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);
}
/// <summary>
/// erstellt die Liste aller Verbindungen, anhand aller Einträge
/// in der CTSPPointList
/// </summary>
public void generateFromPointList(CTSPLibFileParser.E_EDGE_WEIGHT_TYPE edgeWeightType)
{
if (edgeWeightType == CTSPLibFileParser.E_EDGE_WEIGHT_TYPE.E_EXPLICIT)
{
throw new Exception("Unbekannter Fehler in der Verarbeitung.");
}
// jetzt kann die Liste neu gefüllt werden
CTSPPointList pointList = CTSPPointList.getInstance();
// die Liste neu initialiseren
initList(pointList.length());
for (int originCityIndex = 0; originCityIndex < pointList.length(); originCityIndex++)
{
for (int destinationCityIndex = originCityIndex + 1; destinationCityIndex < pointList.length(); destinationCityIndex++)
{
addConnection(new CConnection(pointList.getPoint(originCityIndex), pointList.getPoint(destinationCityIndex), edgeWeightType));
Debug.WriteLineIf(length() % 100000 == 0, length());
}
// Zeit für die GC lassen
// Sonst gibt es Fehler, weil diese nicht genug Zeit bekommt ihr Ding zu machen
System.Threading.Thread.Sleep(1);
}
Debug.WriteLine("Verbindungen erstellt: " + length());
}
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);
}
}
/// <summary>
/// füllt die Liste der Punkte mit dem Datensatz aus der "*.tsp"-Datei
/// </summary>
public void fillTSPPointList()
{
// erstmal den aktuellen Stand an Punkten löschen
CTSPPointList.getInstance().removeAll();
CConnectionList.getInstance().removeAll();
Debug.WriteLine("Startspeicher: " + GC.GetTotalMemory(true));
readFile();
}
private void button_Start_Click(object sender, EventArgs e)
{
CAntAlgorithmParameters antAlgorithmParameters = CAntAlgorithmParameters.getInstance();
antAlgorithmParameters.numberAnts = Convert.ToInt32(uAntsQuantity.Value);
antAlgorithmParameters.numberMaxIterations = Convert.ToInt32(uQuantityIterations.Value);
antAlgorithmParameters.pheromoneParameter = pheromonValue;
antAlgorithmParameters.pheromoneUpdate = heuristicPheromonUpdateValue;
antAlgorithmParameters.initialPheromone = initialPheromonValue;
antAlgorithmParameters.localInformation = heuristicValue;
antAlgorithmParameters.evaporationFactor = evaporationValue;
antAlgorithmParameters.bBestTourStop = cStoppLoesung.Checked;
antAlgorithmParameters.bLimitStop = cStopSchwellenwert.Checked;
antAlgorithmParameters.iLimitStop = 0;
if (antAlgorithmParameters.bLimitStop == true)
{
antAlgorithmParameters.iLimitStop = Convert.ToInt32(tThreshold.Text);
}
//MessageBox.Show("Ants: " + CAntAlgorithmParameters.getInstance().numberAnts + "\n" + CAntAlgorithmParameters.getInstance().numberMaxIterations + "\n" + CAntAlgorithmParameters.getInstance().pheromoneParameter + " \n" + "usw usw");
if (!(mAntAlgorithmThread == null) && (mAntAlgorithmThread.IsAlive == true) && (button_Start.Text == BUTTON_START_TEXT_STOP))
{
mAntAlgorithmThread.Abort();
CIterationList.getInstance().Clear();
GC.Collect();
}
if (CTSPPointList.getInstance().length() < 2)
{
MessageBox.Show("Anzahl der Städte beträgt weniger als 2.");
return;
}
if (((mAntAlgorithmThread == null) || (mAntAlgorithmThread.IsAlive == false)) && (button_Start.Text == BUTTON_START_TEXT_START))
{
CAntAlgorithm antAlgorithm = new CAntAlgorithm(mRenderWindow, tNumberOfIteration);
mAntAlgorithmThread = new Thread(antAlgorithm.startAlgorithm);
mAntAlgorithmThread.Name = "AntAlgorithmThread";
mAntAlgorithmThread.Priority = ThreadPriority.Normal;
mAntAlgorithmThread.Start();
mTimerThread = new Thread(this.timerThread);
mTimerThread.Name = "TimerThread";
mTimerThread.Priority = ThreadPriority.Lowest;
mTimerThread.Start();
}
if (button_Start.Text == BUTTON_START_TEXT_START)
{
button_Start.Text = BUTTON_START_TEXT_STOP;
}
else
{
button_Start.Text = BUTTON_START_TEXT_START;
}
}
private string handleEdgeWeightSection(StreamReader reader)
{
// bevor wir mit dem Parsen anfangen, prüfen wir erstmal ein paar sachen
// Der Typ muss korrekt sein
if (mFileHeader.edgeWeightType != E_EDGE_WEIGHT_TYPE.E_EXPLICIT)
{
throw new Exception("Fileformat Fehler! Datei kann nicht gelesen werden.");
}
// Damit wir die Verbindungen erzeugen können müssen Punkte vorhanden sein.
// Das machen wir aber nur wenn nicht schon Punkte vorhanden sind
// (z.B. durch eine DISPLAY_DATA_SECTION)
if (CTSPPointList.getInstance().length() == 0)
{
for (int point = 1; point <= mFileHeader.dimension; point++)
{
CTSPPointList.getInstance().addPoint(new CTSPPoint(point.ToString()));
}
// Nachdem alle Punkte eingefügt wurden noch die Liste optimieren,
// da sich hier eigentlich nichts mehr ändern sollte
CTSPPointList.getInstance().optimizeList();
}
// Damit wir später die Verbindungen einfügen können, muss die Liste der Verbindungen
// erstmal, für die Anzahl initialisert werden
CConnectionList.getInstance().initList(mFileHeader.dimension);
int expectedWeightElements = getNumberElementsToRead();
int weightElementsRead = 0;
// Es gibt kein wirkliches Stoppkriterum.. es muss mitgezählt werden wieviele Element bereites ausgelesen wurden
String actualLine = reader.ReadLine();
while ((actualLine != null) && (weightElementsRead < expectedWeightElements))
{
actualLine = actualLine.Trim();
string[] elements = actualLine.Split(COORD_SPLIT_CHARACTERS);
elements = removeSpacesInString(elements);
foreach (string element in elements)
{
handleEdgeWeightElement(element, weightElementsRead);
// ein Element wurde gelesen
weightElementsRead++;
}
// nächste Zeile lesen
actualLine = reader.ReadLine();
}
return(actualLine);
}
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);
}
}
/// <summary>
/// Kopiert diese Liste und gibt ein neues Objekt zurück
/// </summary>
/// <returns>neue Instanz dieser Liste</returns>
public CTSPPointList copy()
{
// neues Objekt erstellen
CTSPPointList newList = new CTSPPointList();
// Objekt füllen
for (int pointIndex = 0; pointIndex < length(); pointIndex++)
{
newList.addPoint(getPoint(pointIndex));
}
newList.optimizeList();
return(newList);
}
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);
}
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;
}
}
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;
}
}
}
}
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 static void generateTSP()
{
try
{
CProgressManager.setStepsConnections(mNumPoints);
// erstmal alles altes löschen
CTSPPointList.getInstance().removeAll();
CConnectionList.getInstance().removeAll();
GC.Collect();
CMemoryTester.fitMemory(mNumPoints);
generatePoints();
CConnectionList.getInstance().generateFromPointList(CTSPLibFileParser.E_EDGE_WEIGHT_TYPE.E_EUC_2D);
}
catch (CInsufficientMemoryException memoryException)
{
if (memoryException.getType() == CInsufficientMemoryException.E_EXCEPTION_TYPE.E_32_BIT_ERROR)
{
MessageBox.Show("Um ein Projekt mit der angegeben größe 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 wählen 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 dieses Projekt mit dieser Anzahl von Punkten erstellen möchten stellen Sie Bitte mehr RAM zur Verfügung.", "Fehler!", MessageBoxButtons.OK, MessageBoxIcon.Error);
}
}
catch (Exception exception)
{
MessageBox.Show(exception.Message, "Fehler!", MessageBoxButtons.OK, MessageBoxIcon.Error);
}
CProgressManager.setFinished();
}
public void initViewPort()
{
InitializeContexts();
Gl.glClearColor(1.0f, 1.0f, 1.0f, 1.0f);
Gl.glMatrixMode(Gl.GL_PROJECTION);
Gl.glLoadIdentity();
mBounds = getBounds(CTSPPointList.getInstance());
mBounds.left -= 5;
mBounds.right += 5;
mBounds.bottom -= 5;
mBounds.top += 5;
// hier müssen wir bestimmen wie groß die Renderfläche sein soll
// wenn z.b. die äußerste Stadt bei 345, 239 liegt, sollte der
// Viewport ein wenig größer sein
Gl.glOrtho(mBounds.left, mBounds.right, mBounds.bottom, mBounds.top, -100.0f, 100.0f);
Gl.glEnable(Gl.GL_DEPTH_TEST);
}
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;
}
// 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);
}
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);
}
