LongMomentStatistics.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.stat;
021 
022 import static java.util.Objects.requireNonNull;
023 
024 import java.util.function.IntConsumer;
025 import java.util.function.LongConsumer;
026 import java.util.function.ToLongFunction;
027 import java.util.stream.Collector;
028 
029 /**
030  * A state object for collecting statistics such as count, min, max, sum, mean,
031  * variance, skewness and kurtosis. The design of this class is similar to the
032  * design of the {@link java.util.LongSummaryStatistics} class.
033  <p>
034  * This class is designed to work with (though does not require) streams. For
035  * example, you can compute moments-statistics on a stream of longs with:
036  <pre>{@code
037  * final LongStream stream = ...
038  * final LongMomentStatistics statistics = stream.collect(
039  *         LongMomentStatistics::new,
040  *         LongMomentStatistics::accept,
041  *         LongMomentStatistics::combine
042  *     );
043  * }</pre>
044  *
045  * For a non long stream, you can use a collector:
046  <pre>{@code
047  * final Stream<SomeObject> stream = ...
048  * final LongMomentStatistics statistics = stream
049  *     .collect(toLongMomentStatistics(v -> v.longValue()));
050  * }</pre>
051  *
052  * @implNote
053  * This implementation is not thread safe. However, it is safe to use
054  {@link #toLongMomentStatistics(ToLongFunction)}  on a parallel stream, because the parallel
055  * implementation of {@link java.util.stream.Stream#collect Stream.collect()}
056  * provides the necessary partitioning, isolation, and merging of results for
057  * safe and efficient parallel execution.
058  *
059  @see java.util.LongSummaryStatistics
060  @see io.jenetics.stat.LongMoments
061  @see <a href="http://people.xiph.org/~tterribe/notes/homs.html">
062  *      Computing Higher-Order Moments Online</a>
063  *
064  @author <a href="mailto:franz.wilhelmstoetter@gmail.com">Franz Wilhelmstötter</a>
065  @since 3.0
066  @version 6.0
067  */
068 public class LongMomentStatistics
069     extends MomentStatistics
070     implements LongConsumer, IntConsumer
071 {
072 
073     private long _min = Long.MAX_VALUE;
074     private long _max = Long.MIN_VALUE;
075     private long _sum = 0L;
076 
077     /**
078      * Create an empty moments object.
079      */
080     public LongMomentStatistics() {
081     }
082 
083     /**
084      * Records a new value into the moments information
085      *
086      @param value the input {@code value}
087      */
088     @Override
089     public void accept(final long value) {
090         super.accept(value);
091         _min = Math.min(_min, value);
092         _max = Math.max(_max, value);
093         _sum += value;
094     }
095 
096     /**
097      * Records a new value into the moments information
098      *
099      @param value the input {@code value}
100      */
101     @Override
102     public void accept(final int value) {
103         accept((long)value);
104     }
105 
106     /**
107      * Combine two {@code LongMoments} statistic objects.
108      *
109      @param other the other {@code LongMoments} statistics to combine with
110      *        {@code this} one.
111      @return {@code this} statistics object
112      @throws java.lang.NullPointerException if the other statistical summary
113      *         is {@code null}.
114      */
115     public LongMomentStatistics combine(final LongMomentStatistics other) {
116         super.combine(other);
117         _min = Math.min(_min, other._min);
118         _max = Math.max(_max, other._max);
119         _sum += other._sum;
120 
121         return this;
122     }
123 
124     /**
125      * Return the minimum value recorded, or {@code Long.MAX_VALUE} if no
126      * values have been recorded.
127      *
128      @return the minimum value, or {@code Long.MAX_VALUE} if none
129      */
130     public long min() {
131         return _min;
132     }
133 
134     /**
135      * Return the maximum value recorded, or {@code Long.MIN_VALUE} if no
136      * values have been recorded.
137      *
138      @return the maximum value, or {@code Long.MIN_VALUE} if none
139      */
140     public long max() {
141         return _max;
142     }
143 
144     /**
145      * Return the sum of values recorded, or zero if no values have been
146      * recorded.
147      *
148      @return the sum of values, or zero if none
149      */
150     public long sum() {
151         return _sum;
152     }
153 
154     /**
155      * Compares the state of two {@code LongMomentStatistics} objects. This is
156      * a replacement for the {@link #equals(Object)} which is not advisable to
157      * implement for this mutable object. If two object have the same state, it
158      * has still the same state when updated with the same value.
159      <pre>{@code
160      * final LongMomentStatistics lms1 = ...;
161      * final LongMomentStatistics lms2 = ...;
162      *
163      * if (lms1.sameState(lms2)) {
164      *     final long value = random.nextInt(1_000_000);
165      *     lms1.accept(value);
166      *     lms2.accept(value);
167      *
168      *     assert lms1.sameState(lms2);
169      *     assert lms2.sameState(lms1);
170      *     assert lms1.sameState(lms1);
171      * }
172      * }</pre>
173      *
174      @since 3.7
175      *
176      @param other the other object for the test
177      @return {@code true} the {@code this} and the {@code other} objects have
178      *         the same state, {@code false} otherwise
179      */
180     public boolean sameState(final LongMomentStatistics other) {
181         return this == other ||
182             _min == other._min &&
183             _max == other._max &&
184             _sum == other._sum &&
185             super.sameState(other);
186     }
187 
188     /**
189      * Return a {@code LongMoments} object from the current statistics,
190      *
191      @since 3.9
192      *
193      @return a {@code LongMoments} object from the current statistics
194      */
195     public LongMoments toLongMoments() {
196         return LongMoments.of(this);
197     }
198 
199     @Override
200     public String toString() {
201         return String.format(
202             "LongMomentStatistics[N=%d, ∧=%s, ∨=%s, Σ=%s, μ=%s, s²=%s, S=%s, K=%s]",
203             count(), min(), max(), sum(),
204             mean(), variance(), skewness(), kurtosis()
205         );
206     }
207 
208     /**
209      * Return a {@code Collector} which applies an long-producing mapping
210      * function to each input element, and returns moments-statistics for the
211      * resulting values.
212      *
213      <pre>{@code
214      * final Stream<SomeObject> stream = ...
215      * final LongMomentStatistics statistics = stream
216      *     .collect(toLongMomentStatistics(v -> v.longValue()));
217      * }</pre>
218      *
219      @param mapper a mapping function to apply to each element
220      @param <T> the type of the input elements
221      @return a {@code Collector} implementing the moments-statistics reduction
222      @throws java.lang.NullPointerException if the given {@code mapper} is
223      *         {@code null}
224      */
225     public static <T> Collector<T, ?, LongMomentStatistics>
226     toLongMomentStatistics(final ToLongFunction<? super T> mapper) {
227         requireNonNull(mapper);
228         return Collector.of(
229             LongMomentStatistics::new,
230             (r, t-> r.accept(mapper.applyAsLong(t)),
231             LongMomentStatistics::combine
232         );
233     }
234 
235 }