com.neko233.skilltree.commons.parser.number.MathTextCalculator233 Maven / Gradle / Ivy
package com.neko233.skilltree.commons.parser.number;
import com.alibaba.fastjson2.JSON;
import com.neko233.skilltree.commons.core.base.KvTemplate233;
import lombok.extern.slf4j.Slf4j;
import org.apache.commons.collections4.CollectionUtils;
import org.apache.commons.lang3.StringUtils;
import java.math.BigDecimal;
import java.util.*;
import java.util.stream.Collectors;
/**
* 数学文本计算器公式解析引擎
*
* @author SolarisNeko
*/
@Slf4j
public class MathTextCalculator233 {
// --------------- constant -------------------
/**
* 计算中保留小数位数
*/
public static final int CAL_SCALE_SIZE = 8;
/**
* 计算中保留小数位数 处理原则
*/
public static final int CAL_SCALE_ROUND = BigDecimal.ROUND_HALF_DOWN;
// --------------- /constant -------------------
/**
* 表达式字符 - 合法性校验正则模式 (要包含 number + opt)
*/
private static final String EXPRESSION_PATTERN_REGEX = "[0-9\\.\\+\\-\\*\\/\\\\(\\)_%Ee\\s\\^\\`]+";
/**
* 判断数字
*/
private static final String NUM_REGEX = "\\d+(\\.)?\\d*((E|e|E\\+|e\\+|E-|e-)\\d+)?";
/**
* 操作符号 opt 提取 (如果 opt 较长, need priority)
* ((|)|+|-|*|/|_|%|^)
*/
private static final String ADD_SPACE_REGEX = "((\\d+.?\\d*[Ee]([+\\-])?\\d+)" +
"|(\\/\\-)" +
"|([()+\\-*/_%])" +
"|(\\^)" +
"|(\\`))";
/**
* 空格
*/
private static final String SPACE = "\\s";
public static BigDecimal executeExpressionByTemplate(String calExpressionTemplate, Map kvMap) throws Exception {
return executeExpressionByTemplate(calExpressionTemplate, kvMap, 2);
}
public static BigDecimal executeExpressionByTemplate(String calExpressionTemplate, Map kvMap, int scaleSize) throws Exception {
String calExpression = KvTemplate233.builder(calExpressionTemplate)
.put(kvMap)
.build();
return executeExpression(calExpression, scaleSize, BigDecimal.ROUND_HALF_DOWN);
}
public static BigDecimal executeExpression(String calExpressionStr, int scaleSize) throws Exception {
return executeExpression(calExpressionStr, scaleSize, BigDecimal.ROUND_HALF_DOWN);
}
/**
* 保留小数
*
* @param calExpressionStr 数学公式文本
* @param scaleSize 消暑精度
* @param bigRoundType 取整方式
* @return 高精度数值
* @throws Exception
*/
public static BigDecimal executeExpression(String calExpressionStr, int scaleSize, int bigRoundType) throws Exception {
return calculate(calExpressionStr).setScale(scaleSize, bigRoundType);
}
/**
* 计算表达式
*
* @param calExpressionText 数学公式文本
* @return 计算结果
* @throws Exception 任意异常
*/
public static BigDecimal executeExpression(String calExpressionText) throws Exception {
return executeExpression(calExpressionText, 2);
}
/**
* 计算 中序 字符串
*
* @param calExpressionStr 计算表达式
* @return 计算结果
*/
public static BigDecimal calculate(String calExpressionStr) throws Exception {
calExpressionStr = check2RepairExpression(calExpressionStr);
List inorderExpressionList = getInorderExpressionList(calExpressionStr);
// 生成 逆波兰 表达式 list
List suffixExpressionList = getSuffixExpressionList(inorderExpressionList);
if (log.isDebugEnabled()) {
log.info("中序表达式：{}", JSON.toJSONString(inorderExpressionList));
log.info("后缀表达式：{}", JSON.toJSONString(suffixExpressionList));
}
return calculate(suffixExpressionList);
}
/**
* 生成中序表达式 list
*
* @param calExpressionStr 表达式
* @return 中缀表达式 token List
*/
private static List getInorderExpressionList(String calExpressionStr) {
// 生成 中序表达式 list
return Arrays.stream(calExpressionStr.split(SPACE))
.filter(StringUtils::isNotBlank)
.collect(Collectors.toList());
}
/**
* 计算 逆波兰 / 后序表达式 List
*
* @param suffixExpressionList 后缀表达式
* @return 计算结果
*/
private static BigDecimal calculate(List suffixExpressionList) throws Exception {
if (CollectionUtils.isEmpty(suffixExpressionList)) {
return BigDecimal.ZERO;
}
Stack numStack = new Stack<>();
for (String op2num : suffixExpressionList) {
if (StringUtils.isBlank(op2num)) {
continue;
}
// 使用正则表达式取出
if (isNumber(op2num)) {
// 数字
numStack.push(new BigDecimal(op2num));
} else {
// 运算符
OptEnum opEnum = OptEnum.getEnum(op2num);
if (opEnum.getCalFunction() == null) {
throw new RuntimeException("操作符不支持！");
}
BigDecimal bigDecimal2 = numStack.pop();
BigDecimal bigDecimal1 = numStack.pop();
BigDecimal resultBigDecimal = opEnum.getCalFunction().apply(bigDecimal1, bigDecimal2);
// 结果入栈
numStack.push(resultBigDecimal);
}
}
return numStack.pop();
}
/**
* 生成逆波兰 / 后续表达式 list
*
* @param inorderExpressionList
* @return
*/
private static List getSuffixExpressionList(final List inorderExpressionList) {
Stack opStack = new Stack<>();
// 不通过中间栈，在进行逆序处理，直接输出到list中，就是需要的逆波兰表达式
List resList = new ArrayList<>(inorderExpressionList.size());
for (String op2num : inorderExpressionList) {
// 数字
if (isNumber(op2num)) {
resList.add(op2num);
continue;
}
// (
if (Objects.equals(op2num, OptEnum.OP_LEFT_BRACKET.getOpt())) {
opStack.push(op2num);
continue;
}
// )
if (Objects.equals(op2num, OptEnum.OP_RIGHT_BRACKET.getOpt())) {
while (!opStack.peek().equals(OptEnum.OP_LEFT_BRACKET.getOpt())) {
resList.add(opStack.pop());
}
// 去掉 (
opStack.pop();
continue;
}
// 操作符 优先级
while (!CollectionUtils.isEmpty(opStack)
&& OptEnum.getEnum(opStack.peek()).getOptPriority() >= OptEnum.getEnum(op2num).getOptPriority()) {
resList.add(opStack.pop());
}
// 将 操作符 最后加入
opStack.push(op2num);
}
// 处理剩余的操作符
while (!CollectionUtils.isEmpty(opStack)) {
resList.add(opStack.pop());
}
return resList;
}
/**
* 判断是否数学表达式
*
* @param mathStr 数学表达式
* @return
*/
public static boolean isNumber(String mathStr) {
if (mathStr == null) {
return false;
}
return mathStr.matches(NUM_REGEX);
}
/**
* 校验 & 整理字符串
* 科学计数处理
*
* @param calExpressionStr
* @return
*/
private static String check2RepairExpression(String calExpressionStr) {
// 非空校验
if (StringUtils.isBlank(calExpressionStr)) {
throw new IllegalArgumentException("表达式不能为空！");
}
// 表达式字符合法性校验
if (!calExpressionStr.matches(EXPRESSION_PATTERN_REGEX)) {
throw new IllegalArgumentException("表达式含有非法字符！" + calExpressionStr);
}
// 整理字符串
calExpressionStr = calExpressionStr.replaceAll(SPACE, "");
// (- 替换为 (0-
calExpressionStr = calExpressionStr.replace(
OptEnum.OP_LEFT_BRACKET.getOpt() + OptEnum.OP_SUB.getOpt()
, OptEnum.OP_LEFT_BRACKET.getOpt() + BigDecimal.ZERO + OptEnum.OP_SUB.getOpt());
// - 开始 前缀 0-
if (calExpressionStr.startsWith(OptEnum.OP_SUB.getOpt())) {
calExpressionStr = BigDecimal.ZERO + calExpressionStr;
}
calExpressionStr = calExpressionStr.replaceAll(ADD_SPACE_REGEX, " $1 ").trim();
if (log.isDebugEnabled()) {
log.info("整理后的运算串：{}", calExpressionStr);
}
return calExpressionStr;
}
}