一个功能强大的 Java Swing 多功能科学计算器，具有炫酷的赛博朋克粒子特效和全面的数学计算能力。
- 赛博朋克粒子系统：鼠标移动时生成动态粒子轨迹
- 霓虹配色方案：青色、洋红、粉红等赛博朋克风格配色
- 粒子连线效果：粒子间智能连线形成网格效果
- 脉冲光环：鼠标周围的动态脉冲圆环
- 半透明 UI：现代化的毛玻璃效果界面
- 事件穿透：粒子层不影响按钮点击操作
- 基础算术运算：加、减、乘、除、取余
- 科学函数：
- 三角函数：sin, cos, tan
- 指数对数：ln, log, eˣ
- 幂运算：x², x³, xⁿ, √, ∛
- 其他：|x|, x!, 1/x, EXP
- 内存功能：MC, MR, M+, M-, MS
- ANS 答案回调
- 常数：π, e
- 实时显示：支持直接编辑输入框
- 动态矩阵生成：支持自定义 N×M 矩阵大小（1×1 至 200×200）
- 灵活输入方式：
- 网格输入：直观的表格形式输入
- 文本粘贴：支持多行文本快速输入矩阵
- 矩阵运算：
- 加法：A + B
- 减法：A - B
- 乘法：A × B
- 行列式：det(A)
- 逆矩阵：A⁻¹
- 转置：Aᵀ
- 智能解析：自动识别逗号、空格分隔的矩阵数据
- 线性方程组：高斯消元法求解多元一次方程组
示例： x + 2y - z = 3 3x - y + 4z = 1 -2x + 5y + 2z = 7 - 非线性方程组：牛顿-拉夫森法数值求解
示例： x^2 + y^2 = 25 x - y = 1 - 单变量方程：二分法求根
- 智能识别：自动判断线性/非线性方程组类型
- 多初始值策略：提高复杂方程组的求解成功率
- 基础函数：sin, cos, tan, exp, log, sqrt, 幂函数等
- 复合函数支持：
- 嵌套函数：sin(cos(x)), log(abs(x))
- 四则运算：sin(x)cos(x), xexp(-x)
- 复杂表达式：(x²-1)/(x²+1), exp(-x²)
- 交互式控制：
- 自定义 X 轴范围和采样步长
- 快速预设：[-10,10], [-5,5], [0,20], [-π,π]
- 鼠标滚轮缩放
- 自适应 Y 轴：自动调整纵轴范围
- 异常值处理：智能跳过无效点（如 log(0), sqrt(-1)）
- 内置帮助：详细的函数格式说明和示例
- Java 8+：核心编程语言
- Swing：GUI 框架
- JFreeChart 1.5.3：图表绘制
- exp4j 0.4.8：数学表达式解析
- EJML 0.41：线性代数运算库
<dependencies>
<!-- JFreeChart - 图表库 -->
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<groupId>org.jfree</groupId>
<artifactId>jfreechart</artifactId>
<version>1.5.3</version>
</dependency>
<!-- exp4j - 表达式解析 -->
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<groupId>net.objecthunter</groupId>
<artifactId>exp4j</artifactId>
<version>0.4.8</version>
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<!-- EJML - 矩阵运算 -->
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<groupId>org.ejml</groupId>
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<version>0.41</version>
</dependency>
</dependencies><?xml version="1.0" encoding="UTF-8"?>
<project xmlns="http://maven.apache.org/POM/4.0.0"
xmlns:xsi="http://www.w3.org/2001/XMLSchema-instance"
xsi:schemaLocation="http://maven.apache.org/POM/4.0.0
http://maven.apache.org/xsd/maven-4.0.0.xsd">
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<name>Calculator by CDY</name>
<description>Advanced Scientific Calculator with Particle Effects</description>
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<groupId>org.jfree</groupId>
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<groupId>org.ejml</groupId>
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<plugin>
<groupId>org.apache.maven.plugins</groupId>
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<target>8</target>
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<plugin>
<groupId>org.apache.maven.plugins</groupId>
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<version>3.2.0</version>
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<mainClass>com.example.Main</mainClass>
</manifest>
</archive>
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</plugin>
</plugins>
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</project>- JDK 8 或更高版本
- Maven 3.6+（用于依赖管理）
- 内存：建议 512MB 以上
- 显示器分辨率：建议 1280×720 以上
# 1. 克隆或下载项目
git clone <repository-url>
cd calculator-cdy
# 2. 编译项目
mvn clean compile
# 3. 运行程序
mvn exec:java -Dexec.mainClass="com.example.Main"
# 4. 或者打包成可执行 JAR
mvn clean package
java -jar target/calculator-cdy-1.0.0.jar- File → Open 选择项目文件夹
- 等待 Maven 自动导入依赖
- 右键
Main.java→ Run 'Main.main()'
- File → Import → Maven → Existing Maven Projects
- 选择项目文件夹
- 右键
Main.java→ Run As → Java Application
- 安装 Java Extension Pack 和 Maven for Java 插件
- 打开项目文件夹
- 按
F5或点击Main.java右上角的 Run 按钮
# 1. 手动下载依赖 JAR 文件并放入 lib/ 目录
# 2. 编译
javac -cp "lib/*" -d bin src/main/java/com/example/*.java
# 3. 运行
java -cp "bin:lib/*" com.example.Main- 切换到 "普通计算" 选项卡
- 点击按钮输入表达式或直接在显示框输入
- 按
=计算结果 - 使用
ANS引用上次结果 - 使用
DEL删除最后一个字符，AC清空输入
示例表达式：
sin(π/2) → 1
2^3 + sqrt(16) → 12
log(100) → 2
5! → 120
- 切换到 "矩阵运算 (动态大小)" 选项卡
- 在"矩阵 A"或"矩阵 B"区域设置行列数（如 3×3）
- 点击 "生成矩阵" 按钮
- 在单元格中输入数值
- 选择运算类型（A+B, det(A), A⁻¹ 等）
- 在文本框中粘贴矩阵数据
或使用逗号分隔：
1 2 3 4 5 6 7 8 91, 2, 3 4, 5, 6 7, 8, 9 - 点击运算按钮（如 det(A)）
- 系统会自动解析文本内容
支持的运算：
A + B- 矩阵加法A - B- 矩阵减法A * B- 矩阵乘法det(A)- 计算行列式A^-1- 求逆矩阵A^T- 转置矩阵
示例 1：三元一次方程组
x + 2y - z = 3
3x - y + 4z = 1
-2x + 5y + 2z = 7
示例 2：二元一次方程组
2x + 3y = 13
x - y = 1
示例 1：圆与直线交点
x^2 + y^2 = 25
x - y = 1
示例 2：复杂非线性系统
x^2 + y = 11
x + y^2 = 7
示例 1：多项式方程
x^3 - 2*x^2 + x - 1 = 0
示例 2：超越方程
sin(x) = x/2
操作步骤：
- 切换到 "方程求解" 选项卡
- 在文本框中输入方程（每行一个或用分号分隔）
- 点击 "求解" 按钮
- 结果显示在主显示区域
- 切换到 "函数绘图" 选项卡
- 在输入框输入函数表达式（如
sin(x)） - 或点击快捷按钮选择预设函数
- 点击 "绘制图形" 按钮
- 调整 X 范围：如 -10 到 10
- 设置 步长：越小越精细（建议 0.01-0.1）
- 使用 快速设置 按钮选择预设范围
- 在绘图窗口点击 "刷新图形" 应用新设置
基础函数：
sin(x), cos(x), tan(x) - 三角函数
exp(x), log(x), sqrt(x) - 指数/对数/平方根
x^2, x^3, x^n - 幂函数
abs(x), 1/x - 绝对值/倒数
复合函数示例：
sin(cos(x)) - 嵌套三角函数
exp(-x^2) - 高斯函数
log(abs(x)) - 对数绝对值
sqrt(x^2+1) - 根式复合
sin(x)*cos(x) - 乘积函数
x*exp(-x) - 指数衰减
sin(x)/x - Sinc 函数
(x^2-1)/(x^2+1) - 有理函数
点击"帮助"按钮查看更多示例！
算法：高斯消元法（Gaussian Elimination with Partial Pivoting）
步骤：
1. 列主元选择（提高数值稳定性）
2. 前向消元：将系数矩阵化为上三角矩阵
3. 回代求解：从最后一行开始逐行求解
时间复杂度：O(n³)
空间复杂度：O(n²)
算法：牛顿-拉夫森迭代法（Newton-Raphson Method）
迭代公式：
x[k+1] = x[k] - J(x[k])^(-1) * F(x[k])
其中：
- F(x) 是方程组向量
- J(x) 是雅可比矩阵（数值计算）
特性：
- 多初始值策略（8 组不同起点）
- 回溯线搜索（Backtracking Line Search）
- 发散检测（步长监控）
- 残差验证（确保解的有效性）
算法：二分法（Bisection Method）
原理：
1. 在区间 [a, b] 搜索符号变化点
2. 若 f(a) * f(b) < 0，则存在根
3. 取中点 c = (a+b)/2，重复二分
4. 迭代 60 次，精度达 10^(-10)
使用 EJML (Efficient Java Matrix Library)：
- 高效的矩阵乘法算法
- 数值稳定的行列式计算
- 基于 LU 分解的求逆算法
- SVD/QR 分解（底层优化）
| 元素 | 颜色代码 | 说明 |
|---|---|---|
| 主背景 | #242424 |
深灰色 |
| 面板背景 | #303030 / #373737 |
炭黑色 |
| 按钮 | #505050 |
中灰色 |
| 标题栏 | rgba(18,80,140,180) |
半透明蓝 |
| 显示框 | rgba(255,255,255,150) |
半透明白 |
| 粒子青色 | #00FFFF |
霓虹青 |
| 粒子洋红 | #FF00FF |
霓虹紫 |
| 粒子粉红 | #FF1493 |
深粉红 |
粒子生成速率: 8 个/帧 (60 FPS)
粒子寿命: 20-45 帧随机
粒子速度: ±6 像素/帧
引力强度: 0.4
阻尼系数: 0.9
连线距离阈值: 80 像素
脉冲频率: 200ms / 80ms
最大粒子数: 400calculator-cdy/
├── src/
│ ├── main/
│ │ ├── java/com/example/
│ │ │ ├── Main.java # 程序入口
│ │ │ ├── CasioCalculator.java # 主界面控制器
│ │ │ ├── CalculatorEngine.java # 计算引擎
│ │ │ │ ├── LinearSolver # 线性方程组求解器
│ │ │ │ └── NonlinearSolver # 非线性方程组求解器
│ │ │ ├── GraphPlotter.java # 函数绘图窗口
│ │ │ ├── ParticlePanel.java # 粒子特效系统
│ │ │ └── BackgroundPanel.java # 背景面板
│ │ └── resources/
│ │ └── bj.jpg # 背景图片（可选）
├── pom.xml # Maven 配置
├── README.md # 本文件
└── LICENSE # 许可证
- 程序启动入口
- 设置系统外观（Look and Feel）
- 初始化主窗口
- 主界面控制器
- 管理所有选项卡和面板
- 处理用户交互事件
- 协调各模块工作
- 核心计算引擎
- 表达式解析和求值
- 方程组求解（线性/非线性）
- 矩阵运算封装
- 函数绘图窗口
- 基于 JFreeChart 实现
- 支持复合函数解析
- 自适应坐标轴
- 粒子特效系统
- 鼠标轨迹追踪
- 粒子物理模拟
- 事件穿透处理
| 问题 | 原因 | 解决方案 | 版本 |
|---|---|---|---|
| 线性方程组误判为非线性 | 正则表达式过于严格 | 改进线性特征检测逻辑 | v1.0 |
| switch 无 break 警告 | 每个 case 末尾缺少 break | 改为 return 语句 | v1.0 |
| 非线性求解易发散 | 缺少步长监控 | 添加发散检测机制 | v1.0 |
| 矩阵奇异性误判 | 行列式阈值设置不当 | 调整为 1e-12 | v1.0 |
| 粒子层阻挡按钮点击 | GlassPane 拦截事件 | 实现事件穿透 | v1.0 |
| 中文显示乱码 | 字体配置问题 | 设置 Microsoft YaHei UI | v1.0 |
-
非线性方程组：
- 对初始值敏感，部分复杂系统可能无解
- 解决方案：尝试调整方程形式或提供更好的初始猜测
-
矩阵大小：
- 理论支持 200×200，但大矩阵计算较慢
- 建议：50×50 以下性能最佳
-
函数绘图：
- 间断点可能显示连线（如 tan(x)）
- 解决方案：手动调整 X 范围避开间断点
- 复数运算支持
- 计算历史记录
- 导出结果为 PDF/图片
- 多语言支持（中/英）
- 积分/微分数值计算
- 统计函数（均值、方差、回归分析）
- 向量运算（点积、叉积、范数）
- 单位转换器
- 符号计算（SymPy 集成）
- 3D 函数绘图
- 编程模式（二进制、十六进制）
- 插件系统
- 云同步计算历史
欢迎贡献代码！请遵循以下步骤：
- Fork 本仓库
- 创建特性分支 (
git checkout -b feature/AmazingFeature) - 提交更改 (
git commit -m 'Add some AmazingFeature') - 推送到分支 (
git push origin feature/AmazingFeature) - 开启 Pull Request
- 使用 Java 8 语法
- 遵循驼峰命名法
- 添加必要的注释（中文或英文）
- 确保代码通过编译且无警告
本项目采用 MIT License 开源协议。
MIT License
Copyright (c) 2024 CDY (Chen DongYang)
Permission is hereby granted, free of charge, to any person obtaining a copy
of this software and associated documentation files (the "Software"), to deal
in the Software without restriction, including without limitation the rights
to use, copy, modify, merge, publish, distribute, sublicense, and/or sell
copies of the Software, and to permit persons to whom the Software is
furnished to do so, subject to the following conditions:
The above copyright notice and this permission notice shall be included in all
copies or substantial portions of the Software.
THE SOFTWARE IS PROVIDED "AS IS", WITHOUT WARRANTY OF ANY KIND, EXPRESS OR
IMPLIED, INCLUDING BUT NOT LIMITED TO THE WARRANTIES OF MERCHANTABILITY,
FITNESS FOR A PARTICULAR PURPOSE AND NONINFRINGEMENT. IN NO EVENT SHALL THE
AUTHORS OR COPYRIGHT HOLDERS BE LIABLE FOR ANY CLAIM, DAMAGES OR OTHER
LIABILITY, WHETHER IN AN ACTION OF CONTRACT, TORT OR OTHERWISE, ARISING FROM,
OUT OF OR IN CONNECTION WITH THE SOFTWARE OR THE USE OR OTHER DEALINGS IN THE
SOFTWARE.
CDY (Chen DongYang)
- 🎓 专业：计算机科学与技术
- 💼 方向：Java 应用开发、科学计算
- 📧 Email: [3634043412@qq.com]
- 🔗 GitHub: [github.com/CdyWork]
特别感谢以下开源项目：
- JFreeChart - 提供强大的图表绘制功能
- exp4j - 简洁高效的表达式解析引擎
- EJML - 高性能的 Java 矩阵运算库
- Oracle Java - Java 开发平台
赛博朋克风格的主界面，带有动态粒子效果
科学计算器功能
动态大小矩阵运算
多元方程组求解
复合函数绘图
Q1: 程序启动后显示乱码怎么办？
A: 确保系统已安装 Microsoft YaHei UI 字体，或修改代码中的字体设置。
Q2: 背景图片不显示？
A: 检查 src/main/resources/bj.jpg 是否存在。如果不存在，程序会显示纯色背景。
Q3: 非线性方程组求解失败？
A: 尝试简化方程或调整初始值，复杂系统可能需要符号计算软件（如 Mathematica）。
Q4: 矩阵运算结果不准确？
A: 大矩阵可能存在数值误差，建议使用专业软件（如 MATLAB）验证。
Q5: 如何添加自定义函数？
A: 修改 GraphPlotter.java 中的 preprocessFunction() 方法，添加自定义函数映射。
如果你遇到问题或有建议：
- 查看 FAQ 部分
- 搜索 Issues 是否有类似问题
- 创建新的 Issue 并详细描述问题
- 发送邮件至：[3634043412@qq.com]
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最后更新时间：2024-11-27
版本：v1.0.0
状态：✅ 稳定版本