实验五 基于二叉树的表达式求值
一、实验目的
1.掌握二叉树的二叉链表存储表示和二叉树的遍历等基本算法。
2.掌握根据中缀表达式创建表达式树的算法。
3.掌握基于表达式树的表达式求值算法。
二、实验内容
问题描述
输入一个表达式(表达式中的数均为小于 10 的正整数),利用二叉树来表示该
表达式,创建表达式树,然后利用二叉树的遍历操作求表达式的值。
三、实验实习设备及开发环境
Visual studio 2022
四.实验实习过程步骤(注意是主要关键步骤,不是所有步骤,适当文字+截图说明)
Fucntion1:建立一个存放运算符的运算符栈和一个存放操作数的树栈。并且写出一系列有关栈操作的函数。因为这里是一个字符栈,一个树栈,所以很多功能都需要写两个函数。
Function2:比较运算符的优先级的函数,通过建一个二维数组,然后通过对应运算符的下标,然后找到对应优先级。
Function3:对表达式进行计算。
Function4:二叉树的创建函数。首先创建操作符栈OPRT,然后初始化。然后创建一个树栈存放子树OPND。然后将’=’压入OPRT来结束运算。然后读取字符串,当读入的是数字的时候,我们将创建一个子树,将数字作为data存储在子树中,然后压入栈中(这里因为读取的是字符串,很可能读取的是多位的数字,所以我们需要将数字合并)。如果读取到的是运算符,我们将比较运算符栈的栈顶元素和这个元素的优先级,如果是栈顶元素大于字符串中的运算符,那么我们就开始进行运算,将栈顶元素弹出,同时弹出两个操作数的子树,然后将他们合并成为一棵树,然后压入操作数栈中。如果是小于,则直接压入运算符数栈中,读取下一位。如果是等于就弹出运算符栈中的栈顶元素,然后读取下一位。
Function5:树的计算函数,利用递归进行运算。
Function6:主函数先建立一个操作数栈指针,然后指向最后得到的操作数栈。取这个操作数栈的栈顶元素,然后进行树的计算,得到结果。
五、实验实习结果及分析
试验成功,但是当我进行这种计算的时候计算的结果就不正确了。我觉得是优先级的问题,然后加了括号,但是结果还是-5,目前没找到问题所在。解决了,是在减法的时候,减数和被减数的顺序不对。
六.实验遇到的问题及解决办法,实验心得体会及对此实验的意见或建议(有就写,无可不写)。
#include <stdio.h>
#include <stdlib.h>
#include <string.h>
#define MAX 1000
char Precede[7][7] = { {'>','>','<','<','<','>','>'},
{'>','>','<','<','<','>','>'},
{'>','>','>','>','<','>','>'},
{'>','>','>','>','<','>','>'},
{'<','<','<','<','<','=','0'},
{'>','>','>','>','0','>','>'},
{'<','<','<','<','<','0','='} };
typedef struct tree
{
int data;
struct tree* lchild, * rchild;
}BitNode, * Bittree;
typedef struct stack
{
int* base;
int* top;
int stacksize;
}SqStack1;//运算符栈
typedef struct stack2
{
Bittree* base;
Bittree* top;
int stacksize;
}SqStack2;//节点树栈
void InitStack1(SqStack1* S)
{
S->base = calloc(MAX, sizeof(int));
if (!S->base)
{
printf("内存分配失败\n");
exit(0);
}
S->top = S->base;
S->stacksize = MAX;
}
void InitStack2(SqStack2* S)
{
S->base = calloc(MAX, sizeof(Bittree));
if (!S->base)
{
printf("内存分配失败\n");
exit(0);
}
S->top = S->base;
S->stacksize = MAX;
}
void Push1(SqStack1* S, int ch)
{
if (S->top - S->base == S->stacksize)
{
printf("栈满了\n");
exit(0);
}
*S->top++ = ch;
}
void Push2(SqStack2* S, Bittree tree)
{
if (S->top - S->base == S->stacksize)
{
printf("栈满了\n");
exit(0);
}
*S->top++ = tree;
}
int Pop1(SqStack1* S)
{
int result;
if (S->base == S->top)
{
printf("栈空\n");
exit(0);
}
result = *--S->top;
return result;
}
Bittree Pop2(SqStack2* S)
{
Bittree result;
if (S->base == S->top)
{
printf("栈空\n");
exit(0);
}
result = *--S->top;
return result;
}
Bittree Gettop1(SqStack1* S)
{
return *(S->top - 1);
}
Bittree Gettop2(SqStack2* S)
{
return *(S->top - 1);
}
int sub(char ch)
{
switch (ch)
{
case '+':
return 0;
case '-':
return 1;
case '*':
return 2;
case '/':
return 3;
case '(':
return 4;
case ')':
return 5;
case '=':
return 6;
}
}
char Getpre(char ch1, char ch2)
{
return Precede[sub(ch1)][sub(ch2)];
}
int operate(int x1, int x2, int theta)
{
switch (theta)
{
case '+':
return x1 + x2;
case '-':
return x1 - x2;
case '*':
return x2 * x1;
case '/':
return x1/ x2;
}
}
Bittree createtreenode( BitNode* a, BitNode* b, int data)
{
Bittree tree = malloc(sizeof(BitNode));
tree->data = data;
tree->lchild = a;
tree->rchild = b;
return tree;
}
int StackEmpty1(SqStack1* s)
{
if (s ->top==s->base)
{
return 1;
}
else
{
return 0;
}
}
SqStack2* CreateTree(char* str)
{
SqStack1* OPRT;//操作符栈
OPRT = malloc(sizeof(SqStack1));
SqStack2* OPND;
OPND = malloc(sizeof(SqStack2));
InitStack1(OPRT);
InitStack2(OPND);
Push1(OPRT, '=');
int length = strlen(str);
int i = 0;
int theta;
while ((str[i] != '\0' || Gettop1(OPRT) != '=')&&StackEmpty1(OPRT)==0)
{
if (str[i] >= '0' && str[i] <= '9')
{
int x1 = 0;
while (str[i] >= '0' && str[i] <= '9')
{
x1 = x1 * 10 + str[i] - '0';
i++;
}
Bittree tree1 = createtreenode(NULL, NULL, x1);
Push2(OPND, tree1);
}
else if (str[i] == '+' || str[i] == '-' || str[i] == '*' || str[i] == '/' || str[i] == '(' || str[i] == ')' || str[i] == '=')
{
switch (Getpre(Gettop1(OPRT), str[i]))
{
case'>':
theta = Pop1(OPRT);
Bittree a, b;
b = Pop2(OPND);
a = Pop2(OPND);
Bittree t;
t=createtreenode(a, b, theta);
Push2(OPND, t);
break;
case '=':
Pop1(OPRT);
i++;
break;
case '<':
Push1(OPRT, str[i]);
i++;
break;
}
}
else
{
printf("输入非法\n");
exit(0);
}
}
return OPND;
}
int caculate(Bittree tree)
{
int lchild = 0, rchild = 0;
if (tree == NULL)
{
printf("Invalid expression\n");
exit(0);
}
if (tree->lchild== NULL && tree->rchild == NULL)
{
return tree->data;
}
else
{
lchild = caculate(tree->lchild);
rchild = caculate(tree->rchild);
return operate(lchild, rchild, tree->data);
}
}
int main()
{
char str[MAX];
while (gets(str)&&strcmp(str,"=")!=0)
{
SqStack2* OPND = NULL;
OPND = CreateTree(str);
Bittree tree =NULL;
tree = Gettop2(OPND);
int result;
result = caculate(tree);
printf("计算结果是\n");
printf("%d\n", result);
}
return 0;
}