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Tenho esta expressão armazenada numa String:

1 * Math.pow(x, 3.0) + 4 * Math.pow(x, 2.0) + 1 * Math.pow(x, 1.0) + 27

Porém, uso uma biblioteca de derivação que somente aceita o caractere ^ para fazer potenciação, então faço uma conversão nessa String, ficando assim:

1*x^3.0+4*x^2.0+1*x^1.0+27

A função de derivação me retorna uma String derivada no mesmo padrão da String convertida (1.0+3.0*x^2.0+8.0*x), e eu preciso calcular a expressão derivada com a função eval(), que somente aceita o Math.pow() como função de potenciação. Tentei usar:

str = str.replaceAll("[x\\^]", "Math.pow\\(\\x\\,");
str = str.replaceAll("[(?:\\,(?=0-9))]", "1");

E a primeira linha já ajuda bastante, porém não sei muito bem como eu adicionaria o expoente com parêntese depois da vírgula ou como saber o expoente.

EDIT: criei o seguinte código:

static String reConvertString(String str) {
    Pattern patterne = Pattern.compile("[^\\^]*\\^");
    Matcher matchere = patterne.matcher(str);
    int count = 0;
    while (matchere.find()) {
        count++;//conta a quantidade de ocorrencias do caractere ^
    }

    for(int i=0;i<count;i++) {
        int index = str.indexOf("^");
        str = str.replaceFirst("\\^", "z");//substituo por um caractere qualquer depois que acho a primeira ocorrencia
        System.out.println(index);
        str = str.replaceFirst("[xz]", "Math.pow\\(\\x\\, ");//o x^2.0 agora fica xz com o replace

        String teste=str.substring(index+1, index+2);//pega a potência
        str = str.replace(" ", teste+")");//fecha o parêntese da função
    }
    return str;
}

Porém meu output ficou assim:

10.0*Math.pow(Math.pow(x,4),t)z4.0-15.0*xz2.0

Não sei de onde surgiu o t.

1 Resposta 1

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O t veio da palavra Math e o problema está nos índices que você passa para substring (os valores acabam coincidindo com o t).

De qualquer forma, para resolver isso com regex, estou assumindo algumas premissas:

  • a base sempre é x (mas no final coloco uma alternativa para bases que não sejam x)
  • o expoente sempre é um número (e não uma expressão mais complexa, por isso a solução abaixo não considera casos como x ^ (a + b / c), por exemplo)

Para este caso mais simples, podemos usar algo como:

String str = "1*x^3.0+4*x^2.0+1*x^1.0+27";
str = str.replaceAll("x\\^(\\d+(?:\\.\\d+)?)", "Math.pow(x, $1)");
System.out.println(str);

Estou assumindo que a base sempre é x, então eu coloco o próprio caractere x na expressão.

Depois eu uso \\^: o ^ possui significado especial em regex (significa "o início da string"), então para que ele "perca seus poderes" preciso escapá-lo com \ - mas dentro de uma String este caractere precisa ser escrito como \\, então o resultado final fica \\^. Assim, ele corresponde ao próprio caractere ^.

Depois, para o expoente, eu uso (\\d+(?:\\.\\d+)?). Explicando de dentro para fora:

Os parênteses mais externos formam um grupo de captura, assim eu posso referenciá-lo posteriormente, usando $1.

Os parênteses internos usam a sintaxe (?:, que forma um grupo de não-captura (assim eles não criam uma variável especial, como o $1). E o ? que vem depois torna este grupo opcional.

Ou seja, o expoente pode ser tanto 1 quanto 1.0. E este valor é capturado no grupo 1 (pois é o primeiro par de parênteses), podendo ser referenciado posteriormente com $1 - que é o valor que uso na expressão de substituição.

Ou seja, a regex verifica se existe um x seguido de ^, seguido de número e troca por Math(x, $1), sendo que $1 é o valor do número, que foi capturado pelo grupo de captura.

O resultado é:

1*Math.pow(x, 3.0)+4*Math.pow(x, 2.0)+1*Math.pow(x, 1.0)+27


A regex acima assume que não há espaços entre o x, o ^ e o expoente. Se quiser considerar espaços, pode usar \\s* (zero ou mais espaços):

str = str.replaceAll("x\\s*\\^\\s*(\\d+(?:\\.\\d+)?)", "Math.pow(x, $1)");

Se a base pode ser algo diferente de x, pode trocar para \w+ (um ou mais caracteres alfanuméricos), ou ainda para [a-z]+ (uma ou mais letras de a a z):

String str = "1*x^3.0+4*y^2.0+1*z^1.0+27";
str = str.replaceAll("([a-z]+)\\s*\\^\\s*(\\d+(?:\\.\\d+)?)", "Math.pow($1, $2)");
System.out.println(str);

Agora eu coloco as letras dentro de um grupo de captura, por isso a expressão passa a ter dois grupos: um para a base e outro para o expoente. Na expressão de substituição, eles são respectivamente $1 e $2. O resultado é:

1*Math.pow(x, 3.0)+4*Math.pow(y, 2.0)+1*Math.pow(z, 1.0)+27

Se a variável pode ter letras maiúsculas ou minúsculas, basta trocar para [a-zA-Z]+.


Isso funciona para expressões mais simples. Mas se tiver coisas mais complexas (como (x * 1 - 2) ^ (a - (1.24 / y))), aí começa a ficar complexo demais usar regex, pois aí teria que analisar muitos fatores, como por exemplo se os parênteses estão balanceados (algo que é muito mais fácil de fazer sem regex). Neste caso, eu sugiro pesquisar por analisadores léxicos ou parsers específicos.

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