Trixy7/plugins/math_calc/main.py

# -*- coding: utf-8 -*-
"""
Trixy Mathe-Plugin.

Verarbeitet mathematische Ausdruecke in natuerlicher Sprache.
Unterstuetzt Grundrechenarten, Potenzen, Wurzeln, Trigonometrie,
Konstanten und verschachtelte Ausdruecke.

Beispiele:
    "Was ist 1 + 1"
    "Was ist die Quadratwurzel aus 9"
    "Berechne 5 hoch 3"
    "Was ist pi mal 2"
    "Was ist die Quersumme von 12345"
    "Was ist 30 Prozent von 250"
    "Rechne 100 Dollar in Euro um"
"""

from __future__ import annotations

import math
import re
from typing import Any

from trixy_core.plugins.trixy_plugin import TrixyPlugin
from trixy_core.utils.debug import pinfo, pdebug

from trixy_core.nlp.decorators import intent
from trixy_core.nlp.handler import IntentResult, IntentReceivedData


# ============================================================================
# Woerter → Zahlen / Operatoren
# ============================================================================

WORD_NUMBERS: dict[str, float] = {
    "null": 0, "eins": 1, "zwei": 2, "drei": 3, "vier": 4,
    "fünf": 5, "fuenf": 5, "sechs": 6, "sieben": 7, "acht": 8,
    "neun": 9, "zehn": 10, "elf": 11, "zwölf": 12, "zwoelf": 12,
    "dreizehn": 13, "vierzehn": 14, "fünfzehn": 15, "fuenfzehn": 15,
    "sechzehn": 16, "siebzehn": 17, "achtzehn": 18, "neunzehn": 19,
    "zwanzig": 20, "dreißig": 30, "dreissig": 30, "vierzig": 40,
    "fünfzig": 50, "fuenfzig": 50, "sechzig": 60, "siebzig": 70,
    "achtzig": 80, "neunzig": 90, "hundert": 100, "tausend": 1000,
    "million": 1_000_000, "milliarde": 1_000_000_000,
    "eine": 1, "ein": 1,
    "pi": math.pi, "e": math.e,
    "halbe": 0.5, "halb": 0.5, "viertel": 0.25, "drittel": 1/3,
}

OPERATOR_WORDS: dict[str, str] = {
    "plus": "+", "und": "+",
    "minus": "-", "weniger": "-",
    "mal": "*", "multipliziert": "*", "multipliziert mit": "*",
    "geteilt": "/", "geteilt durch": "/", "durch": "/", "dividiert": "/",
    "hoch": "**", "potenz": "**",
    "modulo": "%", "mod": "%", "rest": "%",
}

CONSTANTS: dict[str, float] = {
    "pi": math.pi,
    "e": math.e,
    "tau": math.tau,
    "phi": (1 + math.sqrt(5)) / 2,  # Goldener Schnitt
}


# ============================================================================
# Natuerlichsprachiger Mathe-Parser
# ============================================================================

class MathParser:
    """Parst mathematische Ausdruecke aus natuerlicher Sprache."""

    def parse_and_evaluate(self, text: str) -> tuple[float, str]:
        """Parst und berechnet einen mathematischen Ausdruck.

        Args:
            text: Natuerlichsprachiger Ausdruck

        Returns:
            (ergebnis, beschreibung_des_ausdruecks)

        Raises:
            ValueError: Wenn der Ausdruck nicht geparst werden kann
        """
        text = text.strip().lower()

        # Wenn "wobei" vorkommt → zusammengesetzter Ausdruck, direkt als Expression
        if "wobei" in text:
            expr = self._text_to_expression(text)
            if expr:
                value = self._safe_eval(expr)
                return (value, expr)

        # Spezialfunktionen pruefen
        result = self._try_special_functions(text)
        if result is not None:
            return result

        # Text in mathematischen Ausdruck umwandeln
        expr = self._text_to_expression(text)
        if not expr:
            raise ValueError("Konnte keinen mathematischen Ausdruck erkennen")

        # Sicher auswerten
        value = self._safe_eval(expr)
        return (value, expr)

    def _try_special_functions(self, text: str) -> tuple[float, str] | None:
        """Prueft auf Spezialfunktionen (Wurzel, Quersumme, Prozent, etc.)."""

        # n-te Wurzel (VOR Quadratwurzel pruefen!)
        m = re.search(r"(\d+)(?:te|\.)\s*wurzel\s+(?:aus\s+|von\s+)?(.+)", text)
        if m:
            n = int(m.group(1))
            inner = self._parse_number_expr(m.group(2))
            result = inner ** (1 / n)
            return (result, f"{n}. Wurzel aus {inner}")

        # Quadratwurzel (nach n-ter Wurzel!)
        m = re.search(r"(?:quadrat)?wurzel\s+(?:aus\s+|von\s+)?(.+)", text)
        if m:
            inner = self._parse_number_expr(m.group(1))
            result = math.sqrt(inner)
            return (result, f"√({inner})")

        # Quersumme
        m = re.search(r"quersumme\s+(?:aus\s+|von\s+)?(\d+)", text)
        if m:
            digits = m.group(1)
            result = sum(int(d) for d in digits)
            return (float(result), f"Quersumme({digits})")

        # Fakultaet
        m = re.search(r"fakult(?:ä|ae)t\s+(?:von\s+)?(\d+)", text)
        if m:
            n = int(m.group(1))
            if n > 170:
                raise ValueError("Fakultaet zu gross (max 170)")
            result = math.factorial(n)
            return (float(result), f"{n}!")

        # Prozent von
        m = re.search(r"(\d+(?:[.,]\d+)?)\s*prozent\s+von\s+(.+)", text)
        if m:
            pct = float(m.group(1).replace(",", "."))
            base = self._parse_number_expr(m.group(2))
            result = base * pct / 100
            return (result, f"{pct}% von {base}")

        # Sinus/Cosinus/Tangens
        for func_name, func in [
            ("sinus", math.sin), ("sin", math.sin),
            ("cosinus", math.cos), ("cos", math.cos),
            ("tangens", math.tan), ("tan", math.tan),
        ]:
            m = re.search(rf"{func_name}\s+(?:von\s+)?(.+)", text)
            if m:
                inner = self._parse_number_expr(m.group(1))
                # Grad in Radiant
                rad = math.radians(inner)
                result = func(rad)
                return (result, f"{func_name}({inner}°)")

        # Logarithmus
        m = re.search(r"(?:natuerlicher\s+)?logarithmus\s+(?:von\s+)?(.+)", text)
        if m:
            inner = self._parse_number_expr(m.group(1))
            result = math.log(inner)
            return (result, f"ln({inner})")

        m = re.search(r"log(?:arithmus)?\s+(?:basis\s+)?(\d+)\s+(?:von\s+)?(.+)", text)
        if m:
            base = int(m.group(1))
            inner = self._parse_number_expr(m.group(2))
            result = math.log(inner, base)
            return (result, f"log{base}({inner})")

        # Absoluter Betrag
        m = re.search(r"(?:absoluter?\s+)?betrag\s+(?:von\s+)?(.+)", text)
        if m:
            inner = self._parse_number_expr(m.group(1))
            result = abs(inner)
            return (result, f"|{inner}|")

        # Runden
        m = re.search(r"runde\s+(.+?)(?:\s+auf\s+(\d+)\s+(?:stellen|dezimal))?$", text)
        if m:
            inner = self._parse_number_expr(m.group(1))
            digits = int(m.group(2)) if m.group(2) else 0
            result = round(inner, digits)
            return (result, f"round({inner}, {digits})")

        return None

    def _parse_number_expr(self, text: str) -> float:
        """Parst eine Zahl oder einen einfachen Ausdruck aus Text."""
        text = text.strip().rstrip(".")

        # Konstanten
        for name, val in CONSTANTS.items():
            if text == name:
                return val

        # Wort-Zahlen
        if text in WORD_NUMBERS:
            return WORD_NUMBERS[text]

        # Direkte Zahl
        try:
            return float(text.replace(",", "."))
        except ValueError:
            pass

        # Ausdruck parsen und auswerten
        expr = self._text_to_expression(text)
        if expr:
            return self._safe_eval(expr)

        raise ValueError(f"Kann '{text}' nicht als Zahl interpretieren")

    def _text_to_expression(self, text: str) -> str:
        """Wandelt natuerlichsprachigen Text in einen math. Ausdruck um."""
        text = text.strip()

        # Klammern umwandeln
        text = text.replace("in klammer", "(").replace("klammer zu", ")")
        text = text.replace("klammer auf", "(").replace("klammer", "(")

        # "wobei X gleich Y ist" aufloesen
        variables: dict[str, float] = {}
        wobei_match = re.search(r"wobei\s+(\w+)\s+(?:gleich\s+|=\s*)?(.+?)(?:\s+ist)?$", text)
        if wobei_match:
            var_name = wobei_match.group(1).lower()
            var_expr_text = wobei_match.group(2).strip()
            text = text[:wobei_match.start()].strip()
            # Spezialfunktion fuer Variable pruefen
            try:
                special = self._try_special_functions(var_expr_text)
                if special:
                    variables[var_name] = special[0]
                else:
                    variables[var_name] = self._parse_number_expr(var_expr_text)
            except ValueError:
                pass

        # Zusammengesetzte Zahlwoerter aufloesen (z.B. "dreihundert" → 300)
        text = self._expand_compound_numbers(text)

        tokens = text.split()
        expr_parts: list[str] = []
        i = 0

        while i < len(tokens):
            token = tokens[i]

            # Mathematische Symbole direkt uebernehmen
            if token in ("+", "-", "*", "/", "**", "%", "(", ")"):
                expr_parts.append(token)
                i += 1
                continue

            # Mehrteilige Operatoren
            if i + 1 < len(tokens):
                two_word = f"{token} {tokens[i + 1]}"
                if two_word in OPERATOR_WORDS:
                    expr_parts.append(OPERATOR_WORDS[two_word])
                    i += 2
                    continue

            # Einzelne Operatoren
            if token in OPERATOR_WORDS:
                expr_parts.append(OPERATOR_WORDS[token])
                i += 1
                continue

            # Variablen (aus "wobei")
            if token in variables:
                expr_parts.append(str(variables[token]))
                i += 1
                continue

            # Konstanten
            if token in CONSTANTS:
                # Implizites * wenn direkt nach einer Zahl
                if expr_parts and expr_parts[-1] not in ("+", "-", "*", "/", "**", "%", "("):
                    expr_parts.append("*")
                expr_parts.append(str(CONSTANTS[token]))
                i += 1
                continue

            # Wort-Zahlen
            if token in WORD_NUMBERS:
                val = WORD_NUMBERS[token]
                # "halb von X" → 0.5 * X
                if token in ("halb", "halbe", "viertel", "drittel"):
                    expr_parts.append(str(val))
                    expr_parts.append("*")
                    i += 1
                    continue
                expr_parts.append(str(val))
                i += 1
                continue

            # Zahlen (mit Komma als Dezimaltrenner)
            cleaned = token.replace(",", ".").rstrip(".")
            try:
                float(cleaned)
                expr_parts.append(cleaned)
                i += 1
                continue
            except ValueError:
                pass

            # "zum quadrat" / "zum kubus"
            if token == "zum" and i + 1 < len(tokens):
                next_token = tokens[i + 1]
                if next_token == "quadrat":
                    expr_parts.append("** 2")
                    i += 2
                    continue
                elif next_token in ("kubus", "kubik"):
                    expr_parts.append("** 3")
                    i += 2
                    continue

            # Ignoriere Fuellwoerter
            if token in ("ist", "was", "berechne", "rechne", "wie", "viel",
                         "das", "ergebnis", "von", "gleich", "sind", "wieviel",
                         "die", "der", "den", "dem", "ergibt", "und"):
                i += 1
                continue

            i += 1

        result = " ".join(expr_parts)

        # Nicht-geschlossene Klammern automatisch schliessen
        open_count = result.count("(") - result.count(")")
        if open_count > 0:
            result += " )" * open_count

        return result

    def _expand_compound_numbers(self, text: str) -> str:
        """Loest zusammengesetzte Zahlwoerter auf.

        z.B. "dreihundert" → "300", "zweitausend" → "2000"
        """
        multipliers = {
            "hundert": 100, "tausend": 1000,
            "million": 1_000_000, "millionen": 1_000_000,
            "milliarde": 1_000_000_000, "milliarden": 1_000_000_000,
        }
        prefixes = {
            "ein": 1, "zwei": 2, "drei": 3, "vier": 4, "fünf": 5, "fuenf": 5,
            "sechs": 6, "sieben": 7, "acht": 8, "neun": 9, "zehn": 10,
            "elf": 11, "zwölf": 12, "zwoelf": 12, "zwanzig": 20,
            "dreißig": 30, "dreissig": 30, "vierzig": 40, "fünfzig": 50,
            "fuenfzig": 50, "sechzig": 60, "siebzig": 70, "achtzig": 80,
            "neunzig": 90,
        }

        for mult_word, mult_val in multipliers.items():
            for pre_word, pre_val in prefixes.items():
                compound = pre_word + mult_word
                if compound in text:
                    text = text.replace(compound, str(pre_val * mult_val))

        return text

    def _safe_eval(self, expr: str) -> float:
        """Wertet einen mathematischen Ausdruck sicher aus.

        Nur Zahlen, Operatoren und Klammern erlaubt — kein exec/import.
        """
        expr = expr.strip()
        if not expr:
            raise ValueError("Leerer Ausdruck")

        # Validierung: nur erlaubte Zeichen
        allowed = set("0123456789.+-*/%()**eE ")
        if not all(c in allowed for c in expr):
            raise ValueError(f"Unerlaubte Zeichen im Ausdruck: {expr}")

        # Keine gefaehrlichen Ausdruecke
        if any(kw in expr for kw in ("import", "__", "exec", "eval", "open")):
            raise ValueError("Unerlaubter Ausdruck")

        try:
            # Nur mathematische Ausdruecke erlauben
            result = eval(expr, {"__builtins__": {}}, {})
            if isinstance(result, (int, float)):
                return float(result)
            raise ValueError(f"Unerwartetes Ergebnis: {type(result)}")
        except ZeroDivisionError:
            raise ValueError("Division durch Null")
        except SyntaxError:
            raise ValueError(f"Syntaxfehler im Ausdruck: {expr}")
        except Exception as e:
            raise ValueError(f"Auswertungsfehler: {e}")


# ============================================================================
# Ergebnis-Formatierung
# ============================================================================

def format_result(value: float) -> str:
    """Formatiert ein Ergebnis fuer TTS-Ausgabe."""
    if value == float("inf") or value == float("-inf"):
        return "unendlich"
    if math.isnan(value):
        return "undefiniert"

    # Ganzzahl?
    if value == int(value) and abs(value) < 1e15:
        return str(int(value))

    # Rundung fuer schoene Ausgabe
    if abs(value) < 0.01:
        return f"{value:.6f}".rstrip("0").rstrip(".")
    elif abs(value) < 1000:
        return f"{value:.4f}".rstrip("0").rstrip(".")
    else:
        return f"{value:.2f}".rstrip("0").rstrip(".")


# ============================================================================
# Plugin
# ============================================================================

class MathPlugin(TrixyPlugin):
    """Mathematische Berechnungen per Sprachsteuerung."""

    NAME = "math_calc"
    VERSION = "1.0.0"
    DESCRIPTION = "Mathematische Berechnungen und Umrechnungen"
    AUTHOR = "Trixy"

    def __init__(self, **kwargs) -> None:
        super().__init__(**kwargs)
        self._parser = MathParser()

    async def on_load(self) -> None:
        pinfo("[Mathe] Plugin geladen")

    async def on_unload(self) -> None:
        pass

    @intent(
        "math_calculate",
        description="Mathematische Berechnung durchfuehren",
        patterns=[
            "was ist {ausdruck}",
            "was ergibt {ausdruck}",
            "was sind {ausdruck}",
            "berechne {ausdruck}",
            "rechne {ausdruck}",
            "wie viel ist {ausdruck}",
            "wieviel ist {ausdruck}",
            "{ausdruck} berechnen",
        ],
    )
    async def handle_calculate(self, data: IntentReceivedData) -> IntentResult:
        """Berechnet einen mathematischen Ausdruck."""
        ausdruck = data.get_slot("ausdruck", "")
        if not ausdruck:
            ausdruck = data.original_text

        if not ausdruck:
            return IntentResult.failure("missing_expression", "Was soll ich berechnen?")

        try:
            value, expr = self._parser.parse_and_evaluate(ausdruck)
            result_str = format_result(value)

            # TTS-freundliche Ausgabe
            # Punkt durch "Komma" ersetzen fuer deutsche Aussprache
            tts_result = result_str.replace(".", " Komma ")

            return IntentResult.success_with_response(
                f"Das Ergebnis ist {tts_result}."
            )
        except ValueError as e:
            return IntentResult.failure("calc_error", str(e))
        except Exception as e:
            return IntentResult.failure("error", f"Berechnungsfehler: {e}")


# Plugin-Export
Plugin = MathPlugin