Вход Регистрация
Файл: vendor/brick/math/src/BigRational.php
Строк: 954
<?php

declare(strict_types=1);

namespace 
BrickMath;

use 
BrickMathExceptionDivisionByZeroException;
use 
BrickMathExceptionInvalidArgumentException;
use 
BrickMathExceptionMathException;
use 
BrickMathExceptionRoundingNecessaryException;
use 
BrickMathInternalDecimalHelper;
use 
BrickMathInternalSafe;
use 
LogicException;
use 
Override;

use function 
max;
use function 
min;
use function 
strlen;
use function 
substr;

/**
 * An arbitrarily large rational number.
 *
 * This class is immutable.
 *
 * Fractions are automatically simplified to lowest terms. For example, `2/4` becomes `1/2`.
 * The denominator is always strictly positive; the sign is carried by the numerator.
 */
final readonly class BigRational extends BigNumber
{
    
/**
     * The numerator.
     */
    
private BigInteger $numerator;

    
/**
     * The denominator. Always strictly positive.
     */
    
private BigInteger $denominator;

    
/**
     * Protected constructor. Use a factory method to obtain an instance.
     *
     * @param BigInteger $numerator        The numerator.
     * @param BigInteger $denominator      The denominator.
     * @param bool       $checkDenominator Whether to check the denominator for negative and zero.
     * @param bool       $simplify         Whether to simplify the fraction to lowest terms.
     *
     * @throws DivisionByZeroException If the denominator is zero.
     *
     * @pure
     */
    
protected function __construct(BigInteger $numeratorBigInteger $denominatorbool $checkDenominatorbool $simplify)
    {
        if (
$checkDenominator) {
            if (
$denominator->isZero()) {
                throw 
DivisionByZeroException::zeroDenominator();
            }

            if (
$denominator->isNegative()) {
                
$numerator $numerator->negated();
                
$denominator $denominator->negated();
            }
        }

        if (
$simplify) {
            
$gcd $numerator->gcd($denominator);

            
$numerator $numerator->quotient($gcd);
            
$denominator $denominator->quotient($gcd);
        }

        
$this->numerator $numerator;
        
$this->denominator $denominator;
    }

    
/**
     * Creates a BigRational out of a numerator and a denominator.
     *
     * If the denominator is negative, the signs of both the numerator and the denominator
     * will be inverted to ensure that the denominator is always positive.
     *
     * @param BigNumber|int|string $numerator   The numerator. Must be convertible to a BigInteger.
     * @param BigNumber|int|string $denominator The denominator. Must be convertible to a BigInteger.
     *
     * @throws MathException           If an argument is not valid, or is not convertible to a BigInteger.
     * @throws DivisionByZeroException If the denominator is zero.
     *
     * @pure
     */
    
public static function ofFraction(
        
BigNumber|int|string $numerator,
        
BigNumber|int|string $denominator,
    ): 
BigRational {
        
$numerator BigInteger::of($numerator);
        
$denominator BigInteger::of($denominator);

        return new 
BigRational($numerator$denominatortruetrue);
    }

    
/**
     * Returns a BigRational representing zero.
     *
     * @pure
     */
    
public static function zero(): BigRational
    
{
        
/** @var BigRational|null $zero */
        
static $zero;

        if (
$zero === null) {
            
$zero = new BigRational(BigInteger::zero(), BigInteger::one(), falsefalse);
        }

        return 
$zero;
    }

    
/**
     * Returns a BigRational representing one.
     *
     * @pure
     */
    
public static function one(): BigRational
    
{
        
/** @var BigRational|null $one */
        
static $one;

        if (
$one === null) {
            
$one = new BigRational(BigInteger::one(), BigInteger::one(), falsefalse);
        }

        return 
$one;
    }

    
/**
     * Returns a BigRational representing ten.
     *
     * @pure
     */
    
public static function ten(): BigRational
    
{
        
/** @var BigRational|null $ten */
        
static $ten;

        if (
$ten === null) {
            
$ten = new BigRational(BigInteger::ten(), BigInteger::one(), falsefalse);
        }

        return 
$ten;
    }

    
/**
     * Returns the numerator of this rational number.
     *
     * @pure
     */
    
public function getNumerator(): BigInteger
    
{
        return 
$this->numerator;
    }

    
/**
     * Returns the denominator of this rational number.
     *
     * The denominator is always strictly positive.
     *
     * @pure
     */
    
public function getDenominator(): BigInteger
    
{
        return 
$this->denominator;
    }

    
/**
     * Returns the integral part of this rational number.
     *
     * Examples:
     *
     * - `7/3` returns `2` (since 7/3 = 2 + 1/3)
     * - `-7/3` returns `-2` (since -7/3 = -2 + (-1/3))
     *
     * The following identity holds: `$r->isEqualTo($r->getFractionalPart()->plus($r->getIntegralPart()))`. Note that in
     * this identity, the operand order is significant: the reversed form throws when the fractional part is non-zero.
     *
     * @pure
     */
    
public function getIntegralPart(): BigInteger
    
{
        return 
$this->numerator->quotient($this->denominator);
    }

    
/**
     * Returns the fractional part of this rational number.
     *
     * Examples:
     *
     * - `7/3` returns `1/3` (since 7/3 = 2 + 1/3)
     * - `-7/3` returns `-1/3` (since -7/3 = -2 + (-1/3))
     *
     * The following identity holds: `$r->isEqualTo($r->getFractionalPart()->plus($r->getIntegralPart()))`. Note that in
     * this identity, the operand order is significant: the reversed form throws when the fractional part is non-zero.
     *
     * @pure
     */
    
public function getFractionalPart(): BigRational
    
{
        return new 
BigRational($this->numerator->remainder($this->denominator), $this->denominatorfalsefalse);
    }

    
/**
     * Returns the sum of this number and the given one.
     *
     * @param BigNumber|int|string $that The number to add.
     *
     * @throws MathException If the number is not valid.
     *
     * @pure
     */
    
public function plus(BigNumber|int|string $that): BigRational
    
{
        
$that BigRational::of($that);

        if (
$that->isZero()) {
            return 
$this;
        }

        if (
$this->isZero()) {
            return 
$that;
        }

        
$numerator $this->numerator->multipliedBy($that->denominator);
        
$numerator $numerator->plus($that->numerator->multipliedBy($this->denominator));
        
$denominator $this->denominator->multipliedBy($that->denominator);

        return new 
BigRational($numerator$denominatorfalsetrue);
    }

    
/**
     * Returns the difference of this number and the given one.
     *
     * @param BigNumber|int|string $that The number to subtract.
     *
     * @throws MathException If the number is not valid.
     *
     * @pure
     */
    
public function minus(BigNumber|int|string $that): BigRational
    
{
        
$that BigRational::of($that);

        if (
$that->isZero()) {
            return 
$this;
        }

        if (
$this->isZero()) {
            return 
$that->negated();
        }

        
$numerator $this->numerator->multipliedBy($that->denominator);
        
$numerator $numerator->minus($that->numerator->multipliedBy($this->denominator));
        
$denominator $this->denominator->multipliedBy($that->denominator);

        return new 
BigRational($numerator$denominatorfalsetrue);
    }

    
/**
     * Returns the product of this number and the given one.
     *
     * @param BigNumber|int|string $that The multiplier.
     *
     * @throws MathException If the multiplier is not valid.
     *
     * @pure
     */
    
public function multipliedBy(BigNumber|int|string $that): BigRational
    
{
        
$that BigRational::of($that);

        if (
$that->isZero() || $this->isZero()) {
            return 
BigRational::zero();
        }

        
$numerator $this->numerator->multipliedBy($that->numerator);
        
$denominator $this->denominator->multipliedBy($that->denominator);

        return new 
BigRational($numerator$denominatorfalsetrue);
    }

    
/**
     * Returns the result of the division of this number by the given one.
     *
     * @param BigNumber|int|string $that The divisor.
     *
     * @throws MathException           If the divisor is not valid.
     * @throws DivisionByZeroException If the divisor is zero.
     *
     * @pure
     */
    
public function dividedBy(BigNumber|int|string $that): BigRational
    
{
        
$that BigRational::of($that);

        if (
$that->isZero()) {
            throw 
DivisionByZeroException::divisionByZero();
        }

        
$numerator $this->numerator->multipliedBy($that->denominator);
        
$denominator $this->denominator->multipliedBy($that->numerator);

        return new 
BigRational($numerator$denominatortruetrue);
    }

    
/**
     * Returns this number exponentiated to the given value.
     *
     * Unlike BigInteger and BigDecimal, BigRational supports negative exponents:
     * the result is the reciprocal raised to the absolute value of the exponent.
     *
     * @throws DivisionByZeroException If the exponent is negative and this number is zero.
     *
     * @pure
     */
    
public function power(int $exponent): BigRational
    
{
        if (
$exponent === 0) {
            return 
BigRational::one();
        }

        if (
$exponent === 1) {
            return 
$this;
        }

        if (
$exponent 0) {
            if (
$this->isZero()) {
                throw 
DivisionByZeroException::zeroToNegativePower();
            }

            return 
$this->reciprocal()->power(Safe::neg($exponent));
        }

        return new 
BigRational(
            
$this->numerator->power($exponent),
            
$this->denominator->power($exponent),
            
false,
            
false,
        );
    }

    
/**
     * Returns the reciprocal of this BigRational.
     *
     * The reciprocal has the numerator and denominator swapped.
     *
     * @throws DivisionByZeroException If this number is zero.
     *
     * @pure
     */
    
public function reciprocal(): BigRational
    
{
        if (
$this->isZero()) {
            throw 
DivisionByZeroException::reciprocalOfZero();
        }

        return new 
BigRational($this->denominator$this->numeratortruefalse);
    }

    
#[Override]
    
public function negated(): static
    {
        return new 
BigRational($this->numerator->negated(), $this->denominatorfalsefalse);
    }

    
#[Override]
    
public function compareTo(BigNumber|int|string $that): int
    
{
        
$that BigRational::of($that);

        if (
$this->denominator->isEqualTo($that->denominator)) {
            return 
$this->numerator->compareTo($that->numerator);
        }

        return 
$this->numerator
            
->multipliedBy($that->denominator)
            ->
compareTo($that->numerator->multipliedBy($this->denominator));
    }

    
#[Override]
    
public function getSign(): int
    
{
        return 
$this->numerator->getSign();
    }

    
#[Override]
    
public function toBigInteger(): BigInteger
    
{
        if (
$this->denominator->isEqualTo(1)) {
            return 
$this->numerator;
        }

        throw 
RoundingNecessaryException::rationalNotConvertibleToInteger();
    }

    
#[Override]
    
public function toBigDecimal(): BigDecimal
    
{
        
$scale DecimalHelper::computeScaleFromReducedFractionDenominator($this->denominator->toString());

        if (
$scale === null) {
            throw 
RoundingNecessaryException::rationalNotConvertibleToDecimal();
        }

        return 
$this->numerator->toBigDecimal()->dividedBy($this->denominator$scale)->strippedOfTrailingZeros();
    }

    
#[Override]
    
public function toBigRational(): BigRational
    
{
        return 
$this;
    }

    
#[Override]
    
public function toScale(int $scaleRoundingMode $roundingMode RoundingMode::Unnecessary): BigDecimal
    
{
        if (
$scale 0) { // @phpstan-ignore smaller.alwaysFalse
            
throw InvalidArgumentException::negativeScale();
        }

        if (
$roundingMode === RoundingMode::Unnecessary) {
            
$requiredScale DecimalHelper::computeScaleFromReducedFractionDenominator($this->denominator->toString());

            if (
$requiredScale === null) {
                throw 
RoundingNecessaryException::rationalNotConvertibleToDecimal();
            }

            if (
$requiredScale $scale) {
                throw 
RoundingNecessaryException::rationalScaleTooSmall();
            }
        }

        return 
$this->numerator->toBigDecimal()->dividedBy($this->denominator$scale$roundingMode);
    }

    
#[Override]
    
public function toInt(): int
    
{
        return 
$this->toBigInteger()->toInt();
    }

    
#[Override]
    
public function toFloat(): float
    
{
        if (
$this->denominator->isEqualTo(1)) {
            return 
$this->numerator->toFloat();
        }

        
// Avoid $this->numerator->toFloat() / $this->denominator->toFloat(): converting both operands to float first
        // adds an extra rounding step before the division and can change the final float. Instead, divide in decimal
        // first and convert the resulting decimal approximation to float once.

        // We need ~17 significant digits for double precision (we use 20 for some margin). Since $scale controls
        // decimal places (not significant digits), we subtract the estimated order of magnitude so that large results
        // use fewer decimal places and small results use more (to look past leading zeros). Clamped to [0, 350] as
        // doubles range from e-324 to e308 (350 ≈ 324 + 20 significant digits + margin).
        
$magnitude strlen($this->numerator->abs()->toString()) - strlen($this->denominator->toString());
        
$scale min(350max(020 $magnitude));

        
$result $this->numerator
            
->toBigDecimal()
            ->
dividedBy($this->denominator$scaleRoundingMode::HalfEven)
            ->
toFloat();

        
// Preserve the sign when the decimal approximation underflows to zero.
        
if ($result === 0.0 && $this->numerator->isNegative()) {
            return -
0.0;
        }

        return 
$result;
    }

    
#[Override]
    
public function toString(): string
    
{
        
$numerator $this->numerator->toString();
        
$denominator $this->denominator->toString();

        if (
$denominator === '1') {
            return 
$numerator;
        }

        return 
$numerator '/' $denominator;
    }

    
/**
     * Returns the decimal representation of this rational number, with repeating decimals in parentheses.
     *
     * WARNING: This method is unbounded.
     *          The length of the repeating decimal period can be as large as `denominator - 1`.
     *          For fractions with large denominators, this method can use excessive memory and CPU time.
     *          For example, `1/100019` has a repeating period of 100,018 digits.
     *
     * Examples:
     *
     * - `10/3` returns `3.(3)`
     * - `171/70` returns `2.4(428571)`
     * - `1/2` returns `0.5`
     *
     * @return non-empty-string
     *
     * @pure
     */
    
public function toRepeatingDecimalString(): string
    
{
        if (
$this->isZero()) {
            return 
'0';
        }

        
$sign $this->numerator->isNegative() ? '-' '';
        
$numerator $this->numerator->abs();
        
$denominator $this->denominator;

        
$integral $numerator->quotient($denominator);
        
$remainder $numerator->remainder($denominator);

        
$integralString $integral->toString();

        if (
$remainder->isZero()) {
            return 
$sign $integralString;
        }

        
$digits '';
        
$remainderPositions = [];
        
$index 0;

        while (! 
$remainder->isZero()) {
            
$remainderString $remainder->toString();

            if (isset(
$remainderPositions[$remainderString])) {
                
$repeatIndex $remainderPositions[$remainderString];
                
$nonRepeating substr($digits0$repeatIndex);
                
$repeating substr($digits$repeatIndex);

                return 
$sign $integralString '.' $nonRepeating '(' $repeating ')';
            }

            
$remainderPositions[$remainderString] = $index;
            
$remainder $remainder->multipliedBy(10);

            
$digits .= $remainder->quotient($denominator)->toString();
            
$remainder $remainder->remainder($denominator);
            
$index++;
        }

        return 
$sign $integralString '.' $digits;
    }

    
/**
     * This method is required for serializing the object and SHOULD NOT be accessed directly.
     *
     * @internal
     *
     * @return array{numerator: BigInteger, denominator: BigInteger}
     */
    
public function __serialize(): array
    {
        return [
'numerator' => $this->numerator'denominator' => $this->denominator];
    }

    
/**
     * This method is only here to allow unserializing the object and cannot be accessed directly.
     *
     * @internal
     *
     * @param array{numerator: BigInteger, denominator: BigInteger} $data
     *
     * @throws LogicException
     */
    
public function __unserialize(array $data): void
    
{
        
/** @phpstan-ignore isset.initializedProperty */
        
if (isset($this->numerator)) {
            throw new 
LogicException('__unserialize() is an internal function, it must not be called directly.');
        }

        
/** @phpstan-ignore deadCode.unreachable */
        
$this->numerator $data['numerator'];
        
$this->denominator $data['denominator'];
    }

    
#[Override]
    
protected static function from(BigNumber $number): static
    {
        return 
$number->toBigRational();
    }
}
Онлайн: 1
Реклама