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数据结构课程设计-表达式求值.doc

1、XXXXXX大学 《数据结构》课程设计报告 班级: 学号: 姓名: 指导老师: 目 录 一 算术表达式求值 一、 需求分析 二、 程序得主要功能 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 一个算术表达式就是由操作数(operand)、运算符(operator)与界限符(delimiter)组成得。假设操作数就是正整数,运算符只含加减乘除等四种运算符,界限符有左右括号与表达式起始、结束符“#”,如:#(7+15)*(23—28/4)#。引入表达式起始、结束符就

2、是为了方便.编程利用“算符优先法”求算术表达式得值. 二、程序得主要功能 (1) 从键盘读入一个合法得算术表达式,输出正确得结果。 (2) 显示输入序列与栈得变化过程。 三、程序运行平台 Visual C++  6、0版本 四、数据结构 本程序得数据结构为栈。 (1)运算符栈部分: struct SqStack //定义栈 {   char *base;  //栈底指针   char *top; //栈顶指针 int   stacksize;  //栈得长度 }; int InitStack (SqStack &s)  //建立一个空栈S

3、  { if (!(s、base = (char *)malloc(50 * sizeof(char))))     exit(0);  s、top=s、base;  s、stacksize=50; return OK; }    char GetTop(SqStack s,char &e)  //运算符取栈顶元素 { if (s、top==s、base)  //栈为空得时候返回ERROR   { ﻩ printf("运算符栈为空!\n"); ﻩ return ERROR; }  else

4、 e=*(s、top-1);  //栈不为空得时候用e做返回值,返回S得栈顶元素,并返回OK   return OK; } int Push(SqStack &s,char e) //运算符入栈     { if (s、top—s、base >= s、stacksize)          ﻩ{ printf("运算符栈满!\n");       ﻩs、base=(char*)realloc (s、base,(s、stacksize+5)*sizeof(char) );  //栈满得时候,追加5个存储空间

5、     if(!s、base) exit (OVERFLOW); s、top=s、base+s、stacksize; s、stacksize+=5; } ﻩ*(s、top)++=e;  //把e入栈 ﻩreturn OK; }   int Pop(SqStack &s,char &e) //运算符出栈 { if (s、top==s、base) //栈为空栈得时候,返回ERROR { printf("运算符栈为空!\n”); ﻩ return ERROR;   }   else { ﻩﻩe=*-—s、top

6、  //栈不为空得时候用e做返回值,删除S得栈顶元素,并返回OK return OK; } }    int StackTraverse(SqStack &s) //运算符栈得遍历 { ﻩchar *t; ﻩt=s、base ; ﻩif (s、top==s、base) { ﻩ printf(”运算符栈为空!\n”); //栈为空栈得时候返回ERROR   return ERROR; } while(t!=s、top)  { ﻩﻩprintf(" %c",*t); //栈不为空得时候依次取出栈内元素   t++; ﻩ}

7、 return ERROR; } (2) 数字栈部分: struct SqStackn //定义数栈 { int *base; //栈底指针   int  *top; //栈顶指针 int stacksize; //栈得长度 }; int InitStackn (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、sta

8、cksize=50;    return OK; }    int GetTopn(SqStackn s,int &e) //数栈取栈顶元素 {    if (s、top==s、base)  {  printf("运算数栈为空!\n"); //栈为空得时候返回ERROR ﻩ return ERROR;   } else ﻩ  e=*(s、top-1); //栈不为空得时候,用e作返回值,返回S得栈顶元素,并返回OK      return OK; } int Pushn(SqStackn &s,int e) //数栈入栈 {

9、 if (s、top—s、base >=s、stacksize) { ﻩﻩprintf("运算数栈满!\n"); //栈满得时候,追加5个存储空间   ﻩ s、base=(int*)realloc (s、base,(s、stacksize+5)*sizeof(int) );        if(!s、base) exit (OVERFLOW); ﻩ s、top=s、base+s、stacksize; //插入元素e为新得栈顶元素   s、stacksize+=5; } *(s、top)++=e; //栈顶指针变化 retu

10、rn OK; }  int Popn(SqStackn &s,int &e) //数栈出栈 { ﻩif (s、top==s、base) { ﻩ  printf(" 运算符栈为空!\n"); //栈为空栈得视时候,返回ERROR ﻩ return ERROR; ﻩ}  else { ﻩﻩe=*—-s、top; //栈不空得时候,则删除S得栈顶元素,用e返回其值,并返回OK ﻩreturn OK; } }  int StackTraversen(SqStackn &s) //数栈遍历 { ﻩint *t; ﻩt=s、base ; ﻩif

11、 (s、top==s、base) ﻩ{   printf(" 运算数栈为空!\n”); //栈为空栈得时候返回ERROR ﻩ  return ERROR; ﻩ} ﻩwhile(t!=s、top) ﻩ{ printf(” %d”,*t); //栈不为空得时候依次输出       t++; }   return ERROR; } 五、算法及时间复杂度 1、算法: 建立两个不同类型得空栈,先把一个‘# ’压入运算符栈。输入一个算术表达式得字符串(以‘#’结束),从第一个字符依次向后读,把读取得数字放入数字栈,运算符放入运算符栈.判断新读取得运算符与运算符

12、栈顶得运算符号得优先级,以便确定就是运算还就是把运算符压入运算符栈.最后两个‘#'遇到一起则运算结束.数字栈顶得数字就就是要求得结果。 2、时间复杂度:O(n) 数据压缩存储栈,其操作主要有: 建立栈int Push(SeqStack *S, char x) 入栈int Pop(SeqStack *S, char x) 出栈. 以上各操作运算得平均时间复杂度为O(n),其主要时间就是耗费在输入操作. 六、 测试用例 如图所示. 最终结果如图所示: 七、 源代码 /*************************************************

13、************************************************* 第七题 算术表达式求值 [问题描述] 一个算术表达式就是由操作数(operand)、运算符(operator)与界限符(delimiter)组成得。假设操作数就是正整数, 运算符只含加减乘除等四种运算符,界限符有左右括号与表达式起始、结束符“#”, 如:#(7+15)*(23-28/4)#。引入表达式起始、结束符就是为了方便。 编程利用“算符优先法"求算术表达式得值。 [基本要求] (1) 从键盘读入一个合法得算术表达式,输出正确得结果. (2) 显示输入序列与栈得变化过程。

14、 ***************************************************************************************************/ #include #define OK 1 #define ERROR 0 #define STACK_INIT_SIZE 100 //#define STACK

15、INCREMENT 10 //======================================================== //       以下定义两种栈,分别存放运算符与数字 //======================================================== //*******************运算符栈部分************************* struct SqStack //定义栈 { char *base;  //栈底指针  char *top;  //栈顶指针   i

16、nt stacksize;  //栈得长度 }; int InitStack (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; return OK; }  char  GetTop(SqStack s,char &e)  //运算符取栈顶元素    { if (s、top==s、base)   //栈为空得时候返回ERRO

17、R  { printf(”运算符栈为空!\n"); ﻩ return ERROR; } else  e=*(s、top—1); //栈不为空得时候用e做返回值,返回S得栈顶元素,并返回OK  return OK; } int Push(SqStack &s,char e) //运算符入栈     { if (s、top-s、base >= s、stacksize)   { ﻩﻩprintf("运算符栈满!\n");       ﻩ s、base=(char

18、*)realloc (s、base,(s、stacksize+5)*sizeof(char) );  //栈满得时候,追加5个存储空间     if(!s、base) exit (OVERFLOW); ﻩ s、top=s、base+s、stacksize; s、stacksize+=5; ﻩ} ﻩ*(s、top)++=e;  //把e入栈 ﻩreturn OK; }  int Pop(SqStack &s,char &e) //运算符出栈 { if (s、top==s、base) //栈为空栈得时候,返回ERROR ﻩ{ print

19、f(”运算符栈为空!\n”); ﻩ return ERROR;   } else { e=*—-s、top;  //栈不为空得时候用e做返回值,删除S得栈顶元素,并返回OK return OK; } }   int StackTraverse(SqStack &s) //运算符栈得遍历 { char *t; ﻩt=s、base ; ﻩif (s、top==s、base) ﻩ{ printf(”运算符栈为空!\n”); //栈为空栈得时候返回ERROR ﻩ return ERROR; ﻩ} while(t!=s、top

20、  { ﻩﻩprintf(” %c”,*t); //栈不为空得时候依次取出栈内元素        t++; ﻩ} return ERROR; } //**********************数字栈部分*************************** struct SqStackn //定义数栈 {     int *base; //栈底指针     int  *top; //栈顶指针 int  stacksize; //栈得长度 }; int InitStackn (SqStackn &s)  //建立一个空栈S {

21、   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; return OK; } int GetTopn(SqStackn s,int &e) //数栈取栈顶元素 {    if (s、top==s、base)   { printf("运算数栈为空!\n”); //栈为空得时候返回ERROR return ERROR;  } else ﻩ

22、 e=*(s、top-1); //栈不为空得时候,用e作返回值,返回S得栈顶元素,并返回OK   return OK; } int Pushn(SqStackn &s,int e) //数栈入栈 {  if (s、top-s、base >=s、stacksize) ﻩ{ printf("运算数栈满!\n”); //栈满得时候,追加5个存储空间          s、base=(int*)realloc (s、base,(s、stacksize+5)*sizeof(int) );        if(!s、base) exit (OV

23、ERFLOW); ﻩ s、top=s、base+s、stacksize; //插入元素e为新得栈顶元素    s、stacksize+=5; } *(s、top)++=e; //栈顶指针变化 ﻩreturn OK; }  int Popn(SqStackn &s,int &e) //数栈出栈 { if (s、top==s、base) { printf(” 运算符栈为空!\n"); //栈为空栈得视时候,返回ERROR return ERROR; ﻩ} else { e=*--s、top;  //栈不空得时候,则删除

24、S得栈顶元素,用e返回其值,并返回OK ﻩreturn OK; } }  int StackTraversen(SqStackn &s) //数栈遍历 { int *t; t=s、base ; if (s、top==s、base) ﻩ{ ﻩ  printf(" 运算数栈为空!\n”); //栈为空栈得时候返回ERROR ﻩ return ERROR; } ﻩwhile(t!=s、top) ﻩ{ ﻩ printf(" %d",*t); //栈不为空得时候依次输出         t++; }  return ERROR; } //

25、======================================================= //                以下定义函数 //======================================================== int Isoperator(char ch) //判断就是否为运算符,分别将运算符与数字进入不同得栈 { switch (ch) { case '+': case '-': ﻩcase '*': case '/’: ﻩcase '(’: case ')’: ﻩcase

26、’#': ﻩreturn 1; default: ﻩ return 0; } } int Operate(int a, char op, int b) //运算操作 { int result; switch(op) { case ’+': result=a+b; ﻩbreak; ﻩcase '—': ﻩ result=a—b; ﻩ break; ﻩcase ’*': ﻩ result=a*b; ﻩbreak; ﻩcase '/': result=a/b; break; } return result; } c

27、har Precede(char ch1, char ch2) //运算符优先级得比较 {   char p; switch(ch1)    {   case '+':   case '—’: ﻩ if (ch2==’+'||ch2==’—’||ch2==')'||ch2==’#')    p = ’〉';          //ch1运算符得优先级小于ch2运算符     else          p = '<'; ﻩ break;    case ’*':  

28、 case '/’: ﻩﻩ if (ch2 == '(')      p = ’<’;     else        p = '〉’; ﻩ ﻩ  break; case ’(’: ﻩ if (ch2 == ')') ﻩﻩ p = ’=’; ﻩ else if (ch2 == '#’) ﻩ ﻩ  { ﻩ ﻩ printf(” 表达式错误!运算符不匹配!\n") ; ﻩ ﻩﻩexit(0); ﻩ   } ﻩﻩﻩ  else ﻩ ﻩp = '<'; ﻩ ﻩ break ; ﻩ cas

29、e ')': ﻩ if (ch2 == ’(’) { printf(" 表达式错误!运算符不匹配!\n”) ;ﻩ exit(0); ﻩ ﻩ } ﻩ  else ﻩ    p = '>’; break ;   case ’#’: ﻩﻩ if (ch2 == ')’)        { ﻩﻩﻩ printf(" 表达式错误!运算符不匹配!\n") ; ﻩﻩﻩﻩ exit(0); } ﻩ   else if (ch2 == '#’) ﻩ ﻩp = ’=';   e

30、lse ﻩﻩﻩ p=’〈'; break; } return p; } //======================================================== //         以下就是求值过程 //======================================================== int EvaluateExpression()  //参考书p53算法3、4 { ﻩ int a, b, temp, answer;

31、  char ch,op,e;           char *str; int  j = 0;   SqStackn OPND;  //OPND为运算数字栈 SqStack OPTR;  //OPTR为运算符栈   InitStack(OPTR); Push(OPTR,'#’); //,所以此栈底就是'#',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’

32、'结束:\n"); str =(char*)malloc(50*sizeof(char)); gets(str);    ch=str[j];  //ch就是字符型得,而e就是整型得整数 j++; GetTop(OPTR,e);  //e为栈顶元素返回值   while (ch!='#' || e!=’#')  { ﻩ   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 ﻩﻩ ch=str[j]; ﻩ   j++; ﻩ  whi

33、le(!Isoperator(ch)) ﻩﻩ  { ﻩﻩ  temp=temp*10 + ch—'0’;  //将逐个读入运算数得各位转化为十进制数 ﻩﻩ ch=str[j]; ﻩ j++; ﻩ }   Pushn(OPND,temp);  }   else if (Isoperator(ch))  //判断就是否就是运算符,不就是运算符则进栈 ﻩ switch (Precede(e,ch))     {       case ’<’ : Push(OPTR,ch);  // 栈顶元素优先权低     ch = s

34、tr[j++]; ﻩﻩﻩprintf(”\n\n 运算符栈为:\n"); //输出栈,显示栈得变化 ﻩ ﻩ StackTraverse(OPTR); ﻩ ﻩ printf("\n 运算数栈为:\n”); ﻩ ﻩﻩ StackTraversen(OPND); ﻩ break; case '=' : Pop(OPTR,op);  // 脱括号并接收下一字符     ch = str[j++] ; ﻩ ﻩﻩprintf("\n\n 运算符栈为:\n”); ﻩﻩﻩﻩﻩStackTraverse(OPTR); ﻩ ﻩ ﻩprintf(”\n 数栈

35、为:\n”); ﻩ ﻩStackTraversen(OPND); ﻩ ﻩbreak; ﻩﻩ case ’〉' : Pop(OPTR,op);  //弹出最上面两个,并运算,把结果进栈  ﻩ     Popn(OPND,b); ﻩ Popn(OPND,a); ﻩ ﻩPushn(OPND,Operate(a,op,b)); ﻩﻩﻩﻩprintf(”\n\n 运算符栈为:\n"); ﻩ StackTraverse(OPTR); ﻩ ﻩﻩﻩprintf(”\n 数栈为:\n”); ﻩﻩ StackTraversen(OPND);

36、    }   else  ﻩ  {     printf(”您得输入有问题,请检查重新输入!"); ﻩ exit(0); ﻩ } GetTop(OPTR,e);  //取出运算符栈最上面元素就是否就是'#' } //while    GetTopn(OPND,answer);     //已输出.数字栈最上面即就是最终结果   return answer; } //======================================================== //

37、  执行部分 //======================================================== void ShowMenu() { ﻩprintf("\n\n”); printf(" 表达式求值系统\n"); } void Quit(); void Manage() { ﻩint answer; // ShowMenu(); ﻩanswer=EvaluateExpression(); printf("\n\n表达式结果就是: %d\n",answer); Quit(); } void Quit

38、) { char ch;   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 ”); ﻩprintf("\n 退出程序请按N/n  "); printf(" \n___________________________________________________________________\n"); ch=getch(); ch=toupper(ch);  //将ch字符转换成大写字母 if(ch == 'N') ﻩ{ printf(”\n\n

39、 系统退出。\n”); ﻩexit(0); } Manage(); } int main() { ﻩShowMenu();     Manage(); return 0; } 感想体会与总结 好得算法+编程技巧+高效率=好得程序。 1、 做什么都需要耐心,做设计写程序更需要耐心.一开始得时候,我写函数写得很快,可就是等最后调试得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得功能与参数,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。之后得工作按照规划逐步展开完成。对于一个完整得程序设计,首先需要总体规划写程序得步骤,分块写分函数写,然后写完一部分马上纠错调试。而不就是像我第一个程序,一口气写完,然后再花几倍得时间调试。一步步来,走好一步再走下一步。写程序就是这样,做项目就是这样,过我们得生活更就是应该这样。 3、 感觉一开始设计结构写函数体现得就是数据结构得思想,后面得调试则更加体现了人得综合素质,专业知识、坚定耐心、锲而不舍,真得缺一不可啊。 4、 通过这次课设,不仅仅复习了C语言相关知识、巩固了数据结构关于栈与排序得算法等知识,更磨练了我得意志.

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