Java 五次方程式を解くプログラミングについて係数を与えてから解を導くものを作ろうとしています。

Question

###前提・実現したいこと
初めて利用するので、わからないことも多いのですがよろしくお願いします。
学校の課題なのですが、5次方程式を解くプログラミング（Java）という課題が出されました。ax^5+bx^4+cx^3+dx^2+ex+f=0という式に対してa,b,c,d,e,fの値をキーボードで入力させたのちに、任意の値m,nを用いて二分法で解を求めたいのですが、まずサブメソッドにa,b,c,d,e,fの値を代入させてから方程式を確定させたのち、二分法の処理をメインメソッドで表したと考えているのですが、どうした工夫が必要でしょうか？下に現在までのスクリプトを載せます。

###発生している問題・エラーメッセージ

import java.io.BufferedReader;
import java.io.IOException;
import java.io.InputStreamReader;
import java.util.StringTokenizer;


public class Houteisiki5 {
	//関数Func
	static double Func(double x){
		double a,b,c,d,e,f;
		a=0.0;
		b=0.0;
		c=0.0;
		d=0.0;
		e=0.0;
		f=0.0;
		double y=a*x*x*x*x*x+b*x*x*x*x+c*x*x*x+d*x*x+e*x+f;
		return y;
	}	
	public static void main(String[] args) throws IOException {
		double a,b,c,d,e,f;
		double m=0.0,n=0.0;
		double o=0.0;
		double threshold=1E-10;
		String s;
		a=0.0;
		b=0.0;
		c=0.0;
		d=0.0;
		e=0.0;
		f=0.0;
		try
		{
			System.out.println("ax^5+bx^4+cx^3+dx^2+ex+fの5次方程式を解きます。");
			System.out.println("a,b,c,d,e,fの順番に数字を入力してください。");
			System.out.println("a,b,c,d,e,fの入力後は任意の2つのxの値を入力してください。");
			InputStreamReader isr=new InputStreamReader(System.in);
			BufferedReader br=new BufferedReader(isr);
			s=br.readLine();
			 StringTokenizer st=new StringTokenizer(s," ");
				a=Double.parseDouble(st.nextToken());
				b=Double.parseDouble(st.nextToken());
				c=Double.parseDouble(st.nextToken());
				d=Double.parseDouble(st.nextToken());
				e=Double.parseDouble(st.nextToken());
				f=Double.parseDouble(st.nextToken());
				m=Double.parseDouble(st.nextToken());
				n=Double.parseDouble(st.nextToken());
						
			}
			catch(NumberFormatException Ellor)
			{
				System.out.println("正しい数字を入力してください。");
				return;
			}
		System.out.println(a);
		System.out.println(b);
		System.out.println(c);
		System.out.println(d);
		System.out.println(e);
		System.out.println(f);
		System.out.println(m);
		System.out.println(n);
		System.out.println(Func(m));
		if(m>n){
			System.out.println("m<nとなるように値を選択してください。");
			return;
		}
		if(Func(m)*Func(n)>0){
			System.out.println("f(a)とf(b)の符号が同じです。");
			return;
		}
		if(Func(m)==0){
			System.out.println(m+"は解です。");
			return;
		}
		if(Func(n)==0){
			System.out.println(n+"は解です。");
			return;
		}
		//二分法で解を求める。
		int i=0;
		while(true){
			if(n-m<threshold){
				break;
			}
			o=(m+n)/2;
			double fo=Func(o);
			if(-threshold<=fo&&fo<=threshold){
				break;
			}				
			
			double fm=Func(m);
			double fn=Func(n);
			if(fm*fn<0){
				n=o;
			}else if (fm*fn<0){
				m=o;
			}
			i++;
			
			String ti=new java.text.DecimalFormat("00").format(i);
			String tm=new java.text.DecimalFormat("0.00000").format(m);
			String tn=new java.text.DecimalFormat("0.00000").format(n);
			String to=new java.text.DecimalFormat("0.00000").format(o);
			String tf=new java.text.DecimalFormat("0.00000").format(f);
			System.out.println(ti+" m="+tm+" n=" +"tn"+"o="+to+" f(c)="+tf);
		}
	String t=new java.text.DecimalFormat("0.00000").format(o);
	System.out.println(i+"回目 解:"+t);
	}
	}

###試したこと
実行するとa,b,c,d,e,fが0.0として計算されてしまいます。
各係数を代入するクラスを作ったのですが、
以下のようにするとerrorが生じます。

public class Array1 {
	public static double a,b,c,d,e,f{
		String s;
		a=0.0;
		b=0.0;		
		c=0.0;
		d=0.0;
		e=0.0;
		f=0.0;
		try
		{
			System.out.println("ax^5+bx^4+cx^3+dx^2+ex+f=0について各係数a,b,c,d,e,fの順に入力してください。");
			InputStreamReader isr=new InputStreamReader(System.in);
			BufferedReader br=new BufferedReader(isr);
			s=br.readLine();
			StringTokenizer st=new StringTokenizer(s," ");
			a=Double.parseDouble(st.nextToken());					
			b=Double.parseDouble(st.nextToken());
			c=Double.parseDouble(st.nextToken());
			d=Double.parseDouble(st.nextToken());
			e=Double.parseDouble(st.nextToken());
			f=Double.parseDouble(st.nextToken());
		}
		catch(Exception error)
		{
		    System.out.println(error);

あくまで途中です。
###補足情報(言語/FW/ツール等のバージョンなど)
より詳細な情報

Comments

[matobaa]

お手数ですが、ソースコードはコードタグで囲んでください。読みにくくて……。編集画面の左下、i Markdown を参照してください。

→　対応いただきありがとうございます。

[argius]

JavaEEでなく、ただのJavaですよね？ 紛らわしいのでEEは取った方が良いのでは？

Answer 1

多項式を表現するこんなクラスを作ってみましょう。

/**
 * xの多項式を表します
 */
public class Polynomial
{
    /**
     * @param a 定数, 1次係数, 2次係数, 3次係数, ... と係数を指定します
     */
    public Polynomial(double... a)
    {
        if (a == null) throw new NullPointerException();
        this.a = a;
    }

    /**
     * xを与えたときの式の値を求めます
     */
    public double evaluate(double x)
    {
        double result = 0;
        double xn = 1;
        for (int i = 0; i < a.length; ++i)
        {
            result += a[i] * xn;
            xn *= x;
        }
        return result;
    }

    /**
     * この多項式の次数を返します。
     * @return 定数式の場合は0を返します。
     */
    public int getDegree()
    {
        for (int i = a.length - 1; i > 0; --i)
        {
            if (a[i] != 0) return i;
        }
        return 0;
    }

    /**
     * この多項式を微分した多項式（導関数）を返します
     * @return
     */
    public Polynomial getDerivative()
    {
        int degree = getDegree();
        double[] derivative = new double[degree];
        for (int i = 1; i <= degree; ++i)
        {
            derivative[i - 1] = a[i] * i;
        }
        return new Polynomial(derivative);
    }

    @Override
    public String toString()
    {
        final StringBuilder builder = new StringBuilder();

        for (int i = a.length - 1; i >= 0; --i)
        {
            if (a[i] != 0) {
                if (builder.length() > 0) builder.append(" + ");
                if (i == 0 || a[i] != 1) builder.append(a[i]);
                if (i > 0)
                {
                    builder.append("x");
                    if (i > 1) builder.append(i);
                }
            }
        }

        return builder.toString();
    }

    private double[] a;
}

後ろの方のgetDegreeとかgetDerivativeメソッドはまあ趣味なのでなくてもいいです（もっと発展的な話をするときに役に立つので作っておきました）。

こうすると、a,b,c,d,e,fが取得できた時点で Polynomial p = new Polynomial(f,e,d,c,b,a) とやると多項式オブジェクトが作れます。 それを p.evaluate(1) などとやると f(1) が求まります。

実際に System.out.println(new Polynomial(1,2,1).evaluate(3)); などとやると（これは2次式ですが）、16.0と表示されることを確認してみてください。

Comments

[yuba]

ちなみに「もっと発展的な話」とは何かを先に明かしておきますと、m,nを与えることなく方程式を解こうという試みについてです。

[M.M.O-05]

ご回答ありがとうございます。
係数をa,b,c,d,e,fとするにはこのプログラムを
どうすればよいでしょうか？

[M.M.O-05]

すいません。
補足なんですけど
自分はまだjavaを始めたばかりで
if文、while文、for文、配列ぐらいしか知らないので
申し訳ないのですが、回答されたプログラムがあまりわかりません。
よろしければ、どういう意味なのかを解説していただけると
非常にありがたいです。(>_<)

[M.M.O-05]

今までのものと
このプログラムを組み合わせたら
方程式を解くプログラムは
できました。
誠にありがとうございました。

Answer 2

afが0.0として計算されてしまうのは、Funcメソッドにある変数afとmainメソッドでの変数afが全くの別物だからです。mainメソッドでのafに入力から数値を入れたとしてもfuncには全く反映されません。
この場合、a~fの各係数を持ったクラスを作ってしまったほうが得策でしょう。そしてFuncにおける計算も、この計算ではちょっと不格好なので、こんな感じにしてみては？

double y = ((((a * x + b) * x + c) * x + d) * x + e) * x + f;

これでも不格好なので、各係数は配列にしてしまって、forループで回して計算するのが一番スマートでしょうか？

Comments

[M.M.O-05]

ご回答ありがとうございます。
複数クラスを用いた開発は初めてなので上手くできたかわかりませんが・・・
作成したクラス（詳細は上に）について
各係数を代入するクラスを
mainを含むクラスにつなげたいのですが、
エラーが生じるのですが、どうすればよいでしょうか
またmainを含むクラスには具体的にどういう記述が必要でしょうか？

[swordone]

変数宣言の後の{が意味不明です。
係数をフィールド変数にするところまではいいです。あとはmainからこの変数に値を代入していくだけです。

[M.M.O-05]

係数をフィールド変数にするとこまでにとどめておくだけでよろしいですか？
BufferedReaderから始まる変数を得る部分はmainにおくべきなろのでしょうか？
自分のイメージとしては係数を得るプログラムを前の別クラスで表し、mainで二分法（Ifから始まる手順）を進めようと思っているのですが、具体的にはどういう記述が必要なのでしょうか？

[swordone]

yubaさんの回答のように、各係数を持つ整式を表すクラスとして設計したほうが良いでしょう。mainからその整式クラスのインスタンスを作成し、そのインスタンスに情報を設定していく、という構造が自然です。クラスの中で値を取得するような構造にはしないほうがいいです。