#include <iostream>
#include <random>
#include <math.h>
#include <stdlib.h> //für Absolutbetrag für long: labs(long k)

#include <string>
#include <fstream>

using namespace std;

//Deklarationen
double ffun(double x);
double gfun(double x, double* a);
double avabsError(double f[1001][2], double g[1001][2]);
double* aufgabe3(double f[1001][2]);
void funToData(double f[1001][2], double g[1001][2], int i);

int main()
{
    //Zufallsgenerator
    //std::random_device rand;
    //std::mt19937 gen(rand());
    std::default_random_engine gen;
    std::uniform_real_distribution<double> distr10(-10, 10);
    std::uniform_real_distribution<double> distr3(-3, 3);
    std::uniform_real_distribution<double> distr01(-0.1, 0.1);

    double arr_f[1001][2];
    double arr_g[1001][2];
    //Aufgabe2
    double a[7]= {-0.5, 0.25, -0.125, 0.0625, -0.03125, 0.015625, -0.0078125};

    for (int i = 0; i < 1001; ++i)
    {
        double x=distr10(gen);
        arr_f[i][0]=x;
        arr_f[i][1]=ffun(x);
        arr_g[i][0]=x;
        arr_g[i][1]=gfun(x, a);
    }
    cerr << "Aufgabe2:" << endl;
    cerr << "Durchschnittlicher absoluter Fehler: " << avabsError(arr_f,arr_g) <<endl;
    funToData(arr_f, arr_g, 2);
    cerr << "Zum Plotten bitte die Dateien funFA2.txt und funGA2.txt benutzen" << endl <<endl;

    //Aufgabe3
    double var_a[7];
    double a_best[7];
    double err=INFINITY;

    for(int j=0; j<1000; ++j)
    {
        for (int i = 0; i < 7; ++i)
            var_a[i]=distr3(gen); //zufällige Kombination der a_i
        //Berechnung des Fehlerwertes
        for (int i = 0; i < 1001; ++i)
        {
            arr_g[i][0]=arr_f[i][0];            //auch wenn es die Aufgabenstellung nicht präzisiert: ist irwie schöner die alten x Werte festzulassen
            arr_g[i][1]=gfun(arr_f[i][0], var_a);
        }

        double fg_err=avabsError(arr_f,arr_g);
        if(fg_err<err)
        {
            err=fg_err;
            for(int i=0; i<7; ++i)
            {
                a_best[i]=var_a[i];
                funToData(arr_f, arr_g, 3); //schon hier erstellen, damit das beste g nicht zwischengespeichert werden muss
            }
        }
    }
    cerr << "Aufgabe3:" << endl;
    cerr << "Minimaler durchschnittlicher absoluter Fehler: " << err << endl;
    cerr << "Bei Koeffizienten:" << endl;
    for(int i=0; i<7; ++i)
    {
        cerr << "a_" << i << "= " << a_best[i] << endl;
    }
    cerr << "Zum Plotten bitte die Dateien funFA3.txt und funGA3.txt benutzen" << endl;

    //Aufgabe4
    err=INFINITY;
    for(int i=0; i<7; ++i)
    {
        a_best[i]=var_a[i];
        funToData(arr_f, arr_g, 4); //schon hier erstellen, damit das beste g nicht zwischengespeichert werden muss
    }

    for(int j=0; j<100; ++j)
    {
        for (int i = 0; i < 7; ++i)
            var_a[i]=distr3(gen); //zufällige Kombination der a_i
        //Inkrement addieren
        for(int k=0; k<1000; ++k)
        {
            double inkm=distr01(gen);
            for(int i=0; i<7; i++)
            {
                var_a[i]+=inkm;
            }
            //g neu berechnen
            for (int i = 0; i < 1001; ++i)
            {
                arr_g[i][0]=arr_f[i][0];
                arr_g[i][1]=gfun(arr_f[i][0], var_a);
            }
            //falls besserer Fehler...
            double fg_err=avabsError(arr_f,arr_g);
            if(fg_err<err)
            {
                err=fg_err;
                //...dann als beste Kombination speichern
                for(int i=0; i<7; ++i)
                {
                    a_best[i]=var_a[i];
                    funToData(arr_f, arr_g, 4); //schon hier erstellen, damit das beste g nicht zwischengespeichert werden muss
                }
            }
        }
    }
    cerr << "Aufgabe4:" << endl;
    cerr << "Minimaler durchschnittlicher absoluter Fehler: " << err << endl;
    cerr << "Bei Koeffizienten:" << endl;
    for(int i=0; i<7; ++i)
    {
        cerr << "a_" << i << "= " << a_best[i] << endl;
    }
    cerr << "Zum Plotten bitte die Dateien funFA4.txt und funGA4.txt benutzen" << endl;
}

double ffun(double x)
{
    return (-4*cos(x/3)+sin(15/(labs(0.5*x+2)+1)+0.2*x));
}

double gfun(double x, double* a)
{
    long long sum=0;
    for(int i=0; i<7; i++)
    {
        sum+=a[i]*pow(x,i);
    }
    return sum;
}

double avabsError(double f[1001][2], double g[1001][2])
{
    long long sum=0;
    for(int i=0; i<1001; i++)
    {
        sum+=labs(f[i][1]-g[i][1]);
    }
    return sum/1001;
}

void funToData(double f[1001][2], double g[1001][2], int aufgabe)
{
    std::ofstream fschreiben;
    std::ofstream gschreiben;

    if(aufgabe==2)
    {
        fschreiben.open("funFA2.txt");
        gschreiben.open("funGA2.txt");
    }
    else if (aufgabe==3)
    {
        fschreiben.open("funFA3.txt");
        fschreiben.open("funGA3.txt");
    }
    else if (aufgabe==4)
    {
        fschreiben.open("funFA4.txt");
        fschreiben.open("funGA4.txt");
    }
    for(int i=0; i<1001; i++)
    {
        fschreiben << f[i][0] << " " <<  f[i][1] << endl;
        gschreiben << g[i][0] << " " << g[i][1] << endl;
    }
    fschreiben.close();
    gschreiben.close();
}