Java中计算数学表达式的方法

Question

在我的一个项目中，我想添加一个用户可以在公式中提供的功能，例如

sin (x + pi)/2 + 1

我在我的 Java 应用程序中使用的

/**
 * The formula provided by the user
 */
private String formula; // = "sin (x + pi)/2 + 1"

/*
 * Evaluates the formula and computes the result by using the
 * given value for x
 */
public double calc(double x) {
    Formula f = new Formula(formula);
    f.setVar("x", x);
    return f.calc();
    // or something similar
}

如何评估数学表达式？

Answer 1

还有exp4j ，一个基于Dijkstra's Shunting Yard Shunting Yard的表达式评估器。 它在 Apache 许可证 2.0 下免费提供和重新分发，大小只有大约 25KB，并且非常易于使用：

Calculable calc = new ExpressionBuilder("3 * sin(y) - 2 / (x - 2)")
        .withVariable("x", varX)
        .withVariable("y", varY)
        .build()
double result1=calc.calculate();

使用较新的 API 版本（如0.4.8 ：

Expression calc = new ExpressionBuilder("3 * sin(y) - 2 / (x - 2)")
    .variable("x", x)
    .variable("y", y)
    .build();
double result1 = calc.evaluate();

还有一个工具可以在exp4j 中使用自定义函数。

Answer 2

为了扩展列表，我也刚刚完成了一个：

https://github.com/uklimaschewski/EvalEx

EvalEx 是一个方便的 Java 表达式评估器，它允许评估简单的数学和布尔表达式。

主要特征：

• 使用 BigDecimal 进行计算和结果
• 单类实现，非常紧凑
• 不依赖于外部库
• 可设置精度和舍入模式
• 支持变量
• 标准布尔和数学运算符
• 标准的基本数学和布尔函数
• 可以在运行时添加自定义函数和运算符

例子：

BigDecimal result = null;

Expression expression = new Expression("1+1/3");
result = expression.eval():
expression.setPrecision(2);
result = expression.eval():

result = new Expression("(3.4 + -4.1)/2").eval();

result = new Expression("SQRT(a^2 + b^2").with("a","2.4").and("b","9.253").eval();

BigDecimal a = new BigDecimal("2.4");
BigDecimal b = new BigDecimal("9.235");
result = new Expression("SQRT(a^2 + b^2").with("a",a).and("b",b).eval();

result = new Expression("2.4/PI").setPrecision(128).setRoundingMode(RoundingMode.UP).eval();

result = new Expression("random() > 0.5").eval();

result = new Expression("not(x<7 || sqrt(max(x,9)) <= 3))").with("x","22.9").eval();

Answer 3

这取决于您想要评估的表达式的复杂程度，但对于简单的表达式，java 有一个运行良好的 javascript 引擎：

import javax.script.*;
public class EvalScript {
public static void main(String[] args) throws Exception {
    // create a script engine manager
    ScriptEngineManager factory = new ScriptEngineManager();
    // create a JavaScript engine
    ScriptEngine engine = factory.getEngineByName("JavaScript");
    // evaluate JavaScript code from String
    Object obj = engine.eval("1+2");
    System.out.println( obj );
    }
}

Answer 4

包含广泛数学集合的漂亮数学解析器 - mXparser - 请参见示例：

示例 1：

import org.mariuszgromada.math.mxparser.*;
...
...
Argument x = new Argument("x = pi");
Expression e = new Expression("sin(x + pi)/2 + 1", x);
mXparser.consolePrintln("Res 1: " + e.getExpressionString() + " = " + e.calculate());
x.setArgumentValue(2);
mXparser.consolePrintln("Res 2: " + e.getExpressionString() + " = " + e.calculate());

结果：

[mXparser-v.4.0.0] Res 1: sin(x + pi)/2 + 1 = 1.0
[mXparser-v.4.0.0] Res 2: sin(x + pi)/2 + 1 = 0.545351286587159

示例 2：

import org.mariuszgromada.math.mxparser.*;
...
...
Function f = new Function("f(x) = sin(x + pi)/2 + 1");
Expression e = new Expression("f(pi)", f);
mXparser.consolePrintln("Res: " + e.getExpressionString() + " = " + e.calculate());

结果：

[mXparser-v.4.0.0] Res: f(pi) = 1.0

为了更好地理解，请遵循mXparser 教程和mXparser 数学集合。

最近发现 - 如果您想尝试语法（并查看高级用例），您可以下载由 mXparser 提供支持的标量计算器应用程序。

最好的祝福

Answer 5

在列表中添加另一个选项，我编写了 Jep Java，它作为sourceforge 上的一个开源项目而广受欢迎。

它支持表达式解析的所有基本常见任务。 但如果你想自定义它，它也会增加很多可扩展性。 许多用户称赞该库编写得特别好且易于使用。 查看 sourceforge 评论！

这是一个带有单个变量的简单示例：

import com.singularsys.jep.Jep;

Jep jep = new Jep();
jep.addVariable("x", 10);
jep.parse("x+1");
Object result = jep.evaluate();
System.out.println("x + 1 = " + result);

这将打印“x + 1 = 11”。 您可以更改变量的值并再次快速评估表达式。

后来我还在Singular Systems 网站上使用商业许可提供了该库。

Answer 6

我有一个占用空间小但非常有能力的数学评估器，它完全不受阻碍。

主要特点

• 基本数学运算符，具有推断优先级 ( + - * × / ÷ % ^ )。
• 带括号的显式优先级。
• 括号内的子表达式的隐式乘法。
• 修正指数的右结合性（幂运算符）。
• 直接支持以0x为前缀的十六进制数字。
• 常量和变量。
• 可扩展的功能。
• 可扩展的运算符。
• 微小的 20 KiB 占用空间。

这是一个简单的例子，它计算文本显示部分的中间列（偏左）。

MathEval            math=new MathEval();

math.setVariable("Top",    5);
math.setVariable("Left",  20);
math.setVariable("Bottom",15);
math.setVariable("Right", 60);

System.out.println("Middle: "+math.evaluate("floor((Right+1-Left)/2)"));                        // 20

Answer 7

我已经在这里发布了类似的答案。 我只想说我一直在开发一个支持数学、布尔值和字符串表达式计算的小库。 这是一个小例子：

String expression = "EXP(var)";
ExpressionEvaluator evaluator = new ExpressionEvaluator();
evaluator.putVariable(new Variable("var", VariableType.NUMBER, new BigDecimal(20)));

System.out.println("Value of exp(var) : " + evaluator.evaluate(expression).getValue());

如果你有兴趣，可以在这里找到。

Answer 8

您可以查看ParserNG ，这是一个成熟且速度极快的数学表达式解析器，可在编译-评估阶段工作。 编译阶段解析/理解表达式。 评估阶段解决了这个问题，而且速度非常快。

我称它为解析器，但不仅如此。

它计算数学表达式，支持变量和常量的创建和使用，支持内置和自定义函数的创建，求解二次方程、联立方程、Tartaglia 方程（ ax^3+b.x+c=0 ），还求解ax^3+b.x+c=0方程单变量通过迭代方式（使用许多回退技术），进行基本统计，微分（包括它自己的符号微分器的实现，它用于在给定值处吐出导数的数值），解决数值积分。

它还通过 Function 类处理矩阵，并支持使用矩阵函数的各种矩阵运算。

这还不是全部。

作为一个例子，这里是解析器做一些微积分：

MathExpression expr = new MathExpression("f(x)=x^3*ln(x); diff(f,3,1)"); 
System.out.println("result: " + expr.solve());

 result: 38.66253179403897

在此 stackoverflow 答案中查看有关它的更多信息