Я не хочу решать уравнение, и мой вопрос не о структурах данных диаграмм и деревьев. Я пытаюсь создать Data Points для графика из уравнения, заданного пользователем. Я хочу эффективный алгоритм, простой в использовании и простой в обслуживании структуры данных. У меня есть два решения:Создать точки данных для графика из уравнения
1: Это тривиально и я видел во многих Приложениях.
String expr = "2*x+3*x";
Evaluator evaluator = new Evaluator();//I have this class
for (int i = start; i < end; i += step)
{
evaluator.setConstant("x", i);
double ans = evaluator.evaluate(expr);
}
Это очень медленно, потому что каждый раз, когда каждый шаг повторяется как tokenzing, проверка, преобразования в RPN, готовя стеки и очереди и при расчете последнего результата. Возможное решение этой проблемы - это как-то кэширование всех стеков и очередей, но после этого потребуется сравнение между текущим выражением и предыдущим выражением для использования последнего сохраненного состояния.
2: В настоящее время я разрабатываю второе решение. Цель этого - эффективность и будет использоваться в Символических расчетах в будущем.
До сих пор моя реализация
Variable.java
import java.text.DecimalFormat;
public class Variable
{
private final double pow;
private final double coefficient;
private final String symbol;
public Variable(String symbol)
{
this.symbol = symbol;
this.pow = 1.0;
this.coefficient = 1.0;
}
public Variable(String symbol, double coefficient, double pow)throws IllegalArgumentException
{
if (coefficient == 0.0)throw new IllegalArgumentException("trying to create variable with coefficient 0");
if (pow == 0.0)throw new IllegalArgumentException("trying to create variable with exponent 0");
this.symbol = symbol;
this.pow = pow;
this.coefficient = coefficient;
}
public final String getSymbol()
{
return this.symbol;
}
public final double getPow()
{
return this.pow;
}
public final double getCoefficient()
{
return this.coefficient;
}
@Override
public String toString()
{
StringBuilder builder = new StringBuilder();
DecimalFormat decimalFormat = new DecimalFormat("#.############");
if (coefficient != 1.0)builder.append(decimalFormat.format(this.coefficient));
builder.append(this.symbol);
if (this.pow != 1.0)builder.append("^").append(decimalFormat.format(this.pow));
return builder.toString();
}
/*
* Stub Method
* Generate some unique hash code
* such that chances of key collision
* become less and easy to identify
* variables with same power and same
* symbol*/
@Override
public int hashCode()
{
return 0;
}
}
Equation.java
import java.util.ArrayList;
import java.util.HashMap;
import java.util.Iterator;
public class Equation
{
private final ArrayList<Boolean> operations;
private final HashMap<String, Variable> variableHashMap;
private int typesOfVariables;
public Equation(Variable variable)
{
this.variableHashMap = new HashMap<>();
this.operations = new ArrayList<>();
this.typesOfVariables = 1;
this.variableHashMap.put(variable.getSymbol(), variable);
}
/*Stub Method*/
public void addVariable(Variable variable, boolean multiply)
{
/*
* Currently not covering many cases
* 1: Add two variables which have same name
* and same pow.
* 2: variable which are wrapped inside functions e.g sin(x)
* and many other.*/
if (multiply && variableHashMap.containsKey(variable.getSymbol()))
{
Variable var = variableHashMap.get(variable.getSymbol());
Variable newVar = new Variable(var.getSymbol(), var.getCoefficient() * variable.getCoefficient(), var.getPow() + variable.getPow());
/*
* Collision chances for variables with same name but
* with different powers*/
this.variableHashMap.replace(var.getSymbol(), newVar);
}
else
{
++this.typesOfVariables;
this.variableHashMap.put(variable.getSymbol(), variable);
}
this.operations.add(multiply);
}
/*Stub Method
*Value for every variable at any point will be different*/
public double solveFor(double x)
{
if (typesOfVariables > 1)throw new IllegalArgumentException("provide values for all variables");
Iterator<HashMap.Entry<String, Variable>> entryIterator = this.variableHashMap.entrySet().iterator();
Variable var;
double ans = 0.0;
if (entryIterator.hasNext())
{
var = entryIterator.next().getValue();
ans = var.getCoefficient() * Math.pow(x, var.getPow());
}
for (int i = 0; entryIterator.hasNext(); i++)
{
var = entryIterator.next().getValue();
if (this.operations.get(i))ans *= var.getCoefficient() * Math.pow(x, var.getPow());
else ans += var.getCoefficient() * Math.pow(x, var.getPow());
}
return ans;
}
@Override
public String toString()
{
StringBuilder builder = new StringBuilder();
Iterator<HashMap.Entry<String, Variable>> entryIterator = this.variableHashMap.entrySet().iterator();
if (entryIterator.hasNext())builder.append(entryIterator.next().getValue().toString());
Variable var;
for (int i = 0; entryIterator.hasNext(); i++)
{
var = entryIterator.next().getValue();
if (this.operations.get(i))builder.append("*").append(var.toString());
else builder.append(var.toString());
}
return builder.toString();
}
}
Main.java
class Main
{
public static void main(String[] args)
{
try
{
long t1 = System.nanoTime();
Variable variable = new Variable("x");
Variable variable1 = new Variable("x", -2.0, 1.0);
Variable variable2 = new Variable("x", 3.0, 4.0);
Equation equation = new Equation(variable);
equation.addVariable(variable1, true);//2x+x
equation.addVariable(variable2, true);
for (int i = 0; i < 1000000; i++)equation.solveFor(i);//Calculate Million Data Points
long t2 = System.nanoTime();
System.out.println((t2-t1)/1000/1000);
System.out.println(equation.toString());
}
catch (Exception e)
{
System.out.println("Error: " + e.getMessage());
}
}
}
Собираюсь ли я в правильном направлении? Есть ли общепринятый Алгоритм для этой проблемы?
Моя основная цель - эффективность, чистота кода и ремонтопригодность кода.
Примечание: Я не являюсь носителем английского языка, поэтому, пожалуйста, игнорируйте любую грамматическую ошибку.
Спасибо.
Я хочу, чтобы вычислить миллионы точек. –