波蘭表示法(Polish notation,或波蘭記法),是一種邏輯、算術和代數表示方法,其特點是操作符置于操作數的前面,因此也稱做前綴表示法。
正文
如果操作符的元數(arity)是固定的,則語法上不需要括號仍然能被無歧義地解析。波蘭記法是波蘭數學家揚·武卡謝維奇1920年代引入的,用于簡化命題邏輯。
揚?武卡謝維奇本人提到:
“我在1924年突然有了一個無需括號的表達方法,我在文章第一次使用了這種表示法。”
―― ?ukasiewicz(1), p. 610, footnote.
阿隆佐·邱奇在他的經典著作《數理邏輯》中提出該表達方法是一種值得被關注的記法系統,甚至將它與阿爾弗雷德·懷特黑德和伯特蘭·阿瑟·威廉·羅素在《數學原理》中的邏輯表達式相提并論。波蘭表示法雖然在邏輯領域沒有被廣泛使用,但仍在計算機科學領域占有一席之地。
算術形式
表達“三加四”時,前綴記法寫作“+ 3 4”,而不是“3 + 4”。在復雜的表達式中,操作符仍然在操作數的前面,但操作數可能是包含操作符的平凡表達式。例如,如下的中綴表達式:
(5 ? 6) * 7寫作前綴表示法時是:
*(? 5 6) 7或省略括號:
* ? 5 6 7由于簡單的算術運算符都是二元的,該前綴表達式無需括號,且表述是無歧義的。在前面的例子里,中綴形式的括號是必需的,如果將括號移動到:
5 ? (6 * 7)即:
5 ? 6 * 7則會改變整個表達式的值。而其正確的前綴形式是:
? 5 * 6 7減法運算要等它的兩個操作數(5;6和7的乘積)都完成時才會處理。在任何表示法中,最里面的表達式最先運算,而在波蘭表達式中,決定“最里面”的是順序而不是括號。
簡單算術的前綴表達式主要是用于學術研究方面。與逆波蘭表示法不同,前綴表達式基本沒有在商業計算器中使用過,但是其體系經常在編譯器構造的概念教學中首先使用。
計算機編程
LISP的S-表達式中廣泛地使用了前綴記法,S-表達式中使用了括號是因為它的算術操作符有可變的元數(arity)。逆波蘭表示法在許多基于堆棧的程序語言(如PostScript)中使用,以及是一些計算器(特別是惠普)的運算原理。
假定只有二元運算時,操作數的個數必然為操作符的個數加一,否則表達式就無意義。這樣在計算更復雜,更長的表達式時,可以簡單地忽略某些錯誤表達式,因此在使用前綴記法時必須小心仔細檢查其表達意義。
運算順序
前綴表達式的運算順序很容易檢測。需注意的是,當運算時,操作符是作用在第一個操作數上,特別是需注意不滿足交換律的運算,如除法、減法。
基于堆棧的操作符由于其本身的特性,無需括號也很容易區分運算的順序,因此大量使用波蘭記法。運算波蘭表達式時,無需記住運算的層次,只需要直接尋找第一個運算的操作符。以二元運算為例,從左至右讀入表達式,遇到一個操作符后跟隨兩個操作數時,則計算之,然后將結果作為操作數替換這個操作符和兩個操作數;重復此步驟,直至所有操作符處理完畢。因為在正確的前綴表達式中,操作數必然比操作符多一個,所以必然能找到一個操作符符合運算條件;而替換時,兩個操作數和一個操作符替換為一個操作數,所以減少了各一個操作符和操作數,仍然可以迭代運算直至計算整個式子。多元運算也類似,遇到足夠的操作數即產生運算,迭代直至完成。迭代結束的條件由表達式的正確性來保證。
參考資料 >