动态地生成用户输入的函数表达式(C#)
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我在一篇随笔“画函数图形的C#程序,兼论一个病态函数”中提到: 这个画函数图形的C#程序有一个严重的缺点,就是函数表达式是直接写的源程序中的,不能象SciLab和Matlab那样交互式地输入。不知道用 System.Reflection.Emit.ILGenerator 类能不能动态地生成用户输入的函数表达式?“空间/IV”在该随笔的评论中指出:关于动态地生成用户输入的函数表达式, 看看下面这个帖子说不定有帮助:
经研究,我写了一个动态地生成用户输入的函数表达式的类(class Expression),表达式使用 C# 语法,可带一个的自变量(x),其自变量和值均为“double”类型。下面是测试程序的运行结果:
C> ExpressionTest
Usage: ExpressionTest expression [ parameters ... ]
C> ExpressionTest Math.PI*Math.E 0
f(x): Math.PI*Math.E
f(0) = 8.53973422267357
C> ExpressionTest Math.Pow(2,x) 0 10 49 50 1024 -1 -1024
f(x): Math.Pow(2,x)
f(0) = 1
f(10) = 1024
f(49) = 562949953421312
f(50) = 1.12589990684262E+15
f(1024) = 正无穷大
f(-1) = 0.5
f(-1024) = 5.562684646268E-309
C> ExpressionTest "double u = Math.PI - x; double pi2 = Math.PI * Math.PI; return 3 * x * x + Math.Log(u * u) / pi2 / pi2 + 1;" 3.13 3.14 3.15 3.16 3.1416
f(x): double u = Math.PI - x; double pi2 = Math.PI * Math.PI; return 3 * x * x + Math.Log(u * u) / pi2 / pi2 + 1;
f(3.13) = 30.2991811562164
f(3.14) = 30.44652582187
f(3.15) = 30.6693849404716
f(3.16) = 30.8747746902426
f(3.1416) = 30.3662371931734
实际上这个病态函数是《C数值算法(第二版)》第三章“内插法和外推法”中提到的:
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可以很容易地构造一些病态函数使内插法失败。例如,考虑函数
f(x) = 3 * x2 + π-4 * ln[(π-x)2] + 1
它除了 x = π 之外都有定义,而 x = π 时无定义,其它情况,值有正有负。而这函数在任何基于数值 x = 3.13, 3.14, 3.15, 3.16 的插值法,,都肯定在 x = 3.1416 处得到一个错误的解,尽管通过这五个点所画的曲线确实相当平滑!(用计算器试试看。)
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下面就是源程序:
// ExpressionTest.cs - 动态生成数学表达式并计算其值的测试程序
// 编译方法: csc ExpressionTest.cs Expression.cs
using System;
using Skyiv.Util;
namespace Skyiv.Test
{
class ExpressionTest
{
static void Main(string [] args)
{
try
{
if (args.Length > 0)
{
Console.WriteLine("f(x): {0}", args[0]);
Expression expression = new Expression(args[0]);
for (int i = 1; i < args.Length; i++)
{
double x = double.Parse(args[i]);
Console.WriteLine("f({0}) = {1}", x, expression.Compute(x));
}
}
else Console.WriteLine("Usage: ExpressionTest expression [ parameters ]");
}
catch (Exception ex)
{
Console.WriteLine("错误: " + ex.Message);
}
}
}
}
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