EnumGene.java
001 /*
002  * Java Genetic Algorithm Library (jenetics-8.0.0).
003  * Copyright (c) 2007-2024 Franz Wilhelmstötter
004  *
005  * Licensed under the Apache License, Version 2.0 (the "License");
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009  *      http://www.apache.org/licenses/LICENSE-2.0
010  *
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012  * distributed under the License is distributed on an "AS IS" BASIS,
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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 
025 import java.io.Serial;
026 import java.io.Serializable;
027 import java.util.Objects;
028 
029 import io.jenetics.util.ISeq;
030 import io.jenetics.util.RandomRegistry;
031 
032 /**
033  <p>
034  * Gene which holds enumerable (countable) genes. Will be used for combinatorial
035  * problems in combination with the {@link PermutationChromosome}.
036  </p>
037  * The following code shows how to create a combinatorial genotype factory which
038  * can be used when creating an {@link io.jenetics.engine.Engine} instance.
039  * {@snippet lang="java":
040  * final ISeq<Integer> alleles = ISeq.of(1, 2, 3, 4, 5, 6, 7, 8);
041  * final Factory<Genotype<EnumGene<Integer>>> gtf = Genotype.of(
042  *     PermutationChromosome.of(alleles)
043  * );
044  * }
045  *
046  * The following code shows the assurances of the {@code EnumGene}.
047  * {@snippet lang="java":
048  * final ISeq<Integer> alleles = ISeq.of(1, 2, 3, 4, 5, 6, 7, 8);
049  * final EnumGene<Integer> gene = new EnumGene<>(5, alleles);
050  *
051  * assert(gene.alleleIndex() == 5);
052  * assert(gene.allele() == gene.validAlleles().get(5));
053  * assert(gene.validAlleles() == alleles);
054  * }
055  *
056  @see PermutationChromosome
057  @see PartiallyMatchedCrossover
058  *
059  * @implNote
060  * This class is immutable and thread-safe.
061  *
062  @author <a href="mailto:franz.wilhelmstoetter@gmail.com">Franz Wilhelmstötter</a>
063  @since 1.0
064  @version 5.2
065  */
066 public final class EnumGene<A>
067     implements
068         Gene<A, EnumGene<A>>,
069         Comparable<EnumGene<A>>,
070         Serializable
071 {
072 
073     @Serial
074     private static final long serialVersionUID = 2L;
075 
076     private final ISeq<A> _validAlleles;
077     private final int _alleleIndex;
078 
079     /**
080      * Create a new enum gene from the given valid genes and the chosen allele
081      * index.
082      *
083      @param alleleIndex the index of the allele for this gene.
084      @param validAlleles the sequence of valid alleles.
085      @throws IllegalArgumentException if the give valid alleles sequence is
086      *         empty
087      @throws NullPointerException if the valid alleles seq is {@code null}.
088      */
089     EnumGene(final int alleleIndex, final ISeq<? extends A> validAlleles) {
090         if (validAlleles.isEmpty()) {
091             throw new IllegalArgumentException(
092                 "Array of valid alleles must be greater than zero."
093             );
094         }
095 
096         if (alleleIndex < || alleleIndex >= validAlleles.length()) {
097             throw new IndexOutOfBoundsException(format(
098                 "Allele index is not in range [0, %d): %d.",
099                 validAlleles.length(),
100                 alleleIndex
101             ));
102         }
103 
104         _validAlleles = ISeq.upcast(validAlleles);
105         _alleleIndex = alleleIndex;
106     }
107 
108     /**
109      * Return sequence of the valid alleles where this gene is a part of.
110      *
111      @return the sequence of the valid alleles.
112      */
113     public ISeq<A> validAlleles() {
114         return _validAlleles;
115     }
116 
117     /**
118      * Return the index of the allele this gene is representing.
119      *
120      @return the index of the allele this gene is representing.
121      */
122     public int alleleIndex() {
123         return _alleleIndex;
124     }
125 
126     @Override
127     public A allele() {
128         return _validAlleles.get(_alleleIndex);
129     }
130 
131     @Override
132     public boolean isValid() {
133         return _alleleIndex >= && _alleleIndex < _validAlleles.length();
134     }
135 
136     @Override
137     public EnumGene<A> newInstance() {
138         return new EnumGene<>(
139             RandomRegistry.random().nextInt(_validAlleles.length()),
140             _validAlleles
141         );
142     }
143 
144     /**
145      * Create a new gene from the given {@code value} and the gene context.
146      *
147      @since 1.6
148      *
149      @param value the value of the new gene.
150      @return a new gene with the given value.
151      */
152     public EnumGene<A> newInstance(final A value) {
153         return new EnumGene<>(
154             _validAlleles.indexOf(value),
155             _validAlleles
156         );
157     }
158 
159     @Override
160     public int compareTo(final EnumGene<A> gene) {
161         int result = 0;
162         if (_alleleIndex > gene._alleleIndex) {
163             result = 1;
164         else if (_alleleIndex < gene._alleleIndex) {
165             result = -1;
166         }
167 
168         return result;
169     }
170 
171     @Override
172     public int hashCode() {
173         return hash(_alleleIndex, hash(_validAlleles));
174     }
175 
176     @Override
177     public boolean equals(final Object obj) {
178         return obj instanceof EnumGene<?> other &&
179             _alleleIndex == other._alleleIndex &&
180             Objects.equals(_validAlleles, other._validAlleles);
181     }
182 
183     @Override
184     public String toString() {
185         return Objects.toString(allele());
186     }
187 
188 
189     /* *************************************************************************
190      *  Static object creation methods
191      * ************************************************************************/
192 
193     /**
194      * Create a new enum gene from the given valid genes and the chosen allele
195      * index.
196      *
197      @since 3.4
198      *
199      @param <A> the allele type
200      @param alleleIndex the index of the allele for this gene.
201      @param validAlleles the sequence of valid alleles.
202      @return a new {@code EnumGene} with the given with the allele
203      *        {@code validAlleles.get(alleleIndex)}
204      @throws IllegalArgumentException if the give valid alleles sequence is
205      *         empty
206      @throws NullPointerException if the valid alleles seq is {@code null}.
207      */
208     public static <A> EnumGene<A> of(
209         final int alleleIndex,
210         final ISeq<? extends A> validAlleles
211     ) {
212         return new EnumGene<>(alleleIndex, validAlleles);
213     }
214 
215     /**
216      * Return a new enum gene with an allele randomly chosen from the given
217      * valid alleles.
218      *
219      @param <A> the allele type
220      @param validAlleles the sequence of valid alleles.
221      @return a new {@code EnumGene} with a randomly chosen allele from the
222      *         sequence of valid alleles
223      @throws java.lang.IllegalArgumentException if the give valid alleles
224      *         sequence is empty
225      @throws NullPointerException if the valid alleles seq is {@code null}.
226      */
227     public static <A> EnumGene<A> of(final ISeq<? extends A> validAlleles) {
228         return new EnumGene<>(
229             RandomRegistry.random().nextInt(validAlleles.length()),
230             validAlleles
231         );
232     }
233 
234     /**
235      * Create a new enum gene from the given valid genes and the chosen allele
236      * index.
237      *
238      @param <A> the allele type
239      @param alleleIndex the index of the allele for this gene.
240      @param validAlleles the array of valid alleles.
241      @return a new {@code EnumGene} with the given with the allele
242      *        {@code validAlleles[alleleIndex]}
243      @throws java.lang.IllegalArgumentException if the give valid alleles
244      *         array is empty of the allele index is out of range.
245      */
246     @SafeVarargs
247     public static <A> EnumGene<A> of(
248         final int alleleIndex,
249         final A... validAlleles
250     ) {
251         return new EnumGene<>(alleleIndex, ISeq.of(validAlleles));
252     }
253 
254     /**
255      * Return a new enum gene with an allele randomly chosen from the given
256      * valid alleles.
257      *
258      @param <A> the allele type
259      @param validAlleles the array of valid alleles.
260      @return a new {@code EnumGene} with a randomly chosen allele from the
261      *         sequence of valid alleles
262      @throws IllegalArgumentException if the give valid alleles array is empty
263      */
264     @SafeVarargs
265     public static <A> EnumGene<A> of(final A... validAlleles) {
266         return EnumGene.of(ISeq.of(validAlleles));
267     }
268 
269 }