IntegerGene.java
001 /*
002  * Java Genetic Algorithm Library (jenetics-4.4.0).
003  * Copyright (c) 2007-2019 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 java.lang.String.format;
023 import static io.jenetics.internal.util.Hashes.hash;
024 import static io.jenetics.util.RandomRegistry.getRandom;
025 
026 import java.io.Serializable;
027 import java.util.Random;
028 
029 import io.jenetics.internal.math.random;
030 import io.jenetics.util.ISeq;
031 import io.jenetics.util.IntRange;
032 import io.jenetics.util.MSeq;
033 import io.jenetics.util.Mean;
034 
035 /**
036  * NumericGene implementation which holds a 32 bit integer number.
037  *
038  <p>This is a <a href="https://docs.oracle.com/javase/8/docs/api/java/lang/doc-files/ValueBased.html">
039  * value-based</a> class; use of identity-sensitive operations (including
040  * reference equality ({@code ==}), identity hash code, or synchronization) on
041  * instances of {@code IntegerGene} may have unpredictable results and should
042  * be avoided.
043  *
044  @see IntegerChromosome
045  *
046  * @implNote
047  * This class is immutable and thread-safe.
048  *
049  @author <a href="mailto:franz.wilhelmstoetter@gmail.com">Franz Wilhelmstötter</a>
050  @since 2.0
051  @version 4.3
052  */
053 public final class IntegerGene
054     implements
055         NumericGene<Integer, IntegerGene>,
056         Mean<IntegerGene>,
057         Comparable<IntegerGene>,
058         Serializable
059 {
060 
061     private static final long serialVersionUID = 2L;
062 
063     private final int _value;
064     private final int _min;
065     private final int _max;
066 
067     /**
068      * Create a new random {@code IntegerGene} with the given value and the
069      * given range. If the {@code value} isn't within the interval [min, max],
070      * no exception is thrown. In this case the method
071      {@link IntegerGene#isValid()} returns {@code false}.
072      *
073      @param value the value of the gene.
074      @param min the minimal valid value of this gene (inclusively).
075      @param max the maximal valid value of this gene (inclusively).
076      */
077     private IntegerGene(final int value, final int min, final int max) {
078         _value = value;
079         _min = min;
080         _max = max;
081     }
082 
083     @Override
084     public Integer getAllele() {
085         return _value;
086     }
087 
088     @Override
089     public Integer getMin() {
090         return _min;
091     }
092 
093     @Override
094     public Integer getMax() {
095         return _max;
096     }
097 
098     /**
099      * Return the range of {@code this} gene.
100      *
101      @since 4.4
102      *
103      @return the range of {@code this} gene
104      */
105     public IntRange range() {
106         return IntRange.of(_min, _max);
107     }
108 
109     @Override
110     public byte byteValue() {
111         return (byte)_value;
112     }
113 
114     @Override
115     public short shortValue() {
116         return (short)_value;
117     }
118 
119     @Override
120     public int intValue() {
121         return _value;
122     }
123 
124     @Override
125     public long longValue() {
126         return _value;
127     }
128 
129     @Override
130     public float floatValue() {
131         return (float)_value;
132     }
133 
134     @Override
135     public double doubleValue() {
136         return _value;
137     }
138 
139     @Override
140     public boolean isValid() {
141         return _value >= _min && _value <= _max;
142     }
143 
144     @Override
145     public int compareTo(final IntegerGene other) {
146         return Integer.compare(_value, other._value);
147     }
148 
149     @Override
150     public IntegerGene newInstance(final Integer number) {
151         return IntegerGene.of(number, _min, _max);
152     }
153 
154     @Override
155     public IntegerGene newInstance(final Number number) {
156         return IntegerGene.of(number.intValue(), _min, _max);
157     }
158 
159     @Override
160     public IntegerGene newInstance() {
161         return IntegerGene.of(nextInt(getRandom(), _min, _max), _min, _max);
162     }
163 
164     @Override
165     public IntegerGene mean(final IntegerGene that) {
166         return IntegerGene.of(_value + (that._value - _value)/2, _min, _max);
167     }
168 
169     @Override
170     public int hashCode() {
171         return hash(_value, hash(_min, hash(_max, hash(getClass()))));
172     }
173 
174     @Override
175     public boolean equals(final Object obj) {
176         return obj == this ||
177             obj instanceof IntegerGene &&
178             ((IntegerGene)obj)._value == _value &&
179             ((IntegerGene)obj)._min == _min &&
180             ((IntegerGene)obj)._max == _max;
181     }
182 
183     @Override
184     public String toString() {
185         return String.format("[%s]", _value);
186     }
187 
188     /* *************************************************************************
189      * Static factory methods.
190      * ************************************************************************/
191 
192     /**
193      * Create a new random {@code IntegerGene} with the given value and the
194      * given range. If the {@code value} isn't within the interval [min, max],
195      * no exception is thrown. In this case the method
196      {@link IntegerGene#isValid()} returns {@code false}.
197      *
198      @param value the value of the gene.
199      @param min the minimal valid value of this gene (inclusively).
200      @param max the maximal valid value of this gene (inclusively).
201      @return a new {@code IntegerGene} with the given {@code value}
202      */
203     public static IntegerGene of(final int value, final int min, final int max) {
204         return new IntegerGene(value, min, max);
205     }
206 
207     /**
208      * Create a new random {@code IntegerGene} with the given value and the
209      * given range. If the {@code value} isn't within the interval [min, max],
210      * no exception is thrown. In this case the method
211      {@link IntegerGene#isValid()} returns {@code false}.
212      *
213      @since 3.2
214      *
215      @param value the value of the gene.
216      @param range the integer range to use
217      @return a new {@code IntegerGene} with the give {@code value}
218      @throws NullPointerException if the given {@code range} is {@code null}.
219      */
220     public static IntegerGene of(final int value, final IntRange range) {
221         return IntegerGene.of(value, range.getMin(), range.getMax());
222     }
223 
224     /**
225      * Create a new random {@code IntegerGene}. It is guaranteed that the value of
226      * the {@code IntegerGene} lies in the interval [min, max].
227      *
228      @param min the minimal valid value of this gene (inclusively).
229      @param max the maximal valid value of this gene (inclusively).
230      @return a new random {@code IntegerGene}
231      */
232     public static IntegerGene of(final int min, final int max) {
233         return of(nextInt(getRandom(), min, max), min, max);
234     }
235 
236     /**
237      * Create a new random {@code IntegerGene}. It is guaranteed that the value of
238      * the {@code IntegerGene} lies in the interval [min, max].
239      *
240      @since 3.2
241      *
242      @param range the integer range to use
243      @return a new random {@code IntegerGene}
244      @throws NullPointerException if the given {@code range} is {@code null}.
245      */
246     public static IntegerGene of(final IntRange range) {
247         return of(nextInt(getRandom(), range.getMin(), range.getMax()), range);
248     }
249 
250     static ISeq<IntegerGene> seq(
251         final int min,
252         final int max,
253         final IntRange lengthRange
254     ) {
255         final Random r = getRandom();
256 
257         return MSeq.<IntegerGene>ofLength(random.nextInt(lengthRange, r))
258             .fill(() -> new IntegerGene(nextInt(r, min, max), min, max))
259             .toISeq();
260     }
261 
262     /**
263      * Returns a pseudo-random, uniformly distributed int value between min and
264      * max (min and max included).
265      *
266      @param random the random engine to use for calculating the random int
267      *        value
268      @param min lower bound for generated integer
269      @param max upper bound for generated integer
270      @return a random integer greater than or equal to {@code min} and
271      *         less than or equal to {@code max}
272      @throws IllegalArgumentException if {@code min > max}
273      @throws NullPointerException if the given {@code random}
274      *         engine is {@code null}.
275      */
276     static int nextInt(
277         final Random random,
278         final int min, final int max
279     ) {
280         if (min > max) {
281             throw new IllegalArgumentException(format(
282                 "Min >= max: %d >= %d", min, max
283             ));
284         }
285 
286         final int diff = max - min + 1;
287         int result = 0;
288 
289         if (diff <= 0) {
290             do {
291                 result = random.nextInt();
292             while (result < min || result > max);
293         else {
294             result = random.nextInt(diff+ min;
295         }
296 
297         return result;
298     }
299 
300 }