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001 /*002  * Java Genetic Algorithm Library (jenetics-3.0.0).
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 004  *
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 006  * you may not use this file except in compliance with the License.
 007  * You may obtain a copy of the License at
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 009  *      http://www.apache.org/licenses/LICENSE-2.0
 010  *
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 016  *
 017  * Author:
 018  *    Franz Wilhelmstötter (franz.wilhelmstoetter@gmx.at)
 019  */
 020 package org.jenetics;
 021
 022 import static java.lang.String.format;
 023 import static org.jenetics.internal.util.Equality.eq;
 024
 025 import org.jenetics.internal.util.Equality;
 026 import org.jenetics.internal.util.Hash;
 027
 028 /**
 029  * <p>
 030  * In linear-ranking selection the individuals are sorted according to their
 031  * fitness values. The rank <i>N</i> is assignee to the best individual and the
 032  * rank 1 to the worst individual. The selection probability <i>P(i)</i>  of
 033  * individual <i>i</i> is linearly assigned to the individuals according to
 034  * their rank.
 035  * </p>
 036  * <p><img
 037  *        src="doc-files/linear-rank-selector.gif"
 038  *        alt="P(i)=\frac{1}{N}\left(n^{-}+\left(n^{+}-n^{-}\right)\frac{i-1}{N-1}\right)"
 039  *     >
 040  * </p>
 041  *
 042  * Here <i>n</i><sup><i>-</i></sup>/<i>N</i> is the probability of the worst
 043  * individual to be    selected and <i>n</i><sup><i>+</i></sup>/<i>N</i> the
 044  * probability of the best individual to be selected. As the population size is
 045  * held constant, the conditions <i>n</i><sup><i>+</i></sup> = 2 - <i>n</i><sup><i>-</i></sup>
 046  * and <i>n</i><sup><i>-</i></sup> >= 0 must be fulfilled. Note that all individuals
 047  * get a different rank, i.e., a different selection probability, even if the
 048  * have the same fitness value. <p>
 049  *
 050  * <i>
 051  * T. Blickle, L. Thiele, A comparison of selection schemes used
 052  * in evolutionary algorithms, Technical Report, ETH Zurich, 1997, page 37.
 053  * <a href="http://citeseer.ist.psu.edu/viewdoc/summary?doi=10.1.1.15.9584&rank=1">
 054  *    http://citeseer.ist.psu.edu/blickle97comparison.html
 055  * </a>
 056  * </i>
 057  *
 058  * @author <a href="mailto:franz.wilhelmstoetter@gmx.at">Franz Wilhelmstötter</a>
 059  * @since 1.0
 060  * @version 2.0 — <em>$Date: 2014-12-28 $</em>
 061  */
 062 public final class LinearRankSelector<
 063     G extends Gene<?, G>,
 064     C extends Comparable<? super C>
 065 >
 066     extends ProbabilitySelector<G, C>
 067 {
 068     private final double _nminus;
 069     private final double _nplus;
 070
 071     /**
 072      * Create a new LinearRankSelector with the given values for {@code nminus}.
 073      *
 074      * @param nminus {@code nminus/N} is the probability of the worst phenotype
 075      *         to be selected.
 076      * @throws IllegalArgumentException if {@code nminus < 0}.
 077      */
 078     public LinearRankSelector(final double nminus) {
 079         super(true);
 080
 081         if (nminus < 0) {
 082             throw new IllegalArgumentException(format(
 083                 "nminus is smaller than zero: %s", nminus
 084             ));
 085         }
 086
 087         _nminus = nminus;
 088         _nplus = 2 - _nminus;
 089     }
 090
 091     /**
 092      * Create a new LinearRankSelector with {@code nminus := 0.5}.
 093      */
 094     public LinearRankSelector() {
 095         this(0.5);
 096     }
 097
 098     /**
 099      * This method sorts the population in descending order while calculating the
 100      * selection probabilities. (The method {@link Population#populationSort()} is called
 101      * by this method.)
 102      */
 103     @Override
 104     protected double[] probabilities(
 105         final Population<G, C> population,
 106         final int count
 107     ) {
 108         assert(population != null) : "Population can not be null. ";
 109         assert(count > 0) : "Population to select must be greater than zero. ";
 110
 111         //Sort the population.
 112         population.populationSort();
 113
 114         final double N = population.size();
 115         final double[] probabilities = new double[population.size()];
 116
 117         if (N == 1) {
 118             probabilities[0] = 1;
 119         } else {
 120             for (int i = probabilities.length; --i >= 0; ) {
 121                 probabilities[probabilities.length - i - 1] =
 122                     (_nminus + ((_nplus - _nminus)*i)/(N - 1))/N;
 123             }
 124         }
 125
 126         assert (sum2one(probabilities)) : "Probabilities doesn't sum to one.";
 127         return probabilities;
 128     }
 129
 130     @Override
 131     public int hashCode() {
 132         return Hash.of(getClass()).and(_nminus).and(_nplus).value();
 133     }
 134
 135     @Override
 136     public boolean equals(final Object obj) {
 137         return Equality.of(this, obj).test(selector ->
 138             eq(_nminus, selector._nminus) &&
 139             eq(_nplus, selector._nplus)
 140         );
 141     }
 142
 143     @Override
 144     public String toString() {
 145         return format(
 146             "%s[(n-)=%f, (n+)=%f]",
 147             getClass().getSimpleName(), _nminus, _nplus
 148         );
 149     }
 150
 151 }
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