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动态地生成用户输入的函数表达式(C#)

2021-03-28 Windows程序

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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

其中最后一个例子就是我在随笔“画函数图形的C#程序,兼论一个病态函数”的下列函数的计算结果: 
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:

--------------------------------------------------------------------------- 
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。)
 
---------------------------------------------------------------------------

可以看出,而这函数在任何基于数值 x = 3.13, 3.14, 3.15, 3.16 的插值法,在 x = 3.1416 处得到的解肯定在 30.44652582187 和 30.6693849404716 之间,但实际的解应该是 30.3662371931734,所以说作者断言在该处肯定会得到一个错误的解。 
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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