LongGene.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.readLong;
024 import static io.jenetics.internal.util.SerialIO.writeLong;
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.LongRange;
038 import io.jenetics.util.MSeq;
039 import io.jenetics.util.Mean;
040 
041 /**
042  * NumericGene implementation which holds a 64-bit integer 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 LongGene} may have unpredictable results and should
048  * be avoided.
049  *
050  @see LongChromosome
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 6.1
058  */
059 public final class LongGene
060     implements
061         NumericGene<Long, LongGene>,
062         Mean<LongGene>,
063         Comparable<LongGene>,
064         Serializable
065 {
066 
067     @Serial
068     private static final long serialVersionUID = 2L;
069 
070     private final long _allele;
071     private final long _min;
072     private final long _max;
073 
074     /**
075      * Create a new random {@code LongGene} with the given value and the
076      * given range. If the {@code value} isn't within the interval [min, max),
077      * no exception is thrown. In this case the method
078      {@link LongGene#isValid()} returns {@code false}.
079      *
080      @param allele the value of the gene.
081      @param min the minimal valid value of this gene (inclusively).
082      @param max the maximal valid value of this gene (exclusively).
083      */
084     private LongGene(final long allele, final long min, final long max) {
085         _allele = allele;
086         _min = min;
087         _max = max;
088     }
089 
090     @Override
091     public Long allele() {
092         return _allele;
093     }
094 
095     @Override
096     public Long min() {
097         return _min;
098     }
099 
100     @Override
101     public Long max() {
102         return _max;
103     }
104 
105     /**
106      * Return the range of {@code this} gene.
107      *
108      @since 4.4
109      *
110      @return the range of {@code this} gene
111      */
112     public LongRange range() {
113         return LongRange.of(_min, _max);
114     }
115 
116     @Override
117     public byte byteValue() {
118         return (byte_allele;
119     }
120 
121     @Override
122     public short shortValue() {
123         return (short_allele;
124     }
125 
126     @Override
127     public int intValue() {
128         return (int_allele;
129     }
130 
131     @Override
132     public long longValue() {
133         return _allele;
134     }
135 
136     @Override
137     public float floatValue() {
138         return (float_allele;
139     }
140 
141     @Override
142     public double doubleValue() {
143         return _allele;
144     }
145 
146     @Override
147     public boolean isValid() {
148         return _allele >= _min && _allele < _max;
149     }
150 
151     @Override
152     public int compareTo(final LongGene other) {
153         return Long.compare(_allele, other._allele);
154     }
155 
156     @Override
157     public LongGene mean(final LongGene that) {
158         final long x = that._allele;
159         final long y = _allele;
160 
161         // http://aggregate.org/MAGIC/#Average%20of%20Integers
162         return LongGene.of((x&y((x^y>> 1), _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 LongGene newInstance(final long allele) {
173         return LongGene.of(allele, _min, _max);
174     }
175 
176     @Override
177     public LongGene newInstance(final Long allele) {
178         return LongGene.of(allele, _min, _max);
179     }
180 
181     @Override
182     public LongGene newInstance(final Number allele) {
183         final long value = allele instanceof Double || allele instanceof Float
184             ? Math.round(allele.doubleValue())
185             : allele.longValue();
186 
187         return LongGene.of(value, _min, _max);
188     }
189 
190     @Override
191     public LongGene newInstance() {
192         return LongGene.of(random().nextLong(_min, _max), _min, _max);
193     }
194 
195     @Override
196     public int hashCode() {
197         return hash(_allele, hash(_min, hash(_max)));
198     }
199 
200     @Override
201     public boolean equals(final Object obj) {
202         return obj == this ||
203             obj instanceof LongGene other &&
204             other._allele == _allele &&
205             other._min == _min &&
206             other._max == _max;
207     }
208 
209     @Override
210     public String toString() {
211         return String.format("[%s]", _allele);
212     }
213 
214     /* *************************************************************************
215      * Static factory methods.
216      * ************************************************************************/
217 
218     /**
219      * Create a new random {@code LongGene} with the given value and the
220      * given range. If the {@code value} isn't within the interval [min, max],
221      * no exception is thrown. In this case the method
222      {@link LongGene#isValid()} returns {@code false}.
223      *
224      @param allele the value of the gene.
225      @param min the minimal valid value of this gene (inclusively).
226      @param max the maximal valid value of this gene (exclusively).
227      @return a new {@code LongGene} with the given parameters.
228      */
229     public static LongGene of(final long allele, final long min, final long max) {
230         return new LongGene(allele, min, max);
231     }
232 
233     /**
234      * Create a new random {@code LongGene} with the given value and the
235      * given range. If the {@code value} isn't within the interval [min, max],
236      * no exception is thrown. In this case the method
237      {@link LongGene#isValid()} returns {@code false}.
238      *
239      @since 3.2
240      *
241      @param allele the value of the gene.
242      @param range the long range to use
243      @return a new random {@code LongGene}
244      @throws NullPointerException if the given {@code range} is {@code null}.
245      */
246     public static LongGene of(final long allele, final LongRange range) {
247         return LongGene.of(allele, range.min(), range.max());
248     }
249 
250     /**
251      * Create a new random {@code LongGene}. It is guaranteed that the value of
252      * the {@code LongGene} lies in the interval [min, max].
253      *
254      @param min the minimal valid value of this gene (inclusively).
255      @param max the maximal valid value of this gene (exclusively).
256      @return a new {@code LongGene} with the given parameters.
257      @throws IllegalArgumentException if {@code max} is greater than
258      *         or equal to {@code min}
259      */
260     public static LongGene of(final long min, final long max) {
261         return of(random().nextLong(min, max), min, max);
262     }
263 
264     /**
265      * Create a new random {@code LongGene}. It is guaranteed that the value of
266      * the {@code LongGene} lies in the interval [min, max].
267      *
268      @since 3.2
269      *
270      @param range the long range to use
271      @return a new random {@code LongGene}
272      @throws NullPointerException if the given {@code range} is {@code null}
273      @throws IllegalArgumentException if {@code max} is greater than
274      *         or equal to {@code min}
275      */
276     public static LongGene of(final LongRange range) {
277         return of(random().nextLong(range.min(), range.max()), range);
278     }
279 
280     static ISeq<LongGene> seq(
281         final long min,
282         final long max,
283         final IntRange lengthRange
284     ) {
285         final var random = random();
286         final var length = random.nextInt(lengthRange.min(), lengthRange.max());
287 
288         return MSeq.<LongGene>ofLength(length)
289             .fill(() -> LongGene.of(random.nextLong(min, max), min, max))
290             .toISeq();
291     }
292 
293 
294     /* *************************************************************************
295      *  Java object serialization
296      * ************************************************************************/
297 
298     @Serial
299     private Object writeReplace() {
300         return new SerialProxy(SerialProxy.LONG_GENE, this);
301     }
302 
303     @Serial
304     private void readObject(final ObjectInputStream stream)
305         throws InvalidObjectException
306     {
307         throw new InvalidObjectException("Serialization proxy required.");
308     }
309 
310     void write(final DataOutput outthrows IOException {
311         writeLong(_allele, out);
312         writeLong(_min, out);
313         writeLong(_max, out);
314     }
315 
316     static LongGene read(final DataInput inthrows IOException {
317         return of(readLong(in), readLong(in), readLong(in));
318     }
319 
320 }