7-3 一元多項式求導（類設計）

<!--寫在代碼之前-->

　　詳細思路在另外一篇PTA1-3作業總結里

import java.math.BigInteger;
import java.util.ArrayList;
import java.util.LinkedList;
import java.util.Scanner;
/*
 *       此類用於對多項式表達式求導
 *         by@kaix2021/03/23
 */
//Derivation 求導
public class Main  {
    
    public static void main(String[] args){
        Scanner in=new Scanner(System.in);
        String temp=in.nextLine();
        
        DvForString dv=new DvForString();
        dv.setPolynthic(temp);//預處理輸入的字符串
        dv.print(); //根據合法性作出不同輸出
//        System.out.println();
//        dv.printEveryElement();
    }
}
class DvForString{
    private static LinkedList<String> item;//存儲各項，此題並不需要
    private static String sign,number,regex,regex1,regex2,regex3,concat,concatend,specialnum,end;//各項正則
//靜態區,字符串
 static {
          //靜態區只在類被加載時被執行一次
         item=new LinkedList<>();
         sign="(?:[+|-])";
         number="(?:([1-9](\\s*\\d*\\s*)*))";
         //全是常數項時的特判
         specialnum="((?:(\\s*([+|-]?[1-9]+\\s*\\d*)\\s*))*)";
         //帶x項,允許系數中間內有空格
         //有不為0的系數和指數
         regex="(?:(([1-9](\\s*\\d*\\s*)*)\\s*\\*\\s*x\\s*\\^\\s*[+|-]?\\s*([1-9](\\s*\\d*\\s*)*)))";
         //x只有指數
         regex1="(?:(x\\s*\\^\\s*[+|-]?\\s*([1-9](\\s*\\d*\\s*)*)))";
         //x只有系數
         regex2="(?:(([1-9](\\s*\\d*\\s*)*)\\s*\\*\\s*x))";
         //x前面系數,指數都沒有
         regex3="(?:x)";
         concat="("+regex+"|"+regex1+"|"+regex2+"|"+regex3+")";
         //數字和帶x項或在一起構成多項式中的一項
         concatend="("+concat+"|"+number+")";
         //多項式表達式 ,首項可以無+,-，  后續項必須有
         end="(?:("+"\\s*"+sign+"?\\s*"+concatend+"(?:\\s*"+sign+"\\s*"+concatend+"\\s*)*"+"))";
    }
    //Polynthic 多項式
    private String Polynthic=null;
    
    public LinkedList<String> getItem() {
        return item;
    }
    //無參構造
    public DvForString(){}
    //有參構造,可以直接通過字符串數組名賦值另一個相同大小和類型的數組
    public DvForString(String polynthic) {
        this.Polynthic = polynthic;
    }
    //對私有變量獲取和,賦值的方法
    public String getPolynthic() {
        return Polynthic;
    }
    public void setPolynthic(String polynthic) {
        this.Polynthic = polynthic;
    }
    //合法性檢驗
    private boolean isLegal() {
        boolean flag=true;
    
        String s=Polynthic;
        //全常數檢驗
        if(s.matches(specialnum)) 
            return true;
        //復雜多項式檢驗
        if(!s.matches(end)) flag=false;
        return flag;
    }
    //打印合法輸入中每一項
    public  void printEveryElement() {
        System.out.println();
        if(isLegal()) { for(String e: item) System.out.println(e);}
        else System.out.println("Wrong Format");
    }
    //打印
    public void print() {
        if(isLegal()) printLegal();/合法結果打印
        else  printNotLegal();//不合法結果打印
    }
    //打印不合法輸出
    private void printNotLegal() {
        System.out.println("Wrong Format");
    }
    //打印合法輸出
    private  void printLegal() {
        //拷貝一份給字符串s
        String s=Polynthic;
        s=s.replace(" ","");

        char[] t=s.toCharArray();
        for(int i=0;i<s.length()-1;i++) 
            if(t[i]=='^'&&t[i+1]=='-') t[i+1]='#';
    
        //直接通過tostring轉換字符數組會出錯，所以一個個字符拼接
        String s1="";
        for(int i=0;i<t.length;i++) 
            s1=s1+t[i];
        //再來整體替換-
        s1=s1.replace("^+","^");
        s1=s1.replace("-","+-");
        
        //如果+出現在第一個位置會報異常,要用\\+
        String [] id=s1.split("\\+");
        
        //加號輸出標記
        int flag=0;
        //無項時輸出標記,標記若最終為0,最后輸出0
        int lazy=0;
        //所有常數直接打印不需要特意放+,帶x項,對於大於0項,前面有其他項要打印出來
    
        for(String e :id) {
            //切開后對每個元素進行分析處理,#要替換成-
            e=e.replace("#","-");
            if(e!=null) item.addLast(e);
            
            int start=e.indexOf("x");
            int mid=e.indexOf("*");
            int end=e.indexOf("^");
            //x,^都有
            if(start!=-1&&end!=-1) {
                //系數不為1,存在*
                if(mid!=-1) {
                    BigInteger pro=new BigInteger(e.substring(0,mid));
                    BigInteger pos=new BigInteger(e.substring(end+1,e.length()));
                    BigInteger xishu=pro.multiply(pos);//乘法
                    BigInteger zhishu=pos.subtract(new BigInteger(1+""));//減法
                    
                    if(zhishu.equals(new BigInteger(0+""))) System.out.print(xishu);
                    else {
                        if(xishu.equals(new BigInteger(1+""))) System.out.print("x^"+zhishu);
                        else if(xishu.equals(new BigInteger(-1+"")))System.out.print("-x^"+zhishu);
                        else {
                            if(    xishu.compareTo(new BigInteger(0+""))>0) 
                                if(flag==1) System.out.print("+");
                            System.out.print(xishu+"*x^"+zhishu);
                        }
                    }
                     lazy=1;
                     if(flag==0) flag=1;
                }
                //沒有*,系數為負
                else {
                    if(e.charAt(0)=='-') {
                        BigInteger pos=new BigInteger(e.substring(end+1,e.length()));
                        BigInteger xishu=pos.multiply(new BigInteger(-1+""));//乘法
                        BigInteger zhishu=pos.subtract(new BigInteger(1+""));//減法
                        if(zhishu.equals(new BigInteger(0+""))) System.out.print(xishu);
                        else {
                            if(xishu.equals(new BigInteger(1+""))) System.out.print("x^"+zhishu);
                            else if(xishu.equals(new BigInteger(-1+"")))System.out.print("-x^"+zhishu);
                            else {
                                if(    xishu.compareTo(new BigInteger(0+""))>0) 
                                    if(flag==1) System.out.print("+");
                                System.out.print(xishu+"*x^"+zhishu);
                            }
                        }
                    }
                    //沒*,系數不為負
                    else {
                        BigInteger pos=new BigInteger(e.substring(end+1,e.length()));
                        BigInteger xishu=pos.multiply(new BigInteger(1+""));//乘法
                        BigInteger zhishu=pos.subtract(new BigInteger(1+""));//減法
                        if(zhishu.equals(new BigInteger(0+""))) System.out.print(xishu);
                        else {
                            if(xishu.equals(new BigInteger(1+""))) System.out.print("x^"+zhishu);
                            else if(xishu.equals(new BigInteger(-1+"")))System.out.print("-x^"+zhishu);
                            else {
                                if(    xishu.compareTo(new BigInteger(0+""))>0) 
                                    if(flag==1) System.out.print("+");
                                System.out.print(xishu+"*x^"+zhishu);
                            }
                        }
                    }
                    lazy=1;
                    if(flag==0) flag=1;
                }
            }//^,x都存在的分界線
            //有x,沒有指數
            else if(start!=-1) {
                //有*
                if(mid!=-1) { 
                    BigInteger num=new BigInteger(e.substring(0, mid));
//                    if(num.compareTo(new BigInteger(0+""))>0) if(flag==1) System.out.print("+");
                    System.out.print(num);                
                }
                //沒有*
                else {
                    BigInteger num=null;
                    if(e.charAt(0)=='x') num=new BigInteger("1");
                    else if(e.charAt(0)=='-') num=new BigInteger("-1");
                    else 
                        num=new BigInteger(e.substring(0, start));
//                    if(num.compareTo(new BigInteger(0+""))>0) if(flag==1) System.out.print("+");
                    System.out.print(num);
                }
                lazy=1;
                if(flag==0) flag=1;
            }
            //常數
            else 
                System.out.print("");
        }//大for結尾
        if(lazy==0) System.out.println(0);
    }
}

 

　　貼一張結果圖，不同屆的同學，測試點的提示可能不同~

　　此題最大的天坑點，是求導得到的正數時不需要+的，如3*x+4*x  應該輸出34而不是3+4