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笔试题:编程计算一个字符串类型的四则运算表达式的值解决思路

2014-01-08 
笔试题:编程计算一个字符串类型的四则运算表达式的值昨天下午去面试了一家利用JavaSE平台开发软件的公司,

笔试题:编程计算一个字符串类型的四则运算表达式的值
昨天下午去面试了一家利用JavaSE平台开发软件的公司,进门就让在电脑上做一套测试题,电脑不能上网。磨了两个小时后交卷走了,那套题做得不理想,估计没指望了。现在把题拿来和大家分享交流一下。
其中有一道编程题,题目如下:
编程计算一个字符串类型的四则运算表达式的值(暂不考虑有括号的情况),如:1+2*3-4/2
当时我只把大概的思路写了。回家后,整理了下,把代码写了出来,现在贴出来,希望和大家分享交流。各位有什么好的思路或者建议,欢迎发表意见。


/**
 * 问题:
 *     编写算法实现计算一个包含加减乘除四则运算的字符串表达式的值(暂不考虑括号)。例如:2+5*4-6/2
 * 思路:
 *     整个表达式分四趟运算,一趟计算乘法,二趟计算除法,三趟计算加法,四趟计算减法。
 *     每一趟从头开始截取一个最简表达式(两个数和一个运算符)运算,将运算结果放回表达式原位置,然后再截取计算,这个过程递归进行。
 * @author Jeby
 *
 */
public class Arithmetic {

/**
 * @param args
 */
public static void main(String[] args) {
String ex = "0.5+2*4-2.5*4/5";
System.out.println(ex+" = "+complete(ex));
}

public static double complete(String args) {
String strResult = "";
char[] operators = {'*','/','+','-'}; 
for(int i=0;i<operators.length;i++) {
strResult = subComplete(args,operators[i]);
args = strResult;
}
return Double.parseDouble(strResult);
}

public static String subComplete(String args,char opera) {
int operateIndex = 0;               //运算符索引
int temp = 0;                       //临时变量,存放索引值
double a = 0d;                      //数值a
double b = 0d;                      //数值b
String beforeOperaString = "";      //运算符之前的字符串
String afterOperaString = "";       //运算符之后的字符串
String strNumA = "";                //字符串类型的数字a
String strNumB = "";                //字符串类型的数字b
String strLeft = "";                //正在计算的最简表达式左边的串
String strRight = "";               //正在计算的最简表达式右边的串
String result = "";                 //运算结果(运算结果=最简表达式之前的字符串+最简表达式的值+最简表达式之后的字符串)

operateIndex = args.indexOf(opera);
if(operateIndex==-1) {
return args;
}
//以运算符为界将字符串分为两节
beforeOperaString = args.substring(0, operateIndex);           
afterOperaString = args.substring(operateIndex+1);               
//取出运算符两边的数,并得到正在计算的最简表达式左右两边的表达式串       
temp = findCharIndex(beforeOperaString,false);
strNumA= beforeOperaString.substring(temp==0?temp:temp+1);      
if(temp!=0) {
strLeft = beforeOperaString.substring(0, temp+1);     
}
temp = findCharIndex(afterOperaString,true);
strNumB = afterOperaString.substring(0, temp==0?afterOperaString.length():temp);      
if(temp!=0) {
strRight = afterOperaString.substring(temp);         
}
a = Double.parseDouble(strNumA);
b = Double.parseDouble(strNumB);
if(opera=='*') result = strLeft+(a*b)+strRight;
else if(opera=='/') result = strLeft+(a/b)+strRight;
else if(opera=='+') result = strLeft+(a+b)+strRight;
else if(opera=='-') result = strLeft+(a-b)+strRight;
//打印
System.out.println(result);
return subComplete(result,opera);
}
/**
 * 获取一个表达式中第一个或者最后一个运算符的索引值
 * @param str - 被检查的字符串
 * @param fromBegin - 如果true,用index查找最简表达式右边第一个运算符;
 *                    如果false,用lastIndex查找最简表达式左边边最后一个运算符。
 * @return 运算符索引
 */
public static int findCharIndex(String str,boolean fromBegin) {
int index = 0;
int temp = 0;
if(fromBegin) {
temp = str.indexOf('*');
index = (temp!=-1)?temp:index;
temp = str.indexOf('/');
index = (temp!=-1 && (index==0 || temp<index))?temp:index;
temp = str.indexOf('+');
index = (temp!=-1 && (index==0 || temp<index))?temp:index;
temp = str.indexOf('-');
index = (temp!=-1 && (index==0 || temp<index))?temp:index;


return index;
}
temp = str.lastIndexOf('*');
index = (temp!=-1)?temp:index;
temp = str.lastIndexOf('/');
index = (temp!=-1 && (index==0 || temp>index))?temp:index;
temp = str.lastIndexOf('+');
index = (temp!=-1 && (index==0 || temp>index))?temp:index;
temp = str.lastIndexOf('-');
index = (temp!=-1 && (index==0 || temp>index))?temp:index;
return index;
}

}


程序运行结果:
0.5+8.0-2.5*4/5
0.5+8.0-10.0/5
0.5+8.0-2.0
8.5-2.0
6.5
0.5+2*4-2.5*4/5 = 6.5
[解决办法]
这个题记得IE上面也有人遇过,在面淘宝的吧
2个思路:
1.正则表达式
2.栈

[解决办法]
不知道符不符合题意:

package cn.zhangao;

import javax.script.ScriptEngine;
import javax.script.ScriptEngineManager;
import javax.script.ScriptException;

public class TestCalString {

public static void main(String[] args) throws ScriptException {
String ex = "0.5+2*4-2.5*4/5";
ScriptEngineManager manager = new ScriptEngineManager();
ScriptEngine engine = manager.getEngineByName("javascript");
System.out.print(engine.eval(ex));
}

}

[解决办法]
http://blog.csdn.net/hudie1234567/archive/2010/09/18/5892175.aspx
这是去年自己写的一个,用的是栈!
[解决办法]
面试题一般都会考算法,大概不会想到你会使用API。
这道题的典型做法是使用逆波兰式
[解决办法]
就是中缀表达式转后缀表达式的问题
数据结构没学过?我有一个,不止有+-*/,还有加了三角函数等,你可参考一下,有不明之处可以pm我
import java.util.Stack;
import java.util.Stack;
public class Test{
public static void TrnsInToSufix(String IFX,String []PFX)//PFX放后缀表达式,IFX为中缀表达式
    {
        StringBuffer numBuffer = new StringBuffer();// 用来保存一个数的
        Stack<String> s=new Stack<String>();//放操作符
        String a;
        s.push("=");//第一个为等号
        int i=0,j=0;
        char ch;
        for(i=0;i<IFX.length();)
        {
            ch=IFX.charAt(i);
            switch(ch)
            {
            case '0':case '1':case '2':
            case '3':case '4':case '5':
            case '6':case '7':case '8':
            case '9':
                while(Character.isDigit(ch)
[解决办法]
ch=='.')//拼数
                    {
                    numBuffer.append(ch); // 追加字符
                    ch = IFX.charAt(++i);
                    }
                PFX[j++]=numBuffer.toString();//break; 
                numBuffer = new StringBuffer(); //清空已获取的运算数字
                  continue; //这里要重新循环,因为i已经增加过了
            case '(':
                s.push("(");break;
            case ')':


                while(s.peek()!="(")
                    PFX[j++]=s.pop();
                break;
            case '+':
            case '-':
                while(s.size()>1&&s.peek()!="(")
                    PFX[j++]=s.pop();
                a=String.valueOf(ch);
                s.push(a);break;
            case '*':
            case '/':
                while(s.size()>1&&(s.peek()=="*")
[解决办法]
s.peek()=="/"
                
[解决办法]
s.peek()=="s"
[解决办法]
s.peek()=="c"
[解决办法]
s.peek()=="t"
                    
[解决办法]
s.peek()=="^"
[解决办法]
s.peek()=="√")//优先级比较,与栈顶比较,
                    PFX[j++]=s.pop();//当前操作符优先级大于等于栈顶的弹出栈顶
                a=String.valueOf(ch);
                s.push(a);break;
            case 's':
            case 'c':
            case 't'://三角函数
            while(s.size()>1&&(s.peek()=="s"
[解决办法]
s.peek()=="c"
[解决办法]
s.peek()=="t"
            
[解决办法]
s.peek()=="^"
[解决办法]
s.peek()=="√"))//优先级比较,与栈顶,大于等于的弹出
            PFX[j++]=s.pop();
            a=String.valueOf(ch);
                s.push(a);break;
            case '^':// 幂
    case '√':// 开方
    while(s.size()>1&&(s.peek()=="^"
[解决办法]
s.peek()=="√"))
    PFX[j++]=s.pop();
            a=String.valueOf(ch);
                s.push(a);break;
            }
            i++; 
        }
        while(s.size()>1)
            PFX[j++]=s.pop();   
        PFX[j]="=";
    }
public static String Evaluate (String []PFX)//后缀表达式求值
{
int i=0;
double x1,x2,n;
String str;
Stack<String> s= new Stack<String>();
while(PFX[i]!="=")
{
str=PFX[i];
switch(str.charAt(0))
{
case '0':case '1':case '2':
case '3':case '4':case '5':
case '6':case '7':case '8':
case '9':
s.push(str);break;
case '+':
x1=Double.parseDouble(s.pop());
x2=Double.parseDouble(s.pop());
n=x1+x2;
s.push(String.valueOf(n));break;
case '-':
x1=Double.parseDouble(s.pop());
x2=Double.parseDouble(s.pop());
n=x2-x1;
s.push(String.valueOf(n));break;
case '*':
x1=Double.parseDouble(s.pop());
x2=Double.parseDouble(s.pop());
n=x1*x2;
s.push(String.valueOf(n));break;
case '/':
x1=Double.parseDouble(s.pop());
x2=Double.parseDouble(s.pop());
n=x2/x1;
s.push(String.valueOf(n));break;
case 's':
x1=Double.parseDouble(s.pop());
n=Math.sin(x1 * Math.PI / 180);


s.push(String.valueOf(n));break;
case 'c':
x1=Double.parseDouble(s.pop());
n=Math.cos(x1 * Math.PI / 180);
s.push(String.valueOf(n));break;
case 't':
x1=Double.parseDouble(s.pop());
n=Math.tan(x1 * Math.PI / 180);
s.push(String.valueOf(n));break;
case '√':
x1=Double.parseDouble(s.pop());
n=Math.sqrt(x1);
s.push(String.valueOf(n));break;// 开方
case '^':
x1=Double.parseDouble(s.pop());
x2=Double.parseDouble(s.pop());
n=Math.pow(x2, x1);
s.push(String.valueOf(n));break; 
}
i++;
}
return s.pop();
}
 public static void main(String[] args) { 
        Test eval = new StrTest(); 
        String s="1+2*3=";//sin45*2,sin 要用string.replace转换成 s
    String[] PFX = new String[100];
Test.TrnsInToSufix(s, PFX);
        System.out.println(Test.Evaluate(PFX)); 
        
    } 
}


[解决办法]
有考虑括号的情况:

import java.util.*;

public class CalExpression {

// 整体运算
private double calculate(String total) {
int position1 = 0;
int position2 = 0;

// 分析表达式是否有括号
Boolean had = false;

for (int i = 0; i < total.length(); i++) {
if (total.charAt(i) == '(')
had = true;
}

// 查一下为什么indexof在此不能用~~~~谁知道的话告诉一声,下列代码错在哪里~~~

// 用错这里 查了一小时菜查出错误

if (had == true)// 只需处理第一个括号,然后递归调用自身,有括号继续处理,没括号就得果

{
for (int i = 0; i < total.length(); i++) {
if (total.charAt(i) == '(') {
position1 = i;
continue;
}
if (total.charAt(i) == ')') {
position2 = i;
break;
}
}
// 这句重点,有点长

return calculate(total.substring(0, position1).trim()
+ calculate(total.substring(position1 + 1, position2)
.trim())
+ total.substring(position2 + 1, total.length()).trim());

} else
return returnInner(total);
}

// 针对括号内的运算,即未带括号的表达式~~~有的话递归调用自身
private double returnInner(String expression) {
double result = 0;
int op1 = 0;
int op2 = 0;
char operator = ' ';
int count = 0;

// 此循环用于获得前两个操作符的位置
for (int i = 0; i < expression.length(); i++) {
operator = expression.charAt(i);
if (operator == 42 
[解决办法]
 operator == 43 
[解决办法]
 operator == 45

[解决办法]
 operator == 47) {
if (count == 0) {
op1 = i;
count++;
continue;
}
if (count == 1) {
op2 = i;
break;
}
}
}

// 判断第一个操作符,并用递归计算整个表达式~~~~~

// 即把未带括号的表达式拆成第一个数与其后面的表达式 进行运算
// 这整个算法很经典~~~~呵呵~~有参考网上的解析~~~觉得这个最短最好用
// 当然,括号太多~~仔细辨清各个整体~~~

operator = expression.charAt(op1);
if (operator == '+') {
result = Double.parseDouble(expression.substring(0, op1).trim());// 获取第一个数
if (op2 > 0)
result += returnInner(expression.substring((op1 + 1),
expression.length()));// 有两个以上操作符~~~递归
else
result += Double.parseDouble(expression.substring(op1 + 1,
expression.length()).trim());// 只有一个+号
} else if (operator == '-') // 同+运算
{
result = Double.parseDouble(expression.substring(0, op1).trim());
if (op2 > 0)
result -= returnInner(expression.substring((op1 + 1),
expression.length()));
else
result -= Double.parseDouble(expression.substring(op1 + 1,
expression.length()).trim());
} else if (operator == '*') {
if (op2 > 0)// 有两个以上操作符,先第一个数*第二个数 然后在与后面的字符组成一个表达式,带入递归 有用空格特意局开整体
result = returnInner((Double.parseDouble(expression.substring(
0, op1).trim()) * Double.parseDouble(expression
.substring((op1 + 1), op2)))
+ expression.substring(op2, expression.length()));
else
result = (Double.parseDouble(expression.substring(0, op1)
.trim()) * Double.parseDouble(expression.substring(
(op1 + 1), expression.length())));


return result;
} else if (operator == '/') // 同*运算
{
if (op2 > 0)
result = returnInner((Double.parseDouble(expression.substring(
0, op1).trim()) / Double.parseDouble(expression
.substring((op1 + 1), op2)))
+ expression.substring(op2, expression.length()));
else
result = (Double.parseDouble(expression.substring(0, op1)
.trim()) / Double.parseDouble(expression.substring(
(op1 + 1), expression.length())));
}

return result;
}

public static void main(String[] args) {
System.out.println("Input the expression");// 手动输入表达式
Scanner in = new Scanner(System.in);
String exp = in.nextLine();
CalExpression cal = new CalExpression();
System.out.println(cal.calculate(exp));

}
}


[解决办法]
引用:
不知道符不符合题意:
Java code

package cn.zhangao;

import javax.script.ScriptEngine;
import javax.script.ScriptEngineManager;
import javax.script.ScriptException;

public class TestCalString {

    public ……

这个学习了。。。以前确实不知道还有这样的用法!

我写的代码:

public class Test {

    public static void main(String[] args)  {
        String ex = "0.5+2*4-2.5*4/5";
        System.out.println(c(ex));
    }
    
    public static String c(String ex){
    
    char[] ch={'*','/','+','-'};
    for (int j = 0; j < 4; j=j+2) {
    System.out.println();
       for (int i = 0; i < ex.length(); i++) {
        if(ch[j]==ex.charAt(i)
[解决办法]
ch[j+1]==ex.charAt(i)){
          int b = i;
          String temp="";
          String temp2="";
        while(b>0){
        b--;
        if(ex.charAt(b)!='*'&&ex.charAt(b)!='/'&&ex.charAt(b)!='+'&&ex.charAt(b)!='-'){
                           temp+=   ex.charAt(b);
        }else{
        break;
        }
        }
        
        temp = fanZhuan(temp);
        
        b = i;
        while(b<ex.length()-1){
        b++;
        if(ex.charAt(b)!='*'&&ex.charAt(b)!='/'&&ex.charAt(b)!='+'&&ex.charAt(b)!='-'){
        temp2+= ex.charAt(b);
        }else{
        break;
        }
        }
        if(!temp.matches("[\\d]+[\\.]?[\\d]*"))temp2 = fanZhuan(temp2);
        
        switch (ex.charAt(i)) {
case '*':
ex = ex.replace(temp+ch[j]+temp2, String.valueOf(Float.valueOf(temp)*Float.valueOf(temp2)));
break;
case '/':
ex = ex.replace(temp+ch[j+1]+temp2, String.valueOf(Float.valueOf(temp)/Float.valueOf(temp2)));
break;
case '+':
ex = ex.replace(temp+ch[j]+temp2, String.valueOf(Float.valueOf(temp)+Float.valueOf(temp2)));
break;
case '-':
ex = ex.replace(temp+ch[j+1]+temp2, String.valueOf(Float.valueOf(temp)-Float.valueOf(temp2)));
break;
}
        if(ex.matches("[\\d]+[\\.]?[\\d]*")){
        break;
        }else{
        i=0;
        }
        }
}
       }
                          return ex;


    }
    
    static String fanZhuan(String str){
    
    String temp = "";
    
    for (int i = str.length()-1; i >=0; i--) {
 
    temp+=str.charAt(i);
}
    return temp;
    }
    
}


[解决办法]
可以算负数、小数、括号

import java.util.regex.Matcher;   
import java.util.regex.Pattern;   
  
public class Test{   
    public static void main(String[] args){   
        String result = compute("3*4-2*4-3*4+5.5");   
        //System.out.println(result);   
    }   
  
    public static String compute(String expression){   
        expression = "(" + expression + ")";   
        String regex = "(.*?)(\\([^()]+\\))(.*)";   
        Pattern pattern = Pattern.compile(regex);   
        Matcher matcher = pattern.matcher(expression);   
  
        while(matcher.find()){   
            expression = matcher.group(1) + compute1(matcher.group(2)) + matcher.group(3);   
            matcher = pattern.matcher(expression);   
            System.out.println(expression);   
        }   
  
        return expression;   
    }   
  
    private static String compute1(String expression){   
        /*  
        计算没有包含括号的情况下的结果  
        */  
        expression = expression.replaceAll("[( )]","");   
        String regex = "^(.*?)(\\d+(?:\\.\\d+)?)([/*])(-?\\d+(?:\\.\\d+)?)(.*)";   
        Pattern pattern = Pattern.compile(regex);   
        Matcher matcher = pattern.matcher(expression);   
  
        double value1 = 0.0;   
        double value2 = 0.0;   
  
        String temp = null;   
  
        while(matcher.find()){   
            value1 = Double.valueOf(matcher.group(2));   
            value2 = Double.valueOf(matcher.group(4));   
            if(matcher.group(3).equals("*")){   
                temp = (value1 * value2) + "";   
            }else{   
                temp = (value1 / value2) + "";   
            }   
  
  
            expression = matcher.group(1) + temp + matcher.group(5);   
            expression = expression.replaceAll("--","+");   
            matcher = pattern.matcher(expression);   
        }   
  
        //System.out.println(expression);   
  
        regex = "^(.*?)((?:(?=[-+*/])-)?\\d+(?:\\.\\d+)?)([-+])(-?\\d+(?:\\.\\d+)?)(.*)";   
        pattern = Pattern.compile(regex);   


        matcher = pattern.matcher(expression);   
  
        while(matcher.find()){   
               
            value1 = Double.valueOf(matcher.group(2));   
               
            value2 = Double.valueOf(matcher.group(4));   
  
            if(matcher.group(3).equals("+")){   
                temp = (value1 + value2) + "";   
            }else{   
                temp = (value1 - value2) + "";   
            }   
  
            expression = matcher.group(1) + temp + matcher.group(5);   
            matcher = pattern.matcher(expression);   
        }   
  
        expression = expression.replaceAll("\\+","");   
  
        return expression;   
    }   
}  

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