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标题: Java实现的表达式求值算法（包罗加减乘除以及括号运算） [打印本页]

作者: 莱莱 时间: 2024-5-15 19:16
标题: Java实现的表达式求值算法（包罗加减乘除以及括号运算）
[code]package com.example.demo.java; import com.greenpineyu.fel.FelEngine;import com.greenpineyu.fel.FelEngineImpl; import java.math.BigDecimal;import java.util.HashMap;import java.util.Map;import java.util.Stack;import java.util.regex.Matcher;import java.util.regex.Pattern; /** * @author Anzepeng * @title: Calculator * @projectName demo * @description: TODO * @date 2020/6/10 0010下午 15:02 */public class Calculator { // 表达式字符合法性校验正则模式，静态常量化可以低落每次使用都要编译地消耗 private static final Pattern EXPRESSION_PATTERN = Pattern.compile("[0-9\\.+-/*()= ]+"); // 运算符优先级map private static final Map OPT_PRIORITY_MAP = new HashMap() { private static final long serialVersionUID = 6968472606692771458L; { put("(", 0); put("+", 2); put("-", 2); put("*", 3); put("/", 3); put(")", 7); put("=", 20); } }; /** ** 输入加减乘除表达式字符串，返回计算效果 ** @param expression 表达式字符串 ** @return 返回计算效果 * */ public static double executeExpression(String expression) { // 非空校验 if (null == expression || "".equals(expression.trim())) { throw new IllegalArgumentException("表达式不能为空！"); } // 表达式字符合法性校验 Matcher matcher = EXPRESSION_PATTERN.matcher(expression); if (!matcher.matches()) { throw new IllegalArgumentException("表达式含有非法字符！"); } Stack optStack = new Stack(); // 运算符栈 Stack numStack = new Stack(); // 数值栈，数值以BigDecimal存储计算，避免精度计算问题 StringBuilder curNumBuilder = new StringBuilder(16); // 当前正在读取中的数值字符追加器 // 逐个读取字符，并根据运算符判定参与何种计算 for (int i = 0; i < expression.length(); i++) { char c = expression.charAt(i); if (c != ' ') { // 空白字符直接丢弃掉 if ((c >= '0' && c 0) { // 如果追加器有值，说明之前读取的字符是数值，而且此时已经完整读取完一个数值 numStack.push(new BigDecimal(curNumBuilder.toString())); curNumBuilder.delete(0, curNumBuilder.length()); } String curOpt = String.valueOf(c); if (optStack.empty()) { // 运算符栈栈顶为空则直接入栈 optStack.push(curOpt); } else { if (curOpt.equals("(")) { // 当前运算符为左括号，直接入运算符栈 optStack.push(curOpt); } else if (curOpt.equals(")")) { // 当前运算符为右括号，触发括号内的字表达式举行计算 directCalc(optStack, numStack, true); } else if (curOpt.equals("=")) { // 当前运算符为等号，触发整个表达式剩余计算，并返回总的计算效果 directCalc(optStack, numStack, false); return numStack.pop().doubleValue(); } else { // 当前运算符为加减乘除之一，要与栈顶运算符比力，判定是否要举行一次二元计算 compareAndCalc(optStack, numStack, curOpt); } } } } } // 表达式不是以等号末端的场景 if (curNumBuilder.length() > 0) { // 如果追加器有值，说明之前读取的字符是数值，而且此时已经完整读取完一个数值 numStack.push(new BigDecimal(curNumBuilder.toString())); } directCalc(optStack, numStack, false); return numStack.pop().doubleValue(); } /** ** 拿当前运算符和栈顶运算符对比，如果栈顶运算符优先级高于或同级于当前运算符， ** 则执行一次二元运算（递归比力并计算），否则当前运算符入栈 ** @param optStack 运算符栈 ** @param numStack 数值栈 ** @param curOpt 当前运算符 * */ public static void compareAndCalc(Stack optStack, Stack numStack, String curOpt) { // 比力当前运算符和栈顶运算符的优先级 String peekOpt = optStack.peek(); int priority = getPriority(peekOpt, curOpt); if (priority == -1 || priority == 0) { // 栈顶运算符优先级大或同级，触发一次二元运算 String opt = optStack.pop(); // 当前参与计算运算符 BigDecimal num2 = numStack.pop(); // 当前参与计算数值2 BigDecimal num1 = numStack.pop(); // 当前参与计算数值1 BigDecimal bigDecimal = floatingPointCalc(opt, num1, num2); // 计算效果当做操作数入栈 numStack.push(bigDecimal); // 运算完栈顶另有运算符，则还需要再次触发一次比力判定是否需要再次二元计算 if (optStack.empty()) { optStack.push(curOpt); } else { compareAndCalc(optStack, numStack, curOpt); } } else { // 当前运算符优先级高，则直接入栈 optStack.push(curOpt); } } /** ** 遇到右括号和等号执行的连续计算操作（递归计算） ** @param optStack 运算符栈 ** @param numStack 数值栈 ** @param isBracket true表现为括号范例计算 * */ public static void directCalc(Stack optStack, Stack numStack, boolean isBracket) { String opt = optStack.pop(); // 当前参与计算运算符 BigDecimal num2 = numStack.pop(); // 当前参与计算数值2 BigDecimal num1 = numStack.pop(); // 当前参与计算数值1 BigDecimal bigDecimal = floatingPointCalc(opt, num1, num2); // 计算效果当做操作数入栈 numStack.push(bigDecimal); if (isBracket) { if ("(".equals(optStack.peek())) { // 括号范例则遇左括号制止计算，同时将左括号从栈中移除 optStack.pop(); } else { directCalc(optStack, numStack, isBracket); } } else { if (!optStack.empty()) { // 等号范例只要栈中另有运算符就继续计算 directCalc(optStack, numStack, isBracket); } } } /** ** 不丢失精度的二元运算，支持高精度计算 ** @param opt ** @param bigDecimal1 ** @param bigDecimal2 ** @return * */ public static BigDecimal floatingPointCalc(String opt, BigDecimal bigDecimal1, BigDecimal bigDecimal2) { BigDecimal resultBigDecimal = new BigDecimal(0); switch (opt) { case "+": resultBigDecimal = bigDecimal1.add(bigDecimal2); break; case "-": resultBigDecimal = bigDecimal1.subtract(bigDecimal2); break; case "*": resultBigDecimal = bigDecimal1.multiply(bigDecimal2); break; case "/": resultBigDecimal = bigDecimal1.divide(bigDecimal2, 10, BigDecimal.ROUND_HALF_DOWN); // 注意此处用法 break; default: break; } return resultBigDecimal; } /** ** priority = 0 表现两个运算符同级别 ** priority = 1 第二个运算符级别高，负数则相反 ** @param opt1 ** @param opt2 ** @return * */ public static int getPriority(String opt1, String opt2) { int priority = OPT_PRIORITY_MAP.get(opt2) - OPT_PRIORITY_MAP.get(opt1); return priority; } /** ** 浮点数相等比力函数 ** @param value1 ** @param value2 ** @return * */ private static boolean isDoubleEquals(double value1, double value2) { System.out.println("正确效果=" + value1 + ", 现实计算效果=" + value2); return Math.abs(value1 - value2)

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