符的表达式,完全可以把加减运算符的结果写入数值栈中,换句话说,对于正数,直接往数值栈中写入原值即可,对于负数,则往数值栈中写入负值。在最后计算时,只需要将栈中的元素依次相加即可得到运算结果。

然而,本题中的符号不仅包括加减,还包括括号。对于括号中的运算,具备优先一起计算的特点。由于括号的出现,上述单栈法似乎行不通了。其实,当仔细观察带括号的表达式时,我们可以发现,括号内的表达式完全可以作为一个子表达式进行求解,求解完后再将结果作为外层表达式的运算值。所以,基于上述性质,这里可以使用递归的思路完成带括号的表达式运算,也就是每次遇到左括号就调用一次递归函数,遇到右括号就结束递归,计算栈中的结果返回到外层。外层会将该结果入栈,作为中间操作数继续遍历原表达式。

需要注意的是,因为引入了递归,进入递归后的表达式不能重复计算,所以在函数中需要记录当前遍历到的字符串位置,递归返回到外层时需要从新的位置继续遍历。

java代码实现

class Solution {
    // 字符串的长度
    int n;
    // 记录当前遍历的位置
    int pt;
    public int calculate(String s) {
        n = s.length();
        pt = 0;
        return dfs(s, 0);
    }

    public int dfs(String s, int i) {
        Deque sta = new LinkedList();
        int num = 0;
        char sign = '+';
        while (i

思考

虽然上述代码中只考虑了加减运算符,但是由此可以将其扩展到同时包含乘除运算符的表达式求解中。在包含乘除符号时,代码的实现逻辑是很像的,只不过在将数值入栈时,因为乘除的运算优先级大于加减,所以需要将前一个元素出栈并与当前元素运算后再进栈。这样做,可以保证乘除的优先级更高。

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