source: trunk/sources/HeuristicLab.Problems.GeneticProgramming/3.3/ArtificialAnt/Problem.cs @ 12911

Last change on this file since 12911 was 12911, checked in by gkronber, 4 years ago

#2472: created project structure for HeuristicLab.Problems.GeneticProgramming and added implementations of ArtificialAnt and LawnMower

File size: 6.8 KB
Line 
1#region License Information
2/* HeuristicLab
3 * Copyright (C) 2002-2015 Heuristic and Evolutionary Algorithms Laboratory (HEAL)
4 *
5 * This file is part of HeuristicLab.
6 *
7 * HeuristicLab is free software: you can redistribute it and/or modify
8 * it under the terms of the GNU General Public License as published by
9 * the Free Software Foundation, either version 3 of the License, or
10 * (at your option) any later version.
11 *
12 * HeuristicLab is distributed in the hope that it will be useful,
13 * but WITHOUT ANY WARRANTY; without even the implied warranty of
14 * MERCHANTABILITY or FITNESS FOR A PARTICULAR PURPOSE.  See the
15 * GNU General Public License for more details.
16 *
17 * You should have received a copy of the GNU General Public License
18 * along with HeuristicLab. If not, see <http://www.gnu.org/licenses/>.
19 */
20#endregion
21
22using System;
23using System.Diagnostics.Contracts;
24using System.Drawing.Text;
25using System.Linq;
26using HeuristicLab.Common;
27using HeuristicLab.Core;
28using HeuristicLab.Data;
29using HeuristicLab.Encodings.SymbolicExpressionTreeEncoding;
30using HeuristicLab.Optimization;
31using HeuristicLab.Parameters;
32using HeuristicLab.Persistence.Default.CompositeSerializers.Storable;
33
34
35namespace HeuristicLab.Problems.GeneticProgramming.ArtificialAnt {
36  [Item("Artificial Ant Problem", "Represents the Artificial Ant problem.")]
37  [Creatable(CreatableAttribute.Categories.GeneticProgrammingProblems, Priority = 170)]
38  [StorableClass]
39  public sealed class Problem : SymbolicExpressionTreeProblem, IStorableContent {
40    public string Filename { get; set; }
41
42    #region constant for default world (Santa Fe)
43
44    private static readonly char[][] santaFeAntTrail = new[] {
45      " ###                            ".ToCharArray(),
46      "   #                            ".ToCharArray(),
47      "   #                    .###..  ".ToCharArray(),
48      "   #                    #    #  ".ToCharArray(),
49      "   #                    #    #  ".ToCharArray(),
50      "   ####.#####       .##..    .  ".ToCharArray(),
51      "            #       .        #  ".ToCharArray(),
52      "            #       #        .  ".ToCharArray(),
53      "            #       #        .  ".ToCharArray(),
54      "            #       #        #  ".ToCharArray(),
55      "            .       #        .  ".ToCharArray(),
56      "            #       .        .  ".ToCharArray(),
57      "            #       .        #  ".ToCharArray(),
58      "            #       #        .  ".ToCharArray(),
59      "            #       #  ...###.  ".ToCharArray(),
60      "            .   .#...  #        ".ToCharArray(),
61      "            .   .      .        ".ToCharArray(),
62      "            #   .      .        ".ToCharArray(),
63      "            #   #      .#...    ".ToCharArray(),
64      "            #   #          #    ".ToCharArray(),
65      "            #   #          .    ".ToCharArray(),
66      "            #   #          .    ".ToCharArray(),
67      "            #   .      ...#.    ".ToCharArray(),
68      "            #   .      #        ".ToCharArray(),
69      " ..##..#####.   #               ".ToCharArray(),
70      " #              #               ".ToCharArray(),
71      " #              #               ".ToCharArray(),
72      " #     .#######..               ".ToCharArray(),
73      " #     #                        ".ToCharArray(),
74      " .     #                        ".ToCharArray(),
75      " .####..                        ".ToCharArray(),
76      "                                ".ToCharArray()
77    };
78
79
80    #endregion
81
82    #region Parameter Properties
83    public IValueParameter<BoolMatrix> WorldParameter {
84      get { return (IValueParameter<BoolMatrix>)Parameters["World"]; }
85    }
86    public IValueParameter<IntValue> MaxTimeStepsParameter {
87      get { return (IValueParameter<IntValue>)Parameters["MaximumTimeSteps"]; }
88    }
89    #endregion
90
91    #region Properties
92    public BoolMatrix World {
93      get { return WorldParameter.Value; }
94      set { WorldParameter.Value = value; }
95    }
96    public IntValue MaxTimeSteps {
97      get { return MaxTimeStepsParameter.Value; }
98      set { MaxTimeStepsParameter.Value = value; }
99    }
100    #endregion
101
102    public override bool Maximization {
103      get { return true; }
104    }
105
106    public Problem()
107      : base() {
108      BoolMatrix world = new BoolMatrix(ToBoolMatrix(santaFeAntTrail));
109      Parameters.Add(new ValueParameter<BoolMatrix>("World", "The world for the artificial ant with scattered food items.", world));
110      Parameters.Add(new ValueParameter<IntValue>("MaximumTimeSteps", "The number of time steps the artificial ant has available to collect all food items.", new IntValue(600)));
111
112      base.BestKnownQuality = 89;
113      var g = new SimpleSymbolicExpressionGrammar();
114      g.AddSymbols(new string[] { "IfFoodAhead", "Prog2" }, 2, 2);
115      g.AddSymbols(new string[] { "Prog3" }, 3, 3);
116      g.AddTerminalSymbols(new string[] { "Left", "Right", "Move" });
117      base.Encoding = new SymbolicExpressionTreeEncoding(g, 20, 10);
118    }
119
120
121    public override double Evaluate(ISymbolicExpressionTree tree, IRandom random) {
122      var interpreter = new Interpreter(tree, World, MaxTimeSteps.Value);
123      interpreter.Run();
124      return interpreter.FoodEaten;
125    }
126
127    public override void Analyze(ISymbolicExpressionTree[] trees, double[] qualities, ResultCollection results, IRandom random) {
128      const string bestSolutionResultName = "Best Solution";
129      var bestQuality = Maximization ? qualities.Max() : qualities.Min();
130      var bestIdx = Array.IndexOf(qualities, bestQuality);
131
132      if (!results.ContainsKey(bestSolutionResultName)) {
133        results.Add(new Result(bestSolutionResultName, new Solution(World, trees[bestIdx], MaxTimeSteps.Value, qualities[bestIdx])));
134      } else if (((Solution)(results[bestSolutionResultName].Value)).Quality < qualities[bestIdx]) {
135        results[bestSolutionResultName].Value = new Solution(World, trees[bestIdx], MaxTimeSteps.Value, qualities[bestIdx]);
136      }
137    }
138
139    // persistence
140    [StorableConstructor]
141    private Problem(bool deserializing) : base(deserializing) { }
142    [StorableHook(HookType.AfterDeserialization)]
143    private void AfterDeserialization() {
144    }
145
146    // cloning
147    private Problem(Problem original, Cloner cloner)
148      : base(original, cloner) {
149    }
150    public override IDeepCloneable Clone(Cloner cloner) {
151      return new Problem(this, cloner);
152    }
153
154    #region helpers
155    private bool[,] ToBoolMatrix(char[][] ch) {
156      var rows = ch.Length;
157      var cols = ch[0].Length;
158      var b = new bool[rows, cols];
159      for (int r = 0; r < rows; r++) {
160        Contract.Assert(ch[r].Length == cols); // all rows must have the same number of columns
161        for (int c = 0; c < cols; c++) {
162          b[r, c] = ch[r][c] == '#';
163        }
164      }
165      return b;
166    }
167    #endregion
168  }
169}
Note: See TracBrowser for help on using the repository browser.