Codons.java
001 /*
002  * Java Genetic Algorithm Library (jenetics-7.1.2).
003  * Copyright (c) 2007-2023 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.ext.grammar;
021 
022 import static java.util.Objects.requireNonNull;
023 
024 import java.util.concurrent.atomic.AtomicInteger;
025 import java.util.function.IntUnaryOperator;
026 
027 import io.jenetics.BitChromosome;
028 import io.jenetics.BitGene;
029 import io.jenetics.IntegerGene;
030 import io.jenetics.internal.util.Bits;
031 import io.jenetics.internal.util.Requires;
032 import io.jenetics.util.BaseSeq;
033 
034 import io.jenetics.ext.grammar.Cfg.Rule;
035 
036 /**
037  * Represents a mapping of a finite set of integers to symbol indexes. If more
038  * indexes are needed, the values are read from the beginning again. You have
039  * the possibility to create a {@code Codons} object from different chromosome
040  * types.
041  <pre>{@code
042  * // Create 'classic' codons from a bit-chromosome, where
043  * // the genes are split into 8-bit junks and converted
044  * // into unsigned int values.
045  * final Codons codons = Codons.ofBitGenes(BitChromosome.of(10_000));
046  *
047  * // Creating a codons object from an integer chromosome.
048  * final var ich = IntegerChromosome.of(IntRange.of(0, 256), 1_000);
049  * final var codons = Codons.ofIntegerGenes(ich);
050  * }</pre>
051  *
052  @author <a href="mailto:franz.wilhelmstoetter@gmail.com">Franz Wilhelmstötter</a>
053  @since 7.1
054  @version 7.1
055  */
056 public final class Codons implements SymbolIndex {
057 
058     private final IntUnaryOperator _values;
059     private final int _length;
060 
061     private final AtomicInteger _pos = new AtomicInteger(0);
062 
063     /**
064      * Create a new {@code Codons} object from a given {@code codons} source and
065      * its {@code length}.
066      *
067      @param codons the codons source
068      @param length the length of the codons source
069      @throws NullPointerException if the {@code codons} source is {@code null}
070      @throws IllegalArgumentException if the given {@code length} is smaller
071      *         than one
072      */
073     public Codons(final IntUnaryOperator codons, final int length) {
074         _values = requireNonNull(codons);
075         _length = Requires.positive(length);
076     }
077 
078     @Override
079     public int next(final Rule<?> rule, final int bound) {
080         final int index = _pos.getAndUpdate(x -> (x + 1)%_length);
081         return _values.applyAsInt(index)%bound;
082     }
083 
084     /**
085      * Creates a new, classical <em>codons</em> object from the given bit-genes.
086      * The genes is split into 8-bit chunks and converted into an unsigned
087      * {@code int[]} array.
088      <pre>{@code
089      * final Codons codons = Codons.ofBitGenes(BitChromosome.of(10_000));
090      * }</pre>
091      *
092      @param genes the genes used for creating the codons object
093      @return a new <em>codons</em> object
094      */
095     public static Codons ofBitGenes(final BaseSeq<BitGene> genes) {
096         if (genes instanceof BitChromosome ch) {
097             return ofBytes(ch.toByteArray());
098         else {
099             return ofBytes(toByteArray(genes));
100         }
101     }
102 
103     private static Codons ofBytes(final byte[] bytes) {
104         final var values = new int[bytes.length];
105         for (int i = 0; i < values.length; ++i) {
106             values[i= Byte.toUnsignedInt(bytes[i]);
107         }
108 
109         return new Codons(i -> values[i], values.length);
110     }
111 
112     static byte[] toByteArray(final BaseSeq<BitGene> genes) {
113         final byte[] bytes = Bits.newArray(genes.length());
114         for (int i = 0; i < genes.length(); ++i) {
115             if (genes.get(i).booleanValue()) {
116                 Bits.set(bytes, i);
117             }
118         }
119 
120         return bytes;
121     }
122 
123     /**
124      * Creates a new <em>codons</em> object from the given int-genes.
125      *
126      <pre>{@code
127      * final var chromosome = IntegerChromosome.of(IntRange.of(0, 256), 1_000);
128      * final var codons = Codons.ofIntegerGenes(chromosome);
129      * }</pre>
130      *
131      @param genes the genes used for creating the codons object
132      @return a new <em>codons</em> object
133      */
134     public static Codons ofIntegerGenes(final BaseSeq<IntegerGene> genes) {
135         return new Codons(i -> genes.get(i).intValue(), genes.length());
136     }
137 
138 }