gunshi-project-ss/src/main/java/com/gunshi/project/hsz/service/StZvarlBService.java

package com.gunshi.project.hsz.service;

import com.baomidou.mybatisplus.extension.service.impl.ServiceImpl;
import com.gunshi.project.hsz.mapper.StZvarlBMapper;
import com.gunshi.project.hsz.model.StZqrlB;
import com.gunshi.project.hsz.model.StZvarlB;
import lombok.extern.slf4j.Slf4j;
import org.springframework.stereotype.Service;
import org.springframework.transaction.annotation.Transactional;

import java.math.BigDecimal;
import java.math.RoundingMode;
import java.util.Collections;
import java.util.List;
import java.util.Map;
import java.util.stream.Collectors;

/**
 * 描述: 库( 湖)容曲线表
 * author: xusan
 * date: 2024-07-08 17:30:38
 */
@Service
@Slf4j
@Transactional(rollbackFor = Exception.class)
public class StZvarlBService extends ServiceImpl<StZvarlBMapper, StZvarlB> {

    /**
     * 根据水位查表得库容
     *
     * @param rz 水位
     * @return 查表库容
     * @author lyf
     */
    public BigDecimal getWFromZvarl(BigDecimal rz) {
        return getWFromZvarl(rz, BigDecimal.ZERO, list());
    }

    /**
     * 根据水位查表得库容
     *
     * @param rz 水位
     * @param defaultValue 查不到时默认值
     * @return 查表库容
     * @author lyf
     */
    public BigDecimal getWFromZvarl(BigDecimal rz, BigDecimal defaultValue) {
        return getWFromZvarl(rz, defaultValue, list());
    }

    /**
     * 根据水位查表得库容
     *
     * @param rz        水位
     * @param defaultValue 查不到时默认值
     * @param zvarlList 水位库容关系曲线
     * @return 查表库容
     * @author lyf
     */
    public BigDecimal getWFromZvarl(BigDecimal rz, BigDecimal defaultValue, List<StZvarlB> zvarlList) {
        return toMap(zvarlList).getOrDefault(rz.setScale(3, RoundingMode.DOWN), defaultValue);
    }

    /**
     * 将水位库容曲线列表转为字典，水位作为键，注意BigDecimal做键的时候要匹配值和精度
     *
     * @param zvarlList 水位库容曲线列表
     * @return 水位库容曲线字典
     * @author lyf
     */
    private Map<BigDecimal, BigDecimal> toMap(List<StZvarlB> zvarlList) {
        return zvarlList.stream()
                .map(item -> Map.entry(item.getRz().setScale(3, RoundingMode.DOWN), item.getW()))
                .collect(Collectors.toMap(Map.Entry::getKey, Map.Entry::getValue));
    }

    /**
     * 分段线性计算水位->库容
     * 首先需要保证 水位->库容的数据要按水位从小到大进行排列
     * @param zvarlBS
     * @param rz
     * @return
     */
    public BigDecimal getWByZvarl(List<StZvarlB> zvarlBS, BigDecimal rz) {
        //对数据进行排序
        // 1. 参数校验
        if (zvarlBS == null || zvarlBS.isEmpty()) {
            throw new IllegalArgumentException("水位-库容关系列表不能为空");
        }
        if (rz == null) {
            throw new IllegalArgumentException("水位值不能为空");
        }
        // 2. 检查边界情况：如果目标水位低于最低水位或高于最高水位
        BigDecimal minRz = zvarlBS.get(0).getRz();
        BigDecimal maxRz = zvarlBS.get(zvarlBS.size() - 1).getRz();
        if (rz.compareTo(minRz) < 0) {
            // 低于最低水位，可以选择抛出异常或进行外推（这里选择抛出异常）
            return BigDecimal.ZERO;
        }
        if (rz.compareTo(maxRz) > 0) {
            // 高于最高水位，可以选择抛出异常或进行外推（这里选择抛出异常）
            return BigDecimal.ZERO;
        }
        int l = 0;
        int r = zvarlBS.size() -1;
        //二分查找 由线性On时间复杂度降为Ologn
        while (l <= r) {
            int mid = l + (r-l) / 2;
            BigDecimal midRz = zvarlBS.get(mid).getRz();
            int compareResult = midRz.compareTo(rz);
            if(compareResult == 0 ){
                return zvarlBS.get(mid).getW();
            }else if(compareResult < 0){
                l = mid + 1;
            }else{
                r = mid - 1;
            }
        }

        /**
         * 此时  l 指向第一个大于rz的位置
         *      r 指向最后一个小于rz的位置
         *      既  r为  x1 y1
         *         l为   x2  y2
         */
        if(l < 0 || r >= zvarlBS.size()){
            return BigDecimal.ZERO;
        }
        //获取前后差值的点
        StZvarlB lowerPoint = zvarlBS.get(r);
        StZvarlB upperPoint = zvarlBS.get(l);
        return linearInterpolation(lowerPoint.getRz(),lowerPoint.getW(),upperPoint.getRz(),upperPoint.getW(),rz).setScale(3);
    }


    /**
     * 线性插值辅助方法
     * @param x1 已知点1的水位
     * @param y1 已知点1的库容
     * @param x2 已知点2的水位
     * @param y2 已知点2的库容
     * @param x  目标水位
     * @return 目标水位对应的库容
     */
    private BigDecimal linearInterpolation(BigDecimal x1, BigDecimal y1,
                                           BigDecimal x2, BigDecimal y2,
                                           BigDecimal x) {
        // 使用公式: y = y1 + ( (y2 - y1) / (x2 - x1) ) * (x - x1)

        // 计算斜率: (y2 - y1) / (x2 - x1)
        BigDecimal slope = y2.subtract(y1)
                .divide(x2.subtract(x1), 10, RoundingMode.HALF_UP);

        // 计算: slope * (x - x1)
        BigDecimal xDiff = x.subtract(x1);
        BigDecimal product = slope.multiply(xDiff);

        // 计算最终结果: y1 + product
        return y1.add(product);
    }

}