Java вычисление математического выражения

Вычисление математических выражений из строки в Java

Одной из распространенных задач, с которыми можно столкнуться при работе с Java, является необходимость вычисления математических выражений, представленных в виде строки. Представьте себе ситуацию, когда входные данные представляют собой строку, содержащую математическое выражение, например, «7+5*2» . Цель — вычислить это выражение и получить результат.

В этой статье будет представлен один из способов решения данной задачи.

import javax.script.ScriptEngineManager; import javax.script.ScriptEngine; import javax.script.ScriptException; public class Main < public static void main(String[] args) throws ScriptException < ScriptEngineManager mgr = new ScriptEngineManager(); ScriptEngine engine = mgr.getEngineByName("JavaScript"); String expression = "7+5*2"; System.out.println(engine.eval(expression)); >>

В этом примере используется ScriptEngineManager и ScriptEngine , которые являются частью Java Scripting API. Этот API позволяет встроить в Java код другие языки сценариев, в том числе и JavaScript.

Через этот API можно запустить JavaScript код прямо внутри Java приложения. В данном случае JavaScript используется для вычисления математического выражения из строки.

Сначала создается экземпляр ScriptEngineManager , который управляет коллекцией движков сценариев. Затем с помощью метода getEngineByName получается экземпляр ScriptEngine , который представляет собой движок JavaScript.

Затем этот движок используется для вычисления математического выражения с помощью метода eval .

Этот подход позволяет избежать большого количества условных операторов в коде, что делает его более читаемым и поддерживаемым.

Однако стоит помнить, что использование JavaScript движка может привести к ухудшению производительности, поэтому этот подход следует использовать с осторожностью и только в тех случаях, когда производительность не является критически важной.

Источник

Java Math класс и его методы

В данной статье мы проведем краткий обзор класса Math в Java. Поговорим о методах данного класса и о том, как их использовать. Класс Math располагается в пакете java.lang и предоставляет набор статических методов для осуществления ряда различных математических вычислений. Ниже приведены примеры вычислений, для которых класс Math может оказаться полезным:

• Вычисление абсолютных значений (значений по модулю)
• Вычисление значений тригонометрических функций (синусов, косинусов и т.д.)
• Возведение в различные степени
• Извлечение корней различных степеней
• Генерация случайных чисел
• Округления
• И пр.

Ниже мы попробуем рассмотреть как класс Java Math помогает решать задачи, перечисленные выше.Начнем разбор класса с методов, которые позволяют вычислить значение по модулю. За это отвечает метод abs. Данный метод перегружен и в классе Math имеются следующие его различия:

• static double abs(double a)
• static float abs(float a)
• static int abs(int a)
• static long abs(long a)

Пример использования:

 public static void main(String[] args) < System.out.println(Math.abs(-1)); // 1 System.out.println(Math.abs(-21.8d)); // 21.8 System.out.println(Math.abs(4532L)); // 4532 System.out.println(Math.abs(5.341f)); // 5.341 >

Вычисление значений тригонометрических функций

• static double sin(double a)
• static double cos(double a)
• static double tan(double a)
• static double asin(double a)
• static double acos(double a)
• static double atan(double a)

• static double toDegrees(double angrad)
• static double toRadians(double angdeg)

 public static void main(String[] args)

 0.0 0.49999999999999994 1.0 1.0 0.8660254037844387 6.123233995736766E-17 

Что не совсем соответствует таблицам синусов и косинусов, отчасти благодаря погрешностям при переводе из градусов в радианы.

Возведение в степень

Для возведения числа в степень класс Math предоставляет метод pow, который имеет следующую сигнатуру:

 static double pow(double a, double b) 

 public static void main(String[] args) < System.out.println(Math.pow(1,2)); // 1.0 System.out.println(Math.pow(2,2)); // 4.0 System.out.println(Math.pow(3,2)); // 9.0 System.out.println(Math.pow(4,2)); // 16.0 System.out.println(Math.pow(5,2)); // 25.0 System.out.println(Math.pow(1,3)); // 1.0 System.out.println(Math.pow(2,3)); // 8.0 System.out.println(Math.pow(3,3)); // 27.0 System.out.println(Math.pow(4,3)); // 64.0 System.out.println(Math.pow(5,3)); // 125.0 >

Извлечение корней

 public static void main(String[] args) < System.out.println(Math.sqrt(4)); // 2.0 System.out.println(Math.sqrt(9)); // 3.0 System.out.println(Math.sqrt(16)); // 4.0 System.out.println(Math.cbrt(8)); // 2.0 System.out.println(Math.cbrt(27)); // 3.0 System.out.println(Math.cbrt(125)); // 5.0 >

Генерация случайных чисел

Для генерации случайных чисел класс Math предоставляет метод random. Данный метод генерирует случайное позитивное вещественное (double) число в промежутке от 0.0 до 1.0. Сигнатура метода имеет следующий вид:

 public static double random() 

 public static void main(String[] args) < for (int i = 0; i < 5; i++) < System.out.println(Math.random()); >> 

 0.37057465028778513 0.2516253742011597 0.9315649439611121 0.6346725713527239 0.7442959932755443 

С помощью небольших манипуляций, можно использовать метод random класса Math для получения целочисленных случайных чисел лежащих в определенном диапазоне. Приведем пример функции которая принимает два аргумента min и max и возвращает случайное целое число, которое лежит в промежутке от min (включительно) до max (включительно):

 static int randomInARange(int min, int max)

 public class MathExample < public static void main(String[] args) < // Карта, в которой мы будем хранить количество выпадений какого-то числа Mapmap = new TreeMap<>(); // За 10000 операций for (int i = 0; i < 10000; i++) < // Сгенерируем рандомное число от -10 включительно до 10 включительно final Integer randomNumber = randomInARange(-10, 10); if (!map.containsKey(randomNumber)) < // Если карта еще не содержит "выпавшего случайного числа" // Положим его в карту с кол-вом выпадений = 1 map.put(randomNumber, 1); >else < // Иначе, увеличим количество выпадений данного числа на 1 map.put(randomNumber, map.get(randomNumber) + 1); >> // Выведем на экран содержимое карты в формате ключ=[значение] for (Map.Entry entry : map.entrySet()) < System.out.println(String.format("%d=[%d]", entry.getKey(), entry.getValue())); >> static int randomInARange(int min, int max) < return (int) (Math.random() * ((max - min) + 1)) + min; >> 

 -10=[482] -9=[495] -8=[472] -7=[514] -6=[457] -5=[465] -4=[486] -3=[500] -2=[490] -1=[466] 0=[458] 1=[488] 2=[461] 3=[470] 4=[464] 5=[463] 6=[484] 7=[479] 8=[459] 9=[503] 10=[444] Process finished with exit code 0 

Округление

• static long round(double a)
• static int round(float a)
• static double floor(double a)
• static double ceil(double a)

 public static void main(String[] args) < System.out.println(Math.round(1.3)); // 1 System.out.println(Math.round(1.4)); // 1 System.out.println(Math.round(1.5)); // 2 System.out.println(Math.round(1.6)); // 2 System.out.println(Math.floor(1.3)); // 1.0 System.out.println(Math.floor(1.4)); // 1.0 System.out.println(Math.floor(1.5)); // 1.0 System.out.println(Math.floor(1.6)); // 1.0 System.out.println(Math.ceil(1.3)); // 2.0 System.out.println(Math.ceil(1.4)); // 2.0 System.out.println(Math.ceil(1.5)); // 2.0 System.out.println(Math.ceil(1.6)); // 2.0 >

Заключение

• Вычислять значения по модулю;
• Вычислять значения тригонометрических функций;
• Возводить числа в степень;
• Извлекать квадратный и кубический корни;
• Генерировать случайные числа;
• Округлять числа.

Источник

Вычисление математического выражения в Java

В этом руководстве мы обсудим различные подходы к оценке математического выражения с использованием Java. Эта функция может пригодиться в проектах, где мы хотим оценить математические выражения, представленные в строковом формате.

Для начала мы обсудим несколько сторонних библиотек и их использование. Далее мы увидим, как мы можем использовать встроенный API сценариев Java для решения этой задачи.

2. exp4j​

exp4j — это библиотека с открытым исходным кодом, которую можно использовать для вычисления математических выражений и функций. Библиотека реализует алгоритм Дейкстры Shunting Yard Algorithm, метод разбора математических выражений, заданных в инфиксной нотации .

Помимо использования стандартных операторов и функций, exp4j позволяет нам создавать собственные операторы и функции.

2.1. Добавление зависимости Maven​

Чтобы использовать exp4j, нам нужно добавить зависимость Maven в наш проект:

 dependency>   groupId>net.objecthuntergroupId>   artifactId>exp4jartifactId>   version>0.4.8version>   dependency> 

2.2. Оценка простых выражений​

Мы можем оценить простое математическое выражение, представленное в формате String :

 @Test   public void givenSimpleExpression_whenCallEvaluateMethod_thenSuccess()    Expression expression = new ExpressionBuilder("3+2").build();   double result = expression.evaluate();   Assertions.assertEquals(5, result);   > 

В приведенном выше фрагменте кода мы сначала создаем экземпляр ExpressionBuilder . Затем мы присваиваем его ссылке Expression , которую используем для оценки нашего выражения.

2.3. Использование переменных в выражениях​

Теперь, когда мы знаем, как вычислять простые выражения, давайте добавим в наше выражение несколько переменных:

 @Test   public void givenTwoVariables_whenCallEvaluateMethod_thenSuccess()    Expression expression = new ExpressionBuilder("3x+2y")   .variables("x", "y")   .build()   .setVariable("x", 2)   .setVariable("y", 3);    double result = expression.evaluate();    Assertions.assertEquals(12, result);   > 

В приведенном выше примере мы вводим две переменные, x и y, используя метод переменных . Мы можем добавить в выражение столько переменных, сколько нам нужно , используя этот метод. Как только мы объявили переменные, мы можем присвоить им значения, используя метод setVariable .

2.4. Вычисление выражений, содержащих математические функции​

Давайте теперь посмотрим на краткий пример того, как мы можем оценить некоторые стандартные математические функции:

 @Test   public void givenMathFunctions_whenCallEvaluateMethod_thenSuccess()    Expression expression = new ExpressionBuilder("sin(x)*sin(x)+cos(x)*cos(x)")   .variables("x")   .build()   .setVariable("x", 0.5);    double result = expression.evaluate();    Assertions.assertEquals(1, result);   > 

3. Явалюатор​

Javaluator — еще одна независимая и легкая библиотека, доступная бесплатно. Как и exp4j, Javaluator также используется для вычисления инфиксных выражений .

3.1. Добавление зависимости Maven​

Мы можем использовать следующую зависимость Maven для использования Javaluator в нашем проекте:

 dependency>   groupId>com.fathzergroupId>   artifactId>javaluatorartifactId>   version>3.0.3version>   dependency> 

3.2. Оценка простых выражений​

Чтобы оценить выражения с помощью Javaluator, нам сначала нужно создать экземпляр DoubleEvaluator :

 @Test   public void givenExpression_whenCallEvaluateMethod_thenSuccess()    String expression = "3+2";   DoubleEvaluator eval = new DoubleEvaluator();    Double result = eval.evaluate(expression);    Assertions.assertEquals(5, result);   > 

3.3. Вычисление выражений, содержащих переменные​

Для оценки выражений, содержащих переменные, мы используем StaticVariableSet :

 @Test   public void givenVariables_whenCallEvaluateMethod_thenSuccess()    String expression = "3*x+2*y";   DoubleEvaluator eval = new DoubleEvaluator();   StaticVariableSetDouble> variables = new StaticVariableSetDouble>();   variables.set("x", 2.0);   variables.set("y", 3.0);    Double result = eval.evaluate(expression, variables);    Assertions.assertEquals(12, result);   > 

Затем мы используем метод StaticVariableSet#set для присвоения значений переменным.

3.4. Вычисление выражений, содержащих математические функции​

Мы также можем решать выражения, содержащие математические функции, используя библиотеку Javaluator:

 @Test   public void givenMathFunction_whenCallEvaluateMethod_thenSuccess()    String expression = "sin(x)*sin(x)+cos(x)*cos(x)";   DoubleEvaluator eval = new DoubleEvaluator();   StaticVariableSetDouble> variables = new StaticVariableSetDouble>();   variables.set("x", 0.5);    Double result = eval.evaluate(expression, variables);    Assertions.assertEquals(1, result);   > 

4. API сценариев Java​

Теперь, когда мы обсудили сторонние библиотеки, давайте теперь обсудим, как мы можем добиться этого с помощью встроенного API. Java уже поставляется с небольшим, но мощным API сценариев. Все классы и интерфейсы этого API находятся в пакете javax.script .

Он содержит интерфейсы ScriptEngineManager и ScriptEngine , которые позволяют нам оценивать JavaScript. До Java 8 Java поставлялась с движком Rhino . Однако, начиная с Java 8, Java поставляется с более новым и мощным движком Nashorn .

4.1. Получение экземпляра ScriptEngine ​

Чтобы создать ScriptEngine , нам сначала нужно создать экземпляр ScriptEngineManager . Получив экземпляр, нам нужно вызвать метод ScriptEngineManager#getEngineByName , чтобы получить ScriptEngine :

 ScriptEngineManager scriptEngineManager = new ScriptEngineManager();   ScriptEngine scriptEngine = scriptEngineManager.getEngineByName("JavaScript"); 

Обратите внимание, что Nashorn — это движок JavaScript по умолчанию, который поставляется вместе с JDK.

4.2. Оценка простых выражений​

Теперь мы можем использовать приведенный выше экземпляр scriptEngine для вызова метода ScriptEngine#eval :

 String expression = "3+2";   Integer result = (Integer) scriptEngine.eval(expression);   Assertions.assertEquals(5, result); 

4.3. Вычисление выражений, содержащих переменные​

Чтобы оценить выражения, содержащие переменные, нам нужно объявить и инициализировать переменные:

 String expression = "x=2; y=3; 3*x+2*y;";   Double result = (Double) scriptEngine.eval(expression);   Assertions.assertEquals(12, result); 

Поскольку мы используем движок JavaScript, мы можем напрямую добавлять переменные в выражения, как мы это делаем в JavaScript .

**Примечание. JavaScript не имеет прямых методов для выполнения математических операций и требует доступа к объекту Math . Таким образом, мы не можем решать математические выражения с помощью Java Scripting API.

5. Вывод​

В этой статье мы рассмотрели различные методы вычисления математических выражений с использованием Java.

Как всегда, полный код этого примера доступен на GitHub .

• 1. Обзор
• 2. exp4j
  • 2.1. Добавление зависимости Maven
  • 2.2. Оценка простых выражений
  • 2.3. Использование переменных в выражениях
  • 2.4. Вычисление выражений, содержащих математические функции
  • 3.1. Добавление зависимости Maven
  • 3.2. Оценка простых выражений
  • 3.3. Вычисление выражений, содержащих переменные
  • 3.4. Вычисление выражений, содержащих математические функции
  • 4.1. Получение экземпляра ScriptEngine
  • 4.2. Оценка простых выражений
  • 4.3. Вычисление выражений, содержащих переменные

  Источник