Free cookie consent management tool by TermsFeed Policy Generator

source: branches/OKBJavaConnector/ECJClient/src/ec/app/edge/Edge.java @ 10216

Last change on this file since 10216 was 6152, checked in by bfarka, 14 years ago

added ecj and custom statistics to communicate with the okb services #1441

File size: 22.8 KB
Line 
1/*
2  Copyright 2006 by Sean Luke
3  Licensed under the Academic Free License version 3.0
4  See the file "LICENSE" for more information
5*/
6
7
8package ec.app.edge;
9import ec.util.*;
10import java.io.*;
11import java.util.*;
12import java.util.zip.*;
13import ec.*;
14import ec.gp.*;
15import ec.gp.koza.*;
16import ec.simple.*;
17
18/*
19 * Edge.java
20 *
21 * Created: Mon Nov  1 15:46:19 1999
22 * By: Sean Luke
23 */
24
25/**
26 * Edge implements the Symbolic Edge problem.
27 *
28 <p><b>Parameters</b><br>
29 <table>
30 <tr><td valign=top><i>base</i>.<tt>data</tt><br>
31 <font size=-1>classname, inherits or == ec.app.edge.EdgeData</font></td>
32 <td valign=top>(the class for the prototypical GPData object for the Edge problem)</td></tr>
33 </table>
34
35 <p><b>Parameter bases</b><br>
36 <table>
37 <tr><td valign=top><i>base</i>.<tt>data</tt></td>
38 <td>species (the GPData object)</td></tr>
39 </table>
40 *
41 * @author Sean Luke
42 * @version 1.0
43 */
44
45public class Edge extends GPProblem implements SimpleProblemForm
46    {
47    public static final String P_GENERALIZE = "generalize";
48    public static final String P_ALLPOS = "allpos";
49    public static final String P_ALLNEG = "allneg";
50    public static final String P_TESTPOS = "testpos";
51    public static final String P_TESTNEG = "testneg";
52    public static final String P_MAXTEST = "maxtest";
53
54    public static final int MIN_ARRAY_SIZE = 64;
55
56    // reading states (BAD is initial state)
57    public static final int BAD = 0;
58    public static final int READING0 = 1;
59    public static final int READING1 = 2;
60    public static final int EPSILON = 3;
61
62    // we'll need to deep clone this one though.
63    public EdgeData input;
64
65    // building graph
66    public boolean[] start;
67    public boolean[] accept;
68    public int numNodes;
69    public int[] from;
70    public int[] to;
71    public int[] reading;
72    public int numEdges;
73
74    // adjacency lists
75    public int[][] reading1;
76    public int[] reading1_l;
77    public int[][] reading0;
78    public int[] reading0_l;
79    public int[][] epsilon;
80    public int[] epsilon_l;
81
82    // positive test
83    public boolean[][] posT;
84    // negative test
85    public boolean[][] negT;
86    // positive all
87    public boolean[][] posA;
88    // negative all
89    public boolean[][] negA;
90
91    // testing
92    public boolean[] state1;
93    public boolean[] state2;
94
95    // generalize?
96    public boolean generalize;
97
98    public Object clone()
99        {
100        // we don't need to copy any of our arrays, they're null until
101        // we actually start using them.
102
103        Edge myobj = (Edge) (super.clone());
104
105        // we also don't need to clone the positive/negative
106        // examples, since they don't change through the course
107        // of our run (I hope!)  Otherwise we'd need to clone them
108        // here.
109
110        // clone our data object
111        myobj.input = (EdgeData)(input.clone());
112        return myobj;
113        }
114
115    public static String fill(int num, char c)
116        {
117        char[] buf = new char[num];
118        for(int x=0;x<num;x++) buf[x]=c;
119        return new String(buf);
120        }
121
122    public static final int J_LEFT = 0;
123    public static final int J_RIGHT = 1;
124    public static final int J_CENTER = 2;
125    public static String justify(final String s, final int len, final int justification)
126        {
127        int size = len - s.length();
128        if (size<0) size=0;
129        switch(justification)
130            {
131            case J_LEFT:
132                return s + fill(size,' ');
133            case J_RIGHT:
134                return fill(size,' ') + s;
135            default: // (J_CENTER)
136                return fill(size/2,' ') + s + fill(size-(size/2),' ');
137            }
138        }
139
140    public String printCurrentNFA()
141        {
142        int strsize = String.valueOf(numNodes).length();
143        String str = "";
144        for(int x=0;x<numNodes;x++)
145            {
146            str += justify(String.valueOf(x),strsize,J_RIGHT) + " " +
147                (start[x] ? "S" : " ") + (accept[x] ? "A" : " ") +
148                " -> ";
149
150            if (reading0_l[x]>0)
151                {
152                str += "(0:";
153                for(int y=0;y<reading0_l[x];y++)
154                    str += ((y>0 ? "," : "") + String.valueOf(reading0[x][y]));
155                str += ") ";
156                }
157
158            if (reading1_l[x]>0)
159                {
160                str += "(1:";
161                for(int y=0;y<reading1_l[x];y++)
162                    str += ((y>0 ? "," : "") + String.valueOf(reading1[x][y]));
163                str += ") ";
164                }
165
166            if (epsilon_l[x]>0)
167                {
168                str += "(e:";
169                for(int y=0;y<epsilon_l[x];y++)
170                    str += ((y>0 ? "," : "") + String.valueOf(epsilon[x][y]));
171                str += ")";
172                }
173            str += "\n";
174            }
175        return str;
176        }
177
178    public boolean[][] restrictToSize(int size, boolean[][]cases, EvolutionState state, int thread)
179        {
180        int csize = cases.length;
181        if (csize < size) return cases;
182
183        Hashtable hash = new Hashtable();
184        for(int x=0;x<size;x++)
185            {
186            while(true)
187                {
188                boolean[] b = cases[state.random[thread].nextInt(csize)];
189                if (!hash.contains(b)) { hash.put(b,b); break; }
190                }
191            }
192       
193        boolean[][] newcases = new boolean[size][];
194        Enumeration e = hash.keys();
195        for(int x=0;x<size;x++)
196            {
197            newcases[x] = (boolean[])(e.nextElement());
198            }
199
200        // sort the cases -- amazing, but hashtable doesn't always
201        // return the same ordering, I guess that's because it does
202        // pointer hashing.  Just want to guarantee replicability!
203
204        // is this correct?
205        java.util.Arrays.sort(newcases,
206            new java.util.Comparator()
207                {
208                public int compare(Object a, Object b)
209                    {
210                    boolean[] aa = (boolean[])a;
211                    boolean[] bb = (boolean[])b;
212                                       
213                    for(int x=0;x<Math.min(aa.length,bb.length);x++)
214                        if (!aa[x] && bb[x]) return -1;
215                        else if (aa[x] && !bb[x]) return 1;
216                    if (aa.length<bb.length) return -1;
217                    if (aa.length>bb.length) return 1;
218                    return 0;
219                    }
220                });
221        return newcases;
222        }
223
224
225
226    public boolean[][] slurp(final File f)
227        throws IOException
228        {
229        LineNumberReader r = new LineNumberReader(new InputStreamReader(new GZIPInputStream(new FileInputStream(f))));
230        String bits;
231
232        Vector v = new Vector();
233        while((bits=r.readLine())!=null)
234            {
235            bits = bits.trim();
236            int len = bits.length();
237            if (len==0) continue; // empty line
238            if (bits.charAt(0)=='#') continue;  // comment
239            if (bits.equalsIgnoreCase("e"))
240                v.addElement(new boolean[0]);
241            else
242                {
243                boolean[] b = new boolean[len];
244                for(int x=0;x<len;x++)
245                    b[x] = (bits.charAt(x)=='1');
246                v.addElement(b);
247                }
248            }
249        r.close();
250        boolean[][] result = new boolean[v.size()][];
251        v.copyInto(result);
252        return result;
253        }
254
255
256    public void printBits(final EvolutionState state, final boolean[][] bits)
257        {
258        StringBuffer s;
259        for(int x=0;x<bits.length;x++)
260            {
261            s = new StringBuffer();
262            for(int y=0;y<bits[x].length;y++)
263                if (bits[x][y]) s.append('1');
264                else s.append('0');
265            if (s.length()==0) state.output.message("(empty)");
266            else state.output.message(s.toString());
267            }
268        }
269
270
271    public void setup(final EvolutionState state,
272        final Parameter base)
273        {
274        // very important, remember this
275        super.setup(state,base);
276
277        // do we generalize?
278        generalize = state.parameters.getBoolean(base.push(P_GENERALIZE),null,false);
279
280        // load the test examples here
281
282        File ap = null;
283        File an = null;
284        File tp = null;
285        File tn = null;
286        int restriction;
287
288        if (generalize)
289            {
290            ap = state.parameters.getFile(base.push(P_ALLPOS),null);
291            an = state.parameters.getFile(base.push(P_ALLNEG),null);
292            }
293
294        tp = state.parameters.getFile(base.push(P_TESTPOS),null);
295        tn = state.parameters.getFile(base.push(P_TESTNEG),null);
296
297        if (generalize)
298            {
299            if (ap==null) state.output.error("File doesn't exist", base.push(P_ALLPOS));
300            if (an==null) state.output.error("File doesn't exist", base.push(P_ALLNEG));
301            }
302
303        if (tp==null) state.output.error("File doesn't exist", base.push(P_TESTPOS));
304        if (tn==null) state.output.error("File doesn't exist", base.push(P_TESTNEG));
305        state.output.exitIfErrors();
306
307        if (generalize)
308            {
309            if (!ap.canRead()) state.output.error("File cannot be read", base.push(P_ALLPOS));
310            if (!an.canRead()) state.output.error("File cannot be read", base.push(P_ALLNEG));
311            }
312
313        if (!tp.canRead()) state.output.error("File cannot be read", base.push(P_TESTPOS));
314        if (!tn.canRead()) state.output.error("File cannot be read", base.push(P_TESTNEG));
315        state.output.exitIfErrors();
316
317        if (generalize)
318            {
319            state.output.message("Reading Positive Examples");
320            try { posA = slurp(ap); }
321            catch(IOException e) { state.output.error(
322                    "IOException reading file (here it is)\n" + e, base.push(P_ALLPOS)); }
323            state.output.message("Reading Negative Examples");
324            try { negA = slurp(an); }
325            catch(IOException e) { state.output.error(
326                    "IOException reading file (here it is)\n" + e, base.push(P_ALLNEG)); }
327            }
328
329        state.output.message("Reading Positive Training Examples");
330        try { posT = slurp(tp); }
331        catch(IOException e) { state.output.error(
332                "IOException reading file (here it is)\n" + e, base.push(P_TESTPOS)); }
333        if ((restriction = state.parameters.getInt(
334                    base.push(P_MAXTEST),null,1))>0)
335            {
336            // Need to restrict
337            state.output.message("Restricting to <= " + restriction + " Unique Examples");
338            posT = restrictToSize(restriction,posT,state,0);
339            }
340
341        state.output.message("");
342        printBits(state,posT);
343        state.output.message("");
344
345        state.output.message("Reading Negative Training Examples");
346        try { negT = slurp(tn); }
347        catch(IOException e) { state.output.error(
348                "IOException reading file (here it is)\n" + e, base.push(P_TESTNEG)); }
349        if ((restriction = state.parameters.getInt(
350                    base.push(P_MAXTEST),null,1))>0)
351            {
352            // Need to restrict
353            state.output.message("Restricting to <= " + restriction + " Unique Examples");
354            negT = restrictToSize(restriction,negT,state,0);
355            }
356
357        state.output.message("");
358        printBits(state,negT);
359        state.output.message("");
360
361        state.output.exitIfErrors();
362           
363
364        // set up our input -- don't want to use the default base, it's unsafe
365        input = (EdgeData) state.parameters.getInstanceForParameterEq(
366            base.push(P_DATA), null, EdgeData.class);
367        input.setup(state,base.push(P_DATA));
368        }
369
370
371    public boolean test(final boolean[] sample)
372        {
373        final boolean STATE_1 = false;
374//        final boolean STATE_2 = true;
375        boolean st = STATE_1;
376       
377        // set initial state
378        for(int x=0;x<numNodes;x++)
379            state1[x]=start[x];
380
381        // run
382        for(int x=0;x<sample.length;x++)
383            {
384            if (st==STATE_1)
385                {
386                for(int y=0;y<numNodes;y++)
387                    state2[y]=false;
388                for(int y=0;y<numNodes;y++)  // yes, *start*.length
389                    if (state1[y])  // i'm in this state
390                        {
391                        // advance edges
392                        if (sample[x]) // reading a 1
393                            for(int z=0;z<reading1_l[y];z++)
394                                state2[reading1[y][z]] = true;
395                        else  // reading a 0
396                            for(int z=0;z<reading0_l[y];z++)
397                                state2[reading0[y][z]] = true;
398                        }
399
400               
401                // advance along epsilon boundary
402                boolean moreEpsilons = true;
403                while(moreEpsilons)
404                    {
405                    moreEpsilons = false;
406                    for(int y=0;y<numNodes;y++)
407                        if (state2[y])
408                            for(int z=0;z<epsilon_l[y];z++)
409                                {
410                                if (!state2[epsilon[y][z]]) moreEpsilons = true;
411                                state2[epsilon[y][z]] = true;
412                                }
413                    }
414                }
415
416
417            else //if (st==STATE_2)
418                {
419                for(int y=0;y<numNodes;y++)
420                    state1[y]=false;
421                for(int y=0;y<numNodes;y++)  // yes, *start*.length
422                    if (state2[y])  // i'm in this state
423                        {
424                        // advance edges
425                        if (sample[x]) // reading a 1
426                            for(int z=0;z<reading1_l[y];z++)
427                                state1[reading1[y][z]] = true;
428                        else  // reading a 0
429                            for(int z=0;z<reading0_l[y];z++)
430                                state1[reading0[y][z]] = true;
431                        }
432
433                // advance along epsilon boundary
434                boolean moreEpsilons = true;
435                while(moreEpsilons)
436                    {
437                    moreEpsilons = false;
438                    for(int y=0;y<numNodes;y++)
439                        if (state1[y])
440                            for(int z=0;z<epsilon_l[y];z++)
441                                {
442                                if (!state1[epsilon[y][z]]) moreEpsilons = true;
443                                state1[epsilon[y][z]] = true;
444                                }
445                    }
446                }
447
448            st = !st;
449            }
450
451        // am I in an accepting state?
452        if (st==STATE_1)  // just loaded the result into state 1 from state 2
453            {
454            for(int x=0;x<numNodes;x++)
455                if (accept[x] && state1[x]) return true;
456            }
457        else // (st==STATE_2)
458            {
459            for(int x=0;x<numNodes;x++)
460                if (accept[x] && state2[x]) return true;
461            }
462        return false;
463        }
464
465   
466
467
468
469
470    int totpos;
471    int totneg;
472   
473    /** Tests an individual, returning its successful positives
474        in totpos and its successful negatives in totneg. */
475    public void fullTest(final EvolutionState state,
476        final Individual ind,
477        final int threadnum,
478        boolean[][] pos,
479        boolean[][] neg)
480        {
481        // reset the graph
482        numNodes = 2;
483        numEdges = 1; from[0]=0; to[0]=1;
484        start[0]=start[1]=accept[0]=accept[1]=false;
485        ((EdgeData)input).edge = 0;
486       
487        // generate the graph
488        ((GPIndividual)ind).trees[0].child.eval(
489            state,threadnum,input,stack,((GPIndividual)ind),this);
490       
491        // produce the adjacency matrix
492        if (reading1.length < numNodes ||
493            reading1[0].length < numEdges)
494            {
495            reading1 = new int[numNodes*2][numEdges*2];
496            reading0 = new int[numNodes*2][numEdges*2];
497            epsilon = new int[numNodes*2][numEdges*2];
498            reading1_l = new int[numNodes*2];
499            reading0_l = new int[numNodes*2];
500            epsilon_l = new int[numNodes*2];
501            }
502       
503        for(int y=0;y<numNodes;y++)
504            {
505            reading1_l[y]=0;
506            reading0_l[y]=0;
507            epsilon_l[y]=0;
508            }
509       
510        for(int y=0;y<numEdges;y++)
511            switch(reading[y])
512                {
513                case READING0:
514                    reading0[from[y]][reading0_l[from[y]]++]=to[y];
515                    break;
516                case READING1:
517                    reading1[from[y]][reading1_l[from[y]]++]=to[y];
518                    break;
519                case EPSILON:
520                    epsilon[from[y]][epsilon_l[from[y]]++]=to[y];
521                    break;
522                }
523       
524        // create the states
525        if (state1.length < numNodes)
526            {
527            state1 = new boolean[numNodes*2];
528            state2 = new boolean[numNodes*2];
529            }
530       
531        // test the graph on our data
532       
533        totpos=0;
534        totneg=0;
535        for(int y=0;y<pos.length;y++)
536            if (test(pos[y])) totpos++;
537        for(int y=0;y<neg.length;y++)
538            if (!test(neg[y])) totneg++;
539        }
540
541
542
543
544    public void evaluate(final EvolutionState state,
545        final Individual ind,
546        final int subpopulation,
547        final int threadnum)
548        {
549        if (start==null)
550            {
551            start = new boolean[MIN_ARRAY_SIZE];
552            accept = new boolean[MIN_ARRAY_SIZE];
553            reading = new int[MIN_ARRAY_SIZE];
554            from = new int[MIN_ARRAY_SIZE];
555            to = new int[MIN_ARRAY_SIZE];
556            state1 = new boolean[MIN_ARRAY_SIZE];
557            state2 = new boolean[MIN_ARRAY_SIZE];
558            reading1 = new int[MIN_ARRAY_SIZE][MIN_ARRAY_SIZE];
559            reading0 = new int[MIN_ARRAY_SIZE][MIN_ARRAY_SIZE];
560            epsilon = new int[MIN_ARRAY_SIZE][MIN_ARRAY_SIZE];
561            reading1_l = new int[MIN_ARRAY_SIZE];
562            reading0_l = new int[MIN_ARRAY_SIZE];
563            epsilon_l = new int[MIN_ARRAY_SIZE];
564            }
565
566        if (!ind.evaluated)  // don't bother reevaluating
567            {
568            fullTest(state,ind,threadnum,posT,negT);
569            // the fitness better be KozaFitness!
570            KozaFitness f = ((KozaFitness)ind.fitness);
571
572            // this is an awful fitness metric, but it's the standard
573            // one used for these problems.  :-(
574               
575            f.setStandardizedFitness(state,(float)
576                    (1.0 - ((double)(totpos + totneg)) /
577                    (posT.length + negT.length)));
578
579            // here are two other more reasonable fitness metrics
580            /*
581              f.setStandardizedFitness(state,(float)
582              (1.0 - Math.min(((double)totpos)/posT.length,
583              ((double)totneg)/negT.length)));
584
585              f.setStandardizedFitness(state,(float)
586              (1.0 - (((double)totpos)/posT.length +
587              ((double)totneg)/negT.length)/2.0));
588            */
589
590            f.hits = totpos + totneg;
591            ind.evaluated = true;
592            }
593        }
594
595    public void describe(
596        final EvolutionState state,
597        final Individual ind,
598        final int subpopulation,
599        final int threadnum,
600        final int log)
601        {
602        if (start==null)
603            {
604            start = new boolean[MIN_ARRAY_SIZE];
605            accept = new boolean[MIN_ARRAY_SIZE];
606            reading = new int[MIN_ARRAY_SIZE];
607            from = new int[MIN_ARRAY_SIZE];
608            to = new int[MIN_ARRAY_SIZE];
609            state1 = new boolean[MIN_ARRAY_SIZE];
610            state2 = new boolean[MIN_ARRAY_SIZE];
611            reading1 = new int[MIN_ARRAY_SIZE][MIN_ARRAY_SIZE];
612            reading0 = new int[MIN_ARRAY_SIZE][MIN_ARRAY_SIZE];
613            epsilon = new int[MIN_ARRAY_SIZE][MIN_ARRAY_SIZE];
614            reading1_l = new int[MIN_ARRAY_SIZE];
615            reading0_l = new int[MIN_ARRAY_SIZE];
616            epsilon_l = new int[MIN_ARRAY_SIZE];
617            }
618
619        if (generalize)
620            fullTest(state,ind,threadnum,posA,negA);
621        else
622            fullTest(state,ind,threadnum,posT,negT);
623       
624        if (generalize)
625            state.output.println("\n\nBest Individual's Generalization Score...\n" +
626                "Pos: " + totpos + "/" + posA.length +
627                " Neg: " + totneg + "/" + negA.length +
628                "\n(pos+neg)/(allpos+allneg):     " +
629                (float)
630                (((double)(totpos+totneg))/(posA.length+negA.length)) +
631                "\n((pos/allpos)+(neg/allneg))/2: " +
632                (float)
633                (((((double)totpos)/posA.length)+(((double)totneg)/negA.length))/2) +
634                "\nMin(pos/allpos,neg/allneg):    " +
635                (float)Math.min((((double)totpos)/posA.length),(((double)totneg)/negA.length)),
636                log);
637               
638        state.output.println("\nBest Individual's NFA\n=====================\n",
639            log);
640       
641        state.output.println(printCurrentNFA(),log);
642        }
643
644    public String describeShortGeneralized(final Individual ind,
645        final EvolutionState state,
646        final int subpopulation,
647        final int threadnum)
648        {
649        if (start==null)
650            {
651            start = new boolean[MIN_ARRAY_SIZE];
652            accept = new boolean[MIN_ARRAY_SIZE];
653            reading = new int[MIN_ARRAY_SIZE];
654            from = new int[MIN_ARRAY_SIZE];
655            to = new int[MIN_ARRAY_SIZE];
656            state1 = new boolean[MIN_ARRAY_SIZE];
657            state2 = new boolean[MIN_ARRAY_SIZE];
658            reading1 = new int[MIN_ARRAY_SIZE][MIN_ARRAY_SIZE];
659            reading0 = new int[MIN_ARRAY_SIZE][MIN_ARRAY_SIZE];
660            epsilon = new int[MIN_ARRAY_SIZE][MIN_ARRAY_SIZE];
661            reading1_l = new int[MIN_ARRAY_SIZE];
662            reading0_l = new int[MIN_ARRAY_SIZE];
663            epsilon_l = new int[MIN_ARRAY_SIZE];
664            }
665
666        fullTest(state,ind,threadnum,posA,negA);
667
668        return ": " +
669            ((double)totpos)/posA.length + " " +
670            ((double)totneg)/negA.length + " " +
671            (((double)(totpos+totneg))/(posA.length+negA.length)) + " " +
672            (((((double)totpos)/posA.length)+(((double)totneg)/negA.length))/2) + " " +
673            Math.min((((double)totpos)/posA.length),(((double)totneg)/negA.length)) + " : " ;
674        }           
675
676    }
Note: See TracBrowser for help on using the repository browser.