Mega Code Archive

 
Categories / Java / Data Type
 

Immutable class for holding a rational number without loss of precision

/*  * Rational.java  *  * This class is public domain software - that is, you can do whatever you want  * with it, and include it software that is licensed under the GNU or the  * BSD license, or whatever other licence you choose, including proprietary  * closed source licenses.  Similarly, I release this Java version under the  * same license, though I do ask that you leave this header in tact.  *  * If you make modifications to this code that you think would benefit the  * wider community, please send me a copy and I'll post it on my site.  *  * If you make use of this code, I'd appreciate hearing about it.  *   drew.noakes@drewnoakes.com  * Latest version of this software kept at  *   http://drewnoakes.com/  *  * Created on 6 May 2002, 18:06  * Updated 26 Aug 2002 by Drew  * - Added toSimpleString() method, which returns a simplified and hopefully more  *   readable version of the Rational.  i.e. 2/10 -> 1/5, and 10/2 -> 5  * Modified 29 Oct 2002 (v1.2)  * - Improved toSimpleString() to factor more complex rational numbers into  *   a simpler form  *     i.e.  *       10/15 -> 2/3  * - toSimpleString() now accepts a boolean flag, 'allowDecimals' which will  *   display the rational number in decimal form if it fits within 5 digits  *     i.e.  *       3/4 -> 0.75 when allowDecimal == true  */ import java.io.Serializable; /**  * Immutable class for holding a rational number without loss of precision.  Provides  * a familiar representation via toString() in form <code>numerator/denominator</code>.  * <p>  * @author  Drew Noakes http://drewnoakes.com  */ public class Rational extends java.lang.Number implements Serializable {     /**      * Holds the numerator.      */     private final int numerator;     /**      * Holds the denominator.      */     private final int denominator;     private int maxSimplificationCalculations = 1000;     /**      * Creates a new instance of Rational.  Rational objects are immutable, so      * once you've set your numerator and denominator values here, you're stuck      * with them!      */     public Rational(int numerator, int denominator)     {         this.numerator = numerator;         this.denominator = denominator;     }     /**      * Returns the value of the specified number as a <code>double</code>.      * This may involve rounding.      *      * @return  the numeric value represented by this object after conversion      *          to type <code>double</code>.      */     public double doubleValue()     {         return (double)numerator / (double)denominator;     }     /**      * Returns the value of the specified number as a <code>float</code>.      * This may involve rounding.      *      * @return  the numeric value represented by this object after conversion      *          to type <code>float</code>.      */     public float floatValue()     {         return (float)numerator / (float)denominator;     }     /**      * Returns the value of the specified number as a <code>byte</code>.      * This may involve rounding or truncation.  This implementation simply      * casts the result of <code>doubleValue()</code> to <code>byte</code>.      *      * @return  the numeric value represented by this object after conversion      *          to type <code>byte</code>.      */     public final byte byteValue()     {         return (byte)doubleValue();     }     /**      * Returns the value of the specified number as an <code>int</code>.      * This may involve rounding or truncation.  This implementation simply      * casts the result of <code>doubleValue()</code> to <code>int</code>.      *      * @return  the numeric value represented by this object after conversion      *          to type <code>int</code>.      */     public final int intValue()     {         return (int)doubleValue();     }     /**      * Returns the value of the specified number as a <code>long</code>.      * This may involve rounding or truncation.  This implementation simply      * casts the result of <code>doubleValue()</code> to <code>long</code>.      *      * @return  the numeric value represented by this object after conversion      *          to type <code>long</code>.      */     public final long longValue()     {         return (long)doubleValue();     }     /**      * Returns the value of the specified number as a <code>short</code>.      * This may involve rounding or truncation.  This implementation simply      * casts the result of <code>doubleValue()</code> to <code>short</code>.      *      * @return  the numeric value represented by this object after conversion      *          to type <code>short</code>.      */     public final short shortValue()     {         return (short)doubleValue();     }     /**      * Returns the denominator.      */     public final int getDenominator()     {         return this.denominator;     }     /**      * Returns the numerator.      */     public final int getNumerator()     {         return this.numerator;     }     /**      * Returns the reciprocal value of this obejct as a new Rational.      * @return the reciprocal in a new object      */     public Rational getReciprocal()     {         return new Rational(this.denominator, this.numerator);     }     /**      * Checks if this rational number is an Integer, either positive or negative.      */     public boolean isInteger()     {         if (denominator == 1 ||                 (denominator != 0 && (numerator % denominator == 0)) ||                 (denominator == 0 && numerator == 0)         ) {             return true;         } else {             return false;         }     }     /**      * Returns a string representation of the object of form <code>numerator/denominator</code>.      * @return  a string representation of the object.      */     public String toString()     {         return numerator + "/" + denominator;     }     /**      * Returns the simplest represenation of this Rational's value possible.      */     public String toSimpleString(boolean allowDecimal)     {         if (denominator == 0 && numerator != 0) {             return toString();         } else if (isInteger()) {             return Integer.toString(intValue());         } else if (numerator != 1 && denominator % numerator == 0) {             // common factor between denominator and numerator             int newDenominator = denominator / numerator;             return new Rational(1, newDenominator).toSimpleString(allowDecimal);         } else {             Rational simplifiedInstance = getSimplifiedInstance();             if (allowDecimal) {                 String doubleString = Double.toString(simplifiedInstance.doubleValue());                 if (doubleString.length() < 5) {                     return doubleString;                 }             }             return simplifiedInstance.toString();         }     }     /**      * Decides whether a brute-force simplification calculation should be avoided      * by comparing the maximum number of possible calculations with some threshold.      * @return true if the simplification should be performed, otherwise false      */     private boolean tooComplexForSimplification()     {         double maxPossibleCalculations = (((double)(Math.min(denominator, numerator) - 1) / 5d) + 2);         return maxPossibleCalculations > maxSimplificationCalculations;     }     /**      * Compares two <code>Rational</code> instances, returning true if they are mathematically      * equivalent.      * @param obj the Rational to compare this instance to.      * @return true if instances are mathematically equivalent, otherwise false.  Will also      *         return false if <code>obj</code> is not an instance of <code>Rational</code>.      */     public boolean equals(Object obj)     {         if (!(obj instanceof Rational)) {             return false;         }         Rational that = (Rational)obj;         return this.doubleValue() == that.doubleValue();     }     /**      * <p>      * Simplifies the Rational number.</p>      * <p>      * Prime number series: 1, 2, 3, 5, 7, 9, 11, 13, 17</p>      * <p>      * To reduce a rational, need to see if both numerator and denominator are divisible      * by a common factor.  Using the prime number series in ascending order guarantees      * the minimun number of checks required.</p>      * <p>      * However, generating the prime number series seems to be a hefty task.  Perhaps      * it's simpler to check if both d & n are divisible by all numbers from 2 ->      * (Math.min(denominator, numerator) / 2).  In doing this, one can check for 2      * and 5 once, then ignore all even numbers, and all numbers ending in 0 or 5.      * This leaves four numbers from every ten to check.</p>      * <p>      * Therefore, the max number of pairs of modulus divisions required will be:</p>      * <code><pre>      *    4   Math.min(denominator, numerator) - 1      *   -- * ------------------------------------ + 2      *   10                    2      *      *   Math.min(denominator, numerator) - 1      * = ------------------------------------ + 2      *                  5      * </pre></code>      * @return a simplified instance, or if the Rational could not be simpliffied,      *         returns itself (unchanged)      */     public Rational getSimplifiedInstance()     {         if (tooComplexForSimplification()) {             return this;         }         for (int factor = 2; factor <= Math.min(denominator, numerator); factor++) {             if ((factor % 2 == 0 && factor > 2) || (factor % 5 == 0 && factor > 5)) {                 continue;             }             if (denominator % factor == 0 && numerator % factor == 0) {                 // found a common factor                 return new Rational(numerator / factor, denominator / factor);             }         }         return this;     } }