private void drawTour(CTour tour, float depth, float red, float green, float blue, bool specialColor = false)
{
if (tour == null)
{
return;
}
Gl.glLineWidth(3f);
Gl.glColor3f(red, green, blue);
Gl.glBegin(Gl.GL_LINE_STRIP);
for (int pointIndex = 0; pointIndex < tour.getListLength(); pointIndex++)
{
if (specialColor == true)
{
float color = (float)pointIndex / (float)tour.getListLength();
Gl.glColor3f(color, color, 0.5f);
}
CTSPPoint point = tour.getPoint(pointIndex);
Gl.glVertex3f(point.x, point.y, depth);
}
Gl.glEnd();
}
private string handleNodeCoordSection(StreamReader reader)
{
String actualLine = reader.ReadLine();
int i = 1;
if (mFileHeader.dimension == 0)
{
mFileHeader.dimension = Int32.MaxValue;
}
while ((!(actualLine == "EOF")) && (i <= mFileHeader.dimension))
{
CTSPPoint point = parseLineToPoint(actualLine);
CTSPPointList.getInstance().addPoint(point);
actualLine = reader.ReadLine();
i++;
}
// Nachdem alle Punkte eingefügt wurden noch die Liste optimieren,
// da sich hier eigentlich nichts mehr ändern sollte
CTSPPointList.getInstance().optimizeList();
// Nachdem wir alle Punkte ausgelesen haben, können wir nun die Verbindungen nach
// im FileHeader angegebenen Algorithmus berechnen
CConnectionList.getInstance().generateFromPointList(mFileHeader.edgeWeightType);
PerformanceCounter freeMemory = new PerformanceCounter("Memory", "Available Bytes");
Debug.WriteLine("Am Ende RAM frei: " + freeMemory.RawValue);
Debug.WriteLine("Endspeicher: " + GC.GetTotalMemory(true));
return(actualLine);
}
// Entspricht in der Formel:
// Sum l( (t il) ^ alpha * (n il) ^ beta )
private double calculateSumFactorOfPossibleConnections(CTSPPoint currentPoint, CTSPPoint startPoint, CTSPPointList listOfPointsToTravel)
{
double sumFactorOfPossibleConnections = 0;
foreach (CTSPPoint possiblePoint in listOfPointsToTravel)
{
CConnection connection = mConnectionList.getConnection(currentPoint, possiblePoint);
double n_il = calculateLocalInformation(connection);
double t_il = calculatePheromoneTrail(connection);
sumFactorOfPossibleConnections += n_il * t_il;
}
// wir müssen natürlich auch den Weg zurück zum Startpunkt beachten, der darf aber nicht in der
// Liste der noch zu besuchenden Punkte stehen.
// Daher müssen wir diesen nochmal explizit am ende einbeziehen
CConnection startConnection = mConnectionList.getConnection(startPoint, currentPoint);
if (startConnection != null)
{
double start_n_il = calculateLocalInformation(startConnection);
double start_t_il = calculatePheromoneTrail(startConnection);
sumFactorOfPossibleConnections += start_n_il * start_t_il;
}
return(sumFactorOfPossibleConnections);
}
private static void generatePoints()
{
Random rand = new Random();
for (int cityIndex = 0; cityIndex < mNumPoints; cityIndex++)
{
CTSPPoint createdPoint = new CTSPPoint(rand.Next(1000), rand.Next(1000), "");
CTSPPointList.getInstance().addPoint(createdPoint);
}
}
private string handleTourSection(StreamReader reader)
{
String actualLine = reader.ReadLine();
if (mFileHeader.dimension == 0)
{
mFileHeader.dimension = Int32.MaxValue;
}
// Die Anzahl der Knoten in der Datei muss mit der Anzahl der Einträge in der Punktliste übereinstimmen.
// Sonst greifen wir eventuell noch auf Punkte zu die es nicht gibt.
if (mFileHeader.dimension != CTSPPointList.getInstance().length())
{
throw new Exception("Tour-Datei ist nicht kompatibel mit der geladenen TSP-Datei!");
}
CTour optTour = new CTour();
int i = 1;
while ((!(actualLine == "-1")) && (i <= mFileHeader.dimension))
{
actualLine = actualLine.Trim();
// Punkt suchen
CTSPPoint point = CTSPPointList.getInstance().getPoint(actualLine);
if (point != null)
{
// Punkt in Tour einfügen
optTour.addPoint(point);
}
else
{
throw new Exception("Fehler beim auslesen der Optimalen Tour!");
}
actualLine = reader.ReadLine();
i++;
}
// prüfen ob die Tour ein Kreis ist (erstes == letztes Element)
if (optTour.getPoint(0) != optTour.getPoint(optTour.getListLength() - 1))
{
// Nein, also den Kreis herstellen
optTour.addPoint(optTour.getPoint(0));
}
// Tour abspeichern
CAntAlgorithmParameters.getInstance().optTour = optTour;
return(actualLine);
}
public void CreateNewAnts()
{
Random random = new Random();
int numPoints = CTSPPointList.getInstance().length();
for (int i = 0; i < arrayOfAnts.Length; i++)
{
int randomPointIndex = random.Next(numPoints);
CTSPPoint randomPoint = CTSPPointList.getInstance().getPoint(randomPointIndex);
arrayOfAnts[i] = new CAnt(randomPoint);
}
}
private void drawAllConnections()
{
CConnectionList connList = CConnectionList.getInstance();
// zuerst bestimmen wie hoch der höchste Pheromonwert aller Verbindungen ist
// damit wir beim zeichnen der Verbindungen diese Abhängig von ihrem Wert, dunkler
// oder heller zeichnen können
float highestPhermone = 0;
foreach (CConnection connection in connList)
{
if (connection.getPheromone() > highestPhermone)
{
highestPhermone = connection.getPheromone();
}
}
Gl.glLineWidth(1f);
// Verbindungen Zeichnen
foreach (CConnection connection in connList)
{
// Farbe abhängig vom Pheromonwert der Verbindung setzen
// => hohe Werte werden dunkel dagestellt
// => niedrige hell
float pheromonLevel = 1;
if (highestPhermone != 0f)
{
pheromonLevel = connection.getPheromone() / highestPhermone;
}
// Die Verbindungen die einen geringen Pheromonwert haben sollen nicht angezeigt werden
//if (pheromonLevel > 0.1)
{
// 0.0 == schwarz // 1.0 == weiß
float color = 1 - pheromonLevel;
Gl.glColor3f(color, color, color);
// Eckpunkte bestimmen
CTSPPoint sourcePoint = null;
CTSPPoint destinationPoint = null;
connection.getPoints(out sourcePoint, out destinationPoint);
float depth = CONNECTION_DRAW_LAYER - (color * 100f);
// Linien Zeichnen
Gl.glBegin(Gl.GL_LINES);
Gl.glVertex3d(sourcePoint.x, sourcePoint.y, depth);
Gl.glVertex3d(destinationPoint.x, destinationPoint.y, depth);
Gl.glEnd();
}
}
}
/// <summary>
/// Prüft ob ein Punkt in der Verbindung enthalten ist
/// </summary>
/// <param name="tspPoint">Punkt der in der Verbindung enthalten sein soll</param>
/// <returns>true - Punkt ist in der Verbindung enthalten; false - Punkt ist NICHT teil der Verbindung</returns>
public bool containsPoint(CTSPPoint tspPoint)
{
if (mTSPPoint1 == tspPoint)
{
return(true);
}
if (mTSPPoint2 == tspPoint)
{
return(true);
}
return(false);
}
public void addPoint(CTSPPoint point)
{
if (mPoints.length() == 0)
{
mTourLength = 0;
}
else
{
CTSPPoint lastPointInList = mPoints.getPoint(mPoints.length() - 1);
CConnection additinalConnection = CConnectionList.getInstance().getConnection(lastPointInList, point);
mTourLength += additinalConnection.getDistance();
}
mPoints.addPoint(point);
}
/// <summary>
/// fügt einen Punkt in die Liste ein
/// </summary>
/// <param name="point">Punkt der eingefügt werden soll</param>
public void addPoint(CTSPPoint point)
{
// normal wird die Kapazität immer verdoppelt wenn ein Element
// zusätzlich eingefügt wird. Das kann aber einen enormen Overhead
// zur folge haben. Darum erhöhen wir Manuell um kleine Schritte
if (mPointList.Count + 1 >= mPointList.Capacity)
{
if (mPointList.Capacity > 128)
{
mPointList.Capacity += 128;
}
}
mPointList.Add(point);
}
private void drawPoints()
{
Gl.glPointSize(5);
Gl.glColor3f(1.0f, 0f, 0f);
// Städte Zeichnen
CTSPPointList pointList = CTSPPointList.getInstance();
for (int pointIndex = 0; pointIndex < pointList.length(); pointIndex++)
{
CTSPPoint point = pointList.getPoint(pointIndex);
Gl.glBegin(Gl.GL_POINTS);
Gl.glVertex3d(point.x, point.y, POINT_DRAW_LAYER);
Gl.glEnd();
}
}
public void handleAnt(object antObject)
{
CAnt ant = (CAnt)antObject;
// Ameisen laufen lassen
for (var i = 0; i < CTSPPointList.getInstance().length(); i++)
{
CTSPPoint nextPoint = decisionNextPoint(ant.CurrentPoint, ant.GetTour().getPoint(0), ant.PointsToVisit);
if (nextPoint == null)
{
nextPoint = ant.GetTour().getPoint(0);
}
ant.CurrentPoint = nextPoint;
}
}
protected T_BOUNDS getBounds(CTSPPointList citys)
{
T_BOUNDS ret = new T_BOUNDS();
if (citys.length() > 0)
{
ret.left = double.MaxValue;
ret.bottom = double.MaxValue;
for (int cityIndex = 0; cityIndex < citys.length(); cityIndex++)
{
CTSPPoint city = citys.getPoint(cityIndex);
if (city.x < ret.left)
{
ret.left = city.x;
}
if (city.y < ret.bottom)
{
ret.bottom = city.y;
}
if (city.x > ret.right)
{
ret.right = city.x;
}
if (city.y > ret.top)
{
ret.top = city.y;
}
}
}
else
{
ret.left = 0;
ret.bottom = 0;
ret.right = this.Width;
ret.top = this.Height;
}
return(ret);
}
/// <summary>
/// holt eine Verbindung aus der Liste und gibt diese zurück
/// </summary>
/// <param name="tspPoint1">Punkt 1 der in der Verbindung vorhanden sein muss</param>
/// <param name="tspPoint2">Punkt 2 der in der Verbindung vorhanden sein muss</param>
/// <returns>gefundene Verbindung oder null</returns>
public CConnection getConnection(CTSPPoint tspPoint1, CTSPPoint tspPoint2)
{
if ((mConnectionList == null) || (mConnectionsAdded == 0))
{
return(null);
}
// alle Verbindungen durchgehen
foreach (CConnection connection in mConnectionList)
{
// wenn die Verbindung beide Punkte enthält ist das die gesuchte Verbindung
if (connection.containsPoint(tspPoint1, tspPoint2) == true)
{
return(connection);
}
}
return(null);
}
public bool containsPoint(CTSPPoint tspPoint1, CTSPPoint tspPoint2)
{
if (mTSPPoint1 == tspPoint1)
{
if (mTSPPoint2 == tspPoint2)
{
return(true);
}
}
else if (mTSPPoint1 == tspPoint2)
{
if (mTSPPoint2 == tspPoint1)
{
return(true);
}
}
return(false);
}
private void handleCursorAction(CVector2f position)
{
if (mCursorAction.add)
{
try
{
CMemoryTester.fitMemory(CTSPPointList.getInstance().length() + 1);
}
catch (CInsufficientMemoryException memoryException)
{
if (memoryException.getType() == CInsufficientMemoryException.E_EXCEPTION_TYPE.E_32_BIT_ERROR)
{
MessageBox.Show("Um ein Projekt mit einem Knoten mehr erzeugen zu können, benötigen Sie ca. " + memoryException.getMemoryNeeded()
+ " MByte. 32-Bit-Anwendungen können aber maximal " + memoryException.getMemoryAvailable() + " MByte verwalten. "
+ "Bitte verwenden sie die 64-Bit Version oder verwenden Sie ein geringe Anzahl an Punkten.", "Fehler!", MessageBoxButtons.OK, MessageBoxIcon.Error);
}
else
{
MessageBox.Show("Auf ihrem System stehen noch " + memoryException.getMemoryAvailable() + " MByte zur Verfügung. Es werden aber ca. "
+ memoryException.getMemoryNeeded() + " MByte benötigt. "
+ "Wenn Sie ein Projekt mit einer höheren Anzahl von Punkten verwenden möchten stellen Sie Bitte mehr RAM zur Verfügung.", "Fehler!", MessageBoxButtons.OK, MessageBoxIcon.Error);
}
}
CTSPPointList.getInstance().addPoint(new CTSPPoint(position.x, position.y));
}
if (mCursorAction.del)
{
float precision = (float)((mBounds.right - mBounds.left) / 100);
CTSPPoint Point = CTSPPointList.getInstance().getPointsbyCoordinates(position.x, position.y, precision);
if (!(Point == null))
{
CTSPPointList.getInstance().remove(Point);
}
}
if (mCursorAction.change)
{
pointToMove.movePoint = false;
}
}
/// <summary>
/// Konstruktor
/// </summary>
/// <param name="tspPoint1">Punkt 1 der Verbindung</param>
/// <param name="tspPoint2">Punkt 2 der Verbindung</param>
/// <param name="distanceCalculation">Gibt an auf welche Art die Entfernung zwischen den Punkten berechnet werden soll</param>
/// <param name="initialPheromone">Pheromon das die Verbindung von Beginn an haben soll</param>
public CConnection(CTSPPoint tspPoint1, CTSPPoint tspPoint2, CTSPLibFileParser.E_EDGE_WEIGHT_TYPE distanceCalculation, float initialPheromone = 0)
{
mTSPPoint1 = tspPoint1;
mTSPPoint2 = tspPoint2;
mDistanceCalculation = distanceCalculation;
if (initialPheromone <= 0)
{
mPheromone = MIN_PHEROMONE;
}
else
{
mPheromone = initialPheromone;
}
calculateDistance();
// es wurde eine Verbindung erzeugt .. also ein Schritt erfolgreich abgearbeteitet
CProgressManager.stepDone();
}
public void mMouseDown(object sender, EventArgs args)
{
if (mCursorAction.change)
{
System.Windows.Forms.MouseEventArgs mouseArgs = (System.Windows.Forms.MouseEventArgs)args;
if (mouseArgs.Button == System.Windows.Forms.MouseButtons.Left)
{
CVector2f position = getPositionFromMouseClick(mouseArgs);
float precision = (float)((mBounds.right - mBounds.left) / 100);
CTSPPoint Point = CTSPPointList.getInstance().getPointsbyCoordinates(position.x, position.y, precision);
if (!(Point == null))
{
pointToMove.movePoint = true;
pointToMove.pointToMove = Point;
}
}
}
}
/// <summary>
/// ermittelt alle Verbindungen in denen ein Punkt enthalten ist
/// und gibt die Liste zurück
/// </summary>
/// <param name="tspPoint">Punkt dessen Verbindungen gesucht werden sollen</param>
/// <returns>Liste mit Verbindungen des Punktes</returns>
public List <CConnection> getConnectionOfPoint(CTSPPoint tspPoint)
{
List <CConnection> ret = new List <CConnection>();
if (mConnectionList != null)
{
// alle Verbindungen durchgehen
foreach (CConnection connection in mConnectionList)
{
// wenn die Verbindung den gesuchten Punkt enthält, diesen in die Liste aufnehmen
if (connection.containsPoint(tspPoint) == true)
{
ret.Add(connection);
}
}
}
// die Liste der Verbindungen für den Punkt zurückgeben
return(ret);
}
private string handleDisplayDataSection(StreamReader reader)
{
if (mFileHeader.displayDataType != E_DISPLAY_DATA_TYPE.E_TWOD_DISPLAY)
{
throw new Exception("Fehler beim lesen der Anzeigedaten!");
}
// da es sein kann das die DisplayDataSection nach der EdgeWeightSection kommt und
// die Punkte damit schon angelegt sind müssen zuerst ermittelt werden, ob neue Punkte
// angelegt werden müssen oder die bestehenden verwendet werden können
bool bCreateNewPoints = CTSPPointList.getInstance().length() == 0;
int nodeIndex = 0;
string actualLine = reader.ReadLine();
while ((actualLine != null) && (actualLine != "EOF") && (nodeIndex <= mFileHeader.dimension))
{
CTSPPoint point = parseLineToPoint(actualLine);
if (bCreateNewPoints == true)
{
CTSPPointList.getInstance().addPoint(point);
}
else
{
CTSPPoint storedPoint = CTSPPointList.getInstance().getPoint(nodeIndex);
storedPoint.setLabel(point.getLabel());
storedPoint.x = point.x;
storedPoint.y = point.y;
}
nodeIndex++;
actualLine = reader.ReadLine();
}
// Nachdem alle Punkte eingefügt wurden noch die Liste optimieren,
// da sich hier eigentlich nichts mehr ändern sollte
CTSPPointList.getInstance().optimizeList();
return(actualLine);
}
public CTSPPoint decisionNextPoint(CTSPPoint currentPoint, CTSPPoint startPoint, CTSPPointList listOfPointsToTravel)
{
// Formel:
// (t ij) ^ alpha * (n ij) ^ beta
// p ij = ----------------------------------
// Sum l( (t il) ^ alpha * (n il) ^ beta )
//
// i = Startpunkt
// j = Zielpunkt
// l = ein Punkt von den noch zu Besuchenden Punkten
// zuerst berechnen wir mal den Divisor der Formel, da dieser einmal pro Bewegung berechnet werden muss
double sumFactorOfPossibleConnections = calculateSumFactorOfPossibleConnections(currentPoint, startPoint, listOfPointsToTravel);
// jetzt berechnen wir die probability p von allen Verbindungen und bestimmen die beste
double bestProbability = 0;
CTSPPoint bestTarget = null;
foreach (CTSPPoint possibleTarget in listOfPointsToTravel)
{
CConnection connection = mConnectionList.getConnection(currentPoint, possibleTarget);
// von diesem Punkt erstmal die Werte für (t ij) ^ alpha und (n ij) ^ beta berechnen.
// Damit haben wir dann die Werte für den Dividenten
double t_ij = calculatePheromoneTrail(connection);
double n_ij = calculateLocalInformation(connection);
// die probability berechnen
double probability = (t_ij * n_ij) / sumFactorOfPossibleConnections;
// die der probability-Wert höher besser?
if (probability > bestProbability)
{
// dann merken wir uns diesen Punkt
bestProbability = probability;
bestTarget = possibleTarget;
}
}
return(bestTarget);
}
/// <summary>
/// Löscht einen bestimmten Punkt aus der Liste
/// </summary>
/// <param name="point"></param>
public bool remove(CTSPPoint point)
{
return(mPointList.Remove(point));
}
public void getPoints(out CTSPPoint tspPoint1, out CTSPPoint tspPoint2)
{
tspPoint1 = mTSPPoint1;
tspPoint2 = mTSPPoint2;
}
private void handleEdgeWeightElement(string element, int elementIndex)
{
CTSPPointList pointList = CTSPPointList.getInstance();
CConnectionList connList = CConnectionList.getInstance();
float distance = float.Parse(element);
switch (mFileHeader.edgeWeightFormat)
{
case E_EDGE_WEIGHT_FORMAT.E_FULL_MATRIX:
{
int row = elementIndex / mFileHeader.dimension;
int pointIndex = elementIndex % mFileHeader.dimension;
// Es werden nur die Punkte unter der Diagonalen betrachtet.
// damit werden keine Verbindungen Doppelt eingefügt und Verbindungen
// auf den gleichen Punkt, also Distanz = 0, vermieden
if (pointIndex < row)
{
CTSPPoint point1 = pointList.getPoint(row);
CTSPPoint point2 = pointList.getPoint(pointIndex);
connList.addConnection(new CConnection(point1, point2, distance, CAntAlgorithmParameters.getInstance().initialPheromone));
}
break;
}
case E_EDGE_WEIGHT_FORMAT.E_UPPER_ROW:
{
int row = 0;
while ((elementIndex / (mFileHeader.dimension - 1 - row)) > 0)
{
elementIndex -= (mFileHeader.dimension - 1 - row);
row++;
}
// Index des Punktes ist der Offset bis zur Diagonalen + den Index des Elementes
int pointIndex = row + 1 + elementIndex;
CTSPPoint point1 = pointList.getPoint(row);
CTSPPoint point2 = pointList.getPoint(pointIndex);
connList.addConnection(new CConnection(point1, point2, distance, CAntAlgorithmParameters.getInstance().initialPheromone));
break;
}
case E_EDGE_WEIGHT_FORMAT.E_UPPER_DIAG_ROW:
{
int row = 0;
while ((elementIndex / (mFileHeader.dimension - row)) > 0)
{
elementIndex -= (mFileHeader.dimension - row);
row++;
}
// Index des Punktes ist der Offset bis zur Diagonalen + den Index des Elementes
int pointIndex = row + elementIndex;
if (pointIndex != row)
{
CTSPPoint point1 = pointList.getPoint(row);
CTSPPoint point2 = pointList.getPoint(pointIndex);
connList.addConnection(new CConnection(point1, point2, distance, CAntAlgorithmParameters.getInstance().initialPheromone));
}
break;
}
case E_EDGE_WEIGHT_FORMAT.E_LOWER_DIAG_ROW:
{
int row = 0;
int pointIndex = elementIndex;
while ((pointIndex / (row + 1)) > 0)
{
pointIndex -= row + 1;
row++;
}
if (pointIndex != row)
{
CTSPPoint point1 = pointList.getPoint(pointIndex);
CTSPPoint point2 = pointList.getPoint(row);
connList.addConnection(new CConnection(point1, point2, distance, CAntAlgorithmParameters.getInstance().initialPheromone));
}
break;
}
}
}
public CAnt(CTSPPoint startPoint)
{
tour = new CTour();
PointsToVisit = CTSPPointList.getInstance().copy();
CurrentPoint = startPoint;
}
public void startAlgorithm()
{
CProgressManager.setStepsIteration(mMaxIterations);
mConnectionList.SetInitialPheromone(mInitialPheromone);
mItertationsTextbox.Invoke(new Action(delegate()
{
mItertationsTextbox.Text = "0/" + mMaxIterations;
}));
DateTime startTime = DateTime.Now;
int iteration = 0;
bool bStopAlgorithm = false;
while ((iteration < mMaxIterations) && (bStopAlgorithm == false))
{
NewIteration();
// Evaporation (verdunstung)
//--------------------------------
// Dazu iterieren wir durch alle Verbindungen und lassen das Pheromon verdunsten
foreach (CConnection connection in mConnectionList)
{
connection.evaporate(mEvaporationFactor);
}
// Pheromon-Update
//--------------------------------
// Dazu durch alle Touren von allen Ameisen nachgehen und für jede Verbindung die
// Pheromonwerte neu berechnen
// Formel: delta(t ij) = Q / (distance ij)
foreach (CAnt ant in arrayOfAnts)
{
CTour antTour = ant.GetTour();
// wir fangen mit Index 1 an! Damit die Punkte der Verbindungen mit den Indizies
// index -1 und index geholt werden können
for (int pointIndex = 1; pointIndex < antTour.getListLength(); pointIndex++)
{
CTSPPoint fromPoint = antTour.getPoint(pointIndex - 1);
CTSPPoint toPoint = antTour.getPoint(pointIndex);
CConnection tourConnection = mConnectionList.getConnection(fromPoint, toPoint);
tourConnection.addPheromone(mPhermomoneUpdate);
}
}
CIterationList.getInstance().refreshStatisticNumbers();
mRenderWindow.Invoke(mRenderWindow.refreshDelegate);
CProgressManager.stepDone();
mItertationsTextbox.Invoke(new Action(delegate()
{
mItertationsTextbox.Text = (iteration + 1) + "/" + mMaxIterations;
}));
Debug.WriteLine("Iteration done: " + (iteration + 1));
// Stopkriterien testen
bStopAlgorithm = checkStopCriteria();
// Iterationszähler erhöhen
iteration++;
}
Debug.WriteLine("Dauer: " + (DateTime.Now - startTime).TotalSeconds + " sek");
}
