import fi.jyu.mit.ohj2.*;
import java.util.List;
/**
 * Ohjelmalla integroidaan numeerisesti funktio-olio.
 * @author Vesa Lappalainen
 * @version 1.0, 25.03.2003
 * @version 1.1, 06.05.2005
 * Muutettu:
 *  - Lisätty esimerkki funktioiden yhdistämisestä ja luonnista
 *    nimettömillä sisäluokilla ja map-funktiosta. Miika Nurminen, 06.05.2005
 *
 * Tehtäviä:
 *  - toteuta numeerinen derivaattafunktion muodostinmetodi
 *  - toteuta funktio polynomi - voit aluksi käyttää numeerista integrointia
 *    ja derivointia
 *  - toteuta polynomialgebra, joka sisältää termi- ja polynomifunktiot, 
 *    termien yhteen- ja vähennyslaskun, integraalit ja derivaatat
 */
public class Integroi3 {

  
  interface FunktioRR  {
    public double f(double x);
    public String toString();
    public FunktioRR intfun();
    public FunktioRR derfun();
    public double defint(double x1, double x2);
  }

  public static PerusFunktio negator(final FunktioRR src) {
    return new PerusFunktio() {
      public double f(double x) { 
        return -src.f(x);
      }
      public FunktioRR derfun() {
        return negator(src.derfun());
      }
    
      public FunktioRR intfun() {
        return negator(src.intfun());
      }
  
      public String toString()  { return "- ("+src+")"; }
    };
  }
  
  public static abstract class PerusFunktio implements FunktioRR {
    public double f(double x) { return 0; }
    public String toString()  { return ""; }
    
    public double defint(double x1, double x2) {
      return intfun().f(x2)-intfun().f(x1);
    }
    
    public abstract FunktioRR derfun();
    public abstract FunktioRR intfun();
  }
  
  static class SinFun extends PerusFunktio {
    public double f(double x) { return Math.sin(x); }
    public FunktioRR derfun() { return new CosFun(); }
    public FunktioRR intfun() { return negator(new CosFun()); }
    public String toString()  { return "sin"; }
  }
  
  static class CosFun extends PerusFunktio {
    public double f(double x) { return Math.cos(x); }
    public FunktioRR derfun() { return negator(new SinFun()); }
    public FunktioRR intfun() { return new SinFun(); }
    public String toString()  { return "cos"; }
  }

  static class ExpFun extends PerusFunktio {
    public double f(double x) { return Math.exp(x); }
    public FunktioRR derfun() { return new ExpFun(); }
    public FunktioRR intfun() { return new ExpFun(); }
    public String toString()  { return "exp"; }
  }

  static class OmaFun extends PerusFunktio  {
    public double f(double x) { return 2*x -5; }
    
    public FunktioRR derfun() { return new Vakio(2);}
    public FunktioRR intfun() {
      return new PerusFunktio() {
        public double f(double x) { return (x*x)-(5*x); }
        public FunktioRR derfun() { return new OmaFun(); }
        public FunktioRR intfun() { 
          return integraali(this);
          // todo: polynomialgebra :-)
        }
        public String toString() { return "x^2-5x"; }
      };
    }
    
  }

  
  static class Vakio extends PerusFunktio {
    double value;
    public Vakio(double value) {this.value=value;}
    public double f(double x) { return value; }
    public FunktioRR derfun() { return new Vakio(0); }
    public FunktioRR intfun() { 
      return new PerusFunktio() {
        public double f(double x) { return value*x; }
        public FunktioRR derfun() { return new Vakio(value); }
        public FunktioRR intfun() { 
          return integraali(this);
          // todo: polynomialgebra :-)
        }
        public String toString() { return value+"x"; }
      };
    }
    public String toString() { return ""+value; }
  }

  /**
   * Likimääräinen integraali-käytetään, jos analyyttista integraalia
   * ei ole käytettävissä
   */
  public static PerusFunktio integraali(final FunktioRR ff) {
    return new PerusFunktio() {
      public double f(double x) { return integroi(ff,0,x,100); }
      public FunktioRR derfun() {return ff;}
      public FunktioRR intfun() {return integraali(ff);}
      public String toString() {return "I("+ff.toString()+")";}
    };
  }
  
  /**
   * Esimerkki funktioiden yhdistämisestä
   */
  public static PerusFunktio ynnaa(final FunktioRR a,final FunktioRR b) {
    return new PerusFunktio() {
      public double f(double x) { return a.f(x)+b.f(x); }
      public FunktioRR derfun() {
        // derivoinnin lineaarisuus
        return ynnaa (a.derfun(), b.derfun());
      }
      public FunktioRR intfun() {
        // integroinnin lineaarisuus
        return ynnaa(a.intfun(),b.intfun());
      }
      public String toString() {return a.toString()+" + "+b.toString();}
    };
  }
  
  public static double integroi(FunktioRR f, double x1, double x2, int tiheys) {
    double x,dx,summa=0;

    dx = (x2- x1)/tiheys;

    for (x=x1+dx/2 ; x<x2; x+=dx)
      summa += f.f(x)*dx;

    return summa;
  }

  /** 
   * Funktion kutsuminen kaikille listan elementeille
   */
  public static List<Double> map(List<Double> D,FunktioRR f) {
    List<Double> result = new java.util.LinkedList<Double>();
    for (double d : D) {
      result.add(f.f(d));
    }
    return result;
  }

  public static void main(String[] args)  {
    double ifx;
    OmaFun o = new OmaFun();
    ifx = integroi(o.intfun(),0,5,100);
    System.out.println("Integraali I(omafun(x)) väliltä [0,5] on noin "+
    Mjonot.fmt(ifx,7,5));
    ifx = integroi(o,0,5,100);
    System.out.println("Integraali omafun(x) väliltä [0,5] on noin "+
    Mjonot.fmt(ifx,7,5));
    ifx = integroi(o.derfun(),0,5,100);
    System.out.println("Integraali D(omafun(x)) väliltä [0,5] on noin "+
                       Mjonot.fmt(ifx,7,5));
    SinFun s = new SinFun();
    CosFun c = new CosFun();
    ifx = integroi(s,0,Math.PI,1000);
    System.out.println("Integraali sin(x) väliltä [0,pi] on noin "+
                       Mjonot.fmt(ifx,7,5));
    System.out.println(s.derfun().derfun());
    System.out.println(c.intfun());
    ifx = integroi(new ExpFun(),0,1,500);
    System.out.println("Integraali exp(x) väliltä [0,1] on noin "+
                       Mjonot.fmt(ifx,7,5));
    
    Vakio v1 = new Vakio(1);
    Vakio v2 = new Vakio(2);
    PerusFunktio f = ynnaa(v1,v2);
    ifx = integroi(f,0,5,100);
    System.out.println("Integraali "+f+" väliltä [0,5] on noin "+
    Mjonot.fmt(ifx,7,5));
    
    List<Double> dl = new java.util.LinkedList<Double>();
    dl.add(1.0);dl.add(2.0);dl.add(3.0);dl.add(4.0);dl.add(5.0);

    System.out.println(dl);
    List<Double>dm = map(dl,o);
    System.out.println(dm);
  }
}