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c6fe4b81e1
8 changed files with 259 additions and 3 deletions
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examples/dna_mass.txt
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3
examples/dna_mass.txt
Normal file
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@ -0,0 +1,3 @@
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303.7 10 * 79 + (Da)
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10 (ul) 100 (uM)
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3 (ng) sp
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6
examples/mpg.txt
Normal file
6
examples/mpg.txt
Normal file
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@ -0,0 +1,6 @@
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@base(usd) # define usd as a base unit
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0 (mi) 1 (gal) / 1 (mi) 1 (gal) / @derived(mpg) # define mpg as 1 mile per gallon
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3.4 (usd) 1 (gal) / # gas price
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0.36 (usd) 1 (kWh) / # electricity price
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36 (kWh) 100 (mi) / # electricity consumption
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3 (mpg) sp # solve for mpg
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@ -47,6 +47,8 @@ pub enum InterpreterError {
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UndefinedVariable(String),
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UndefinedVariable(String),
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#[error("Incompatible units: {0}")]
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#[error("Incompatible units: {0}")]
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IncompatibleUnits(UnitCombo),
|
IncompatibleUnits(UnitCombo),
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||||||
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#[error("No solution: {0}")]
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NoSolution(String),
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||||||
#[error("Already defined: {0}")]
|
#[error("Already defined: {0}")]
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AlreadyDefined(String),
|
AlreadyDefined(String),
|
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}
|
}
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@ -83,6 +85,7 @@ impl<'a> Interpreter<'a> {
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Token::Operator('c') => self.op_c()?,
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Token::Operator('c') => self.op_c()?,
|
||||||
Token::Operator('d') => self.op_d()?,
|
Token::Operator('d') => self.op_d()?,
|
||||||
Token::Operator('r') => self.op_r()?,
|
Token::Operator('r') => self.op_r()?,
|
||||||
|
Token::Operator('s') => self.op_s()?,
|
||||||
Token::VarRecall(name) => self.op_recall(&name)?,
|
Token::VarRecall(name) => self.op_recall(&name)?,
|
||||||
Token::VarStore(name) => self.op_store(&name)?,
|
Token::VarStore(name) => self.op_store(&name)?,
|
||||||
Token::MacroInvoke((name, args)) => match name.as_str() {
|
Token::MacroInvoke((name, args)) => match name.as_str() {
|
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@ -1,8 +1,12 @@
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use num_rational::BigRational;
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use num_rational::BigRational;
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use num_traits::{FromPrimitive, ToPrimitive};
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use crate::quantity::{
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use crate::{
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units::{Unit, UnitCombo},
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linear_system::{transpose, LinearSystem},
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Quantity,
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quantity::{
|
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units::{Unit, UnitCombo},
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||||||
|
Quantity,
|
||||||
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},
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};
|
};
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use super::{Interpreter, InterpreterError, InterpreterResult, Output};
|
use super::{Interpreter, InterpreterError, InterpreterResult, Output};
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@ -138,6 +142,82 @@ impl<'a> Interpreter<'a> {
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self.stack.push(a);
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self.stack.push(a);
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self.stack.push(b);
|
self.stack.push(b);
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Ok(())
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}
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pub fn op_s(&mut self) -> InterpreterResult<()> {
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let target = self.stack.pop().ok_or(InterpreterError::StackUnderflow)?;
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let n_src_quantities = target.number_in_derived_unit().to_integer();
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if n_src_quantities.to_usize().unwrap_or(0) > self.stack.len() {
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return Err(InterpreterError::StackUnderflow);
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}
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let src_quantities = self
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.stack
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.split_off(self.stack.len() - n_src_quantities.to_usize().unwrap_or(0));
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let dst_unit = target.unit.reduce();
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let mut units_involved = Vec::new();
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for q in &src_quantities {
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for u in &q.unit.0 {
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if !units_involved.contains(&u.unit) {
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||||||
|
units_involved.push(u.unit.clone());
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}
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|
}
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|
}
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for u in &dst_unit.0 {
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||||||
|
if !units_involved.contains(&u.unit) {
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|
return Err(InterpreterError::IncompatibleUnits(dst_unit));
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|
}
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|
}
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let mut result_coefs = Vec::with_capacity(units_involved.len());
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for u in &units_involved {
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let mut coef = 0;
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for u2 in &dst_unit.0 {
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if u2.unit == *u {
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coef = u2.exponent;
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break;
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}
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}
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result_coefs.push(coef);
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|
}
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|
let mut unit_coefs = Vec::with_capacity(src_quantities.len());
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|
for q in &src_quantities {
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||||||
|
let mut unit_coef = Vec::with_capacity(units_involved.len());
|
||||||
|
for u in &units_involved {
|
||||||
|
let mut coef = 0;
|
||||||
|
for u2 in &q.unit.0 {
|
||||||
|
if u2.unit == *u {
|
||||||
|
coef = u2.exponent;
|
||||||
|
break;
|
||||||
|
}
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||||||
|
}
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||||||
|
unit_coef.push(coef);
|
||||||
|
}
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|
unit_coefs.push(unit_coef);
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|
}
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let mut lin = LinearSystem::new_equation_system(transpose(&unit_coefs), result_coefs);
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let soln = lin.solve();
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if soln.is_none() {
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return Err(InterpreterError::NoSolution(
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|
"failed to solve unit conversion".to_string(),
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|
));
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}
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if lin.is_overdetermined() {
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|
return Err(InterpreterError::NoSolution(
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|
"Linear system is overdetermined".to_string(),
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||||||
|
));
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|
}
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||||||
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if lin.is_underdetermined() {
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||||||
|
return Err(InterpreterError::NoSolution(
|
||||||
|
"Linear system is underdetermined".to_string(),
|
||||||
|
));
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|
}
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|
let mut result = Quantity::new(BigRational::from_usize(1).unwrap(), dst_unit);
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for (q, coef) in src_quantities.into_iter().zip(soln.unwrap()) {
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|
result.number *= q.number.pow(coef);
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|
}
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|
result.use_derived_unit = target.use_derived_unit;
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|
self.stack.push(result);
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Ok(())
|
Ok(())
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}
|
}
|
||||||
}
|
}
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@ -1,3 +1,4 @@
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pub mod interpreter;
|
pub mod interpreter;
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|
pub mod linear_system;
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pub mod quantity;
|
pub mod quantity;
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pub mod tokenizer;
|
pub mod tokenizer;
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149
src/linear_system.rs
Normal file
149
src/linear_system.rs
Normal file
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@ -0,0 +1,149 @@
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use log::debug;
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use num_traits::Signed;
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use std::{
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fmt::Debug,
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|
ops::{Add, Div, Mul, Neg, Sub},
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};
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pub fn transpose<T: Clone>(matrix: &Vec<Vec<T>>) -> Vec<Vec<T>> {
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let mut result = Vec::new();
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for j in 0..matrix[0].len() {
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||||||
|
let mut row = Vec::new();
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||||||
|
for i in 0..matrix.len() {
|
||||||
|
row.push(matrix[i][j].clone());
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||||||
|
}
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|
result.push(row);
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|
}
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|
result
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|
}
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|
#[derive(Debug, Clone)]
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pub struct LinearSystem<T>
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where
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|
T: Add<Output = T>
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|
+ Sub<Output = T>
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||||||
|
+ Mul<Output = T>
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||||||
|
+ Div<Output = T>
|
||||||
|
+ Neg<Output = T>
|
||||||
|
+ Clone
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|
+ Signed,
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|
{
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|
matrix: Vec<Vec<T>>,
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|
}
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|
impl<T> LinearSystem<T>
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|
where
|
||||||
|
T: Add<Output = T>
|
||||||
|
+ Sub<Output = T>
|
||||||
|
+ Mul<Output = T>
|
||||||
|
+ Div<Output = T>
|
||||||
|
+ Neg<Output = T>
|
||||||
|
+ PartialOrd
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|
+ Clone
|
||||||
|
+ Signed
|
||||||
|
+ Debug,
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{
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pub fn n(&self) -> usize {
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self.matrix.len()
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}
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pub fn m(&self) -> usize {
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|
if self.matrix.len() == 0 {
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return 0;
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|
}
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|
self.matrix[0].len()
|
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|
}
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|
pub fn new(matrix: Vec<Vec<T>>) -> Self {
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|
Self { matrix }
|
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|
}
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|
pub fn new_equation_system(left: Vec<Vec<T>>, right: Vec<T>) -> Self {
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||||||
|
let mut matrix = left;
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|
for (i, row) in matrix.iter_mut().enumerate() {
|
||||||
|
row.push(right[i].clone());
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|
}
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||||||
|
Self { matrix }
|
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|
}
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|
pub fn is_pivoted(&self, row: usize) -> bool {
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||||||
|
let mut cur_col = 0;
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|
while cur_col < self.m() - 1 && self.matrix[row][cur_col] == T::zero() {
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||||||
|
cur_col += 1;
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|
}
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||||||
|
if self.matrix[row][cur_col] != T::one() {
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||||||
|
return false;
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||||||
|
}
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||||||
|
for i in 0..self.n() {
|
||||||
|
if i != row && self.matrix[i][cur_col] != T::zero() {
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return false;
|
||||||
|
}
|
||||||
|
}
|
||||||
|
true
|
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|
}
|
||||||
|
pub fn n_pivoted(&self) -> usize {
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|
self.matrix
|
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|
.iter()
|
||||||
|
.enumerate()
|
||||||
|
.filter(|(i, _)| self.is_pivoted(*i))
|
||||||
|
.count()
|
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|
}
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|
fn scale_row(&mut self, i: usize, factor: T) {
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|
for j in 0..self.m() {
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|
self.matrix[i][j] = self.matrix[i][j].clone() * factor.clone();
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|
}
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|
}
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|
fn add_row(&mut self, src: usize, dst: usize, factor: T) {
|
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|
for j in 0..self.m() {
|
||||||
|
self.matrix[dst][j] =
|
||||||
|
self.matrix[dst][j].clone() + self.matrix[src][j].clone() * factor.clone();
|
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|
}
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|
}
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|
fn reduce_column(&mut self, column: usize) {
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|
let mut pivot_row = 0;
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|
while pivot_row < self.n()
|
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|
&& (self.is_pivoted(pivot_row) || self.matrix[pivot_row][column] == T::zero())
|
||||||
|
{
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||||||
|
pivot_row += 1;
|
||||||
|
}
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|
if pivot_row == self.n() || self.matrix[pivot_row][column] == T::zero() {
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||||||
|
return;
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|
}
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|
let n_pivoted = self.n_pivoted();
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||||||
|
if pivot_row != n_pivoted {
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|
self.matrix.swap(pivot_row, n_pivoted);
|
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|
pivot_row = n_pivoted;
|
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|
}
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|
let scale_factor = self.matrix[pivot_row][column].clone();
|
||||||
|
self.scale_row(n_pivoted, T::one() / scale_factor);
|
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|
for row in 0..self.n() {
|
||||||
|
if row != n_pivoted && self.matrix[row][column] != T::zero() {
|
||||||
|
let factor = self.matrix[row][column].clone();
|
||||||
|
self.add_row(n_pivoted, row, -factor);
|
||||||
|
}
|
||||||
|
}
|
||||||
|
}
|
||||||
|
pub fn is_underdetermined(&self) -> bool {
|
||||||
|
self.n_pivoted() > self.m() - 1
|
||||||
|
}
|
||||||
|
pub fn is_overdetermined(&self) -> bool {
|
||||||
|
self.n_pivoted() < self.m() - 1
|
||||||
|
}
|
||||||
|
pub fn solve(&mut self) -> Option<Vec<T>> {
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||||||
|
debug!("starting matrix: {:?}", self.matrix);
|
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|
for col in 0..if self.n() < self.m() {
|
||||||
|
self.n()
|
||||||
|
} else {
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|
self.m()
|
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|
} {
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|
debug!("col: {}", col);
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|
self.reduce_column(col);
|
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|
debug!("matrix: {:?}", self.matrix);
|
||||||
|
}
|
||||||
|
let mut result = Vec::new();
|
||||||
|
for row in 0..self.n() {
|
||||||
|
if self.is_pivoted(row) {
|
||||||
|
result.push(self.matrix[row][self.m() - 1].clone());
|
||||||
|
} else if self.matrix[row][self.m() - 1] != T::zero() {
|
||||||
|
return None;
|
||||||
|
}
|
||||||
|
}
|
||||||
|
Some(result)
|
||||||
|
}
|
||||||
|
}
|
|
@ -48,6 +48,19 @@ impl Quantity {
|
||||||
use_derived_unit: Vec::new(),
|
use_derived_unit: Vec::new(),
|
||||||
}
|
}
|
||||||
}
|
}
|
||||||
|
pub fn number_in_derived_unit(&self) -> BigRational {
|
||||||
|
let mut number = self.number.clone();
|
||||||
|
|
||||||
|
for d in &self.use_derived_unit {
|
||||||
|
if d.exponents == self.unit {
|
||||||
|
number -= d.offset.clone();
|
||||||
|
number /= d.scale.clone();
|
||||||
|
return number;
|
||||||
|
}
|
||||||
|
}
|
||||||
|
|
||||||
|
number
|
||||||
|
}
|
||||||
}
|
}
|
||||||
|
|
||||||
impl Display for Quantity {
|
impl Display for Quantity {
|
||||||
|
|
|
@ -151,6 +151,7 @@ impl<R: std::io::Read> Tokenizer<R> {
|
||||||
Some('c') => Ok(Some(Token::Operator('c'))),
|
Some('c') => Ok(Some(Token::Operator('c'))),
|
||||||
Some('d') => Ok(Some(Token::Operator('d'))),
|
Some('d') => Ok(Some(Token::Operator('d'))),
|
||||||
Some('r') => Ok(Some(Token::Operator('r'))),
|
Some('r') => Ok(Some(Token::Operator('r'))),
|
||||||
|
Some('s') => Ok(Some(Token::Operator('s'))),
|
||||||
Some('#') => {
|
Some('#') => {
|
||||||
while let Some(c) = self.next_char().map_err(TokenizerError::IOError)? {
|
while let Some(c) = self.next_char().map_err(TokenizerError::IOError)? {
|
||||||
match c {
|
match c {
|
||||||
|
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