让计算机将数学公式表达式的计算过程绘制出来【mathematical-expression（MAE）】

大家好今天我们来分享一个新知识，将数学表达式的整个计算过程，以及计算繁多结果在 Java 中绘制出来，计算机中的数学表达式计算的功能很常见了，但是今天我们要使用一个工具，它可以将整个计算过程使用 Java 绘制成为 mermaid 的流程图！！！

开始实战

在这里插入图片描述

引入数学表达式计算库

mathematical-expression 库是一个专注于进行数学解析的库它具有 Java Python C++ 三种 API，在最近发布的 Java 版本中，提供了数学表达式的解析功能，接下来我们就来引入一下吧！！

<dependency>
	<groupId>io.github.BeardedManZhao</groupId>
 	<artifactId>mathematical-expression</artifactId>
 	<version>1.3.5</version>
</dependency>

引入流程图代码生成库

您只需要导入下面的依赖坐标就可以自动实现相关组件的导入。这个库将会帮助您将计算组件的计算过程绘制成一个流程图。

<dependency>
    <groupId>io.github.BeardedManZhao</groupId>
    <artifactId>varFormatter</artifactId>
    <version>1.0.4</version>
</dependency>

开始进行生成

导入了库之后，我们就可以像下面一样进行生成流程图。

import core.Mathematical_Expression;
import core.calculation.Calculation;
import core.container.LogResults;
import exceptional.WrongFormat;
import top.lingyuzhao.varFormatter.core.VarFormatter;

public class MAIN {
    public static void main(String[] args) throws WrongFormat {
        // 获取到一个有括号计算组件 您可以根据需求更换组件
        final Calculation instance = Mathematical_Expression.getInstance(Mathematical_Expression.bracketsCalculation2);
        // 然后进行一个简单的检查 这里我们要查询 1 + 2 ^ 4 - 2 * 3 + 2 的执行过程
        final String s = "1 + 2 ^ (2 + (10 - 7)) * 3 + 2";
        instance.check(s);
        // 我们可以通过 explain 获取到执行过程 它会返回一个对象 这个对象中有一个 result 字段 这个字段就是计算出来的结果
        final LogResults explain = instance.explain(s, true);
        System.out.println("计算结果：" + explain.getResult());
        // 事实上 LogResults 更大的作用是进行执行过程可视化 下面就是一个例子
        // 设置输出图的时候不拼接名字，因为在这里有很多的变量 需要进行关联的！拼接名字就不好关联了
        explain.setNameJoin(false);
        // 通过我们引入的 VarFormatter 可以很方便地进行格式化 我们在这里格式化为 MERMAID 图 代码
        System.out.println("graph LR");
        System.out.println(VarFormatter.MERMAID.getFormatter(true).format(explain));
    }
}

程序运行之后的结果如下所示

E:\RunTime\jdk8\jdk-8u351\bin\java.exe "-javaagent:D:\Liming\MyApplication\IntelliJ_IDEA\IntelliJ IDEA 2021.3.2\lib\idea_rt.jar=52509:D:\Liming\MyApplication\IntelliJ_IDEA\IntelliJ IDEA 2021.3.2\bin" -Dfile.encoding=UTF-8 -classpath E:\RunTime\jdk8\jdk-8u351\jre\lib\charsets.jar;E:\RunTime\jdk8\jdk-8u351\jre\lib\deploy.jar;E:\RunTime\jdk8\jdk-8u351\jre\lib\ext\access-bridge-64.jar;E:\RunTime\jdk8\jdk-8u351\jre\lib\ext\cldrdata.jar;E:\RunTime\jdk8\jdk-8u351\jre\lib\ext\dnsns.jar;E:\RunTime\jdk8\jdk-8u351\jre\lib\ext\jaccess.jar;E:\RunTime\jdk8\jdk-8u351\jre\lib\ext\jfxrt.jar;E:\RunTime\jdk8\jdk-8u351\jre\lib\ext\localedata.jar;E:\RunTime\jdk8\jdk-8u351\jre\lib\ext\nashorn.jar;E:\RunTime\jdk8\jdk-8u351\jre\lib\ext\sunec.jar;E:\RunTime\jdk8\jdk-8u351\jre\lib\ext\sunjce_provider.jar;E:\RunTime\jdk8\jdk-8u351\jre\lib\ext\sunmscapi.jar;E:\RunTime\jdk8\jdk-8u351\jre\lib\ext\sunpkcs11.jar;E:\RunTime\jdk8\jdk-8u351\jre\lib\ext\zipfs.jar;E:\RunTime\jdk8\jdk-8u351\jre\lib\javaws.jar;E:\RunTime\jdk8\jdk-8u351\jre\lib\jce.jar;E:\RunTime\jdk8\jdk-8u351\jre\lib\jfr.jar;E:\RunTime\jdk8\jdk-8u351\jre\lib\jfxswt.jar;E:\RunTime\jdk8\jdk-8u351\jre\lib\jsse.jar;E:\RunTime\jdk8\jdk-8u351\jre\lib\management-agent.jar;E:\RunTime\jdk8\jdk-8u351\jre\lib\plugin.jar;E:\RunTime\jdk8\jdk-8u351\jre\lib\resources.jar;E:\RunTime\jdk8\jdk-8u351\jre\lib\rt.jar;G:\MyGithub\mathematical-expression\target\test-classes;G:\MyGithub\mathematical-expression\target\classes;G:\RunTime\MAVEN\MAVEN_BASE\org\apache\logging\log4j\log4j-slf4j-impl\2.20.0\log4j-slf4j-impl-2.20.0.jar;G:\RunTime\MAVEN\MAVEN_BASE\org\slf4j\slf4j-api\1.7.25\slf4j-api-1.7.25.jar;G:\RunTime\MAVEN\MAVEN_BASE\org\apache\logging\log4j\log4j-api\2.20.0\log4j-api-2.20.0.jar;G:\RunTime\MAVEN\MAVEN_BASE\org\apache\logging\log4j\log4j-core\2.20.0\log4j-core-2.20.0.jar;G:\RunTime\MAVEN\MAVEN_BASE\io\github\BeardedManZhao\varFormatter\1.0.4\varFormatter-1.0.4.jar MAIN
[INFO][Calculation Management][24-05-13:06]] : +============================== Welcome to [mathematical expression] ==============================+
[INFO][Calculation Management][24-05-13:06]] : + 	Start time Mon May 13 18:20:27 CST 2024
[INFO][Calculation Management][24-05-13:06]] : + 	version: 1.35
[INFO][Calculation Management][24-05-13:06]] : + 	Calculation component manager initialized successfully
[INFO][Calculation Management][24-05-13:06]] : + 	For more information, see: https://github.com/BeardedManZhao/mathematical-expression.git
[INFO][Calculation Management][24-05-13:06]] : +--------------------------------------------------------------------------------------------------+
[INFO][Calculation Management][24-05-13:06]] : A computing component is registered PrefixExpressionOperation
[INFO][Calculation Management][24-05-13:06]] : A computing component is registered bracketsCalculation2
计算结果：99.0
graph LR
f_-1523352178("1 + 2 ^ (2 + (10 - 7)) * 3 + 2")
f_-1523352178==Map>Map==>f_1563255009
f_1563255009("2 + (10 - 7)")
f_1563255009==Map>Map==>f_1448155011
f_1448155011("10 - 7")
f_1448155011==Map>Map==>f_1507337
f_1507337("10-7+0")
f_1507337==Map>Map==>f_1507337_优先

f_1507337_优先==Map>Map==>f_1571371271_计算
f_1571371271("10.0 - 7.0")
f_1571371271_计算==Map>String/Number==>f_1571371271
f_1571371271--Map>value-->f_1571371271v{"3.0"}
f_1571371271_计算==Map>Map==>f_1507337_最终

f_1507337_最终==Map>Map==>f_1481348562_计算
f_1481348562("3.0 + 0.0")
f_1481348562_计算==Map>String/Number==>f_1481348562
f_1481348562--Map>value-->f_1481348562v{"3.0"}
f_1481348562_计算==Map>String/Number==>result
result--Map>value-->resultv{"3.0"}
f_1507337==Map>Map==>f_1507337_最终

f_1507337_最终==Map>Map==>f_1481348562_计算
f_1481348562("3.0 + 0.0")
f_1481348562_计算==Map>String/Number==>f_1481348562
f_1481348562--Map>value-->f_1481348562v{"3.0"}
f_1481348562_计算==Map>String/Number==>result
result--Map>value-->resultv{"3.0"}
f_1563255009==Map>Map==>f_47507548
f_47507548("2+3.0+0")
f_47507548==Map>Map==>f_47507548_优先

f_47507548_优先==Map>Map==>f_-1006161388_计算
f_-1006161388("2.0 + 3.0")
f_-1006161388_计算==Map>String/Number==>f_-1006161388
f_-1006161388--Map>value-->f_-1006161388v{"5.0"}
f_-1006161388_计算==Map>Map==>f_47507548_最终

f_47507548_最终==Map>Map==>f_-2133560364_计算
f_-2133560364("5.0 + 0.0")
f_-2133560364_计算==Map>String/Number==>f_-2133560364
f_-2133560364--Map>value-->f_-2133560364v{"5.0"}
f_-2133560364_计算==Map>String/Number==>result
result--Map>value-->resultv{"5.0"}
f_47507548==Map>Map==>f_47507548_最终

f_47507548_最终==Map>Map==>f_-2133560364_计算
f_-2133560364("5.0 + 0.0")
f_-2133560364_计算==Map>String/Number==>f_-2133560364
f_-2133560364--Map>value-->f_-2133560364v{"5.0"}
f_-2133560364_计算==Map>String/Number==>result
result--Map>value-->resultv{"5.0"}
f_-1523352178==Map>Map==>f_-418786079
f_-418786079("1+2^5.0*3+2+0")
f_-418786079==Map>Map==>f_-418786079_优先

f_-418786079_优先==Map>Map==>f_-959059895_计算
f_-959059895("2.0 ^ 5.0")
f_-959059895_计算==Map>String/Number==>f_-959059895
f_-959059895--Map>value-->f_-959059895v{"32.0"}
f_-959059895_计算==Map>Map==>f_1855628224_计算
f_1855628224("32.0 * 3.0")
f_1855628224_计算==Map>String/Number==>f_1855628224
f_1855628224--Map>value-->f_1855628224v{"96.0"}
f_1855628224_计算==Map>Map==>f_2037586494_计算
f_2037586494("96.0 + 2.0")
f_2037586494_计算==Map>String/Number==>f_2037586494
f_2037586494--Map>value-->f_2037586494v{"98.0"}
f_2037586494_计算==Map>Map==>f_-418786079_最终

f_-418786079_最终==Map>Map==>f_-929530109_计算
f_-929530109("1.0 + 98.0")
f_-929530109_计算==Map>String/Number==>f_-929530109
f_-929530109--Map>value-->f_-929530109v{"99.0"}
f_-929530109_计算==Map>String/Number==>result
result--Map>value-->resultv{"99.0"}
f_-418786079==Map>Map==>f_-418786079_最终

f_-418786079_最终==Map>Map==>f_-929530109_计算
f_-929530109("1.0 + 98.0")
f_-929530109_计算==Map>String/Number==>f_-929530109
f_-929530109--Map>value-->f_-929530109v{"99.0"}
f_-929530109_计算==Map>String/Number==>result
result--Map>value-->resultv{"99.0"}


进程已结束，退出代码为 0

程序运行之后的结果中有 mermaid 的图代码，我们在下面将其展示了出来供大家观看！