TCodificacaoInteira.cpp

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#include "TCodificacaoInteira.h"
 
int TCodificacaoInteira::nElementos = 0; // número de elementos na permutação
TVector<int> TCodificacaoInteira::maxValor; // valor máximo para cada elemento 
 
void TCodificacaoInteira::Copiar(TPonto objecto) {
    TCodificacaoInteira& obj = *((TCodificacaoInteira*)objecto);
    estado = obj.estado;
}
 
void TCodificacaoInteira::NovaSolucao(void) {
    estado.Count(nElementos);
    for (int i = 0; i < nElementos; i++)
        estado[i] = TRand::rand() % maxValor[i];
    custo = -1;
}
 
void TCodificacaoInteira::Debug(bool completo) {
    for (int i = 0; i < nElementos; i++)
        printf("%d ", estado[i]);
}
 
void TCodificacaoInteira::ResetParametros() {
 
    TProcuraMelhorativa::ResetParametros();
    // parâmetros da codificação inteira
    parametro += {
        { "TIPO_CRUZAR", 1, 0, 10, "Cruzamento: N - N-pontos, 0 - uniforme", {
            "uniforme","1-ponto","2-pontos","3-pontos","4-pontos",
            "5-pontos","6-pontos","7-pontos","8-pontos","9-pontos","10-pontos" } },
        { "TIPO_MUTAR", 0,0,100, "Mutação: 0 - aplica um vizinho aleatório (seja 1 só elemento ou segmento), 1 a 100, probabilidade de mutação de cada elemento, em percentagem (1 a 100)" },
        { "TIPO_VIZINHO", 1,1,6, "Vizinhança: vários métodos para vizinhanças de inteiros", {
            "incDecValor",
            "incDecPot2",
            "trocaValor",
            "inserir",
            "trocaPar",
            "inverterSegmento" } },
        { "LIMITE_VIZINHOS", 0,0,1000,
"LIMITE_VIZINHOS, conforme a vizinhança, se 0 não há limite\n\
- incDecPot2 + trocaValor - limita a diferença máxima de valores\n\
- inserir + trocaPar + inverterSegmento - limita a distância entre pares" },
        { "TIPO_DISTANCIA", 1,1,3, "Distância: vários métodso para distâncias de inteiros", {
            "Hamming", // número de posições com valores diferentes
            "Euclidiana", // distância euclidiana (raiz quadrada da soma dos quadrados das diferenças)
            "Manhattan" // distância Manhattan (soma das diferenças absolutas)
        } }
    };
}
 
void TCodificacaoInteira::Cruzamento(TPonto a, TPonto b) {
    int pontos = Parametro(TIPO_CRUZAR_CI);
    TVector<int> divisoes;
    if (pontos > nElementos / 2)
        pontos = nElementos / 2;
    while (divisoes.Count() < pontos) {
        divisoes += (TRand::rand() % nElementos);
        divisoes.BeASet();
    }
    if (divisoes.Empty()) { // cruzamento uniforme
        Debug(EXTRA_DEBUG, false, " cruzamento uniforme");
        for (int i = 0; i < nElementos; i++)
            estado[i] = ((TCodificacaoInteira*)(TRand::rand() % 2 == 0 ? a : b))->estado[i];
    }
    else { // cruzamento em N pontos
        bool copiaPai = true;
        int i = 0;
        if (Parametro(NIVEL_DEBUG) >= EXTRA_DEBUG) {
            Debug(EXTRA_DEBUG, false, " cruzamento %d-ponto(s): ", divisoes.Count());
            for (auto ponto : divisoes)
                Debug(EXTRA_DEBUG, false, "%d ", ponto);
        }
        divisoes += nElementos; // ponto final
        for(auto ponto : divisoes) {
            while (i < ponto) {
                estado[i] = ((TCodificacaoInteira*)(copiaPai ? a : b))->estado[i];
                i++;
            }
            copiaPai = !copiaPai;
        }
    }
    custo = -1;
 
    TProcuraMelhorativa::Cruzamento(a, b);
}
 
 
void TCodificacaoInteira::Vizinhanca(TVector<TPonto>& vizinhos) {
    // inverter segmento de N bits
    ETiposVizinhancaInteira tipo = (ETiposVizinhancaInteira)Parametro(TIPO_VIZINHO_CI);
    int limiteVizinhanca = Parametro(LIMITE_VIZINHOS_CI);
    Debug(EXTRA_DEBUG, false, " vizinhança %s (limite %d)",
        parametro[TIPO_VIZINHO_CI].nomeValores[tipo - 1], limiteVizinhanca);
 
    if (tipo >= vizIncDecValorCI && tipo <= vizTrocaValorCI) {
        // alterar valor de um elemento
        for (int i = 0; i < nElementos; i++) {
            int j = 0;
            while (abs(j) <= maxValor[i] && (!limiteVizinhanca || abs(j) <= limiteVizinhanca)) {
                // incrementar j (+1, -1, +2, -2, +4, -4, etc no caso de potências, e incremental c.c.)
                if (j <= 0)
                    j = -j + (tipo == vizIncDecPot2CI ? (j == 0 ? 1 : -j) : 1);
                else
                    j = -j;
                if (tipo == vizIncDecValorCI && j > 1)
                    break; // apenas incrementa/decrementa 1
                if (estado[i] + j < 0 || estado[i] + j >= maxValor[i])
                    continue; // valor inválido
                TCodificacaoInteira* vizinho = (TCodificacaoInteira*)Duplicar();
                if (vizinho != NULL) {
                    vizinho->estado[i] += j;
                    vizinho->custo = -1;
                    vizinhos += vizinho;
                }
                else
                    memoriaEsgotada = true;
            }
        }
    }
    else if (tipo >= vizInserirCI && tipo <= vizInverterSegmentoCI) {
        // alterar posição de elementos
        for (int i = 0; i < nElementos; i++) // elemento i
            for (int j = 0; j < nElementos; j++) // elemento j ou local j
                if (i != j && (!limiteVizinhanca || abs(i - j) <= limiteVizinhanca)) {
                    TCodificacaoInteira* vizinho = (TCodificacaoInteira*)Duplicar();
                    if (vizinho != NULL) {
                        if (tipo == vizInserirCI) {
                            int valor = vizinho->estado[i];
                            vizinho->estado.Delete(i);
                            vizinho->estado.Insert(j < i ? j : j - 1, valor);
                            if (maxValor[i] != maxValor[j]) {
                                // garantir que os valores estão dentro dos limites
                                for (int k = (i < j ? i : j); k < (i < j ? j : i); k++)
                                    vizinho->estado[k] %= maxValor[k];
                            }
                        }
                        else if (tipo == vizTrocaParCI && i < j) { // trocaPar
                            int valor = vizinho->estado[i];
                            vizinho->estado[i] = vizinho->estado[j];
                            vizinho->estado[j] = valor;
                            if (maxValor[i] != maxValor[j]) {
                                // garantir que os valores estão dentro dos limites
                                vizinho->estado[i] %= maxValor[i];
                                vizinho->estado[j] %= maxValor[j];
                            }
                        }
                        else if (tipo == vizInverterSegmentoCI && i < j) { // inverterSegmento
                            int ii = i, jj = j;
                            while (ii < jj) {
                                int valor = vizinho->estado[ii];
                                vizinho->estado[ii] = vizinho->estado[jj];
                                vizinho->estado[jj] = valor;
                                if (maxValor[ii] != maxValor[jj]) {
                                    // garantir que os valores estão dentro dos limites
                                    vizinho->estado[ii] %= maxValor[ii];
                                    vizinho->estado[jj] %= maxValor[jj];
                                }
                                ii++;
                                jj--;
                            }
                        }
 
                        vizinho->custo = -1;
                        vizinhos += vizinho;
                    }
                    else
                        memoriaEsgotada = true;
                }
    }
    TProcuraMelhorativa::Vizinhanca(vizinhos);
}
 
void TCodificacaoInteira::Mutar(void) {
    // mutação com probabilidade p de trocar cada bit
    int p = Parametro(TIPO_MUTAR_CI);
    int limiteVizinhanca = Parametro(LIMITE_VIZINHOS_CI);
    if (p == 0) {
        // um vizinho aleatório
        ETiposVizinhancaInteira tipo = (ETiposVizinhancaInteira)Parametro(TIPO_VIZINHO_CI);
        int i = TRand::rand() % nElementos;
        int j = TRand::rand() % nElementos;
        Debug(EXTRA_DEBUG, false, " mutar vizinho %s (%d,%d)",
            parametro[TIPO_VIZINHO_CI].nomeValores[tipo - 1], i, j);
        if (tipo == vizIncDecValorCI) {
            estado[i] += (TRand::rand() % 2 == 0 ? 1 : -1);
        }
        else if (tipo == vizIncDecValorCI) {
            do {
                j = 1 << (TRand::rand() % 10); // potência de 2 até 512 
            } while (j >= maxValor[i]);
            estado[i] += (TRand::rand() % 2 == 0 ? j : -j);
        }
        else if (tipo == vizTrocaValorCI) {
            estado[i] = TRand::rand() % maxValor[i];
        }
        else if (tipo == vizInserirCI) {
            int valor = estado[i];
            estado.Delete(i);
            estado.Insert(j < i ? j : j - 1, valor);
        }
        else if (tipo == vizTrocaParCI) {
            int valor = estado[i];
            estado[i] = estado[j];
            estado[j] = valor;
        }
        else if (tipo == vizInverterSegmentoCI) {
            while (i < j) {
                int valor = estado[i];
                estado[i] = estado[j];
                estado[j] = valor;
                i++;
                j--;
            }
        }
        // garantir que os valores estão dentro dos limites
        for (int i = 0; i < nElementos; i++)
            estado[i] = (estado[i] + maxValor[i]) % maxValor[i];
        custo = -1;
    }
    else {
        Debug(EXTRA_DEBUG, false, " mutar prob p(%d) limiteVizinhanca %d",
            p, limiteVizinhanca);
        // cada elemento com probabilidade p
        for (int i = 0; i < nElementos; i++)
            if (TRand::rand() % 100 < (unsigned)p) {
                if (limiteVizinhanca) {
                    estado[i] += TRand::rand() % (2 * limiteVizinhanca + 1) - limiteVizinhanca;
                    estado[i] = (estado[i] + maxValor[i]) % maxValor[i]; // garantir positivo
                }
                else
                    estado[i] += TRand::rand() % maxValor[i];
            }
        custo = -1;
    }
}
 
int TCodificacaoInteira::Distancia(TPonto a) {
    int dist = 0;
    TCodificacaoInteira& obj = *(TCodificacaoInteira*)a;
    ETiposDistanciaInteira tipo = (ETiposDistanciaInteira)Parametro(TIPO_DISTANCIA_CI);
    if (tipo == distEuclidianaCI) {
        int64_t d = 0;
        for (int i = 0; i < nElementos; i++) {
            int64_t dif = estado[i] - obj.estado[i];
            d += dif * dif;
        }
        dist = (int)d;
    }
    else if (tipo == distManhattanCI) {
        for (int i = 0; i < nElementos; i++)
            dist += abs(estado[i] - obj.estado[i]);
    }
    else // Hamming
        for (int i = 0; i < nElementos; i++)
            dist += (estado[i] != obj.estado[i]);
    return dist;
}