DoubleGene.java
001 /*
002  * Java Genetic Algorithm Library (jenetics-6.2.0).
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;
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
148             Double.isFinite(_allele&&
149             Double.isFinite(_min&&
150             Double.isFinite(_max&&
151             Double.compare(_allele, _min>= &&
152             Double.compare(_allele, _max0;
153     }
154 
155     @Override
156     public int compareTo(final DoubleGene other) {
157         return Double.compare(_allele, other._allele);
158     }
159 
160     @Override
161     public DoubleGene mean(final DoubleGene that) {
162         return of(_allele + (that._allele - _allele)/2.0, _min, _max);
163     }
164 
165     /**
166      * Create a new gene from the given {@code value} and the gene context.
167      *
168      @since 5.0
169      @param allele the value of the new gene.
170      @return a new gene with the given value.
171      */
172     public DoubleGene newInstance(final double allele) {
173         return DoubleGene.of(allele, _min, _max);
174     }
175 
176     @Override
177     public DoubleGene newInstance(final Double allele) {
178         return of(allele, _min, _max);
179     }
180 
181     @Override
182     public DoubleGene newInstance(final Number allele) {
183         return of(allele.doubleValue(), _min, _max);
184     }
185 
186     @Override
187     public DoubleGene newInstance() {
188         return of(nextDouble(_min, _max, random()), _min, _max);
189     }
190 
191     @Override
192     public int hashCode() {
193         return hash(_allele, hash(_min, hash(_max)));
194     }
195 
196     @Override
197     public boolean equals(final Object obj) {
198         return obj == this ||
199             obj instanceof DoubleGene &&
200             Double.compare(((DoubleGene)obj)._allele, _allele== &&
201             Double.compare(((DoubleGene)obj)._min, _min== &&
202             Double.compare(((DoubleGene)obj)._max, _max== 0;
203     }
204 
205     @Override
206     public String toString() {
207         return String.format("[%s]", _allele);
208     }
209 
210 
211     /* *************************************************************************
212      * Static factory methods.
213      * ************************************************************************/
214 
215     /**
216      * Create a new random {@code DoubleGene} with the given value and the
217      * given range. If the {@code value} isn't within the interval [min, max),
218      * no exception is thrown. In this case the method
219      {@link DoubleGene#isValid()} returns {@code false}.
220      *
221      @param allele the value of the gene.
222      @param min the minimal valid value of this gene (inclusively).
223      @param max the maximal valid value of this gene (exclusively).
224      @return a new {@code DoubleGene} with the given parameter
225      */
226     public static DoubleGene of(
227         final double allele,
228         final double min,
229         final double max
230     ) {
231         return new DoubleGene(allele, min, max);
232     }
233 
234     /**
235      * Create a new random {@code DoubleGene} with the given value and the
236      * given range. If the {@code value} isn't within the interval [min, max),
237      * no exception is thrown. In this case the method
238      {@link DoubleGene#isValid()} returns {@code false}.
239      *
240      @since 3.2
241      *
242      @param allele the value of the gene.
243      @param range the double range to use
244      @return a new random {@code DoubleGene}
245      @throws NullPointerException if the given {@code range} is {@code null}.
246      */
247     public static DoubleGene of(final double allele, final DoubleRange range) {
248         return of(allele, range.min(), range.max());
249     }
250 
251     /**
252      * Create a new random {@code DoubleGene}. It is guaranteed that the value
253      * of the {@code DoubleGene} lies in the interval [min, max).
254      *
255      @param min the minimal valid value of this gene (inclusively).
256      @param max the maximal valid value of this gene (exclusively).
257      @return a new {@code DoubleGene} with the given parameter
258      */
259     public static DoubleGene of(final double min, final double max) {
260         return of(nextDouble(min, max, random()), min, max);
261     }
262 
263     /**
264      * Create a new random {@code DoubleGene}. It is guaranteed that the value
265      * of the {@code DoubleGene} lies in the interval [min, max).
266      *
267      @since 3.2
268      *
269      @param range the double range to use
270      @return a new {@code DoubleGene} with the given parameter
271      @throws NullPointerException if the given {@code range} is {@code null}.
272      */
273     public static DoubleGene of(final DoubleRange range) {
274         return of(nextDouble(range.min(), range.max(), random()), range);
275     }
276 
277     static ISeq<DoubleGene> seq(
278         final double min,
279         final double max,
280         final IntRange lengthRange
281     ) {
282         final Random r = random();
283         return MSeq.<DoubleGene>ofLength(Randoms.nextInt(lengthRange, r))
284             .fill(() -> new DoubleGene(nextDouble(min, max, r), min, max))
285             .toISeq();
286     }
287 
288 
289     /* *************************************************************************
290      *  Java object serialization
291      * ************************************************************************/
292 
293     private Object writeReplace() {
294         return new Serial(Serial.DOUBLE_GENE, this);
295     }
296 
297     private void readObject(final ObjectInputStream stream)
298         throws InvalidObjectException
299     {
300         throw new InvalidObjectException("Serialization proxy required.");
301     }
302 
303     void write(final DataOutput outthrows IOException {
304         out.writeDouble(_allele);
305         out.writeDouble(_min);
306         out.writeDouble(_max);
307     }
308 
309     static DoubleGene read(final DataInput inthrows IOException {
310         return of(in.readDouble(), in.readDouble(), in.readDouble());
311     }
312 
313 }