java实现计算复杂数学表达式

用过python或者PHP的同学应该知道，它们都有个eval函数，这个函数真的是好用啊，比如我算数的时候就喜欢用python的控制台来当做计算器。比如：

Python 3.6.5 (v3.6.5:f59c0932b4, Mar 28 2018, 17:00:18) [MSC v.1900 64 bit (AMD64)] on win32
Type "copyright", "credits" or "license()" for more information.
>>> print('公积金每年存多少？',3500*0.12*2*12)
公积金每年存多少？ 10080.0
>>> print('余额宝年利率0.27的话，一万每天利息多少？',1*270/365)
余额宝年利率0.27的话，一万每天利息多少？ 0.7397260273972602
>>> 400+10/(120-20)+400
800.1
>>>

但java貌似没有。

以下是我自己的实现。

思路：

思路就是分两步来进行

翻译输入的数学表达式，也就是中缀表达式转后缀表达式。例如 a+b*(c-d) 转为后缀表达式就是 abcd-*+
对后缀表达式计算结果。这里用到了栈存储计算结果，每次都是对两个数计算，例如 abcd-*+ ，计算方法是先从头遍历，数字直接入栈，当遇到计算符，则从栈顶取出来两个数计算然后再把结果压栈，最终全部计算完之后栈里面只剩下一个元素就是结果。

1.中缀表达式转后缀表达式

实现转换的基本步骤如下：

初始化一个运算符栈。
从算数表达式输入的字符串中依次从左向右每次读取一个字符。
如果当前字符是操作数，则直接填写到后缀表达式。
如果当前字符是（左括号，将其压入运算符栈（第一步定义）。
如果当前字符为运算符，则
1. 当运算符栈为空，则将其压入运算符栈。
2. 当此运算符的优先级高于栈顶元素的时候，则将此运算符压入运算符栈；否则，弹出栈顶运算符到后缀表达式，并且将当前运算符压栈。回到步骤2.
如果当前字符是）右括号，反复将栈顶元素弹出到后缀表达式，直到栈顶元素是左括号（为止，并将左括号从栈中弹出丢弃。
如果读取还未完成，回到步骤2.
如果读取完成，则将栈中剩余的运算符依次弹出到后缀表达式。

private static String transfer(String mathStr) {// 标记输出结果StringBuilder result = new StringBuilder();// 1.初始化一个运算符栈。Stack<Character> stack = new Stack();if (mathStr == null || mathStr.length() == 0) {return null;}System.out.println("--------------");System.out.println("中缀表达式：" + mathStr);char[] arr = mathStr.toCharArray();for (int i = 0; i < arr.length; i++) {// 2.从算数表达式输入的字符串中依次从左向右每次读取一个字符。char s = arr[i];// 3.如果当前字符是操作数，则直接填写到后缀表达式。if (Character.isDigit(s)) {result.append(s);}// 4.如果当前字符是（左括号，将其压入运算符栈（第一步定义）。else if ('(' == s) {stack.push(s);}// 5.如果当前字符为运算符，则else if ('+' == s || '-' == s || '*' == s || '/' == s) {if (!stack.isEmpty()) {char stackTop = stack.pop();// 当此运算符的优先级高于栈顶元素的时候，则将此运算符压入运算符栈if (compare(s, stackTop)) {stack.push(stackTop);stack.push(s);}// 否则，弹出栈顶运算符到后缀表达式，并且将当前运算符压栈。回到步骤2.else {result.append(stackTop);stack.push(s);}}// 5.1.当运算符栈为空，则将其压入运算符栈。else {stack.push(s);}}// 6.如果当前字符是）右括号，反复将栈顶元素弹出到后缀表达式，直到栈顶元素是左括号（为止，并将左括号从栈中弹出丢弃。else if (s == ')') {while (!stack.isEmpty()) {char item = stack.pop();if (item != '(') {result.append(item);} else {break;}}}}while (!stack.isEmpty()) {result.append(stack.pop());}System.out.println("后缀表达式：" + result.toString());return result.toString();}//比较优先级private static boolean compare(char s, char item) {if (item == '(') {return true;}if (s == '*' || s == '/') {if (item == '+' || item == '-') {return true;}}return false;}

2.计算结果

每次都是对两个数计算，例如 abcd-*+ ，计算方法是先从头遍历，数字直接入栈，当遇到计算符，则从栈顶取出来两个数计算然后再把结果压栈，最终全部计算完之后栈里面只剩下一个元素就是结果。

private static int calculate(String transferToPostfix) {Stack<Integer> stack = new Stack();char[] c = transferToPostfix.toCharArray();int a, b;for (int i = 0; i < c.length; i++) {switch (c[i]) {case '+':a = Integer.valueOf(stack.pop().toString());b = Integer.valueOf(stack.pop().toString());stack.push(b + a);break;case '-':a = Integer.valueOf(stack.pop().toString());b = Integer.valueOf(stack.pop().toString());stack.push(b - a);break;case '*':a = Integer.valueOf(stack.pop().toString());b = Integer.valueOf(stack.pop().toString());stack.push(b * a);break;case '/':a = Integer.valueOf(stack.pop().toString());b = Integer.valueOf(stack.pop().toString());stack.push(b / a);break;default:Character d = c[i];stack.push(Integer.valueOf(d.toString()));break;}}return stack.pop();}

3.测试

public static void main(String[] args) {System.out.println("计算结果：" + calculate(transferToPostfix("1+2*(3-4)")));System.out.println("计算结果：" + calculate(transferToPostfix("3-2/3")));System.out.println("计算结果：" + calculate(transferToPostfix("2*3-9/(4-1)")));
}

--------------
中缀表达式：1+2*(3-4)
后缀表达式：1234-*+
计算结果：-1
--------------
中缀表达式：3-2/3
后缀表达式：323/-
计算结果：3
--------------
中缀表达式：2*3-9/(4-1)
后缀表达式：23*941-/-
计算结果：3

这里我使用了char来存储运算单位，因此只能运算个位数，如果要运算多位数或者是带小数的，把char类型换成自己封装的就可以了，思路都是一样的。

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java实现计算复杂数学表达式

思路：

1.中缀表达式转后缀表达式

2.计算结果

3.测试

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