一元、二元函数图像绘制
目录
- 概述
- 字符串表达式解析
- 图像绘制
- 函数作为属性赋值
- 参考以及说明
本篇博客主要是在上一篇 《每个人都该懂点函数式编程》 的基础上，进一步说明“函数”在函数式编程中的重要作用。强调了函数和普通类型一样，可以赋值、存储、传参以及作为另外函数的返回值。
本文附带了一个Demo，该Demo可以将任意字符串函数表达式解析之后生成对应的函数（一元、二元以及三元），如果你输入的是一元或者二元函数表达式，则可以绘制出相应的函数图像。一元函数图像为平面曲线，二元函数图像为立体曲面。看下图：
函数表达式中只识别X、Y、Z三个自变量。
Github源码下载
字符串表达式解析
字符串解析是重点。
怎样去识别一串字符串函数表达式呢？如x^2+sin(x)*cos(y)。之后怎样去计算函数值呢？其实原理很简单，由于每个函数表达式中包含的有效符号是有限的，如X、Y、Z、+、-、*、/以及一些函数诸如log、sin、cos等等，只要我们将这些有效符号均识别筛选出来之后，再根据这些符号的优先级别生成一个 函数语法树 即可。
如上图所示，使用一个“树结构”去存储最终的语法树。最后带入X、Y（二元）求得函数值。
表达式解析这块难点是语法树的构建和最终求值。语法树的构建有点复杂，大家可以参见源码；最终求值的原理是，判断当前符号（节点）是单目运算符号（如cos、sin、负号等）还是双目运算符号（如+ - * /等），如果是单目运算比如cos函数，则先计算子节点（只有一个子节点）的值，然后将得到的值进行cos运算（Math.Cos(子节点的值)）；相反，如果是双目运算符比如+符号，那么先计算左子节点和右子节点的值，最后将两个值进行+操作（左子节点的值+右子节点的值），依次递归计算得到最终的函数值。
图像绘制
图像绘制这块就比较简单了。根据前一步得到的语法树，我们可以创建出对应的一元函数、二元函数以及三元函数（委托的形式）。事先定义的委托结构如下：
/// <summary>
/// 一元函数
/// </summary>
/// <param name="x"></param>
/// <returns></returns>
public delegate double UnaryFunction(double x);
/// <summary>
/// 二元函数
/// </summary>
/// <param name="x"></param>
/// <param name="y"></param>
/// <returns></returns>
public delegate double BinaryFunction(double x,double y);
/// <summary>
/// 三元函数
/// </summary>
/// <param name="x"></param>
/// <param name="y"></param>
/// <param name="z"></param>
/// <returns></returns>
public delegate double MultiFunction(double x,double y,double z);
很简单就可以看出，一元函数接收一个参数，返回一个值；二元函数接收两个参数，返回一个值；三元函数接收三个参数，返回一个值。生成委托的过程如下：
(UnaryFunction)((double x) => { return root.GetValue(x, 0, 0); }); (BinaryFunction)((double x, double y) => { return root.GetValue(x, y, 0); }); (MultiFunction)((double x, double y, double z) => { return root.GetValue(x, y, z); }); 最终给出对应的x、y、z调用委托，即可得到函数值。
一元函数绘制
随便对X取一个区间（如[-10,10]），以0.1为间距，计算每个X对应的Y值（函数值）。最终将这些点连接起来，出来的就是对应的一元函数图像。
二元函数绘制
相似的，随便对X、Y取一个区间（如X取[-10,10]，Y取[-10,10]），X、Y均以0.1为间距，计算每个（X、Y）对应的Z值（函数值），最后将这些三维点绘制成曲面。
函数作为属性赋值
经过前几步得到了函数（委托对象），我们直接将委托对象作为属性赋给图像绘制控件，绘图控件更新界面。
//一元
if (textBox1.Text.ToLower().Contains('x') && !textBox1.Text.ToLower().Contains('y') && !textBox1.Text.ToLower().Contains('z')) { UnaryFunction func = (new SyntaxManager().ParseUnaryFunction(textBox1.Text));
unaryFunctionDrawingBoard1.Function = func;
tabControl1.SelectedIndex = 0;
}
//二元
else if (textBox1.Text.ToLower().Contains('x') && textBox1.Text.ToLower().Contains('y') && !textBox1.Text.ToLower().Contains('z')) { BinaryFunction func = (new SyntaxManager().ParseBinaryFunction(textBox1.Text));
binaryFunctionDrawingBoard1.BinaryFunction = func;
tabControl1.SelectedIndex = 1;
}
//三元
else
{ MultiFunction func = (new SyntaxManager().ParseMultiFunction(textBox1.Text));
MessageBox.Show("三元函数图像无法绘制！"); }
如上代码，函数作为属性赋值的示例。
参考及说明
1.Demo中有关3D图形绘制参考了网上的一个OpenTK的demo： http://download.csdn.net/detail/dragonflies/3418135#comment
2. 函数图像在线生成 （为了验证demo生成的图像是否正确）
3.注意 函数绘制时没有做任何区间验证，比如logX中的X不能为负,否则无效（绘制时异常）。这些需要自己注意。
正文到此结束
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你这基本没有更新呀，最近文章显示还是2019年的文章。不符合要求哈
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