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core/src/main/java/com/gitee/drinkjava2/frog/util/GeneUtils.java
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@@ -0,0 +1,140 @@
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* Copyright 2018 the original author or authors.
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* Licensed under the Apache License, Version 2.0 (the "License"); you may not
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* use this file except in compliance with the License. You may obtain a copy of
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* the License at http://www.apache.org/licenses/LICENSE-2.0 Unless required by
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* applicable law or agreed to in writing, software distributed under the
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* License is distributed on an "AS IS" BASIS, WITHOUT WARRANTIES OR CONDITIONS
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* OF ANY KIND, either express or implied. See the License for the specific
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* language governing permissions and limitations under the License.
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package com.gitee.drinkjava2.frog.util;
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import static com.gitee.drinkjava2.frog.brain.Genes.GENE_NUMBERS;
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import static com.gitee.drinkjava2.frog.util.RandomUtils.percent;
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import java.util.ArrayList;
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import java.util.Arrays;
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import com.gitee.drinkjava2.frog.Animal;
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import com.gitee.drinkjava2.frog.Env;
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import com.gitee.drinkjava2.frog.brain.Genes;
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/**
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* 与Gene相关的工具方法
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*
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* @author Yong Zhu
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* @since 10.0
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@SuppressWarnings("all")
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public class GeneUtils {
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public static void createCellsFromGene(Animal a) {//根据基因生成细胞参数
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for (int g = 0; g < GENE_NUMBERS; g++) {//动物有多条基因，一条基因控制一维细胞参数，目前最多有64维，也就是最多有64条基因
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long geneMask = 1l << g;
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ArrayList<Integer> gene = a.genes.get(g);
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int xLimit = Genes.xLimit[g];
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int yLimit = Genes.yLimit[g];
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int zLimit = Genes.zLimit[g];
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boolean fill = Genes.fill_gene[g];
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if (fill) { //如果这个基因是fill型的，会填充在指定区域的所有细胞中，不需要使用分裂算法来生成细胞
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if (xLimit < 0) { //如坐标一个也没有给出, 填充整个三维脑细胞空间
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for (int x = 0; x < Env.BRAIN_SIZE; x++)
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for (int y = 0; y < Env.BRAIN_SIZE; y++)
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for (int z = 0; z < Env.BRAIN_SIZE; z++)
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a.cells[x][y][z] = a.cells[x][y][z] | geneMask;
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} else if (yLimit < 0) { // 如果只给出了x坐标, 填充此基因在脑坐标为x的yz平面上
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for (int y = 0; y < Env.BRAIN_SIZE; y++)
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for (int z = 0; z < Env.BRAIN_SIZE; z++)
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a.cells[xLimit][y][z] = a.cells[xLimit][y][z] | geneMask;
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} else if (zLimit < 0) { // 如果只给出了x,y坐标，填充此基因在x,y指定的z轴上
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for (int z = 0; z < Env.BRAIN_SIZE; z++)
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a.cells[xLimit][yLimit][z] = a.cells[xLimit][yLimit][z] | geneMask;
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} else { //如果x,y,z都给出了，填充此基因在x,y,z指定的点上
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a.cells[xLimit][yLimit][zLimit] = a.cells[xLimit][yLimit][zLimit] | geneMask;
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}
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continue;
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}
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//以下开始使用分裂和随机算法来从基因链生成脑细胞
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if (xLimit < 0) { //如坐标一个也没有定义,使用阴阳8叉树分裂算法在三维脑细胞空间分裂,这个最慢但分布范围大
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Tree8Util.knockNodesByGene(gene);//根据基因，把要敲除的8叉树节点作个标记
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for (int i = 0; i < Tree8Util.NODE_QTY; i++) {//再根据敲剩下的8叉树keep标记生成细胞参数
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if (Tree8Util.keep[i] > 0) {
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int[] node = Tree8Util.TREE8[i];
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if (node[0] == 1) {//如果node边长为1，即不可以再分裂了，就在三维空间对应数组的位置把当前基因geneMask置1
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a.cells[node[1]][node[2]][node[3]] = a.cells[node[1]][node[2]][node[3]] | geneMask; //在相应的细胞处把细胞参数位置1
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}
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}
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}
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} else if (yLimit < 0) { // 如果只定义了x坐标, 表示此基因分布在脑坐标x的yz平面上，此时使用阴阳4叉树分裂算法在此平面上分裂以加快速度
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Tree4Util.knockNodesByGene(gene);//根据基因，把要敲除的4叉树节点作个标记
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for (int i = 0; i < Tree4Util.NODE_QTY; i++) {//再根据敲剩下的4叉树keep标记生成细胞参数
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if (Tree4Util.keep[i] > 0) {
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int[] node = Tree4Util.TREE4[i];
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if (node[0] == 1) {//如果node边长为1，即不可以再分裂了，就在2维空间对间数组的位置把当前基因geneMask置1
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a.cells[xLimit][node[1]][node[2]] = a.cells[xLimit][node[1]][node[2]] | geneMask; //在相应的细胞处把细胞参数位置1
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}
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}
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}
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} else if (zLimit < 0) { // 如果只定义了x,y坐标，这时基因只能分布在x,y指定的z轴上，此时使用阴阳2叉树分裂算法
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Tree2Util.knockNodesByGene(gene);//根据基因，把要敲除的4叉树节点作个标记
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for (int i = 0; i < Tree2Util.NODE_QTY; i++) {//再根据敲剩下的4叉树keep标记生成细胞参数
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if (Tree2Util.keep[i] > 0) {
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int[] node = Tree2Util.TREE2[i];
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if (node[0] == 1) {//如果node边长为1，即不可以再分裂了，就在2维空间对间数组的位置把当前基因geneMask置1
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a.cells[xLimit][yLimit][node[1]] = a.cells[xLimit][yLimit][node[1]] | geneMask; //在相应的细胞处把细胞参数位置1
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}
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}
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}
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} else { //如果x,y,z都指定了，表示这个基因只能分布在一个点上, 这时只有0或1两种可能,如果基因不为空就认为它有
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if (!gene.isEmpty())
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a.cells[xLimit][yLimit][zLimit] = a.cells[xLimit][yLimit][zLimit] | geneMask;
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}
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}
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}
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public static void geneMutation(Animal a) { //基因变异,注意这一个方法同时变异所有条基因
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if(percent(20)) //50%的机率不变异
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return;
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for (int g = 0; g < GENE_NUMBERS; g++)
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if (percent(50)) {
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if (Genes.fill_gene[g]) //如果这个基因是fill型的，永远会存在指定区域的所有细胞中，所以不需要参与变异
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continue;
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int n = 5; //这是个魔数，今后可以考虑放在基因里去变异，8\4\2\1叉树的变异率可以不一样
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//随机新增阴节点基因，注意只是简单地随机新增，所以可能有重复基因
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ArrayList<Integer> gene = a.genes.get(g);
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int geneMaxLength; //8叉、4叉树、2叉树的节点最大序号不同，基因随机生成时要限制它不能大于最大序号
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if (Genes.xLimit[g] < 0) { //如x没定义,使用阴阳8叉树分裂算法
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geneMaxLength = Tree8Util.NODE_QTY;
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} else if (Genes.yLimit[g] < 0) { // 如果x>=0, y没定义, 表示此基因分布在坐标x的yz平面上，此时使用阴阳4叉树分裂算法
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geneMaxLength = Tree4Util.NODE_QTY;
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} else if (Genes.zLimit[g] < 0) { // 如果x>=0, y>=0，z没定义，这时基因只能分布在x,y指定的z轴上，此时使用阴阳2叉树分裂算法
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geneMaxLength = Tree2Util.NODE_QTY;
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} else { //如果x,y,z都指定了，表示这个基因只能分布在一个点上, 这时只有0或1两种可能, 如果基因不为空就认为它有。用随机算法
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if (percent(n)) {
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if (gene.isEmpty())
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gene.add(1);
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else
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gene.clear();
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}
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continue;
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}
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if (percent(n)) //随机生成负节点号，对应阴节点,
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gene.add(-RandomUtils.nextInt(geneMaxLength));
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if (percent(n)) //生成随机负正节点号，对应阳节点
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gene.add(RandomUtils.nextInt(geneMaxLength));
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if (percent(n * 2 + 2)) //随机删除一个节点，用这种方式来清除节点，防止节点无限增长，如果删对了，就不会再回来，如果删错了，系统就会把这个青蛙整个淘汰，这就是遗传算法的好处
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if (!gene.isEmpty())
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gene.remove(RandomUtils.nextInt(gene.size()));
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}
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}
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