domingo, octubre 17, 2010

Evaluador de Funciones con Constantes

En este versión del evaluador de funciones en Java se ha agregado la funcionalidad de usar las constantes definidas en la clase java.lang.Math (PI y E).

En el método main de ejemplo se crea una función que calcula el área de un círculo utilizando el valor de PI:


import java.util.*;
import java.util.regex.*;
import java.lang.reflect.*;

public class Expresion {
    enum TipoToken  {   NUMERO, VARIABLE, FUNCION, ADD, SUB, MUL, DIV,
                        EXP, P_IZQ, P_DER, ERROR };
    class Token {
        TipoToken tipo;
        String    texto;
        Token(TipoToken ti, String te) { tipo=ti; texto=te;}
        Token(TipoToken ti) { tipo = ti; }
    }
    Queue<Token>    colaTokens;
    String          cadenaFuncion;
    double          variableX;

    Expresion(String c) throws Exception {
        cadenaFuncion = c;
    }

    private void generarTokens() throws Exception {
        colaTokens = new LinkedList<Token>();
        StringBuffer entrada   = new StringBuffer(cadenaFuncion);
        Pattern pNumero = Pattern.compile("\\-?\\d+(\\.\\d+)?");
        Pattern pID     = Pattern.compile("\\p{Alpha}\\w+");
        Pattern pFuncion= Pattern.compile("\\p{Alpha}\\w+\\s+\\(");
        while(entrada.length()>0) {
            Matcher      m  = pNumero.matcher(entrada);
            if(m.lookingAt()) {
                colaTokens.add(new Token(TipoToken.NUMERO,m.group()));
                entrada.delete(0, m.end());
                continue;
            }
            if(entrada.charAt(0) == 'x' || entrada.charAt(0) == 'X') {
                colaTokens.add(new Token(TipoToken.VARIABLE,"x"));
                entrada.deleteCharAt(0);
                continue;
            }
            if(entrada.charAt(0) == '+') {
                colaTokens.add(new Token(TipoToken.ADD));
                entrada.deleteCharAt(0);
                continue;
            }
            if(entrada.charAt(0) == '-') {
                colaTokens.add(new Token(TipoToken.SUB));
                entrada.deleteCharAt(0);
                continue;
            }
            if(entrada.charAt(0) == '*') {
                colaTokens.add(new Token(TipoToken.MUL));
                entrada.deleteCharAt(0);
                continue;
            }
            if(entrada.charAt(0) == '/') {
                colaTokens.add(new Token(TipoToken.DIV));
                entrada.deleteCharAt(0);
                continue;
            }
            if(entrada.charAt(0) == '(') {
                colaTokens.add(new Token(TipoToken.P_IZQ));
                entrada.deleteCharAt(0);
                continue;
            }
            if(entrada.charAt(0) == ')') {
                colaTokens.add(new Token(TipoToken.P_DER));
                entrada.deleteCharAt(0);
                continue;
            }
            if(entrada.charAt(0) == '^') {
                colaTokens.add(new Token(TipoToken.EXP));
                entrada.deleteCharAt(0);
                continue;
            }
            m = pFuncion.matcher(entrada);
            if(m.lookingAt()) {
                String cadena = m.group();
                cadena = cadena.split("\\s+\\(")[0].trim();
                colaTokens.add(new Token(TipoToken.FUNCION, cadena));
                continue;
            }
            m = pID.matcher(entrada);
            if(m.lookingAt()) {
                colaTokens.add(new Token(TipoToken.VARIABLE, m.group()));
                entrada.delete(0, m.end());
                continue;
            }
            throw new Exception("Elemento no reconocido en la entrada: "
                                + entrada.charAt(0));
        }
    }

    private double evaluar(double x) throws Exception {
        generarTokens();
        variableX = x;
        return expresion();
    }

    private double expresion() {
        double respuesta=termino();
        while(!colaTokens.isEmpty() ) {
            switch(colaTokens.element().tipo) {
                case ADD:   colaTokens.remove();
                            respuesta+=termino();
                            continue;
                case SUB:   colaTokens.remove();
                            respuesta-=termino();
                            continue;
            }
            break;
        }
        return respuesta;
    }

    private double termino() {
        double respuesta=factor();
        while(!colaTokens.isEmpty() ) {
            switch(colaTokens.element().tipo) {
                case MUL:   colaTokens.remove();
                            respuesta*=factor();
                            continue;
                case DIV:   colaTokens.remove();
                            respuesta/=factor();
                            continue;
                default:
            }
            break;
        }
        return respuesta;
    }

    private double factor() {
        double respuesta=valor();
        while(!colaTokens.isEmpty() ) {
            switch(colaTokens.element().tipo) {
                case EXP:   colaTokens.remove();
                            respuesta=Math.pow(respuesta,valor());
                            continue;
            }
            break;
        }
        return respuesta;
    }

    private double valor() {
        Token token;
        try {
            double respuesta = 0;
            token     = colaTokens.poll();
            switch(token.tipo) {
                case P_IZQ:     respuesta = expresion();
                                leaToken(TipoToken.P_DER);
                                return respuesta;
                case NUMERO:    return Double.parseDouble(token.texto);
                case VARIABLE:  if(token.texto.toLowerCase().equals("x")) {
                                    return variableX;
                                }
                                Field f = java.lang.Math.class.
                                        getField(token.texto);
                                return f.getDouble(null);
                case FUNCION:   double argumento=expresion();
                                leaToken(TipoToken.P_DER);
                                Method m = java.lang.Math.class.
                                           getMethod(token.texto, Double.TYPE);
                                return (Double) m.invoke(null, argumento);
            }
            return respuesta;
        }
        catch(Exception ex) {
            System.err.println("Error: " + ex.getMessage());
            System.exit(0);
        }
        return 0;
    }

    private boolean leaToken(TipoToken t) {
        Token token = colaTokens.poll();
        if(token.tipo.equals(t)) {
            return true;
        }
        else {
            System.err.println("Error: elemento no permitido " + token.texto );
            return false;
        }
    }

    public static void main(String[] args) throws Exception {
        String funcion = "PI*x^2" ;
        Expresion  exp = new Expresion(funcion);
        for(int x=0; x<=10; x++) {
            System.out.println(x + " -> " + exp.evaluar(x));
        }
    }
}

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