在使用 Java 处理负数时拆分数学表达式

Question

我正在使用 Java 开发表达式计算器。我决定先编写一个转换为 postfix 的代码，然后编写一个反向波兰符号计算器。到目前为止，我的计算器运行良好，可以处理任何表达式，包括运算符 + - * / %。

我遇到的问题是它使用空格input.split(" ") 拆分表达式，因此这意味着必须输入表达式( 4 + ( 2 * ( -2 - 1 ) ) ) * 1.5，而我应该能够输入(4+(2*(-2-1)))*1.5。

经过几个小时的修修补补，我现在知道它不能工作正则表达式，但它是否能够编写一个 for 循环，一次循环遍历字符串的两个标记，如果它们都等于一个运算符，那么你可以假设第二个必须是负值。或者如果方程以运算符开头，那么它必须是负值？像这样遍历字符串，直到第二个运算符到达表达式的末尾？

这是我一直在尝试开始尝试的一些代码，但由于我对编程还是很陌生，我似乎无法让它工作。

String expression = "(4+(2*(-2--16)))*-1.5";
ArrayList<String> tokens = new ArrayList<String>();
String orig = null;
String regex = "[-+/*()]+";
String first = Character.toString(expression.charAt(0));
tokens.add(first);
for (int i = 0; i < expression.length(); i++) {
    char x = expression.charAt(i);
    String a = Character.toString(x);
    if (i >= 1){    //Check i is greater than or equal to 1
        char y = expression.charAt(i-1);
        String b = Character.toString(y);
        if(b.matches(regex) && x == '-'){
            orig = a;
        }else if(orig != null && orig.equals("-")){
            System.out.println(orig + a);
            tokens.add(orig + a);
            orig = null;
        }else{
            tokens.add(a);
        }
    }
}
for(String t:tokens){
    System.out.print(t+" ");
}

感谢您的帮助，Ciaran。

编辑：

我的问题是如何编写一种方法来拆分数学表达式，该方法在拆分时可以区分“-”作为二元运算符和“-”作为一元运算符？我对遍历字符串并比较两个标记的想法是否正确？ – Ciaran Ashton 6 分钟前

我想要达到的目标 我想把String expression = (4+(2*(-2-1)))变成String[] expression = (, 4, (, 2, *, (, -2, -, 1, ), ), )

Answer 1

这是适合parser generator 的工作。 Java 世界中最著名的是JavaCC 和Antlr。我喜欢将JFlex 与JavaCC 配对使用。

它们的好处在于您可以根据上下文赋予标记不同的含义。因此，减号可能意味着一个地方的东西和另一个地方的东西不同。

Answer 2

使用解析器是更好的解决方案，但要按照您的要求回答您的问题，您可以使用这个正则表达式，它几乎可以满足您的需求（不是 100%，但很接近）：

(?<=[\(\)\+\-*\/\^A-Za-z])|(?=[\(\)\+\-*\/\^A-Za-z])

因此，您必须将其转义并像这样使用它：

String input = ...;
String temp[] = input.split("(?<=[\\(\\)\\+\\-*\\/\\^A-Za-z])|(?=[\\(\\)\\+\\-*\\/\\^A-Za-z])");
System.out.println(Arrays.toString(temp));

输入：

7+4-(18/3)/2a^222+1ab

输出：

[7, +, 4, -, (, 18, /, 3, ), /, 2, a, ^, 222, +, 1, a, b]

在此处查看实际操作：
http://rubular.com/r/uHAObPwaln
http://ideone.com/GLFmo4

Answer 3

这可以解决您的问题和像这样的问题，尽管我没有对各种数据进行彻底测试，但方法是——只要一元运算符出现在表达式中（全括号表达式），它前面都会有 '( ' 后跟一个数字。

    String expression = "(4+(2*(-2-1)))*1.5";
    List<String> tokens = new ArrayList<String>();
    String prev = null;
    int c = 0;
    for (int i = 0; i < expression.length(); i++) {
        char x = expression.charAt(i);
        String a = Character.toString(x);
        if (i >= 1 && expression.charAt(i - 1) == '(' && x == '-') {
            prev = a;
        } else {
            if (prev != null && prev.equals("-")) {
                tokens.add(prev + a);
                prev = null;
            } else {
                tokens.add(a);
            }
            c++;
        }
    }

Answer 4

这是一个只使用正则表达式的版本。它与您的示例输入匹配，但不会处理一元运算符放在括号前面或嵌套多个一元运算（例如“--1”）的情况：

// expression that matches standard Java number formats
// such as 1234, 12.5, and 1.3E-19
String number = "\\d+(?:\\.\\d+(?:(?:E|e)-?\\d+)?)?";
// expression that matches : 
// number
// number with unary operator (deemed unary if preceded by (,-,+,/, or *)
// (,),-,+,/, or *
String token = "(" + number + "|(?<=[(-+/*])-" + number + "|[-+/*()])?";
Pattern p = Pattern.compile(token);
Matcher m = p.matcher("(4+(2*(-2-1)))*1.5");
while (m.find()) {
  System.out.println(m.group(0));
}

Answer 5

好吧，在这些家伙的建议之后，我创建了一个方法，该方法将接受 -1+2(4+(2*(-2--1)))*-1.5 之类的输入并将其拆分为一个数组，例如 [-1, +, 2, (, 4, +, (, 2, *, (, -2, -, -1, ), ), ), *, -1.5]。

该方法的工作方式是使用正则表达式拆分输入字符串。使用正则表达式，我能够拆分所有数字和运算符。虽然这很棒，但它无法处理负值。使用正则表达式，它总是将- 视为二元运算符。我需要它来将其视为一元运算符，以便它可以理解它是一个负值。所以我所做的是将每个运算符与它后面的字符串进行比较。如果这也是一个运算符，我知道第二个是一元运算符。然后，我还必须输入一个 if 语句来判断第一个值是否为 -，如果是，我知道那是一元运算符。

这是目前为止的代码。我确信使用解析器有一种更简单的方法可以做到这一点，但我无法理解它。

import java.util.ArrayList;
import java.util.Arrays;


public class expSplit {

    public String[] splitExp(String theexp){
        ArrayList<String> tokens = new ArrayList<String>();
        //System.out.println(theexp);
        String expression = theexp.replaceAll("\\s+", "");
        //System.out.println(expression);
        String tem[] = expression.split("(?<=[-+*/%(),])(?=.)|(?<=.)(?=[-+*/%(),])");
        ArrayList<String> temp = new ArrayList<String>(Arrays.asList(tem));
        String orig = null;
        String regex = "[-+/%*]+";
        String first = temp.get(0);
        tokens.add(first);
        String secound = temp.get(1);
        if(first.equals("-")){
            tokens.remove(0);
            tokens.add(first+secound);
        }
        for (int i = 0; i < temp.size(); i++) {
            String a = temp.get(i);
            if (i >= 1){
                String b = temp.get(i-1);
                if(b.matches(regex) && a.matches("[-+]+")){
                    String c = temp.get(i-2);
                    if(c.matches("[-+]+")){
                        //System.out.println("MATCH");
                        break;
                    }else{
                        //System.out.println("NO MATCH");
                        orig = a;
                    }
                }else if(orig != null && orig.equals("-")){
                    tokens.add(orig + a);
                    orig = null;
                }else{
                    tokens.add(a);
                }
            }
        }
        if(first.equals("+")){
            tokens.remove(0);
        }
        if(first.equals("-")){
            tokens.remove(1);
        }
        String[]tokenArray = new String[tokens.size()];
        tokenArray = tokens.toArray(tokenArray);
        //System.out.print(tokens);
        return tokenArray;
    }
}

谢谢你的帮助，夏兰