WeaselMutator.java
001 /*
002  * Java Genetic Algorithm Library (jenetics-6.3.0).
003  * Copyright (c) 2007-2021 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.ext;
021 
022 import static java.lang.String.format;
023 
024 import java.util.Random;
025 
026 import io.jenetics.AltererResult;
027 import io.jenetics.Gene;
028 import io.jenetics.Genotype;
029 import io.jenetics.Mutator;
030 import io.jenetics.MutatorResult;
031 import io.jenetics.Phenotype;
032 import io.jenetics.util.ISeq;
033 import io.jenetics.util.RandomRegistry;
034 import io.jenetics.util.Seq;
035 
036 /**
037  * Mutator implementation which is part of the
038  * <a href="https://en.wikipedia.org/wiki/Weasel_program">Weasel program</a>
039  * algorithm. The <i>Weasel program</i> is an thought experiment by Richard
040  * Dawkins to illustrate the functioning of the evolution: random <i>mutation</i>
041  * combined with non-random cumulative <i>selection</i>.
042  <p>
043  * The mutator mutates the genes of <i>every</i> chromosome of <i>every</i>
044  * genotype in the population with the given mutation probability.
045  </p>
046  {@link io.jenetics.engine.Engine} setup for the <i>Weasel program:</i>
047  <pre>{@code
048  * final Engine<CharacterGene, Integer> engine = Engine.builder(problem)
049  *      // Set the 'WeaselSelector'.
050  *     .selector(new WeaselSelector<>())
051  *      // Disable survivors selector.
052  *     .offspringFraction(1)
053  *      // Set the 'WeaselMutator'.
054  *     .alterers(new WeaselMutator<>(0.05))
055  *     .build();
056  * }</pre>
057  *
058  @see <a href="https://en.wikipedia.org/wiki/Weasel_program">Weasel program</a>
059  @see WeaselSelector
060  *
061  @param <G> the gene type
062  @param <C> the fitness result type
063  *
064  @author <a href="mailto:franz.wilhelmstoetter@gmail.com">Franz Wilhelmstötter</a>
065  @since 3.5
066  @version 5.0
067  */
068 public class WeaselMutator<
069     extends Gene<?, G>,
070     extends Comparable<? super C>
071 >
072     extends Mutator<G, C>
073 {
074 
075     /**
076      * Create a new weasel mutator with the given mutation probability.
077      *
078      @param probability the mutation probability
079      @throws IllegalArgumentException if the {@code probability} is not in the
080      *          valid range of {@code [0, 1]}.
081      */
082     public WeaselMutator(final double probability) {
083         super(probability);
084     }
085 
086     /**
087      * Create a new weasel mutator with the <em>default</em> mutation probability
088      * of {@code 0.05}.
089      */
090     public WeaselMutator() {
091         this(0.05);
092     }
093 
094     @Override
095     public AltererResult<G, C>
096     alter(final Seq<Phenotype<G, C>> population, final long generation) {
097         final var random = RandomRegistry.random();
098         final var result = population
099             .map(pt -> mutate(pt, generation, _probability, random));
100 
101         return AltererResult.of(
102             result
103                 .map(MutatorResult::result)
104                 .asISeq(),
105             result.stream()
106                 .mapToInt(MutatorResult::mutations)
107                 .sum()
108         );
109     }
110 
111     @Override
112     protected MutatorResult<Genotype<G>> mutate(
113         final Genotype<G> genotype,
114         final double p,
115         final Random random
116     ) {
117         final var result = genotype.stream()
118             .map(gt -> mutate(gt, p, random))
119             .collect(ISeq.toISeq());
120 
121         return MutatorResult.of(
122             Genotype.of(result.map(MutatorResult::result)),
123             result.stream().mapToInt(MutatorResult::mutations).sum()
124         );
125     }
126 
127     @Override
128     public String toString() {
129         return format("WeaselMutator[%f]", _probability);
130     }
131 
132 }