Javaでの算術式の評価方法

2年 ago
結衣, 春花
2 minutes

スタックを使用して算術式を評価できます。手順は次のとおりです。

  1. 演算子を入れる演算子スタックと、数値を入れる数値スタックを2つ用意します。
  2. スペース文字は無視します。
  3. 数字だったら数値に変換し、numberStackにプッシュ
  4. 文字が'(’の場合、operatorStackにプッシュする。
  5. ‘)’ 文字であれば、'(‘ に至るまで operatorStack からオペランドを取り出す。 取り出したオペランド毎に、 numberStack からオペランドを 2 つ取り出し演算を行い、その結果を numberStack に入れる。
  6. 演算子だった場合は、2通りに分岐します。operatorStackが空であった場合、またはスタック最上部の演算子が「(」だった場合は、演算子を直接operatorStackに格納します。
    それ以外の場合は、現在位置の演算子と、スタック最上部の演算子とを比較します。現在位置の演算子の優先順位が、スタック最上部の演算子以下だった場合は、operatorStackから演算子を取り出し、numberStackから2つの被演算子を取り出して演算を行います、その演算結果をnumberStackに格納します。この操作を、現在位置の演算子の優先順位がスタック最上部の演算子より大きくなる、またはoperatorStackが空になるまで繰り返します。その後、現在位置の演算子をoperatorStackに格納します。
  7. 各数値をスタックから取り出して演算を行い、結果をスタックに戻す。オペレータスタックが空になるまでこの処理を繰り返す。
  8. 最後に、numberStack に残った単一の要素が、式を表す値になります。

サンプルコードを以下に示します。

import java.util.Stack;

public class ExpressionEvaluation {
    public static double evaluateExpression(String expression) {
        Stack<Character> operatorStack = new Stack<>();
        Stack<Double> numberStack = new Stack<>();

        for (int i = 0; i < expression.length(); i++) {
            char c = expression.charAt(i);

            if (c == ' ') {
                continue;
            } else if (Character.isDigit(c)) {
                StringBuilder sb = new StringBuilder();
                while (i < expression.length() && (Character.isDigit(expression.charAt(i)) || expression.charAt(i) == '.')) {
                    sb.append(expression.charAt(i));
                    i++;
                }
                i--;

                double number = Double.parseDouble(sb.toString());
                numberStack.push(number);
            } else if (c == '(') {
                operatorStack.push(c);
            } else if (c == ')') {
                while (!operatorStack.isEmpty() && operatorStack.peek() != '(') {
                    char operator = operatorStack.pop();
                    double operand2 = numberStack.pop();
                    double operand1 = numberStack.pop();
                    double result = applyOperator(operator, operand1, operand2);
                    numberStack.push(result);
                }
                operatorStack.pop();  // 弹出左括号
            } else if (isOperator(c)) {
                while (!operatorStack.isEmpty() && operatorStack.peek() != '(' && getPrecedence(c) <= getPrecedence(operatorStack.peek())) {
                    char operator = operatorStack.pop();
                    double operand2 = numberStack.pop();
                    double operand1 = numberStack.pop();
                    double result = applyOperator(operator, operand1, operand2);
                    numberStack.push(result);
                }
                operatorStack.push(c);
            }
        }

        while (!operatorStack.isEmpty()) {
            char operator = operatorStack.pop();
            double operand2 = numberStack.pop();
            double operand1 = numberStack.pop();
            double result = applyOperator(operator, operand1, operand2);
            numberStack.push(result);
        }

        return numberStack.pop();
    }

    private static boolean isOperator(char c) {
        return c == '+' || c == '-' || c == '*' || c == '/';
    }

    private static int getPrecedence(char operator) {
        if (operator == '+' || operator == '-') {
            return 1;
        } else if (operator == '*' || operator == '/') {
            return 2;
        } else {
            return 0;
        }
    }

    private static double applyOperator(char operator, double operand1, double operand2) {
        switch (operator) {
            case '+': return operand1 + operand2;
            case '-': return operand1 - operand2;
            case '*': return operand1 * operand2;
            case '/': return operand
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