数据结构课程设计表达式求值完整版.docx
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数据结构课程设计表达式求值完整版
XXXXXX大学
《数据结构》课程设计报告
班级:
学号:
姓名:
指导老师:
一算术表达式求值
一、需求分析
二、程序的主要功能
三、程序运行平台
四、数据结构
五、算法及时间复杂度
六、测试用例
七、程序源代码
二感想体会与总结
算术表达式求值
一、需求分析
一个算术表达式是由操作数(operand)、运算符(operator)和界限符(delimiter)组成的。
假设操作数是正整数,运算符只含加减乘除等四种
运算符,界限符有左右括号和表达式起始、结束符“#”,如:
#(7+15)
*(23-28/4)#。
引入表达式起始、结束符是为了方便。
编程利用“算符优先法”求算术表达式的值。
二、程序的主要功能
1)从键盘读入一个合法的算术表达式,输出正确的结果。
2)显示输入序列和栈的变化过程。
三、程序运行平台
VisualC++6.0版本
四、数据结构
本程序的数据结构为栈。
1)运算符栈部分:
structSqStack//定义栈
{
char*base;//栈底指针
char*top;//栈顶指针
intstacksize;//栈的长度
};
intInitStack(SqStack&s)//建立一个空栈S
{
if(!
(s.base=(char*)malloc(50*sizeof(char))))exit(0);
s.top=s.base;
s.stacksize=50;
returnOK;
}
charGetTop(SqStacks,char&e)//运算符取栈顶元素
{
if(s.top==s.base)〃栈为空的时候返回ERROR
{
printf("运算符栈为空!
\n");
returnERROR;
}
else
e=*(s.top-1);〃栈不为空的时候用e做返回值,返回S的栈顶元素,并返回OK
returnOK;
intPush(SqStack&s,chare)//运算符入栈
{
if(s.top-s.base>=s.stacksize)
{
printf("运算符栈满!
\n");
s.base=(char*)realloc(s.base,(s.stacksize+5)*sizeof(char));//栈满的时候,
追加5个存储空间
if(!
s.base)exit(OVERFLOW);
s.top=s.base+s.stacksize;
s.stacksize+=5;
}
*(s.top)++=e;//把e入栈
returnOK;
}
intPop(SqStack&s,char&e)//运算符出栈
{
if(s.top==s.base)//栈为空栈的时候,返回ERROR
{
printf("运算符栈为空!
\n");
returnERROR;
}
else
{
e=*--s.top;//栈不为空的时候用e做返回值,删除S的栈顶元素,并返回OK
returnOK;
}
}
intStackTraverse(SqStack&s)//运算符栈的遍历
{
char*t;
t=s.base;
if(s.top==s.base)
{
printf("运算符栈为空!
\n");〃栈为空栈的时候返回ERROR
returnERROR;
}
while(t!
=s.top)
{
printf("%c",*t);//栈不为空的时候依次取出栈内元素
t++;
}
returnERROR;
(2)数字栈部分:
structSqStackn//定义数栈{
int
*base;
//栈底指针
int
*top;
//栈顶指针
int
stacksize;〃栈的长度
};
intInitStackn(SqStackn&s)//建立一个空栈S
{
s.base=(int*)malloc(50*sizeof(int));
if(!
s.base)exit(OVERFLOW);//存储分配失败
s.top=s.base;
s.stacksize=50;
returnOK;
}
intGetTopn(SqStackns,int&e)//数栈取栈顶元素
{
if(s.top==s.base)
{
printf("运算数栈为空!
\n");//栈为空的时候返回ERROR
returnERROR;
}
else
OK
e=*(s.top-1);//栈不为空的时候,用e作返回值,返回S的栈顶元素,并返回returnOK;
}
intPushn(SqStackn&s,inte)//数栈入栈
{
if(s.top-s.base>=s.stacksize)
{
printf("运算数栈满!
\n");//栈满的时候,追加5个存储空间
s.base=(int*)realloc(s.base,(s.stacksize+5)*sizeof(int));if(!
s.base)exit(OVERFLOW);
s.top=s.base+s.stacksize;//插入元素e为新的栈顶元素s.stacksize+=5;
}
*(s.top)++=e;//栈顶指针变化
returnOK;
intPopn(SqStackn&s,int&e)//数栈出栈
{
if(s.top==s.base)
I
printf("运算符栈为空!
\n");//栈为空栈的视时候,返回ERROR
}
{
returnERROR;
else
e=*--s.top;
〃栈不空的时候,则删除S的栈顶元素,用e返回其值,并返回
OK
returnOK;
}
}
intStackTraversen(SqStackn&s)//数栈遍历
{
int*t;
t=s.base;
if(s.top==s.base)
{
printf("运算数栈为空!
\n");//栈为空栈的时候返回ERROR
returnERROR;
}
while(t!
=s.top)
{
printf("%d",*t);//栈不为空的时候依次输出
t++;
}
returnERROR;
}
五、算法及时间复杂度
1、算法:
建立两个不同类型的空栈,先把一个‘妊入运算符栈。
输入一个算
术表达式的字符串(以‘结束),从第一个字符依次向后读,把读取的数字放入数字栈,运算符放入运算符栈。
判断新读取的运算符和运算符栈顶得运算符号的优先级,以便确定是运算还是把运算符压入运算符栈。
最后两个‘遇到一起则运算结束。
数字栈顶的数字就是要求的结果。
2、时间复杂度:
0(n)
数据压缩存储栈,其操作主要有:
建立栈intPush(SeqStack*S,charx)入栈intPop(SeqStack*S,charx)出栈。
以上各操作运算的平均时间复杂度为0(n),其主要时间是耗费在输
入操作。
六、测试用例
如图所示。
最终结果如图所示:
黒达式结果是:
-66本次运昱结東。
退由
七、源代码
/***********************************************************************************************
第七题算术表达式求值
[问题描述]
一个算术表达式是由操作数(operand)、运算符(operator)和界限符(delimiter)组成的假设操作数是正整数,
运算符只含加减乘除等四种运算符,界限符有左右括号和表达式起始、结束符“#
如:
#(7+15)*(23-28/4)#。
引入表达式起始、结束符是为了方便。
编程利用算符优先法”求算术表达式的值。
[基本要求]
(1)从键盘读入一个合法的算术表达式,输出正确的结果。
(2)显示输入序列和栈的变化过程。
************************************************************************************************
***/
#include
#include
#include
#include
#includevconio.h>
#include
#defineOK1
#defineERROR0
#defineSTACK_INIT_SIZE100
//#defineSTACKINCREMENT10
//========================================================
//以下定义两种栈,分别存放运算符和数字
//========================================================
structSqStack//定义栈
{
char*base;〃栈底指针
char*top;〃栈顶指针
intstacksize;〃栈的长度
};
intInitStack(SqStack&s)〃建立一个空栈S
{
if(!
(s.base=(char*)malloc(50*sizeof(char))))exit(0);
s.top=s.base;
s.stacksize=50;
returnOK;
}
charGetTop(SqStacks,char&e)//运算符取栈顶元素
{
if(s.top==s.base)〃栈为空的时候返回ERROR
{
printf("运算符栈为空!
\n");
returnERROR;
}
else
e=*(s.top-1);〃栈不为空的时候用e做返回值,返回S的栈顶元素,并返回
OK
returnOK;
}
intPush(SqStack&s,chare)//运算符入栈
{
if(s.top-s.base>=s.stacksize)
{
printf("运算符栈满!
\n");
s.base=(char*)realloc(s.base,(s.stacksize+5)*sizeof(char));//栈满的
时候,追加5个存储空间
if(!
s.base)exit(OVERFLOW);
s.top=s.base+s.stacksize;
s.stacksize+=5;
}
*(s.top)++=e;//把e入栈
returnOK;
}
intPop(SqStack&s,char&e)//运算符出栈
{
if(s.top==s.base)〃栈为空栈的时候,返回ERROR
{
printf("运算符栈为空!
\n");
returnERROR;
else
{
e=*--s.top;〃栈不为空的时候用e做返回值,删除S的栈顶元素,并返
回0K
returnOK;
}
}
intStackTraverse(SqStack&s)//运算符栈的遍历
{
char*t;
t=s.base;
if(s.top==s.base)
{
printf("运算符栈为空!
\n");//栈为空栈的时候返回ERROR
returnERROR;
}
while(t!
=s.top)
{
printf("%c",*t);//栈不为空的时候依次取出栈内元素
t++;
}
returnERROR;
}
structSqStackn//定义数栈
{
int*base;〃栈底指针
int*top;〃栈顶指针
intstacksize;〃栈的长度
};
intInitStackn(SqStackn&s)〃建立一个空栈S
{
s.base=(int*)malloc(50*sizeof(int));
if(!
s.base)exit(OVERFLOW);〃存储分配失败
s.top=s.base;
s.stacksize=50;
returnOK;
intGetTopn(SqStackns,int&e)//数栈取栈顶元素
{
if(s.top==s.base)
{
printf("运算数栈为空!
\n");//栈为空的时候返回ERRORreturnERROR;
}
else
e=*(s.top-1);//栈不为空的时候,用e作返回值,返回S的栈顶元素,并返
回OK
returnOK;
}
intPushn(SqStackn&s,inte)//数栈入栈
{
if(s.top-s.base>=s.stacksize)
{
printf("运算数栈满!
\n");//栈满的时候,追加5个存储空间
s.base=(int*)realloc(s.base,(s.stacksize+5)*sizeof(int));
if(!
s.base)exit(OVERFLOW);
s.top=s.base+s.stacksize;//插入元素e为新的栈顶元素s.stacksize+=5;
}
*(s.top)++=e;//栈顶指针变化
returnOK;
}
intPopn(SqStackn&s,int&e)//数栈出栈
{
if(s.top==s.base)
{
printf("运算符栈为空!
\n");//栈为空栈的视时候,返回ERROR
returnERROR;
}
else
{
e=*--s.top;〃栈不空的时候,则删除S的栈顶元素,用e返回其值,并
返回OK
returnOK;
intStackTraversen(SqStackn&s)//数栈遍历
{
int*t;
t=s.base;
if(s.top==s.base)
{
printf("运算数栈为空!
\n");//栈为空栈的时候返回ERRORreturnERROR;
}
while(t!
二s.top)
{
printf("%d",*t);//栈不为空的时候依次输出t++;
}
returnERROR;
}
//========================================================
//以下定义函数
//========================================================intIsoperator(charch)//判断是否为运算符,分别将运算符和数字进入不同的栈
{
switch(ch)
{
case'+':
case'-':
case'*':
case'/':
case'(':
case')':
case'#':
return1;
default:
return0;
}
}
intOperate(inta,charop,intb)//运算操作
{
intresult;
switch(op)
{
case
result=a+b;break;
case'-':
result=a-b;break;
result=a*b;break;
case'/':
result=a/b;break;
}
returnresult;
charPrecede(charchi,charch2)//运算符优先级的比较
{
charp;
switch(ch1)
{
case'+':
case'-':
ch2运算符
if(ch2=='+,||ch2==,-,||ch2==,),||ch2==,#')
p=‘>,;//chi运算符的优先级小于
else
p=y:
break;
case7‘:
if(ch2==G
p=y:
else
p=,>:
break;
caseC
if(ch2==丁)
p=J:
elseif(ch2==#)
{
printf(-表达式错误!
运算符不匹配!
\n");exit(0);
}
else
p=break;
case
if(ch2=='(')
{
printf(-表达式错误!
运算符不匹配!
\n");exit(0);
}
else
p='>';
break;
case'#':
if(ch2==')')
{
printf(-表达式错误!
运算符不匹配!
\n");exit(0);
}
elseif(ch2=='#')
p='=';
else
p='<';
break;
}returnp;
}//========================================================
//以下是求值过程
//========================================================intEvaluateExpression()//参考书p53算法3.4
{
inta,b,temp,answer;
charch,op,e;
char*str;
intj=0;
SqStacknOPND;//OPND为运算数字栈
SqStackOPTR;//OPTR为运算符栈
InitStack(OPTR);
Push(OPTR,#);//,所以此栈底是'#',因为运算符栈以'#'作为结束标志
InitStackn(OPND);
//printf("\n\n按任意键开始求解:
\n\n");
//ch=getch();
printf("\n请输入表达式并以结束:
\n");
str=(char*)malloc(50*sizeof(char));
gets(str);
ch=str[j];//ch是字符型的,而e是整型的整数
j++;
GetTop(OPTR,e);//e为栈顶元素返回值
while(ch!
='#'||e!
='#')
{
if(!
Isoperator(ch))〃遇到数字,转换成十进制并计算
{
temp=ch-'0';//将字符转换为十进制数
ch=str[j];
j++;
while(!
lsoperator(ch))
{
temp=temp*10+ch-'0';//将逐个读入运算数的各位转化为十
进制数
ch=str[j];
j++;
}
Pushn(OPND,temp);
}
elseif(Isoperator(ch))〃判断是否是运算符,不是运算符则进栈
switch(Precede(e,ch))
{
case'<':
Push(OPTR,ch);//栈顶元素优先权低
ch=str[j++];
printf("\n\n运算符栈为:
\n");〃输出栈,显示栈的
变化
StackTraverse(OPTR);
printf("\n运算数栈为:
\n");
StackTraversen(OPND);break;
case'=':
Pop(OPTR,op);//脱括号并接收下一字符
ch=str[j++];
printf("\n\n运算符栈为:
\n");
StackTraverse(OPTR);
printf("\n数栈为:
\n");
StackTraversen(OPND);
break;
进栈
Popn(OPND,b);
Popn(OPND,a);
Pushn(OPND,Operate(a,op,b));printf("\n\n运算符栈为:
\n");StackTraverse(OPTR);printf("\n数栈为:
\n");
StackTraversen(OPND);
}else
{
printf("您的输入有问题,请检查重新输入!
");exit(O);
}
GetTop(OPTR,e);//取出运算符栈最上面元素是否是#
}//while
GetTopn(OPND,answer);//已输出。
数字栈最上面即是最终结果
returnanswer;
}
//========================================================
//执行部分
//========================================================voidShowMenu()
{
printf("\n\n");
printf("表达式求值系统\n");
}
voidQuit();
voidManage()
{
intanswer;
//ShowMenu();
answer=EvaluateExpression();
printf("\n\n表达式结果是:
%d\n",answer);
Quit();
}
voidQuit()
{
charch;
printf("本次运算结束。
\n");
printf("继续本系统吗?
\n\n");
printf(-继续运算请按Y/y");
printf("\n退出程序请按N/n");
printf("
\n
ch=getch();
ch=toupper(ch);〃将ch字符转换成大写字母
if(ch=='N')
{
printf("\n\n系统退出。
\n");
exit(0);
}
Manage();
}
intmain()
{
ShowMenu();
Manage();
return0;
}
感想体会与总结
好的算法+编程技巧+高效率=好的程序。
1做什么都需要耐心,做设计写程序更需要耐心。
一开始的时候,我写函数写的很快,可是等最后调试的时候发现错误很隐蔽,就很费时间了。
后来我先在纸上构思出函数的功能和参数,考虑好接口之后才动手编,这样就比较容易成功了。
2、做任何事情我决定都应该有个总体规划。
之后的工作按照规划逐步展开完成。
对于一个完整的程序设计,首先需要总体规划写程序的步骤,分块写分函数写,然后写完一部分马上纠错调试。
而不是像我第一个程序,一口气写完,然后再花几倍的时间调试。
一步步来,走好一步再走下一步。
写程序是这样,做项目是这样,过我们的生活更是应该这样。
3、感觉一开始设计结构写函数体现的是数据结构的思想,后面的
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