Si desea hacer esto de la caja, sin depender de librairies, creo que los problemas que encontrará no están relacionados con Python. Si desea encontrar tales ecuaciones, debe describir las heurísticas necesarias para resolver estas ecuaciones.
Primero, debe representar su ecuación. ¿Qué hay de separación:
- operandos:
- operandos simbólicos (a, b)
- operandos numéricos (1,2)
- operadores:
- operadores unarios (-, funciones trigonométricas)
- operadores binarios (+, -, *, /)
operadores unarios, obviamente, adjunte un operando, operaciones binarias se encierran dos.
¿Qué pasa con los tipos?
Creo que todos estos componentes deberían derivarse de un único tipo común expression. Y esta clase tendría un método getsymbols para localizar rápidamente símbolos en sus expresiones.
Y entonces distinguir entre los operadores unarios y binarios, añadir unas complemento básico/reordenar primitivas ...
Algo así como:
class expression(object):
def symbols(self):
if not hasattr(self, '_symbols'):
self._symbols = self._getsymbols()
return self._symbols
def _getsymbols(self):
"""
return type: list of strings
"""
raise NotImplementedError
class operand(expression): pass
class symbolicoperand(operand):
def __init__(self, name):
self.name = name
def _getsymbols(self):
return [self.name]
def __str__(self):
return self.name
class numericoperand(operand):
def __init__(self, value):
self.value = value
def _getsymbols(self):
return []
def __str__(self):
return str(self.value)
class operator(expression): pass
class binaryoperator(operator):
def __init__(self, lop, rop):
"""
@type lop, rop: expression
"""
self.lop = lop
self.rop = rop
def _getsymbols(self):
return self.lop._getsymbols() + self.rop._getsymbols()
@staticmethod
def complementop():
"""
Return complement operator:
op.complementop()(op(a,b), b) = a
"""
raise NotImplementedError
def reorder():
"""
for op1(a,b) return op2(f(b),g(a)) such as op1(a,b) = op2(f(a),g(b))
"""
raise NotImplementedError
def _getstr(self):
"""
string representing the operator alone
"""
raise NotImplementedError
def __str__(self):
lop = str(self.lop)
if isinstance(self.lop, operator):
lop = '(%s)' % lop
rop = str(self.rop)
if isinstance(self.rop, operator):
rop = '(%s)' % rop
return '%s%s%s' % (lop, self._getstr(), rop)
class symetricoperator(binaryoperator):
def reorder(self):
return self.__class__(self.rop, self.lop)
class asymetricoperator(binaryoperator):
@staticmethod
def _invert(operand):
"""
div._invert(a) -> 1/a
sub._invert(a) -> -a
"""
raise NotImplementedError
def reorder(self):
return self.complementop()(self._invert(self.rop), self.lop)
class div(asymetricoperator):
@staticmethod
def _invert(operand):
if isinstance(operand, div):
return div(self.rop, self.lop)
else:
return div(numericoperand(1), operand)
@staticmethod
def complementop():
return mul
def _getstr(self):
return '/'
class mul(symetricoperator):
@staticmethod
def complementop():
return div
def _getstr(self):
return '*'
class add(symetricoperator):
@staticmethod
def complementop():
return sub
def _getstr(self):
return '+'
class sub(asymetricoperator):
@staticmethod
def _invert(operand):
if isinstance(operand, min):
return operand.op
else:
return min(operand)
@staticmethod
def complementop():
return add
def _getstr(self):
return '-'
class unaryoperator(operator):
def __init__(self, op):
"""
@type op: expression
"""
self.op = op
@staticmethod
def complement(expression):
raise NotImplementedError
def _getsymbols(self):
return self.op._getsymbols()
class min(unaryoperator):
@staticmethod
def complement(expression):
if isinstance(expression, min):
return expression.op
else:
return min(expression)
def __str__(self):
return '-' + str(self.op)
Con esta estructura básica establecido, debe ser capaz de describe una heurística simple para resolver ecuaciones muy simples. Solo piensa en las reglas simples que aprendiste para resolver ecuaciones y escríbelas. Eso debería funcionar :)
Y luego un solucionador muy ingenua:
def solve(left, right, symbol):
"""
@type left, right: expression
@type symbol: string
"""
if symbol not in left.symbols():
if symbol not in right.symbols():
raise ValueError('%s not in expressions' % symbol)
left, right = right, left
solved = False
while not solved:
if isinstance(left, operator):
if isinstance(left, unaryoperator):
complementor = left.complement
right = complementor(right)
left = complementor(left)
elif isinstance(left, binaryoperator):
if symbol in left.rop.symbols():
left = left.reorder()
else:
right = left.complementop()(right, left.rop)
left = left.lop
elif isinstance(left, operand):
assert isinstance(left, symbolicoperand)
assert symbol==left.name
solved = True
print symbol,'=',right
a,b,c,d,e = map(symbolicoperand, 'abcde')
solve(a, div(add(b,mul(c,d)),e), 'd') # d = ((a*e)-b)/c
solve(numericoperand(1), min(min(a)), 'a') # a = 1
En mi humilde opinión, es mucho mejor apuntar a SymPy aquí, en lugar de SAGE, que es un gran conglomerado de paquetes que ni siquiera se ejecuta en Windows (excepto en una máquina virtual, pero esto no cuenta) –