IntegerGene.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");
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.util.Hashes.hash;
023 import static io.jenetics.internal.util.SerialIO.readInt;
024 import static io.jenetics.internal.util.SerialIO.writeInt;
025 import static io.jenetics.util.RandomRegistry.random;
026 
027 import java.io.DataInput;
028 import java.io.DataOutput;
029 import java.io.IOException;
030 import java.io.InvalidObjectException;
031 import java.io.ObjectInputStream;
032 import java.io.Serial;
033 import java.io.Serializable;
034 
035 import io.jenetics.util.ISeq;
036 import io.jenetics.util.IntRange;
037 import io.jenetics.util.MSeq;
038 import io.jenetics.util.Mean;
039 
040 /**
041  * NumericGene implementation which holds a 32-bit integer number.
042  *
043  <p>This is a <a href="https://docs.oracle.com/javase/8/docs/api/java/lang/doc-files/ValueBased.html">
044  * value-based</a> class; use of identity-sensitive operations (including
045  * reference equality ({@code ==}), identity hash code, or synchronization) on
046  * instances of {@code IntegerGene} may have unpredictable results and should
047  * be avoided.
048  *
049  @see IntegerChromosome
050  *
051  * @implNote
052  * This class is immutable and thread-safe.
053  *
054  @author <a href="mailto:franz.wilhelmstoetter@gmail.com">Franz Wilhelmstötter</a>
055  @since 2.0
056  @version 7.0
057  */
058 public final class IntegerGene
059     implements
060         NumericGene<Integer, IntegerGene>,
061         Mean<IntegerGene>,
062         Comparable<IntegerGene>,
063         Serializable
064 {
065 
066     @Serial
067     private static final long serialVersionUID = 2L;
068 
069     private final int _allele;
070     private final int _min;
071     private final int _max;
072 
073     /**
074      * Create a new random {@code IntegerGene} 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 IntegerGene#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 IntegerGene(final int allele, final int min, final int max) {
084         _allele = allele;
085         _min = min;
086         _max = max;
087     }
088 
089     @Override
090     public Integer allele() {
091         return _allele;
092     }
093 
094     @Override
095     public Integer min() {
096         return _min;
097     }
098 
099     @Override
100     public Integer 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 IntRange range() {
112         return IntRange.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 _allele;
128     }
129 
130     @Override
131     public long longValue() {
132         return _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 _allele >= _min && _allele < _max;
148     }
149 
150     @Override
151     public int compareTo(final IntegerGene other) {
152         return Integer.compare(_allele, other._allele);
153     }
154 
155     @Override
156     public IntegerGene mean(final IntegerGene that) {
157         final int x = that._allele;
158         final int y = _allele;
159 
160         // http://aggregate.org/MAGIC/#Average%20of%20Integers
161         return IntegerGene.of((x&y((x^y>> 1), _min, _max);
162     }
163 
164     /**
165      * Create a new gene from the given {@code value} and the gene context.
166      *
167      @since 5.0
168      @param allele the value of the new gene.
169      @return a new gene with the given value.
170      */
171     public IntegerGene newInstance(final int allele) {
172         return IntegerGene.of(allele, _min, _max);
173     }
174 
175     @Override
176     public IntegerGene newInstance(final Integer allele) {
177         return IntegerGene.of(allele, _min, _max);
178     }
179 
180     @Override
181     public IntegerGene newInstance(final Number allele) {
182         final int value = allele instanceof Double || allele instanceof Float
183             (int)Math.round(allele.doubleValue())
184             : allele.intValue();
185 
186         return IntegerGene.of(value, _min, _max);
187     }
188 
189     @Override
190     public IntegerGene newInstance() {
191         return IntegerGene.of(random().nextInt(_min, _max), _min, _max);
192     }
193 
194     @Override
195     public int hashCode() {
196         return hash(_allele, hash(_min, hash(_max)));
197     }
198 
199     @Override
200     public boolean equals(final Object obj) {
201         return obj == this ||
202             obj instanceof IntegerGene other &&
203             other._allele == _allele &&
204             other._min == _min &&
205             other._max == _max;
206     }
207 
208     @Override
209     public String toString() {
210         return String.format("[%s]", _allele);
211     }
212 
213     /* *************************************************************************
214      * Static factory methods.
215      * ************************************************************************/
216 
217     /**
218      * Create a new random {@code IntegerGene} with the given value and the
219      * given range. If the {@code value} isn't within the interval [min, max],
220      * no exception is thrown. In this case the method
221      {@link IntegerGene#isValid()} returns {@code false}.
222      *
223      @param allele the value of the gene.
224      @param min the minimal valid value of this gene (inclusively).
225      @param max the maximal valid value of this gene (exclusively).
226      @return a new {@code IntegerGene} with the given {@code value}
227      */
228     public static IntegerGene of(final int allele, final int min, final int max) {
229         return new IntegerGene(allele, min, max);
230     }
231 
232     /**
233      * Create a new random {@code IntegerGene} with the given value and the
234      * given range. If the {@code value} isn't within the interval [min, max],
235      * no exception is thrown. In this case the method
236      {@link IntegerGene#isValid()} returns {@code false}.
237      *
238      @since 3.2
239      *
240      @param allele the value of the gene.
241      @param range the integer range to use
242      @return a new {@code IntegerGene} with the give {@code value}
243      @throws NullPointerException if the given {@code range} is {@code null}.
244      */
245     public static IntegerGene of(final int allele, final IntRange range) {
246         return IntegerGene.of(allele, range.min(), range.max());
247     }
248 
249     /**
250      * Create a new random {@code IntegerGene}. It is guaranteed that the value of
251      * the {@code IntegerGene} lies in the interval [min, max].
252      *
253      @param min the minimal valid value of this gene (inclusively).
254      @param max the maximal valid value of this gene (exclusively).
255      @return a new random {@code IntegerGene}
256      @throws IllegalArgumentException if {@code max} is greater than
257      *         or equal to {@code min}
258      */
259     public static IntegerGene of(final int min, final int max) {
260         return of(random().nextInt(min, max), min, max);
261     }
262 
263     /**
264      * Create a new random {@code IntegerGene}. It is guaranteed that the value of
265      * the {@code IntegerGene} lies in the interval [min, max).
266      *
267      @since 3.2
268      *
269      @param range the integer range to use
270      @return a new random {@code IntegerGene}
271      @throws NullPointerException if the given {@code range} is {@code null}.
272      @throws IllegalArgumentException if {@code max} is greater than
273      *         or equal to {@code min}
274      */
275     public static IntegerGene of(final IntRange range) {
276         return of(random().nextInt(range.min(), range.max()), range);
277     }
278 
279     static ISeq<IntegerGene> seq(
280         final int min,
281         final int max,
282         final IntRange lengthRange
283     ) {
284         final var random = random();
285         final var length = random.nextInt(lengthRange.min(), lengthRange.max());
286 
287         return MSeq.<IntegerGene>ofLength(length)
288             .fill(() -> new IntegerGene(random.nextInt(min, max), min, max))
289             .toISeq();
290     }
291 
292 
293     /* *************************************************************************
294      *  Java object serialization
295      * ************************************************************************/
296 
297     @Serial
298     private Object writeReplace() {
299         return new SerialProxy(SerialProxy.INTEGER_GENE, this);
300     }
301 
302     @Serial
303     private void readObject(final ObjectInputStream stream)
304         throws InvalidObjectException
305     {
306         throw new InvalidObjectException("Serialization proxy required.");
307     }
308 
309     void write(final DataOutput outthrows IOException {
310         writeInt(_allele, out);
311         writeInt(_min, out);
312         writeInt(_max, out);
313     }
314 
315     static IntegerGene read(final DataInput inthrows IOException {
316         return of(readInt(in), readInt(in), readInt(in));
317     }
318 
319 }