目录

1. 概述
2. 算法功能
3. 核心实现
4. 实战案例
5. 编译过程详解
6. 算法扩展
7. 最佳实践
8. 常见问题

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概述

本文档介绍如何在 Kotlin Multiplatform (KMP) 鸿蒙跨端开发中实现一个完整的数字计算器算法系统。这个案例展示了如何使用 Kotlin 的集合操作、数学计算和统计分析来创建一个功能丰富的数据处理工具。通过 KMP，这个算法可以无缝编译到 JavaScript，在 OpenHarmony 应用中运行，并支持用户输入数字进行实时计算。

算法的特点

• 多功能统计：支持多种统计操作
• 数据分析：提供详细的统计信息
• 用户交互：支持实时输入和处理
• 跨端兼容：一份 Kotlin 代码可同时服务多个平台
• 高效算法：使用 Kotlin 内置函数优化性能

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算法功能

1. 基础统计

• 总和：计算所有数字的和
• 平均值：计算算术平均数
• 中位数：计算中间值

2. 极值统计

• 最大值：找出最大的数字
• 最小值：找出最小的数字
• 范围：计算最大值和最小值的差

3. 离散度分析

• 方差：衡量数据的离散程度
• 标准差：方差的平方根

4. 排序操作

• 升序排列：从小到大排序
• 降序排列：从大到小排序

5. 奇偶统计

• 偶数个数：统计偶数个数和百分比
• 奇数个数：统计奇数个数和百分比

6. 正负统计

• 正数个数：统计正数个数
• 负数个数：统计负数个数
• 零的个数：统计零的个数

7. 分组统计

• 按范围分组：将数字按 10 的倍数分组
• 统计每组个数：显示每组中有多少个数字

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核心实现

1. 数字解析

val numbers = inputNumbers.split(" ")
    .filter { it.isNotEmpty() }
    .mapNotNull { it.toIntOrNull() }

2. 基础统计

val sum = numbers.sum()
val count = numbers.size
val average = if (count > 0) sum / count else 0

3. 极值统计

val max = numbers.maxOrNull() ?: 0
val min = numbers.minOrNull() ?: 0
val range = max - min

4. 中位数计算

val sorted = numbers.sorted()
val median = if (count % 2 == 0) {
    (sorted[count / 2 - 1] + sorted[count / 2]) / 2
} else {
    sorted[count / 2]
}

5. 方差和标准差

val variance = if (count > 0) {
    numbers.map { (it - average) * (it - average) }.sum() / count
} else 0
val stdDev = kotlin.math.sqrt(variance.toDouble()).toInt()

6. 分类统计

val evenCount = numbers.count { it % 2 == 0 }
val oddCount = numbers.count { it % 2 != 0 }
val positiveCount = numbers.count { it > 0 }
val negativeCount = numbers.count { it < 0 }

7. 分组统计

val groups = numbers.groupingBy { it / 10 * 10 }
    .eachCount()
    .toList()
    .sortedBy { it.first }

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实战案例

案例：完整的数字计算器算法

Kotlin 源代码

@OptIn(ExperimentalJsExport::class)
@JsExport
fun numberCalculatorAlgorithm(inputNumbers: String = "10 25 30 15 40 20 35"): String {
    // 解析输入字符串为数字列表
    val numbers = inputNumbers.split(" ")
        .filter { it.isNotEmpty() }
        .mapNotNull { it.toIntOrNull() }
    
    if (numbers.isEmpty()) {
        return "❌ 错误: 没有有效的数字输入\n请输入数字，用空格分隔"
    }
    
    // 1. 基础统计
    val sum = numbers.sum()
    val count = numbers.size
    val average = if (count > 0) sum / count else 0
    
    // 2. 极值统计
    val max = numbers.maxOrNull() ?: 0
    val min = numbers.minOrNull() ?: 0
    val range = max - min
    
    // 3. 排序
    val sorted = numbers.sorted()
    val reversed = numbers.sorted().reversed()
    
    // 4. 中位数
    val median = if (count % 2 == 0) {
        (sorted[count / 2 - 1] + sorted[count / 2]) / 2
    } else {
        sorted[count / 2]
    }
    
    // 5. 方差和标准差
    val variance = if (count > 0) {
        numbers.map { (it - average) * (it - average) }.sum() / count
    } else 0
    val stdDev = kotlin.math.sqrt(variance.toDouble()).toInt()
    
    // 6. 分类统计
    val evenCount = numbers.count { it % 2 == 0 }
    val oddCount = numbers.count { it % 2 != 0 }
    val positiveCount = numbers.count { it > 0 }
    val negativeCount = numbers.count { it < 0 }
    val zeroCount = numbers.count { it == 0 }
    
    // 7. 百分比统计
    val evenPercent = if (count > 0) (evenCount * 100) / count else 0
    val oddPercent = if (count > 0) (oddCount * 100) / count else 0
    
    // 8. 分组统计
    val groups = numbers.groupingBy { it / 10 * 10 }
        .eachCount()
        .toList()
        .sortedBy { it.first }
    
    val groupStats = groups.map { (range, count) ->
        "  ${range}-${range + 9}: $count 个数字"
    }
    
    return "🔢 数字计算器算法\n" +
           "━━━━━━━━━━━━━━━━━━━━━\n" +
           "输入数字: $inputNumbers\n" +
           "数字个数: $count\n\n" +
           "1️⃣ 基础统计:\n" +
           "  总和: $sum\n" +
           "  平均值: $average\n" +
           "  中位数: $median\n\n" +
           "2️⃣ 极值统计:\n" +
           "  最大值: $max\n" +
           "  最小值: $min\n" +
           "  范围: $range\n\n" +
           "3️⃣ 离散度:\n" +
           "  方差: $variance\n" +
           "  标准差: $stdDev\n\n" +
           "4️⃣ 排序结果:\n" +
           "  升序: ${sorted.joinToString(", ")}\n" +
           "  降序: ${reversed.joinToString(", ")}\n\n" +
           "5️⃣ 奇偶统计:\n" +
           "  偶数: $evenCount 个 ($evenPercent%)\n" +
           "  奇数: $oddCount 个 ($oddPercent%)\n\n" +
           "6️⃣ 正负统计:\n" +
           "  正数: $positiveCount 个\n" +
           "  负数: $negativeCount 个\n" +
           "  零: $zeroCount 个\n\n" +
           "7️⃣ 分组统计:\n" +
           groupStats.joinToString("\n") + "\n\n" +
           "━━━━━━━━━━━━━━━━━━━━━\n" +
           "✅ 计算完成！"
}

ArkTS 调用代码（带输入框）

import { numberCalculatorAlgorithm } from './hellokjs';

@Entry
@Component
struct Index {
  @State message: string = '加载中...';
  @State results: string[] = [];
  @State caseTitle: string = '数字计算器算法';
  @State inputText: string = '10 25 30 15 40 20 35';

  aboutToAppear(): void {
    this.loadResults();
  }

  loadResults(): void {
    try {
      const results: string[] = [];
      const algorithmResult = numberCalculatorAlgorithm(this.inputText);
      results.push(algorithmResult);
      
      this.results = results;
      this.message = '✓ 计算完成';
    } catch (error) {
      this.message = `✗ 错误: ${error}`;
    }
  }

  build() {
    Column() {
      // 顶部标题栏
      Row() {
        Text('KMP 鸿蒙跨端')
          .fontSize(16)
          .fontWeight(FontWeight.Bold)
          .fontColor(Color.White)
        Spacer()
        Text('Kotlin 案例')
          .fontSize(14)
          .fontColor(Color.White)
      }
      .width('100%')
      .height(50)
      .backgroundColor('#3b82f6')
      .padding({ left: 20, right: 20 })
      .alignItems(VerticalAlign.Center)
      .justifyContent(FlexAlign.SpaceBetween)

      // 案例标题
      Column() {
        Text(this.caseTitle)
          .fontSize(20)
          .fontWeight(FontWeight.Bold)
          .fontColor('#1f2937')
        Text(this.message)
          .fontSize(13)
          .fontColor('#6b7280')
          .margin({ top: 5 })
      }
      .width('100%')
      .padding({ left: 20, right: 20, top: 20, bottom: 15 })
      .alignItems(HorizontalAlign.Start)

      // 输入框区域
      Column() {
        Text('输入数字 (用空格分隔):')
          .fontSize(14)
          .fontWeight(FontWeight.Bold)
          .fontColor('#1f2937')
          .margin({ bottom: 8 })
        
        TextInput({ placeholder: '例如: 10 25 30 15 40', text: this.inputText })
          .width('100%')
          .height(60)
          .padding(12)
          .border({ width: 1, color: '#d1d5db' })
          .borderRadius(6)
          .onChange((value: string) => {
            this.inputText = value
          })
        
        Button('计算')
          .width('100%')
          .height(40)
          .margin({ top: 12 })
          .backgroundColor('#3b82f6')
          .fontColor(Color.White)
          .onClick(() => {
            this.loadResults()
          })
      }
      .width('100%')
      .padding({ left: 16, right: 16, bottom: 16 })

      // 结果显示区域
      Scroll() {
        Column() {
          ForEach(this.results, (result: string) => {
            Column() {
              Text(result)
                .fontSize(13)
                .fontFamily('monospace')
                .fontColor('#374151')
                .width('100%')
                .margin({ top: 10 })
            }
            .width('100%')
            .padding(16)
            .backgroundColor(Color.White)
            .border({ width: 1, color: '#e5e7eb' })
            .borderRadius(8)
            .margin({ bottom: 12 })
          })
        }
        .width('100%')
        .padding({ left: 16, right: 16 })
      }
      .layoutWeight(1)
      .width('100%')

      // 底部按钮区域
      Row() {
        Button('示例数据')
          .width('48%')
          .height(44)
          .backgroundColor('#10b981')
          .fontColor(Color.White)
          .fontSize(14)
          .onClick(() => {
            this.inputText = '10 25 30 15 40 20 35'
            this.loadResults()
          })

        Button('清空')
          .width('48%')
          .height(44)
          .backgroundColor('#6b7280')
          .fontColor(Color.White)
          .fontSize(14)
          .onClick(() => {
            this.inputText = ''
            this.results = []
          })
      }
      .width('100%')
      .padding({ left: 16, right: 16, bottom: 20 })
    }
    .width('100%')
    .height('100%')
    .backgroundColor('#f9fafb')
  }
}

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编译过程详解

Kotlin 到 JavaScript 的转换

Kotlin 特性	JavaScript 等价物
split()	字符串分割
mapNotNull()	过滤和映射
sum()	数组求和
maxOrNull()	最大值
minOrNull()	最小值
count()	条件计数
groupingBy().eachCount()	对象计数
sorted()	排序

关键转换点

1. 字符串解析：转换为 JavaScript 字符串分割
2. 集合操作：转换为数组操作
3. 数学计算：保持功能一致
4. 统计分析：转换为循环和计数

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算法扩展

扩展 1：添加百分位数计算

fun calculatePercentile(numbers: List<Int>, percentile: Double): Int {
    val sorted = numbers.sorted()
    val index = ((percentile / 100) * sorted.size).toInt()
    return sorted.getOrNull(index) ?: 0
}

扩展 2：添加众数计算

fun findMode(numbers: List<Int>): Int {
    return numbers.groupingBy { it }
        .eachCount()
        .maxByOrNull { it.value }
        ?.key ?: 0
}

扩展 3：添加四分位数

fun calculateQuartiles(numbers: List<Int>): Triple<Int, Int, Int> {
    val sorted = numbers.sorted()
    val q1 = sorted[sorted.size / 4]
    val q2 = sorted[sorted.size / 2]
    val q3 = sorted[3 * sorted.size / 4]
    return Triple(q1, q2, q3)
}

扩展 4：添加异常值检测

fun detectOutliers(numbers: List<Int>): List<Int> {
    val mean = numbers.average()
    val stdDev = kotlin.math.sqrt(
        numbers.map { (it - mean) * (it - mean) }.average()
    )
    return numbers.filter { kotlin.math.abs(it - mean) > 3 * stdDev }
}

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最佳实践

1. 使用内置函数

// ✅ 好：使用 sum()
val total = numbers.sum()

// ❌ 不好：手动求和
var total = 0
for (num in numbers) total += num

2. 使用 count() 统计

// ✅ 好：使用 count()
val evenCount = numbers.count { it % 2 == 0 }

// ❌ 不好：使用 filter().size
val evenCount = numbers.filter { it % 2 == 0 }.size

3. 使用 maxOrNull() 和 minOrNull()

// ✅ 好：使用 maxOrNull()
val max = numbers.maxOrNull() ?: 0

// ❌ 不好：手动比较
var max = numbers[0]
for (num in numbers) if (num > max) max = num

4. 链式操作

// ✅ 好：链式操作
val result = inputNumbers.split(" ")
    .filter { it.isNotEmpty() }
    .mapNotNull { it.toIntOrNull() }

// ❌ 不好：多个中间变量
val parts = inputNumbers.split(" ")
val filtered = parts.filter { it.isNotEmpty() }
val result = filtered.mapNotNull { it.toIntOrNull() }

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常见问题

Q1: 如何处理浮点数？

A: 使用 toDoubleOrNull() 代替 toIntOrNull()：

val numbers = inputNumbers.split(" ")
    .filter { it.isNotEmpty() }
    .mapNotNull { it.toDoubleOrNull() }

Q2: 如何计算加权平均数？

A: 使用 zip 和 map：

fun weightedAverage(values: List<Int>, weights: List<Int>): Double {
    val sum = values.zip(weights) { v, w -> v * w }.sum()
    val weightSum = weights.sum()
    return sum.toDouble() / weightSum
}

Q3: 如何检测数据异常？

A: 使用标准差检测：

fun isOutlier(value: Int, numbers: List<Int>): Boolean {
    val mean = numbers.average()
    val stdDev = kotlin.math.sqrt(
        numbers.map { (it - mean) * (it - mean) }.average()
    )
    return kotlin.math.abs(value - mean) > 3 * stdDev
}

Q4: 如何处理空输入？

A: 添加验证逻辑：

if (numbers.isEmpty()) {
    return "❌ 错误: 没有有效的数字输入"
}

Q5: 如何优化大数据集的性能？

A: 使用 Sequence 代替 List：

val numbers = inputNumbers.split(" ")
    .asSequence()
    .filter { it.isNotEmpty() }
    .mapNotNull { it.toIntOrNull() }
    .toList()

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总结

关键要点

• ✅ 使用 Kotlin 内置集合函数
• ✅ 使用 count() 进行统计
• ✅ 使用 groupingBy() 进行分组
• ✅ 使用链式操作简化代码
• ✅ KMP 能无缝编译到 JavaScript

下一步

1. 实现更多统计函数（百分位数、众数等）
2. 添加数据可视化
3. 实现数据导入导出
4. 添加高级统计分析
5. 实现数据对比功能

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参考资源

• Kotlin 官方文档 - 集合操作
• Kotlin 官方文档 - 数学函数
• KMP 官方文档
• 鸿蒙 ArkTS 官方文档
• 统计学基础