上周面试一个候选人,问了一个数据结构与算法的问题,表达式求值。
题目大概是这样的:
输入长度为n的字符串,例如:1+2+3*4*5
输出表达式的值,即:63 我暗示的问:应该用什么数据结构? 候选人回答:栈。 画外音:算是答对。 问:时间复杂度呢? 回答:O(n^2) 画外音:额,应该不需要两个for循环吧。 我接着提示:应该先计算哪一步? 候选人回答:先计算3*4。 画外音:额,难道是乘除大于加减? 实际应该先计算1+2,说明候选人对“表达式求值”并没有搞透。 怎么用栈来实现呢? 候选人:… |
本来以为是送分题,候选人竟一时语塞。
为了广大面试的同学不再在这一题上送命,今天花几分钟把这个问题讲透彻。
画外音:希望没有帮面试官增加题库。
“表达式求值”问题,两个核心关键点:
(1)双栈,一个操作数栈,一个运算符栈;
(2)运算符优先级,栈顶运算符,和,即将入栈的运算符的优先级比较:
- 如果栈顶的运算符优先级低,新运算符直接入栈
- 如果栈顶的运算符优先级高,先出栈计算,新运算符再入栈
仍以1+2+3*4*5举例,看是如何利用上述两个关键点实施计算的。
首先,这个例子只有+和*两个运算符,所以它的运算符表是:
这里的含义是:
- 如果栈顶是+,即将入栈的是+,栈顶优先级高,需要先计算,再入栈;
- 如果栈顶是+,即将入栈的是*,栈顶优先级低,直接入栈;
- 如果栈顶是*,即将入栈的是+,栈顶优先级高,需要先计算,再入栈;
- 如果栈顶是*,即将入栈的是*,栈顶优先级高,需要先计算,再入栈;
画外音:运算符有+-*/()~^&都没问题,如果共有n个运算符,会有一个n*n的优先级表。
有了运算符表,一切就好办了。
一开始,初始化好输入的字符串,以及操作数栈,运算符栈。
一步步,扫描字符串,操作数一个个入栈,运算符也入栈。
画外音:如果有“789”这样的多个字符的多位数,要先转化为数字789,这个过程很容易。
下一个操作符要入栈时,需要先比较优先级。
栈内的优先级高,必须先计算,才能入栈。
计算的过程为:
栈内的优先级低,可以直接入栈。
字符串继续移动。
又要比较优先级了。
栈内的优先级高,还是先计算(3*4=12),再入栈。
不断入栈,直到字符串扫描完毕。
不断出栈,直到得到最终结果3+60=63,算法完成。
总结
“表达式求值”问题,两个核心关键点:
(1)双栈,一个操作数栈,一个运算符栈;
(2)运算符优先级,栈顶运算符,和,即将入栈的运算符的优先级比较:
- 如果栈顶的运算符优先级低,新运算符直接入栈
- 如果栈顶的运算符优先级高,先出栈计算,新运算符再入栈
这个方法的时间复杂度为O(n),整个字符串只需要扫描一遍。
思路比结论重要,学到了吗?
【本文为51CTO专栏作者“58沈剑”原创稿件,转载请联系原作者】