package org.matheclipse.core.eval;

import java.io.ByteArrayOutputStream;

import org.matheclipse.core.convert.AST2Expr;
import org.matheclipse.core.expression.F;
import org.matheclipse.core.interfaces.IAST;
import org.matheclipse.core.interfaces.IExpr;
import org.matheclipse.core.interfaces.ISymbol;
import org.matheclipse.parser.client.Parser;
import org.matheclipse.parser.client.ast.ASTNode;
import org.matheclipse.parser.client.eval.DoubleVariable;
import org.matheclipse.parser.client.math.MathException;

public class MathUtils {
	public static Double[][] rom;

	private static double romberg(int i, int j) {
		if (j == 0) {
			return rom[i][0];
		} else if (rom[i][j] != null) {
			return rom[i][j].doubleValue();
		} else {
			double temp = (Math.pow(4, j) * romberg(i, j - 1) - romberg(i - 1, j - 1)) / (Math.pow(4, j) - 1);
			rom[i][j] = Double.valueOf(temp);
			return temp;
		}
	}

	public static double arcLength(String f, String v, String a, String b) throws MathException {
		// Expression fun;
		// Variable var = new Variable(v);
		// Parser parser = new Parser(Parser.STANDARD_FUNCTIONS |
		// Parser.OPTIONAL_PARENS
		// | Parser.OPTIONAL_STARS | Parser.OPTIONAL_SPACES
		// | Parser.BRACES | Parser.BRACKETS| Parser.BOOLEANS);
		// parser.add(var);
		// setUpParser(parser);
		ASTNode fun;
		String var = v;
		EvalDouble parser = new EvalDouble(true);
		parser.defineVariable(var);
		try {
			fun = parser.parse(f);
		} catch (MathException e) {
			throw e;
		}
		String integrand = "sqrt(1+(" + parser.derivative(fun, var) + ")^2)";
		return integrate(integrand, v, a, b);
	}

	public static double integrate(String fun, String v, String aS, String bS) throws MathException {
		// Variable var = new Variable(v);
		// Parser parser = new Parser(Parser.STANDARD_FUNCTIONS |
		// Parser.OPTIONAL_PARENS
		// | Parser.OPTIONAL_STARS | Parser.OPTIONAL_SPACES
		// | Parser.BRACES | Parser.BRACKETS| Parser.BOOLEANS);
		// parser.add(var);
		// setUpParser(parser);
		String var = v;
		EvalDouble parser = new EvalDouble(true);
		parser.defineVariable(var);
		double a, b;
		try {
			a = parser.evaluate(aS);
		} catch (MathException e) {
			// throw new ParseError(context.getString(R.string.invalidStart) +
			// e.getMessage(), e.context);
			throw e;
		}
		try {
			// b = parser.parse(bS).getVal();
			b = parser.evaluate(bS);
		} catch (MathException e) {
			// throw new ParseError(context.getString(R.string.invalidEnd) +
			// e.getMessage(), e.context);
			throw e;
		}

		ASTNode function;
		try {
			function = parser.parse(fun);
		} catch (MathException e) {
			// throw new ParseError(context.getString(R.string.invalidfunction)
			// +
			// e.getMessage(), e.context);
			throw e;
		}

		rom = new Double[13][13];
		for (int i = 0; i < 13; i++) {
			double step = (b - a) / Math.pow(2, i);
			double aTemp = a;
			// var.setVal(a);
			// double value = double value = function.getVal()/2;
			parser.defineVariable(var, a);
			double value = parser.evaluateNode(function) / 2;
			for (int j = 0; j < Math.pow(2, i) - 1; j++) {
				aTemp += step;
				// var.setVal(aTemp);
				// value += function.getVal();
				parser.defineVariable(var, aTemp);
				value += parser.evaluateNode(function);
			}
			// var.setVal(b);
			// value += function.getVal() / 2;
			parser.defineVariable(var, b);
			value += parser.evaluateNode(function) / 2;
			value *= step;
			rom[i][0] = Double.valueOf(value);
		}
		return romberg(12, 12);
	}

	public static double integrate(String fun, String v1, String v2, String[] bounds) {
		double x1, x2;
		// Expression y1, y2, integFun;
		// Variable integVarX = new Variable(v1);
		// Variable integVarY = new Variable(v2);
		// Parser integParser = new Parser(Parser.STANDARD_FUNCTIONS |
		// Parser.OPTIONAL_PARENS | Parser.OPTIONAL_STARS
		// | Parser.OPTIONAL_SPACES | Parser.BRACES | Parser.BRACKETS |
		// Parser.BOOLEANS);
		// integParser.add(integVarX);
		// integParser.add(integVarY);
		// setUpParser(integParser);
		ASTNode y1, y2, integFun;
		String integVarX = v1;
		String integVarY = v2;
		EvalDouble integParser = new EvalDouble(true);
		integParser.defineVariable(integVarX);
		integParser.defineVariable(integVarY);
		try {
			x1 = integParser.evaluate(bounds[0]);
		} catch (MathException e) {
			// throw new ParseError(context.getString(R.string.invalidStartX) +
			// e.getMessage(), e.context);
			throw e;
		}
		try {
			// x2 = integParser.parse(bounds[1]).getVal();
			x2 = integParser.evaluate(bounds[1]);
		} catch (MathException e) {
			// throw new ParseError(context.getString(R.string.invalidEndX) +
			// e.getMessage(), e.context);
			throw e;
		}
		try {
			y1 = integParser.parse(bounds[2]);
		} catch (MathException e) {
			// throw new ParseError(context.getString(R.string.invalidStartY) +
			// e.getMessage(), e.context);
			throw e;
		}
		try {
			y2 = integParser.parse(bounds[3]);
		} catch (MathException e) {
			// throw new ParseError(context.getString(R.string.invalidEndY) +
			// e.getMessage(), e.context);
			throw e;
		}
		try {
			integFun = integParser.parse(fun);
		} catch (MathException e) {
			// throw new ParseError(context.getString(R.string.invalidfunction)
			// +
			// e.getMessage(), e.context);
			throw e;
		}
		int romI = 9;
		Double[][] romX = new Double[romI][romI];
		for (int i = 0; i < romI; i++) {
			double step = (x2 - x1) / Math.pow(2, i);
			double aTemp = x1;
			rom = new Double[romI][romI];
			// integVarX.setVal(aTemp);
			integParser.defineVariable(integVarX, aTemp);
			double a = integParser.evaluateNode(y1);
			double b = integParser.evaluateNode(y2);

			for (int j = 0; j < romI; j++) {
				double stepY = (b - a) / Math.pow(2, j);
				double aTempY = a;
				// integVarY.setVal(a);
				// double valueY = integFun.getVal() / 2;
				integParser.defineVariable(integVarY, a);
				double valueY = integParser.evaluateNode(integFun) / 2;
				for (int k = 0; k < Math.pow(2, j) - 1; k++) {
					aTempY += stepY;
					// integVarY.setVal(aTempY);
					// valueY += integFun.getVal();
					integParser.defineVariable(integVarY, aTempY);
					valueY += integParser.evaluateNode(integFun);
				}
				// integVarY.setVal(b);
				// valueY += integFun.getVal() / 2;
				integParser.defineVariable(integVarY, b);
				valueY += integParser.evaluateNode(integFun) / 2;
				valueY *= stepY;
				rom[j][0] = Double.valueOf(valueY);
			}
			double valueX = romberg(romI - 1, romI - 1) / 2;

			for (int l = 0; l < Math.pow(2, i) - 1; l++) {
				rom = new Double[romI][romI];
				aTemp += step;
				// integVarX.setVal(aTemp);
				// a = y1.getVal();
				// b = y2.getVal();
				integParser.defineVariable(integVarX, aTemp);
				a = integParser.evaluateNode(y1);
				b = integParser.evaluateNode(y2);
				for (int j = 0; j < romI; j++) {
					double stepY = (b - a) / Math.pow(2, j);
					double aTempY = a;
					// integVarY.setVal(a);
					// double valueY = integFun.getVal() / 2;
					integParser.defineVariable(integVarY, a);
					double valueY = integParser.evaluateNode(integFun) / 2;
					for (int k = 0; k < Math.pow(2, j) - 1; k++) {
						aTempY += stepY;
						// integVarY.setVal(aTempY);
						// valueY += integFun.getVal();
						integParser.defineVariable(integVarY, aTempY);
						valueY += integParser.evaluateNode(integFun);
					}
					// integVarY.setVal(b);
					// valueY += integFun.getVal() / 2;
					integParser.defineVariable(integVarY, b);
					valueY += integParser.evaluateNode(integFun) / 2;
					valueY *= stepY;
					rom[j][0] = Double.valueOf(valueY);
				}
				valueX += romberg(romI - 1, romI - 1);
			}

			// integVarX.setVal(x2);
			// a = y1.getVal();
			// b = y2.getVal();
			integParser.defineVariable(integVarX, x2);
			a = integParser.evaluateNode(y1);
			b = integParser.evaluateNode(y2);
			rom = new Double[romI][romI];

			for (int j = 0; j < romI; j++) {
				double stepY = (b - a) / Math.pow(2, j);
				double aTempY = a;
				// integVarY.setVal(a);
				// double valueY = integFun.getVal() / 2;
				integParser.defineVariable(integVarY, a);
				double valueY = integParser.evaluateNode(integFun) / 2;
				for (int k = 0; k < Math.pow(2, j) - 1; k++) {
					aTempY += stepY;
					// integVarY.setVal(aTempY);
					// valueY += integFun.getVal();
					integParser.defineVariable(integVarY, aTempY);
					valueY += integParser.evaluateNode(integFun);
				}
				// integVarY.setVal(b);
				// valueY += integFun.getVal() / 2;
				integParser.defineVariable(integVarY, b);
				valueY += integParser.evaluateNode(integFun) / 2;
				valueY *= stepY;
				rom[j][0] = Double.valueOf(valueY);
			}
			valueX += romberg(romI - 1, romI - 1) / 2;
			valueX *= step;
			romX[i][0] = Double.valueOf(valueX);
		}
		rom = romX;

		return romberg(romI - 1, romI - 1);
	}

	public static double getFunctionVal(String f, double s) {
		EvalDouble dEval = new EvalDouble(true);
		return dEval.evaluate(f);
	}

	public static double getFunctionVal(String f, String v, String x) {
		// StringBuilder command = new StringBuilder();
		// command.append("ReplaceAll(");
		// command.append(f);
		// command.append(",");
		// command.append(v);
		// command.append("-> (");
		// command.append(x);
		// command.append(")");
		// command.append(")");
		// String result = evaluate(command.toString(), "N");
		//
		// EvalDouble dEval = new EvalDouble(true);
		// return dEval.evaluate(result);
		// Variable var = new Variable(v);
		// Expression fun,val;
		// Parser parser = new Parser(Parser.STANDARD_FUNCTIONS |
		// Parser.OPTIONAL_PARENS
		// | Parser.OPTIONAL_STARS | Parser.OPTIONAL_SPACES
		// | Parser.BRACES | Parser.BRACKETS| Parser.BOOLEANS);
		// parser.add(var);
		// setUpParser(parser);
		EvalDouble parser = new EvalDouble(true);
		String var = v;
		ASTNode fun, val;
		parser.defineVariable(var);
		try {
			fun = parser.parse(f);
		} catch (MathException e) {
			// throw new ParseError(context.getString(R.string.invalidfunction)
			// + ": "
			// + e.getMessage(), e.context);
			throw e;
		}
		try {
			val = parser.parse(x);
		} catch (MathException e) {
			// throw new ParseError(context.getString(R.string.invalidNumber) +
			// ": " +
			// e.getMessage(), e.context);
			throw e;
		}
		// var.setVal(val.getVal());
		parser.defineVariable(var, parser.evaluateNode(val));
		return parser.evaluateNode(fun);
	}

	public static String getFunctionVal(String fun, String[] var, String resp, String[] vals) throws MathException {
		// if (var.length != vals.length) {
		// return "Failure";
		// // throw new ParseError(context.getString(R.string.insufArgs) +
		// " f'.",
		// // new ParserContext(resp, 0, null));
		// }
		// StringBuilder command = new StringBuilder();
		// command.append("ReplaceAll(");
		// command.append(fun);
		// command.append(",");
		// command.append("{");
		// for (int i = 0; i < vals.length; i++) {
		// command.append(var[i]);
		// command.append("-> (");
		// command.append(vals[i]);
		// command.append(")");
		// if (i < vals.length - 1) {
		// command.append(",");
		// }
		// }
		// command.append("}");
		// command.append(")");
		// return evaluate(command.toString(), null);
		try {
			EvalDouble parParser = new EvalDouble(true);
			double values[] = new double[vals.length];
			for (int i = 0; i < vals.length; i++) {
				values[i] = parParser.evaluate(vals[i]);
			}
			String respVar = null;
			for (int i = 0; i < var.length; i++) {
				if (var[i].equals(resp)) {
					respVar = resp;
					// parParser.add(respVar);
					// respVar.setVal(values[i]);
					parParser.defineVariable(respVar, values[i]);
				} else {
					String temp = var[i];
					parParser.defineVariable(temp, values[i]);
				}
			}
			if (respVar != null) {
				try {
					ASTNode f = parParser.parse(fun);
					return parParser.evaluateNode(f) + "";
				} catch (MathException e) {
					// throw new
					// ParseError(context.getString(R.string.invalidfunction) +
					// e.getMessage(), e.context);
					throw e;
				}
			}
		} catch (MathException e) {
			// throw new ParseError(context.getString(R.string.invalidVariable),
			// new
			// ParserContext(resp, 0, null));
			throw e;
		}
		throw new MathException("MathUtils:getFunctionVal - cannot compute function values");
	}

	public static boolean isValid(String fun, String[] var) {
		EvalDouble dEval = new EvalDouble(true);
		for (String v : var) {
			dEval.defineVariable(v, new DoubleVariable(0.0));
		}
		try {
			dEval.parse(fun);
			return true;
		} catch (Exception e) {
			return false;
		}
	}

	public static boolean[] isValid(String[] fun, String[] var) {
		EvalDouble dEval = new EvalDouble(true);
		for (String v : var) {
			dEval.defineVariable(v, new DoubleVariable(0.0));
		}
		boolean[] b = new boolean[fun.length];
		for (int i = 0; i < fun.length; i++) {
			try {
				dEval.parse(fun[i]);
				b[i] = true;
			} catch (Exception e) {
				b[i] = false;
			}
		}
		return b;
	}

	public static String getDerivative(String fun, String[] var, String resp) {
		IExpr sym = parse(resp, null);
		if (sym instanceof ISymbol) {
			return evaluate(fun, F.D(F.Slot1, sym));
			// EvalDouble parser = new EvalDouble(true);
			// parser.defineVariable(resp);
			// ASTNode f = parser.parse(fun);
			// return parser.derivative(f, resp).toString();
		}
		return "error in MathUtils#getDerivative()";
		// StringBuilder command = new StringBuilder();
		// command.append("D(");
		// command.append(fun);
		// command.append(",");
		// command.append(resp);
		// command.append(")");
		// return evaluate(command.toString(), null);
	}

	// public static String evaluate(final String codeString, final String
	// function) {
	// String result = null;
	// // set up and direct the input and output streams
	// try {
	// // _inputStream = inputStreamFromString(codeString);
	// ByteArrayOutputStream _outputStream = new ByteArrayOutputStream();
	//
	// // fire up the command interpreter to evaluate the source code buffer
	// WebInterpreter _commandInterpreter = new WebInterpreter(codeString,
	// _outputStream);
	// try {
	// _commandInterpreter.eval(function);
	// // extract the resulting text output from the stream
	// result = stringFromOutputStream(_outputStream);
	// } catch (Throwable t) {
	// Log.e("MathUtils",
	// String.format("evalCodeString(): UNSUPPORTED OPERATION!\n[\n%s\n]\n%s",
	// codeString, t.toString()), t);
	// result = "UNSUPPORTED OPERATION!\n[\n" + codeString + "\n]\n" +
	// t.toString();
	// }
	// _outputStream.close();
	// } catch (Throwable t) {
	// Log.e("MathUtils",
	// String.format("evalCodeString(): UNSUPPORTED OPERATION!\n[\n%s\n]\n%s",
	// codeString, t.toString()), t);
	// result = "UNSUPPORTED OPERATION!\n[\n" + codeString + "\n]\n" +
	// t.toString();
	// }
	//
	// return result;
	// }

	public static String getPowerSeries(String fun, String v, String cen, int iter) throws MathException {
		IExpr sym = parse(v, null);
		if (sym instanceof ISymbol) {
			IExpr center = parse(cen, null);
			if (center != null) {
				return evaluate(fun, F.Taylor(F.Slot1, F.List(sym, center, F.integer(iter))));
			}
		}
		return "error in MathUtils#getPowerSeries()";
		// StringBuilder command = new StringBuilder();
		// command.append("Taylor(");
		// command.append(fun);
		// command.append(",");
		// command.append("{");
		// command.append(v);
		// command.append(", 0, ");
		// command.append(iter);
		// command.append("}");
		// command.append(")");
		// return evaluate(command.toString(), null);

		// Variable var = new Variable(v);
		// Parser parser = new Parser(Parser.STANDARD_FUNCTIONS |
		// Parser.OPTIONAL_PARENS
		// | Parser.OPTIONAL_STARS | Parser.OPTIONAL_SPACES
		// | Parser.BRACES | Parser.BRACKETS| Parser.BOOLEANS);
		// parser.add(var);
		// setUpParser(parser);
		// Expression f;

		// ASTNode f;
		// String var = v;
		// EvalDouble parser = new EvalDouble(true);
		// parser.defineVariable(var);
		//
		// try {
		// f = parser.parse(fun);
		// } catch (MathException e) {
		// // throw new ParseError(context.getString(R.string.invalidfunction) +
		// // e.getMessage(), e.context);
		// throw e;
		// }
		// // Expression cenExp;
		// ASTNode cenExp;
		// try {
		// cenExp = parser.parse(cen);
		// } catch (MathException e) {
		// // throw new ParseError(context.getString(R.string.invalidCenter) +
		// // e.getMessage(), e.context);
		// throw e;
		// }
		//
		// String output = "";
		//
		// output += parser.evaluateNode(f);// .getVal();
		//
		// // Expression fDer = f.derivative(var);
		// ASTNode fDer = parser.derivative(f, var);
		// for (int i = 1; i <= iter; i++) {
		// output += " +\n" + parser.evaluateNode(fDer) + "*";
		// if (parser.evaluateNode(cenExp) != 0)
		// output += "(";
		// output += var;
		// if (parser.evaluateNode(cenExp) != 0)
		// output += "-" + cen + ")";
		// output += "^" + i + " / " + i + "!";
		// fDer = parser.derivative(fDer, var);
		// }
		// return output;

	}

	// (y-y0)=m(x-x0)
	public static String tangentLine(String f, String x, String v) throws MathException {
		// Variable var = new Variable(v);
		// Parser parser = new Parser(Parser.STANDARD_FUNCTIONS |
		// Parser.OPTIONAL_PARENS | Parser.OPTIONAL_STARS |
		// Parser.OPTIONAL_SPACES
		// | Parser.BRACES | Parser.BRACKETS | Parser.BOOLEANS);
		// parser.add(var);
		// setUpParser(parser);
		// Expression fun;
		ASTNode fun;
		String var = v;
		EvalDouble parser = new EvalDouble(true);
		parser.defineVariable(var);
		try {
			fun = parser.parse(f);
		} catch (MathException e) {
			// throw new ParseError(context.getString(R.string.invalidfunction)
			// + ": "
			// + e.getMessage(), e.context);
			throw e;
		}
		try {
			parser.defineVariable(var, parser.evaluateNode(parser.parse(x)));
			try {
				double m = parser.evaluateNode(parser.derivative(fun, var));
				String out;
				if (m == 1) {
					out = var;
				} else if (m == -1) {
					out = "-" + var;
				} else if (m == 0) {
					out = "";
				} else {
					out = m + "*" + var;
				}
				double b = parser.evaluateNode(fun) - m * parser.evaluate(var);
				if (b > 0) {
					if (!out.equals("")) {
						out += "+" + b;
					} else {
						out += b;
					}
				} else if (b < 0) {
					b *= -1;
					out += "-" + b;
				}
				if (out.equals("")) {
					out = "0";
				}
				return out;
			} catch (MathException e) {
				// throw new
				// ParseError(context.getString(R.string.invalidfunction),
				// e.context);
				throw e;
			}
		} catch (MathException e) {
			// throw new ParseError(context.getString(R.string.invalidNumber),
			// e.context);
			throw e;
		}
	}

	public static double surfaceArea(String fun, String v1, String v2, String[] bounds) throws MathException {
		// Variable integVarX = new Variable(v1);
		// Variable integVarY = new Variable(v2);
		// Parser integParser = new Parser(Parser.STANDARD_FUNCTIONS |
		// Parser.OPTIONAL_PARENS | Parser.OPTIONAL_STARS
		// | Parser.OPTIONAL_SPACES | Parser.BRACES | Parser.BRACKETS |
		// Parser.BOOLEANS);
		// integParser.add(integVarX);
		// integParser.add(integVarY);
		// setUpParser(integParser);
		String integVarX = v1;
		String integVarY = v2;
		EvalDouble integParser = new EvalDouble(true);
		integParser.defineVariable(integVarX);
		integParser.defineVariable(integVarY);
		try {
			// String funX =
			// integParser.parse(fun).derivative(integVarX).toString();
			// String funY =
			// integParser.parse(fun).derivative(integVarY).toString();
			String funX = integParser.derivative(integParser.parse(fun), integVarX).toString();
			String funY = integParser.derivative(integParser.parse(fun), integVarY).toString();
			fun = "sqrt(1+(" + funX + ")^2+(" + funY + ")^2)";
			return integrate(fun, v1, v2, bounds);
		} catch (MathException e) {
			// throw new ParseError(context.getString(R.string.invalidfunction)
			// +
			// e.getMessage(), e.context);
			throw e;
		}
	}

	public static String evaluate(final String codeString, final String function) {
		String result = null;
		// set up and direct the input and output streams
		try {
			// _inputStream = inputStreamFromString(codeString);
			ByteArrayOutputStream _outputStream = new ByteArrayOutputStream();

			// fire up the command interpreter to evaluate the source code
			// buffer
			SymjaInterpreter _commandInterpreter = new SymjaInterpreter(codeString, _outputStream);
			try {
				_commandInterpreter.eval(function);
				// extract the resulting text output from the stream
				result = _outputStream.toString("UTF-8");
			} catch (Throwable t) {
				result = "UNSUPPORTED OPERATION!\n[\n" + codeString + "\n]\n" + t.toString();
			}
			_outputStream.close();
		} catch (Throwable t) {
			result = "UNSUPPORTED OPERATION!\n[\n" + codeString + "\n]\n" + t.toString();
		}

		return result;
	}

	public static String evaluate(final String codeString, final IAST function) {
		String result = null;
		// set up and direct the input and output streams
		try {
			ByteArrayOutputStream _outputStream = new ByteArrayOutputStream();

			// fire up the command interpreter to evaluate the source code
			// buffer
			SymjaInterpreter _commandInterpreter = new SymjaInterpreter(codeString, _outputStream);
			try {
				_commandInterpreter.eval(function);
				// extract the resulting text output from the stream
				result = _outputStream.toString("UTF-8");
			} catch (Throwable t) {
				result = "UNSUPPORTED OPERATION!\n[\n" + codeString + "\n]\n" + t.toString();
			}
			_outputStream.close();
		} catch (Throwable t) {
			result = "UNSUPPORTED OPERATION!\n[\n" + codeString + "\n]\n" + t.toString();
		}

		return result;
	}

	/**
	 * Parse the codeString into an IExpr and if
	 * function unequals null, replace all occurences
	 * of symbol x in the function with the parsed expression.
	 * After that evaluate the given expression.
	 * 
	 * @param function
	 * @return
	 */
	public static IExpr parse(String evalStr, IAST function) {
		ASTNode node;

		try {
			Parser p = new Parser(true);
			// throws MathException exception, if syntax isn't valid
			node = p.parse(evalStr);

		} catch (MathException e1) {
			try {
				Parser p = new Parser();
				// throws MathException exception, if syntax isn't valid
				node = p.parse(evalStr);
			} catch (Exception e2) {
				return null;
			}
		}
		try {
			IExpr expr = AST2Expr.CONST_LC.convert(node);
			if (function != null) {
				expr = function.replaceAll(F.Rule(F.x, expr));
			}
			return expr;
		} catch (final RuntimeException re) {
		} catch (final Exception e) {
		}
		return null;
	}
}