MultiPointCrossover.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 java.lang.Math.min;
023 import static java.lang.String.format;
024 
025 import io.jenetics.internal.math.Subset;
026 import io.jenetics.util.MSeq;
027 import io.jenetics.util.RandomRegistry;
028 
029 /**
030  <p><strong>Multiple point crossover</strong></p>
031  *
032  * If the {@code MultiPointCrossover} is created with one crossover point, it
033  * behaves exactly like the {@link SinglePointCrossover}. The following picture
034  * shows how the {@code MultiPointCrossover} works with two crossover points,
035  * defined at index 1 and 4.
036  <p>
037  *    <img src="doc-files/2PointCrossover.svg" width="400" alt="2-point crossover">
038  </p>
039  *
040  * If the number of crossover points is odd, the crossover looks like in the
041  * following figure.
042  *
043  <p>
044  *    <img src="doc-files/3PointCrossover.svg" width="400" alt="3-point crossover">
045  </p>
046  *
047  @see SinglePointCrossover
048  *
049  @author <a href="mailto:franz.wilhelmstoetter@gmail.com">Franz Wilhelmstötter</a>
050  @since 1.2
051  @version 6.0
052  */
053 public class MultiPointCrossover<
054     extends Gene<?, G>,
055     extends Comparable<? super C>
056 >
057     extends Crossover<G, C>
058 {
059 
060     private final int _n;
061 
062     /**
063      * Create a new crossover instance.
064      *
065      @param probability the recombination probability.
066      @param n the number of crossover points.
067      @throws IllegalArgumentException if the {@code probability} is not in the
068      *         valid range of {@code [0, 1]} or {@code n &lt; 1}.
069      */
070     public MultiPointCrossover(final double probability, final int n) {
071         super(probability);
072         if (n < 1) {
073             throw new IllegalArgumentException(format(
074                 "n must be at least 1 but was %d.", n
075             ));
076         }
077         _n = n;
078     }
079 
080     /**
081      * Create a new crossover instance with two crossover points.
082      *
083      @param probability the recombination probability.
084      @throws IllegalArgumentException if the {@code probability} is not in the
085      *         valid range of {@code [0, 1]}.
086      */
087     public MultiPointCrossover(final double probability) {
088         this(probability, 2);
089     }
090 
091     /**
092      * Create a new crossover instance with default crossover probability of
093      * 0.05.
094      *
095      @param n the number of crossover points.
096      @throws IllegalArgumentException if {@code n &lt; 1}.
097      */
098     public MultiPointCrossover(final int n) {
099         this(0.05, n);
100     }
101 
102     /**
103      * Create a new crossover instance with two crossover points and crossover
104      * probability 0.05.
105      */
106     public MultiPointCrossover() {
107         this(0.052);
108     }
109 
110     /**
111      * Return the number of crossover points.
112      *
113      @return the number of crossover points.
114      */
115     public int crossoverPointCount() {
116         return _n;
117     }
118 
119     @Override
120     protected int crossover(final MSeq<G> that, final MSeq<G> other) {
121         assert that.length() == other.length();
122 
123         final int n = min(that.length(), other.length());
124         final int k = min(n, _n);
125 
126         final var random = RandomRegistry.random();
127         final int[] points = k > ? Subset.next(random, n, knew int[0];
128 
129         crossover(that, other, points);
130         return 2;
131     }
132 
133     // Package private for testing purpose.
134     static <T> void crossover(
135         final MSeq<T> that,
136         final MSeq<T> other,
137         final int[] indexes
138     ) {
139 
140         for (int i = 0; i < indexes.length - 1; i += 2) {
141             final int start = indexes[i];
142             final int end = indexes[i + 1];
143             that.swap(start, end, other, start);
144         }
145         if (indexes.length%== 1) {
146             final int index = indexes[indexes.length - 1];
147             that.swap(index, min(that.length(), other.length()), other, index);
148         }
149     }
150 
151     @Override
152     public String toString() {
153         return format(
154             "%s[p=%f, n=%d]",
155             getClass().getSimpleName(), _probability, _n
156         );
157     }
158 
159 }