建立一個功能 <int, double> 使用表達式樹的多項式

Question

TL; DR

如何使用系數數組構建表達式並將其轉換為Func<int, double> ？ 有比表達樹更好的方法嗎？

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我有一個不可變的Sequence類型，它使用Func<int, double> formula構造，用於為序列A生成術語An。我開始構建一個幫助器類，用一些簡單的參數構造常見的數學公式：

public static Sequence CreateLinearSequence (double m, double b)
{ return new Sequence (n => m * n + b); }

我為常量序列，對數和簡單多項式（線性，二次，三次和四次）構建了標准方法，但我想使用params關鍵字擴展它以支持任意數量的項。

這是我的方法：

 public static Sequence CreatePolynomialSequence (params double[] coeff)
 {
     Expression<Func<int, double>> e = x => 0;
     double pow = 0;

     for (int i = coeff.Length - 1; i >= 0; i--)
     {
         double c = coeff[i];
         var p = Expression.Parameter (typeof (int), "x");
         e = Expression.Lambda<Func<int, double>> (
             Expression.Add (
                 e, 
                 (Expression<Func<int, double>>)(x => c * Math.Pow (x, pow))
             ), 
             p);
         pow++; 
     }
     return new Sequence (e.Compile ());
 }

對你們這些人來說，我做錯了可能是顯而易見的; 我搞砸了一下，直到我得到了一些我覺得應該工作的東西，但事實並非如此。

目標是使序列像這樣工作一個數組double[] coeff = {a,b,c,d,e,f,g,h}

使用適當的Math.Pow(x, exponent)調用Math.Pow(x, exponent) x => h + gx + fx^2 + ex^3 + dx^4 + cx^5 + bx^6 + ax^7 。

運行

var s2 = SequenceHelper.CreatePolynomialSequence (new[] { 1d, 2 });
Console.WriteLine ("s2: " + s2);

結果是

未處理的異常：System.InvalidOperationException：未為類型的System.Func 2[System.Int32,System.Double]' and 'System.Func 2 [System.Int32，System.Double]'定義二進制運算符Add。 at System.Linq.Expressions.Expression.GetUserDefinedBinaryOperatorOrThrow（ExpressionType binaryType，System.String name，System.Linq.Expressions.Expression left，System.Linq.Expressions.Expression right，Boolean liftToNull）[0x0004a] in / private / tmp / source - 單 - MAC-4.2.0分支/ bockbuild - 單4.2.0分支/簡檔/單MAC-xamarin /建立根/單4.2.1 / MCS /類/ DLR /運行時間/ Microsoft.Scripting .Core / Ast / BinaryExpression.cs：658在System.Linq.Expressions.Expression.Add（System.Linq.Expressions.Expression left，System.Linq.Expressions.Expression right，System.Reflection.MethodInfo method）[0x00057] in /private/tmp/source-mono-mac-4.2.0-branch/bockbuild-mono-4.2.0-branch/profiles/mono-mac-xamarin/build-root/mono-4.2.1/mcs/class/dlr /Runtime/Microsoft.Scripting.Core/Ast/BinaryExpression.cs:1409在System.Linq.Expressions.Expression.Add（System.Linq.Expressions.Expression left，System.Linq.Expressions.Expression right）[0x00000] in /私人/ TMP /源 - 單MAC-4.2.0分支/ bockbuild單 - 4.2 .0-branch / profiles / mono-mac-xamarin / build-root / mono-4.2.1 / mcs / class / dlr /運行時/ Microsoft.Scripting.Core / Ast / BinaryExpression.cs：1390在Sequence.SequenceHelper.CreatePolynomialSequence （System.Double [] coeff）[0x00110] /Users/Knoble/MonoProjects/Sequences/Sequence/SequenceHelper.cs:88
在/Users/Knoble/MonoProjects/Sequences/Sequence/Test.cs:53中的Sequence.Test.Main（）[0x0001f]中[錯誤]致命的未處理的異常：System.InvalidOperationException：沒有為類型定義二進制運算符Add System.Func 2[System.Int32,System.Double]' and 'System.Func 2 [System.Int32，System.Double]'。 at System.Linq.Expressions.Expression.GetUserDefinedBinaryOperatorOrThrow（ExpressionType binaryType，System.String name，System.Linq.Expressions.Expression left，System.Linq.Expressions.Expression right，Boolean liftToNull）[0x0004a] in / private / tmp / source - 單 - MAC-4.2.0分支/ bockbuild - 單4.2.0分支/簡檔/單MAC-xamarin /建立根/單4.2.1 / MCS /類/ DLR /運行時間/ Microsoft.Scripting .Core / Ast / BinaryExpression.cs：658在System.Linq.Expressions.Expression.Add（System.Linq.Expressions.Expression left，System.Linq.Expressions.Expression right，System.Reflection.MethodInfo method）[0x00057] in /private/tmp/source-mono-mac-4.2.0-branch/bockbuild-mono-4.2.0-branch/profiles/mono-mac-xamarin/build-root/mono-4.2.1/mcs/class/dlr /Runtime/Microsoft.Scripting.Core/Ast/BinaryExpression.cs:1409在System.Linq.Expressions.Expression.Add（System.Linq.Expressions.Expression left，System.Linq.Expressions.Expression right）[0x00000] in /私人/ TMP /源 - 單MAC-4.2.0分支/ bockbuild單 - 4.2 .0-branch / profiles / mono-mac-xamarin / build-root / mono-4.2.1 / mcs / class / dlr /運行時/ Microsoft.Scripting.Core / Ast / BinaryExpression.cs：1390在Sequence.SequenceHelper.CreatePolynomialSequence （System.Double [] coeff）[0x00110] /Users/Knoble/MonoProjects/Sequences/Sequence/SequenceHelper.cs:88
在/Users/Knoble/MonoProjects/Sequences/Sequence/Test.cs:53中的Sequence.Test.Main（）[0x0001f]應用程序被一個信號終止：SIGHUP

Answer 1

我對問題和所有三個答案感到困惑; 如果您打算將它們編譯成委托，那么為什么要搞亂表達式樹呢？ 直接返回代表！

public static Func<double, double> CreatePolynomialFunction (params double[] coeff)
{
    if (coeff == null) throw new ArgumentNullException("coeff");
    return x => 
    {
        double sum = 0.0;
        double xPower = 1;
        for (int power = 0; power < coeff.Length; power += 1)
        {
            sum += xPower * coeff[power];
            xPower *= x;
        }
        return sum;
    };
}

完成。 不要亂用表達樹。

（我注意到我假設數組中的第n個項目是第n個系數;顯然你在數組中向后列出你的系數。這似乎容易出錯，但是如果這就是你想要的那么那么修改這個答案並不困難運行循環從長度-1 下降到零。）

Answer 2

您需要解決三件事：

1. 在Add使用e.Body而不是e 。

2. 對所有內容使用相同的參數對象。 這有點棘手： Expression.Parameter(typeof (int), "x");的x Expression.Parameter(typeof (int), "x"); 中， x在e = x => 0和x在x => c * Math.Pow (x, pow)是不同的參數。

3. 在循環內創建pow的副本。 否則，捕獲pow並且將pow的相同（最終）值用於所有系數。

在下面的代碼示例中，我通過使用內部表達式的參數調用新表達式來解決第二個問題。 另一種選擇是x => c * Math.Pow(x, pow)構建x => c * Math.Pow(x, pow) ，而不是使用C＃lambda表達式或統一參數，如本問題中所述 。

static void Main(string[] args)
{
    var seq = CreatePolynomialSequence(1, 2, 3);
    Console.WriteLine(seq.Invoke(1)); // yields 6 = 1 + 2 + 3
    Console.WriteLine(seq.Invoke(2)); // yields 11 = 1*4 + 2*2 + 3
}

public static Func<int, double> CreatePolynomialSequence(params double[] coeff)
{
    Expression<Func<int, double>> e = x => 0;
    double pow = 0;

    for (int i = coeff.Length - 1; i >= 0; i--)
    {
        var p = e.Parameters[0];
        double c = coeff[i];
        var _pow = pow; // avoid closing over the outer variable
        var next = (Expression<Func<int, double>>)(x => c * Math.Pow(x, _pow));
        var nextInvoked = Expression.Invoke(next, p);

        e = Expression.Lambda<Func<int, double>>(Expression.Add(e.Body, nextInvoked), p);
        pow++;
    }
    return e.Compile();
}

Answer 3

在@Heinzi回答的基礎上，以下是如何使用CreatePolynomialExpression方法手動構建整個表達式樹：

public static Expression<Func<int, double>> CreatePolynomialExpression(params double[] coeff)
{
    if (coeff.Length == 0)
        return x => 0;

    double pow = 1;

    var x_param = Expression.Parameter(typeof(int), "x");

    Expression expression = Expression.Constant(coeff[coeff.Length - 1]);

    for (int i = coeff.Length - 2; i >= 0; i--)
    {
        Expression sub_expression =
            Expression.Multiply(
                Expression.Constant(coeff[i]),
                Expression.Power(
                    Expression.Convert(x_param, typeof(double)),
                    Expression.Constant(pow)));

        expression = Expression.Add(expression , sub_expression);

        pow++;
    }

    return Expression.Lambda<Func<int, double>>(expression, x_param);
}

Answer 4

另一個使用小提琴的構建器，它不使用捕獲的變量和Math.Pow ，因此工作得更快

 public static Func<int, double> CreatePolynomialSequence (params double[] coeff)
 {              
     // polynom builder
     // double argument
     var y = Expression.Variable(typeof(double), "y");  

     // func result
     var res = Expression.Variable(typeof(double), "res");       

     var expr = Expression.Assign(res, Expression.Constant(coeff[0]));

     // build polynom in format: ((a*x+b)*x+c)*x+d  <=>  a*x^3 + b*x^2 + c*x + d
     for (int i = 1; i < coeff.Length; i++)
     {
         expr = Expression.Add
                (
                    Expression.Multiply(expr, y), 
                    Expression.Constant(coeff[i]) 
                );
     }       

     // function body
     var x = Expression.Variable(typeof(int), "x"); 
     var block = Expression.Block
         (
             new ParameterExpression[]{ y, res },  // local variables
             new Expression[]
             {
                 // cast int argument to double
                 Expression.Assign(y, Expression.Convert(x, typeof(double))),
                 //compute result
                 expr
             }
        );

     return Expression.Lambda<Func<int, double>>(block, x).Compile();
 }