Программы циклической структуры. 
Массивы данных

Для каждого нетерминального символа грамматики создаем отдельную процедуру, носящую его имя. Алгоритм этой процедуры соответствует правилам вывода, заданным грамматикой, он непосредственно распознает терминальные символы, и должен, начиная с указанной позиции в исходном тексте, найти последовательность лексем, которая выводится из этого нетерминального символа. Если такая последовательность отсутствует, генерируется исключение, которое и завершает интерпретацию выражения. Если соответствующая последовательность найдена, управление возвращается обычным образом [9].

Ниже приведен текст программы с подробными комментариями. Применяемые циклические конструкции и используемые коллекции выделены жирным шрифтом.

package calculate;

import java.math.BigDecimal;

import java.math.RoundingMode;

import java.util.ArrayList;

import java.util.StringTokenizer;

import org.omg.CORBA.IntHolder;

public class Solution {.

private final ArrayList<String> lexs; // список лексем.

private int cur; // текущая позиция в списке.

public Solution (String expr) { // конструктор

lexs=new ArrayList<>(); // разбор на лексемы.

StringTokenizer st=new StringTokenizer (expr," *-+/()^", true);

while (st.hasMoreTokens ()){.

String lex=st.nextToken ().toLowerCase ().trim ();

if (lex.length () ≠ 0) // выжимаем пробелы и при;

lexs.add (lex); // водим к одному регистру.

}.

lexs.add («=»); // добавляем признак конца.

cur=0; // позицию на начало.

}.

public String represent () { // представление выражения.

StringBuilder buf = new StringBuilder (); // по списку лексем.

for (String s: lexs) {.

buf.append (s);

}.

return buf. toString ();

}.

public float evaluate (IntHolder op) {.

cur=0;

Float result = expr (op);

if (!result.isNaN ()){ // округление.

result = (float) new BigDecimal (result).

.setScale (2, RoundingMode. UP).doubleValue ();

}.

return result;

}.

private float expr (IntHolder op){ // выражение.

try{ // expr=add{+—}add …

float res=add (op);

while (lexs.get (cur).equals («+») -;

lexs.get (cur).equals («.

-") -;

lexs.get (cur).equals («=»)){.

if (lexs.get (cur).equals («=»)).

break;

if (lexs.get (cur).equals («+»)){ // сложение.

cur++;

res += add (op);

op.value++;

}.

else if (lexs.get (cur).equals («.

-")){ // вычитание.

cur++;

res -= add (op);

op.value++;

}.

}.

return res;

}catch (NumberFormatException ex){.

System.out.

.printf («неверный формат числа: [%s]n», lexs. get (cur));

}catch (IllegalStateException ex){.

System.out.

.printf («ожидалаcь закрывающая скобка: [%s]n» ,.

lexs.get (cur));

}catch (Exception ex){.

System.out.

.printf («ошибка в вычиcлениях: %sn», ex. getMessage ());

}.

return Float. NaN;

}.

private float add (IntHolder op){ // слагаемое.

float res=pow (op); // add=pow{*-/}pow …

while (lexs.get (cur).equals («*») -;

lexs.get (cur).equals («/») -;

lexs.get (cur).equals («=»)){.

if (lexs.get (cur).equals («=»)) // выражение завершено.

break;

if (lexs.get (cur).equals («*»)){ // умножение.

cur++;

res *= pow (op);

op.value++;

}.

else if (lexs.get (cur).equals («/»)){ // деление.

cur++;

res /= pow (op);

if (res == Float. POSITIVE_INFINITY -;

res == Float. NEGATIVE_INFINITY){.

throw new ArithmeticException («деление на 0»);

}.

op.value++;

}.

}.

return res;

}.

private float pow (IntHolder op){ // сомножитель.

float res=mul (op); // pow=mult^mult …

while (lexs.get (cur).equals («^») — lexs. get (cur).equals («=»)){.

if (lexs.get (cur).equals («=»)) // выражение завершено.

break;

if (lexs.get (cur).equals («^»)){ // возведение в степень.

cur++;

res=(float) Math. pow (res, mul (op));

if (Float.isNaN (res)){.

throw.

new ArithmeticException («возведение в степень»);

}.

op.value++;

}.

}.

return res;

}.

private float mul (IntHolder op){.

// операнд операции возведения в степень.

float res; // mult=(expr) — {+—-sin-cos-tan}mult — float.

switch (lexs.get (cur)) {.

case «(«: // выражение в скобках.

cur++;

res=expr (op);

if (!lexs.get (cur).equals («)»)).

throw new IllegalStateException ();

else.

cur++;

break;

case «+»: // унарный плюс.

cur++;

res=mul (op);

op.value++;

break;

case «.

-": // унарный минус.

cur++;

res=-mul (op);

op.value++;

break;

case «sin»: // синус.

cur++;

res=(float) Math. sin (mul (op)/180.f*Math.PI);

op.value++;

break;

case «cos»: // косинус.

cur++;

res=(float) Math. cos (mul (op)/180.f*Math.PI);

op.value++;

break;

case «tan»: // тангенс.

cur++;

res=(float) Math. tan (mul (op)/180.f*Math.PI);

if (res == Float. POSITIVE_INFINITY -;

res == Float. NEGATIVE_INFINITY){.

throw.

new ArithmeticException («аргумент тангенса»);

}.

op.value++;

break;

default: // число.

res=Float.parseFloat (lexs.get (cur));

cur++;

break;

}.

return res;

}.

public static void main (String[] args) {.

IntHolder op=new IntHolder (0);

Solution solution = new Solution («sin (2*(-5+1.5*4)+28)»);

System.out.

.printf («%s%.2f %dn» ,.

solution.represent (),.

solution.evaluate (op),.

op.value);

}.

}.

Для округления результата с заданной точность используется метод setScale класса BigDecimal, так как других стандартных средств округления до заданного количества знаков после запятой в Java не предусмотрено.

Так как в Java параметры примитивных типов передаются методам по значению, для подсчета количества операций нужно либо счетчик передавать в обертке, либо делать для методов возвращаемое значение в виде класса, содержащего результат вычисления выражения и подсчитанное количество операций.

При разработке программы принят вариант передачи параметра в обертке. Обычный класс обертка Integer в данном случае не подходит, так как при каждом изменении параметра этого типа будет создаваться новый экземпляр класса. Поэтому для параметра использован класс IntHolder, доступ к хранимому значению производится через свойство value.

Ниже приведены результаты работы программы для нескольких вариантов выражений.

sin (2*(-5+1.5*4)+28)=0.50 6.

sin (2*(-5+1.5*4²/(0.25*16))+28)=0.50 9.

неверный формат числа: [1.5].

sin (2*(-5+1.5*4²/(0.25*16))+28)=NaN 1.

ожидалаcь закрывающая скобка: [=].

sin (2*(-5+1.5*4²/(0.25*16)+28)=NaN 8.

ошибка в вычиcлениях: деление на 0.

sin (2*(-5+1.5*4²/0+28)=NaN 3.

ошибка в вычиcлениях: возведение в степень.

sin (2*(-5+1.5*-4⁰.5+28)=NaN 2.

Заключение

Итак, циклические конструкции являются очень важным элементом системы управляющих конструкций языков высокого уровня.

В языке Java имеется полный набор таких конструкций, позволяющих достаточно гибко управлять процессом выполнения программы.

Для представления групп однотипных переменных или структур данных в языке Java применяются массивы и коллекции.

Массивы целесообразно применять в случае, если заранее известно количество переменных, подлежащих обработке. Если такое количество заранее неизвестно, для хранения данных предпочтительно использовать коллекции.

Язык Java предоставляет библиотеку стандартных коллекций, которые собраны в пакете java.util. Коллекции отличаются большим разнообразием внутренней организации, поэтому выбирать тип используемой коллекции необходимо очень внимательно, с учетом назначения программы и используемого алгоритма. Это поможет избежать неоправданного и, часто, неожиданного замедления процесса вычислений.

В работе рассмотрены примеры использования циклических конструкций, массивов и коллекций. Приведен содержательный пример проекта, использующего циклические конструкции и коллекции для реализации алгоритма вычисления арифметического выражения в инфиксной записи.

1. Циклические алгоритмы — электронный документ:

http://festival.1september.ru/articles/598 696/.

2. Щербаков И. Н. Численные методы и программирование: Материалы к лекционному курсу — электронный документ:

http://www.physchem.chimfak.rsu.ru/Source/NumMethods/Iterations.htm.

3. Шилдт Г. Полный справочник по Java, 7-е издание.: Пер. с англ. — М.: ООО «И.Д. Вильямс», 2007. — 1040 с., ил.

4. Оператор continue — электронный документ:

http://sernam.ru/book_java.php?id=25.

5. Использование оператора break — электронный документ:

http://www.linkex.ru/java/operator-break.php.

6. ArrayList vs. LinkedList vs. Vector — электронный документ:

http://www.programcreek.com/2013/03/arraylist-vs-linkedlist-vs-vector/.

7. Производительность основных коллекций java. Сравнение с аналогами .Net — электронный документ:

http://korzh.net/2010;11-proizvoditelnost-osnovnyx-kollekcij-java-sravnenie-s-analogami-net.html.

8. Хантер Р. Проектирование и конструирование компиляторов/Пер с англ.; Предисл. В. М. Савинкова. — М.: Финансы и статистика, 1984. — 232 с., ил.

9. Льюис Ф., Розенкранц Д., Стирнз Р. Теоретические основы проектирования компиляторов/Пер с англ. — М.: Мир, 1979. — 654 с., ил.