DoubleGene.java
001 /*
002  * Java Genetic Algorithm Library (jenetics-6.0.0).
003  * Copyright (c) 2007-2020 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.internal.math.Randoms.nextDouble;
023 import static io.jenetics.internal.util.Hashes.hash;
024 import static io.jenetics.util.RandomRegistry.random;
025 
026 import java.io.DataInput;
027 import java.io.DataOutput;
028 import java.io.IOException;
029 import java.io.InvalidObjectException;
030 import java.io.ObjectInputStream;
031 import java.io.Serializable;
032 import java.util.Random;
033 
034 import io.jenetics.internal.math.Randoms;
035 import io.jenetics.util.DoubleRange;
036 import io.jenetics.util.ISeq;
037 import io.jenetics.util.IntRange;
038 import io.jenetics.util.MSeq;
039 import io.jenetics.util.Mean;
040 
041 /**
042  * Implementation of the NumericGene which holds a 64 bit floating point number.
043  *
044  <p>This is a <a href="https://docs.oracle.com/javase/8/docs/api/java/lang/doc-files/ValueBased.html">
045  * value-based</a> class; use of identity-sensitive operations (including
046  * reference equality ({@code ==}), identity hash code, or synchronization) on
047  * instances of {@code DoubleGene} may have unpredictable results and should
048  * be avoided.
049  *
050  @see DoubleChromosome
051  *
052  * @implNote
053  * This class is immutable and thread-safe.
054  *
055  @author <a href="mailto:franz.wilhelmstoetter@gmail.com">Franz Wilhelmstötter</a>
056  @since 1.6
057  @version 6.0
058  */
059 public final class DoubleGene
060     implements
061         NumericGene<Double, DoubleGene>,
062         Mean<DoubleGene>,
063         Comparable<DoubleGene>,
064         Serializable
065 {
066 
067     private static final long serialVersionUID = 2L;
068 
069     private final double _allele;
070     private final double _min;
071     private final double _max;
072 
073     /**
074      * Create a new random {@code DoubleGene} with the given value and the
075      * given range. If the {@code value} isn't within the interval [min, max),
076      * no exception is thrown. In this case the method
077      {@link DoubleGene#isValid()} returns {@code false}.
078      *
079      @param allele the value of the gene.
080      @param min the minimal valid value of this gene (inclusively).
081      @param max the maximal valid value of this gene (exclusively).
082      */
083     private DoubleGene(final double allele, final double min, final double max) {
084         _allele = allele;
085         _min = min;
086         _max = max;
087     }
088 
089     @Override
090     public Double allele() {
091         return _allele;
092     }
093 
094     @Override
095     public Double min() {
096         return _min;
097     }
098 
099     @Override
100     public Double max() {
101         return _max;
102     }
103 
104     /**
105      * Return the range of {@code this} gene.
106      *
107      @since 4.4
108      *
109      @return the range of {@code this} gene
110      */
111     public DoubleRange range() {
112         return DoubleRange.of(_min, _max);
113     }
114 
115     @Override
116     public byte byteValue() {
117         return (byte_allele;
118     }
119 
120     @Override
121     public short shortValue() {
122         return (short_allele;
123     }
124 
125     @Override
126     public int intValue() {
127         return (int_allele;
128     }
129 
130     @Override
131     public long longValue() {
132         return (long_allele;
133     }
134 
135     @Override
136     public float floatValue() {
137         return (float_allele;
138     }
139 
140     @Override
141     public double doubleValue() {
142          return _allele;
143     }
144 
145     @Override
146     public boolean isValid() {
147         return Double.compare(_allele, _min>= &&
148             Double.compare(_allele, _max<= 0;
149     }
150 
151     @Override
152     public int compareTo(final DoubleGene other) {
153         return Double.compare(_allele, other._allele);
154     }
155 
156     @Override
157     public DoubleGene mean(final DoubleGene that) {
158         return of(_allele + (that._allele - _allele)/2.0, _min, _max);
159     }
160 
161     /**
162      * Create a new gene from the given {@code value} and the gene context.
163      *
164      @since 5.0
165      @param allele the value of the new gene.
166      @return a new gene with the given value.
167      */
168     public DoubleGene newInstance(final double allele) {
169         return DoubleGene.of(allele, _min, _max);
170     }
171 
172     @Override
173     public DoubleGene newInstance(final Double allele) {
174         return of(allele, _min, _max);
175     }
176 
177     @Override
178     public DoubleGene newInstance(final Number allele) {
179         return of(allele.doubleValue(), _min, _max);
180     }
181 
182     @Override
183     public DoubleGene newInstance() {
184         return of(nextDouble(_min, _max, random()), _min, _max);
185     }
186 
187     @Override
188     public int hashCode() {
189         return hash(_allele, hash(_min, hash(_max)));
190     }
191 
192     @Override
193     public boolean equals(final Object obj) {
194         return obj == this ||
195             obj instanceof DoubleGene &&
196             Double.compare(((DoubleGene)obj)._allele, _allele== &&
197             Double.compare(((DoubleGene)obj)._min, _min== &&
198             Double.compare(((DoubleGene)obj)._max, _max== 0;
199     }
200 
201     @Override
202     public String toString() {
203         return String.format("[%s]", _allele);
204     }
205 
206 
207     /* *************************************************************************
208      * Static factory methods.
209      * ************************************************************************/
210 
211     /**
212      * Create a new random {@code DoubleGene} with the given value and the
213      * given range. If the {@code value} isn't within the interval [min, max),
214      * no exception is thrown. In this case the method
215      {@link DoubleGene#isValid()} returns {@code false}.
216      *
217      @param allele the value of the gene.
218      @param min the minimal valid value of this gene (inclusively).
219      @param max the maximal valid value of this gene (exclusively).
220      @return a new {@code DoubleGene} with the given parameter
221      */
222     public static DoubleGene of(
223         final double allele,
224         final double min,
225         final double max
226     ) {
227         return new DoubleGene(allele, min, max);
228     }
229 
230     /**
231      * Create a new random {@code DoubleGene} with the given value and the
232      * given range. If the {@code value} isn't within the interval [min, max),
233      * no exception is thrown. In this case the method
234      {@link DoubleGene#isValid()} returns {@code false}.
235      *
236      @since 3.2
237      *
238      @param allele the value of the gene.
239      @param range the double range to use
240      @return a new random {@code DoubleGene}
241      @throws NullPointerException if the given {@code range} is {@code null}.
242      */
243     public static DoubleGene of(final double allele, final DoubleRange range) {
244         return of(allele, range.min(), range.max());
245     }
246 
247     /**
248      * Create a new random {@code DoubleGene}. It is guaranteed that the value
249      * of the {@code DoubleGene} lies in the interval [min, max).
250      *
251      @param min the minimal valid value of this gene (inclusively).
252      @param max the maximal valid value of this gene (exclusively).
253      @return a new {@code DoubleGene} with the given parameter
254      */
255     public static DoubleGene of(final double min, final double max) {
256         return of(nextDouble(min, max, random()), min, max);
257     }
258 
259     /**
260      * Create a new random {@code DoubleGene}. It is guaranteed that the value
261      * of the {@code DoubleGene} lies in the interval [min, max).
262      *
263      @since 3.2
264      *
265      @param range the double range to use
266      @return a new {@code DoubleGene} with the given parameter
267      @throws NullPointerException if the given {@code range} is {@code null}.
268      */
269     public static DoubleGene of(final DoubleRange range) {
270         return of(nextDouble(range.min(), range.max(), random()), range);
271     }
272 
273     static ISeq<DoubleGene> seq(
274         final double min,
275         final double max,
276         final IntRange lengthRange
277     ) {
278         final Random r = random();
279         return MSeq.<DoubleGene>ofLength(Randoms.nextInt(lengthRange, r))
280             .fill(() -> new DoubleGene(nextDouble(min, max, r), min, max))
281             .toISeq();
282     }
283 
284 
285     /* *************************************************************************
286      *  Java object serialization
287      * ************************************************************************/
288 
289     private Object writeReplace() {
290         return new Serial(Serial.DOUBLE_GENE, this);
291     }
292 
293     private void readObject(final ObjectInputStream stream)
294         throws InvalidObjectException
295     {
296         throw new InvalidObjectException("Serialization proxy required.");
297     }
298 
299     void write(final DataOutput outthrows IOException {
300         out.writeDouble(_allele);
301         out.writeDouble(_min);
302         out.writeDouble(_max);
303     }
304 
305     static DoubleGene read(final DataInput inthrows IOException {
306         return of(in.readDouble(), in.readDouble(), in.readDouble());
307     }
308 
309 }