MathUtils

Esta librería nació como un proyecto de estudio para vincular el estudio de la matemática universitaria en mis años de la universidad con la programación.

Librería Java para computación matemática con expresiones algebraicas como objetos de primera clase y árboles de expresión evaluables.

Documentación principal en inglés: README.en.md

Características

1. Árboles de expresión tipados y evaluables

Construyes fórmulas encadenando métodos sobre Function, no con strings:

Var x = new Var("x");
Function f = new Function(x).sin().pow(2).mult(3).add(new Cos(x)); // 3·sen²(x) + cos(x)
double y = f.eval(new Evaluation("x", Math.PI)); // → 3·0 + (-1) = -1

• Evaluación perezosa con sustitución de variables vía Evaluation (record inmutable).
• Igualdad estructural (equalsTo): dos árboles son iguales si tienen la misma forma y operandos, no solo el mismo valor numérico.
• Operadores n-arios (SumOperator, MultOperator, …): aceptan ≥2 operandos, no solo binarios.

2. Catálogo de funciones elementales listo para usar

Const, Var, Sin, Cos, Tan, Cot, Log, LogN, Sqrt, Cbrt, Root, Pow, Fraction — cada uno es un MathElement y compone con los operadores.

3. Vectores 2D/3D con contratos matemáticos documentados

Herencia genérica Vector<V extends Vector<V>> con:

• Suma, resta, producto escalar, producto cruz, norma, ángulo, vector unitario, ortogonalidad.
• Documentación con referencias a Stewart Cálculo 7.ª ed. (sección y página) en cada método.

4. Geometría analítica básica

Point2D, Point3D, Line2D, Line3D, Plane, Space, Curve — operaciones de distancia, intersección, proyección.

5. Combinatoria y estadística

Factorial, Combinatory (binomial, multinomial), WeightedMean.

6. Series, sucesiones y utilidades

Serie, Sequence, conversiones de base (Conversions), ángulos (Angle con grados/radianes/gradianes).

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Roadmap

Estos temas están planificados pero no implementados. Ver TODO.md para detalle.

• Cálculo: derivadas simbólicas, integrales numéricas/simbólicas, gradiente, jacobiano
• Parser Shunting Yard (texto → Function) y serializador (Function → texto/LaTeX)
• Álgebra lineal: matrices, autovalores, SVD, solvers lineales
• Números complejos
• EDOs / análisis numérico (raíces, interpolación, cuadratura adaptativa)
• Probabilidad avanzada, optimización, transformadas de Fourier, funciones especiales, álgebra tensorial

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Inicio rápido

mvn compile
mvn test

// Ejemplo completo
Var x = new Var("x"), y = new Var("y");
Function f = new Function(x).mult(y).add(new Sin(x)).div(new Const(2));
double r = f.eval(new Evaluation("x", 1.0), new Evaluation("y", 4.0));
// r = (1·4 + sen(1)) / 2 ≈ 2.4207

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Estructura del proyecto

src/main/java/MathUtils/
├── algebra/
│   ├── primitives/     # MathElement, Expression, Operator (base)
│   ├── operators/      # Sum, Sub, Mult, Div (n-arios)
│   ├── trigonometrics/ # Sin, Cos, Tan, Cot
│   ├── exponentials/   # Pow, Root, Sqrt, Cbrt
│   ├── logarithmics/   # Log, LogN
│   ├── Const.java
│   ├── Var.java
│   ├── Function.java   # Flujo encadenado + eval(Evaluation...)
│   └── Evaluation.java # record(var, value)
├── vector/             # Vector, Vector2D, Vector3D
├── point/              # Point, Point2D, Point3D
├── line/               # Line, Line2D, Line3D, Plane, Space, Curve
├── combinatory/        # Factorial, Combinatory
├── statistics/         # WeightedMean
├── series/             # Serie
├── sequences/          # Sequence
├── informatics/        # Conversions
├── Angle.java
└── exceptions/

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Licencia

CC-BY-NC-SA 4.0

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English version: README.en.md