CharacterChromosome.java
001 /*
002  * Java Genetic Algorithm Library (jenetics-4.1.0).
003  * Copyright (c) 2007-2018 Franz Wilhelmstötter
004  *
005  * Licensed under the Apache License, Version 2.0 (the "License");
006  * you may not use this file except in compliance with the License.
007  * You may obtain a copy of the License at
008  *
009  *      http://www.apache.org/licenses/LICENSE-2.0
010  *
011  * Unless required by applicable law or agreed to in writing, software
012  * distributed under the License is distributed on an "AS IS" BASIS,
013  * WITHOUT WARRANTIES OR CONDITIONS OF ANY KIND, either express or implied.
014  * See the License for the specific language governing permissions and
015  * limitations under the License.
016  *
017  * Author:
018  *    Franz Wilhelmstötter (franz.wilhelmstoetter@gmail.com)
019  */
020 package io.jenetics;
021 
022 import static io.jenetics.CharacterGene.DEFAULT_CHARACTERS;
023 import static io.jenetics.internal.util.Equality.eq;
024 
025 import java.io.IOException;
026 import java.io.ObjectInputStream;
027 import java.io.ObjectOutputStream;
028 import java.io.Serializable;
029 import java.util.function.Supplier;
030 import java.util.stream.Collectors;
031 
032 import io.jenetics.internal.util.Equality;
033 import io.jenetics.internal.util.Hash;
034 import io.jenetics.internal.util.IntRef;
035 import io.jenetics.internal.util.reflect;
036 import io.jenetics.util.CharSeq;
037 import io.jenetics.util.ISeq;
038 import io.jenetics.util.IntRange;
039 import io.jenetics.util.MSeq;
040 
041 /**
042  * CharacterChromosome which represents character sequences.
043  *
044  @see CharacterGene
045  *
046  * @implSpec
047  * This class is immutable and thread-safe.
048  *
049  @author <a href="mailto:franz.wilhelmstoetter@gmail.com">Franz Wilhelmstötter</a>
050  @since 1.0
051  @version 4.0
052  */
053 public class CharacterChromosome
054     extends
055         VariableChromosome<CharacterGene>
056     implements
057         CharSequence,
058         Serializable
059 {
060     private static final long serialVersionUID = 3L;
061 
062     private transient CharSeq _validCharacters;
063 
064     /**
065      * Create a new chromosome from the given {@code genes} array. The genes
066      * array is copied, so changes to the given genes array doesn't effect the
067      * genes of this chromosome.
068      *
069      @since 4.0
070      *
071      @param genes the genes that form the chromosome.
072      @param lengthRange the allowed length range of the chromosome.
073      @throws NullPointerException if the given gene array is {@code null}.
074      @throws IllegalArgumentException if the length of the gene array is
075      *         smaller than one.
076      */
077     protected CharacterChromosome(
078         final ISeq<CharacterGene> genes,
079         final IntRange lengthRange
080     ) {
081         super(genes, lengthRange);
082         _validCharacters = genes.get(0).getValidCharacters();
083     }
084 
085     /**
086      * Create a new chromosome with the {@code validCharacters} char set as
087      * valid characters.
088      *
089      @since 4.0
090      *
091      @param validCharacters the valid characters for this chromosome.
092      @param lengthRange the allowed length range of the chromosome.
093      @throws NullPointerException if the {@code validCharacters} is
094      *         {@code null}.
095      @throws IllegalArgumentException if the length of the gene sequence is
096      *         empty, doesn't match with the allowed length range, the minimum
097      *         or maximum of the range is smaller or equal zero or the given
098      *         range size is zero.
099      */
100     public CharacterChromosome(
101         final CharSeq validCharacters,
102         final IntRange lengthRange
103     ) {
104         this(CharacterGene.seq(validCharacters, lengthRange), lengthRange);
105         _valid = true;
106     }
107 
108     /**
109      * Create a new chromosome with the {@code validCharacters} char set as
110      * valid characters.
111      *
112      @param validCharacters the valid characters for this chromosome.
113      @param length the length of the chromosome.
114      @throws NullPointerException if the {@code validCharacters} is
115      *         {@code null}.
116      @throws IllegalArgumentException if the length of the gene sequence is
117      *         empty, doesn't match with the allowed length range, the minimum
118      *         or maximum of the range is smaller or equal zero or the given
119      *         range size is zero.
120      */
121     public CharacterChromosome(
122         final CharSeq validCharacters,
123         final int length
124     ) {
125         this(validCharacters, IntRange.of(length));
126     }
127 
128     @Override
129     public char charAt(final int index) {
130         return getGene(index).charValue();
131     }
132 
133     @Override
134     public CharacterChromosome subSequence(final int start, final int end) {
135         return new CharacterChromosome(_genes.subSeq(start, end), lengthRange());
136     }
137 
138     /**
139      @throws NullPointerException if the given gene array is {@code null}.
140      */
141     @Override
142     public CharacterChromosome newInstance(final ISeq<CharacterGene> genes) {
143         return new CharacterChromosome(genes, lengthRange());
144     }
145 
146     /**
147      * Create a new, <em>random</em> chromosome.
148      */
149     @Override
150     public CharacterChromosome newInstance() {
151         return new CharacterChromosome(_validCharacters, lengthRange());
152     }
153 
154     @Override
155     public int hashCode() {
156         return Hash.of(getClass())
157                 .and(super.hashCode())
158                 .and(_validCharacters).value();
159     }
160 
161     @Override
162     public boolean equals(final Object obj) {
163         return Equality.of(this, obj).test(cc ->
164             super.equals(obj&&
165             eq(_validCharacters, cc._validCharacters)
166         );
167     }
168 
169     @Override
170     public String toString() {
171         return toSeq().stream()
172             .map(Object::toString)
173             .collect(Collectors.joining());
174     }
175 
176     /**
177      * Returns an char array containing all of the elements in this chromosome
178      * in proper sequence.  If the chromosome fits in the specified array, it is
179      * returned therein. Otherwise, a new array is allocated with the length of
180      * this chromosome.
181      *
182      @since 3.0
183      *
184      @param array the array into which the elements of this chromosomes are to
185      *        be stored, if it is big enough; otherwise, a new array is
186      *        allocated for this purpose.
187      @return an array containing the elements of this chromosome
188      @throws NullPointerException if the given {@code array} is {@code null}
189      */
190     public char[] toArray(final char[] array) {
191         final char[] a = array.length >= length() ?
192             array : new char[length()];
193 
194         for (int i = length(); --i >= 0;) {
195             a[i= charAt(i);
196         }
197 
198         return a;
199     }
200 
201     /**
202      * Returns an char array containing all of the elements in this chromosome
203      * in proper sequence.
204      *
205      @since 3.0
206      *
207      @return an array containing the elements of this chromosome
208      */
209     public char[] toArray() {
210         return toArray(new char[length()]);
211     }
212 
213     /**
214      * Create a new chromosome with the {@link CharacterGene#DEFAULT_CHARACTERS}
215      * char set as valid characters.
216      *
217      @param lengthRange the allowed length range of the chromosome.
218      @return a new {@code CharacterChromosome} with the given parameter
219      @throws IllegalArgumentException if the {@code length} is smaller than
220      *         one.
221      */
222     public static CharacterChromosome of(final IntRange lengthRange) {
223         return new CharacterChromosome(
224             CharacterGene.seq(DEFAULT_CHARACTERS, lengthRange),
225             lengthRange
226         );
227     }
228 
229     /**
230      * Create a new chromosome with the {@link CharacterGene#DEFAULT_CHARACTERS}
231      * char set as valid characters.
232      *
233      @param length the {@code length} of the new chromosome.
234      @return a new {@code CharacterChromosome} with the given parameter
235      @throws IllegalArgumentException if the {@code length} is smaller than
236      *         one.
237      */
238     public static CharacterChromosome of(final int length) {
239         return new CharacterChromosome(
240             CharacterGene.seq(DEFAULT_CHARACTERS, IntRange.of(length)),
241             IntRange.of(length)
242         );
243     }
244 
245     /**
246      * Create a new chromosome from the given genes (given as string).
247      *
248      @param alleles the character genes.
249      @param validChars the valid characters.
250      @return a new {@code CharacterChromosome} with the given parameter
251      @throws IllegalArgumentException if the genes string is empty.
252      */
253     public static CharacterChromosome of(
254         final String alleles,
255         final CharSeq validChars
256     ) {
257         final IntRef index = new IntRef();
258         final Supplier<CharacterGene> geneFactory = () -> CharacterGene.of(
259             alleles.charAt(index.value++), validChars
260         );
261 
262         final ISeq<CharacterGene> genes =
263             MSeq.<CharacterGene>ofLength(alleles.length())
264                 .fill(geneFactory)
265                 .toISeq();
266 
267         return new CharacterChromosome(genes, IntRange.of(alleles.length()));
268     }
269 
270     /**
271      * Create a new chromosome from the given genes (given as string).
272      *
273      @param alleles the character genes.
274      @return a new {@code CharacterChromosome} with the given parameter
275      @throws IllegalArgumentException if the genes string is empty.
276      */
277     public static CharacterChromosome of(final String alleles) {
278         return of(alleles, DEFAULT_CHARACTERS);
279     }
280 
281 
282     /* *************************************************************************
283      *  Java object serialization
284      * ************************************************************************/
285 
286     private void writeObject(final ObjectOutputStream out)
287         throws IOException
288     {
289         out.defaultWriteObject();
290 
291         out.writeInt(length());
292         out.writeObject(_validCharacters);
293 
294         for (CharacterGene gene : _genes) {
295             out.writeChar(gene.getAllele());
296         }
297     }
298 
299     private void readObject(final ObjectInputStream in)
300         throws IOException, ClassNotFoundException
301     {
302         in.defaultReadObject();
303 
304         final int length = in.readInt();
305         _validCharacters = (CharSeq)in.readObject();
306 
307         final MSeq<CharacterGene> genes = MSeq.ofLength(length);
308         for (int i = 0; i < length; ++i) {
309             final CharacterGene gene = CharacterGene.of(
310                 in.readChar(),
311                 _validCharacters
312             );
313             genes.set(i, gene);
314         }
315         reflect.setField(this, "_genes", genes.toISeq());
316     }
317 
318 }