评估数学表达式的最佳和最短方法

Posted 2023-05-08

【中文标题】评估数学表达式的最佳和最短方法

【英文标题】：Best and shortest way to evaluate mathematical expressions

【发布时间】：2010-11-29 02:33:44

【问题描述】：

计算表达式的算法有很多，例如：

By Recursive Descent Shunting-yard algorithm Reverse Polish notation

有没有办法使用 C# .net 反射或其他现代 .net 技术来评估任何数学表达式？

【问题讨论】：

不久前我问了一个类似的问题。你可能想看看其中的一些答案：***.com/questions/234217/…

您是否找到了链接到其余“静态/预编译”代码中使用的变量的方法？

【参考方案1】：

除了 Thomas 的回答之外，实际上可以直接从 C# 访问（已弃用的）JScript 库，这意味着您可以使用等效于 JScript 的 eval 函数。

using Microsoft.JScript;        // needs a reference to Microsoft.JScript.dll
using Microsoft.JScript.Vsa;    // needs a reference to Microsoft.Vsa.dll

// ...

string expr = "7 + (5 * 4)";
Console.WriteLine(JScriptEval(expr));    // displays 27

// ...

public static double JScriptEval(string expr)

    // error checking etc removed for brevity
    return double.Parse(Eval.JScriptEvaluate(expr, _engine).ToString());


private static readonly VsaEngine _engine = VsaEngine.CreateEngine();

【讨论】：

遗憾的是它不支持插入符号 ^ 求幂。

【参考方案2】：

这当然是可能的。 CodeSnippetCompileUnit 类基本上就是这样做的。 我给你写了一些示例使用代码。您需要包含这些命名空间：

System.CodeDom.Compiler; System.CodeDom; Microsoft.CSharp; System.Reflection;

代码如下：

string source = @"
class MyType

    public static int Evaluate(<!parameters!>)
    
        return <!expression!>;
    

";

string parameters = "int a, int b, int c";
string expression = "a + b * c";

string finalSource = source.Replace("<!parameters!>", parameters).Replace("<!expression!>", expression);

CodeSnippetCompileUnit compileUnit = new CodeSnippetCompileUnit(finalSource);
CodeDomProvider provider = new CSharpCodeProvider();

CompilerParameters parameters = new CompilerParameters();

CompilerResults results = provider.CompileAssemblyFromDom(parameters, compileUnit);

Type type = results.CompiledAssembly.GetType("MyType");
MethodInfo method = type.GetMethod("Evaluate");

// The first parameter is the instance to invoke the method on. Because our Evaluate method is static, we pass null.
int result = (int)method.Invoke(null, new object[]  4, -3, 2 );

用任何东西替换“参数”和“表达式”，您就拥有了一个通用表达式评估器。

如果在 results.CompiledAssembly 中得到 FileNotFoundException，则 sn-p 编译失败。

您可能还想看看 System.CodeDom.CodeSnippetExpression 类。它用于更具体地读取表达式，但表达式本身无法编译，因此您需要使用更多 CodeDom 来围绕它构建一个工作类和方法。如果您希望能够以编程方式操作您正在生成的类，这将非常有用。 CodeSnippetCompileUnit 很适合一次生成整个工作类（例如更简单），但要操作它，您必须进行不方便的字符串操作。

【讨论】：

为了记录，这个解决方案在使用 ncalc 上的性能是巨大的，我为一个绘图员测试了它，一些多变量函数需要超过 500 秒才能绘制出来，而我用了不到 5 秒的时间来绘制超过400,000点。很好的解决方案！

【参考方案3】：

虽然使用编译器服务是一种简单而有效的解决方案，但如果表达式由用户输入，则会引发严重的安全问题，因为它几乎可以执行任何事情。

还有另一种非常简单但更安全的解决方案：利用 JScript Eval 函数。您只需要按照以下步骤操作：

创建一个名为 JsMath.js 的 js 文件：

class JsMath

    static function Eval(expression : String) : double
    
        return eval(expression);
    ;

编译成类库：

jsc /t:library JsMath.js

在你的 C# 项目中引用 JsMath 库，然后像这样使用它：

double result = JsMath.Eval(expression);

【讨论】：

实际上可以直接从 C# 访问 eval 函数，而无需中间的 JScript 编译步骤。详情见我的回答。

为了避免使用编译器服务的安全问题，我使用 ANTL 来预解析用户表达式并避免任何奇怪的输入。如果您正在寻找性能，eval() 函数可能不起作用。

【参考方案4】：

对我来说，Vici.Parser 工作得非常好：check it out here，它是迄今为止我发现的最灵活的表达式解析器。

（我们用它来设置“人类可读”的业务规则，数据由 SQL 服务器数据库提供）

提供示例并且开发人员提供了非常好的支持（查看网站的论坛）。

【讨论】：

@Roel - 链接已失效。

【参考方案5】：

ncalc 是最好的。您可以在 codeplex 中找到它，也可以在 nugget 中找到它。 NCalc 是 .NET 中的数学表达式求值器。 NCalc 可以解析任何表达式并评估结果，包括静态或动态参数和自定义函数。

【参考方案6】：

我认为这是最好的方法。 Petar Repac's answer 太棒了。 使用 DataColumn 对象的“表达式”参数可以非常轻松地解决该主题：

static double Evaluate(string expression)

    var loDataTable = new DataTable();
    var loDataColumn = new DataColumn("Eval", typeof(double), expression);
    loDataTable.Columns.Add(loDataColumn);
    loDataTable.Rows.Add(0);
    return (double)(loDataTable.Rows[0]["Eval"]);

【参考方案7】：

您可以使用Math-Expression-Evaluator 库，它实现了我所编写的Shunting Yard 算法。支持2.5+5.9、17.89-2.47+7.16、5/2/2+1.5*3+4.58等简单表达式，支持带括号的表达式(((9-6/2)*2-4)/2-6-1)/(2+24/(2+4))和带变量的表达式：

var a = 6;
var b = 4.32m;
var c = 24.15m;
var engine = new ExpressionEvaluator();
engine.Evaluate("(((9-a/2)*2-b)/2-a-1)/(2+c/(2+4))", new  a, b, c);

您也可以将参数作为命名变量传递：

dynamic dynamicEngine = new ExpressionEvaluator();

var a = 6;
var b = 4.5m;
var c = 2.6m;

dynamicEngine.Evaluate("(c+b)*a", a: 6, b: 4.5, c: 2.6);

它支持 .Net Standard 2.0，因此可以从 .Net Core 以及 .Net Full Framework 项目中使用，并且没有任何外部依赖项。

【参考方案8】：

使用新的 Roslyn API 动态编译代码，并将程序集加载到 .net 核心项目中；

    string finalSource = ...;
    IEnumerable<Assembly> references = ...;

    var compilation = CSharpCompilation.Create("Dynamic",
        new[]  
            SyntaxFactory.ParseSyntaxTree(
                finalSource,
                CSharpParseOptions.Default
                    .WithLanguageVersion(LanguageVersion.Latest)
            ) ,
        references.Select(a => MetadataReference.CreateFromFile(a.Location)),

        new CSharpCompilationOptions(OutputKind.DynamicallyLinkedLibrary)
            .WithAssemblyIdentityComparer(DesktopAssemblyIdentityComparer.Default)
    );

    using var ms = new MemoryStream();
    var e = compilation.Emit(ms);
    if (!e.Success)
        throw new Exception("Compilation failed");
    ms.Seek(0, SeekOrigin.Begin);

    var context = new AssemblyLoadContext(null, true);
    var assembly = context.LoadFromStream(ms);

请注意，与您正在编译的源代码所需的任何其他类型一起。为了在同一进程中加载​​已编译的程序集，需要包含引用；

    AppDomain.CurrentDomain.GetAssemblies().Where(a => a.GetName().Name == "netstandard").Single(),
    typeof(object).Assembly