/// <summary>
/// Декодировать текущую секцию из генотипа.
/// </summary>
/// <param name="chromosome">Декодируемая хромосома.</param>
/// <param name="sectionIndex">Индекс секции в декодируемой хромосоме.</param>
public void Decode(TopologyChromosome chromosome, int sectionIndex)
{
try
{
var sectionGenes = chromosome.GetGenes() // Получаем значения генов только данной секции
.Select((gene, index) => new { Value = (int)gene.Value, Index = index })
.Where(q => GetSectionIndex(q.Index) == sectionIndex)
.Select(q => q.Value)
.ToArray();
if (sectionGenes.Length < GeneValueGenerationFuncs.Length)
{
throw new Exception("Incorrect section size!");
}
// 0-й ген - тип КУ, 1-й ген - узел КУ, 2-й ген - тип УСПД, 3-й ген - узел УСПД, 4-й ген - КПД
MCDPart.Decode(chromosome.CurrentProject, sectionGenes[0], sectionGenes[1]);
DADPart.Decode(chromosome.CurrentProject, sectionGenes[2], sectionGenes[3]);
Channel = chromosome.CurrentProject.Equipments.DCs[sectionGenes[4]];
}
catch (Exception ex)
{
Console.WriteLine("TopologySection Decode failed! {0}", ex.Message);
}
}
/// <summary>
/// Сгенерировать новый ген, представляющий случайную вершину графа, для расположения в ней УСПД.
/// </summary>
/// <param name="chromosome">Текущая хромосома.</param>
/// <param name="sectionIndex">Индекс секции, для которой генерируется ген.</param>
/// <returns>Целочисленное значение случайного гена, соответствующее индексу в массиве вершин графа.</returns>
public static int GenerateVertexGene(TopologyChromosome chromosome, int sectionIndex)
{
try
{
// Выбираем случайный участок
var randomRegionIndex = RandomizationProvider.Current.GetInt(0, chromosome.CurrentProject.Regions.Length);
var randomRegion = chromosome.CurrentProject.Regions[randomRegionIndex];
// Берём все вершины участка
var regionVertices = chromosome.CurrentProject.Graph.Vertices.Where(q => q.Region == randomRegion);
var minVertexWeight = regionVertices.Min(q => q.LaboriousnessWeight); // Определяем самый малый вес у вершин участка
// Находим все вершины с наименьшим весом
var minWeightVertices = regionVertices.Where(q => q.LaboriousnessWeight == minVertexWeight);
// Выбираем случайно одну вершину из тех, что с наименьшим весом
return(RandomizationProvider.Current.GetInt(0, minWeightVertices.Count()));
}
catch (Exception ex)
{
Console.WriteLine("GenerateDAVertexGene failed! {0}", ex.Message);
return(0);
}
}
/// <summary>
/// Сгенерировать новый ген, представляющий случайный КПД для связьи устройства учёта и управления и УСПД,
/// выбирается такой, чтобы подходил к устройству и к КПД.
/// </summary>
/// <param name="chromosome">Текущая хромосома.</param>
/// <param name="sectionIndex">Индекс секции, для которой генерируется ген.</param>
/// <returns>Целочисленное значение случайного гена, соответствующее индексу в массиве доступных каналов передачи данных.</returns>
protected static int GenerateDataChannelGene(TopologyChromosome chromosome, int sectionIndex)
{
try
{
// Декодируем КУ из гена, которое выбрано в данной секции (оно идёт первым в хромосоме)
var mcd = chromosome.CurrentProject.Equipments.MCDs[(int)chromosome.GetGene(sectionIndex * TopologyChromosome.GENES_IN_SECTION).Value];
// Декодируем УСПД из гена, которое выбрано в данной секции (оно идёт третьим в хромосоме)
var dad = chromosome.CurrentProject.Equipments.DADs[(int)chromosome.GetGene(sectionIndex * TopologyChromosome.GENES_IN_SECTION + 2).Value];
// Выбираем те КПД, которые совместимы и с выбранным КУ, и с выбранным УСПД
var suitableDataChannels = chromosome.CurrentProject.Equipments.DCs
.Select((dataChannel, index) => new { DataChannel = dataChannel, Index = index })
.Where(indexedChannel => mcd.SendingCommunications.Contains(indexedChannel.DataChannel.Communication) &&
dad.ReceivingCommunications.Keys.Contains(indexedChannel.DataChannel.Communication))
.ToArray();
// Если не нашли подходящего УСПД, то выбираем случайный
if (!suitableDataChannels.Any())
{
return(RandomizationProvider.Current.GetInt(0, chromosome.CurrentProject.Equipments.DCs.Length));
}
// Иначе берём случайный КПД из подходящих
var randomIndex = RandomizationProvider.Current.GetInt(0, suitableDataChannels.Count());
return(suitableDataChannels[randomIndex].Index);
}
catch (Exception ex)
{
Console.WriteLine("GenerateDataChannelGene failed! {0}", ex.Message);
return(0);
}
}
/// <summary>
/// Декодировать пути между элементами секций хромосомы.
/// </summary>
/// <param name="chromosome">Декодируемая хромосома.</param>
protected void DecodePathes(TopologyChromosome chromosome)
{
try
{
// Группируем секции по частям с УСПД и перебираем группы
foreach (var dadGroup in Sections.GroupBy(q => q.DADPart, new DataAcquisitionSectionPartComparer()))
{
var pathes = new List <TopologyPath>();
foreach (var channelGroup in dadGroup.GroupBy(w => w.Channel)) // Группы секций группируем по каналам передачи данных, которые связывают КУ и УСПД
{
// Находим путь между УСПД и всеми КУ по каждому каналу передачи в группе секций
var path = TopologyPathfinder.GetShortestPath(chromosome.CurrentProject.Graph, dadGroup.Key.Vertex, channelGroup.Select(q => q.MCDPart.Vertex), channelGroup.Key);
if (path != null)
{
pathes.AddRange(path);
}
}
Pathes.Add(dadGroup.Key, pathes);
}
}
catch (Exception ex)
{
Console.WriteLine("DecodePathes failed! {0}", ex.Message);
}
}
/// <summary>
/// Сгенерировать новый ген, представляющий случайное устройство сбора и передачи данных.
/// </summary>
/// <param name="chromosome">Текущая хромосома.</param>
/// <param name="sectionIndex">Индекс секции, для которой генерируется ген.</param>
/// <returns>Целочисленное значение случайного гена, соответствующее индексу в массиве УСПД.</returns>
public static int GenerateDeviceGene(TopologyChromosome chromosome, int sectionIndex)
{
try
{
// Декодируем КУ из гена, которое выбрано в данной секции (оно идёт первым в хромосоме)
var mcd = chromosome.CurrentProject.Equipments.MCDs[(int)chromosome.GetGene(sectionIndex * TopologyChromosome.GENES_IN_SECTION).Value];
// Выбираем только те УСПД, которые подходят для КУ
var suitableDADs = chromosome.CurrentProject.Equipments.DADs
.Select((dad, index) => new { DAD = dad, Index = index })
.Where(indexedDAD => indexedDAD.DAD.ReceivingCommunications.Keys.Any(communiction => mcd.SendingCommunications.Contains(communiction)))
.ToArray();
// Если не нашли подходящего УСПД, берём просто случайный
if (!suitableDADs.Any())
{
return(RandomizationProvider.Current.GetInt(0, chromosome.CurrentProject.Equipments.DADs.Length));
}
// Иначе берём случайный из подходящих
var randomIndex = RandomizationProvider.Current.GetInt(0, suitableDADs.Count());
return(suitableDADs[randomIndex].Index);
}
catch (Exception ex)
{
Console.WriteLine("GenerateDADeviceGene failed! {0}", ex.Message);
return(0);
}
}
/// <summary>
/// Создать новую топологию - декодировать фенотип хромосомы на базе её текущего генотипа.
/// </summary>
/// <param name="chromosome">Декодируемая хромосома.</param>
public Topology(TopologyChromosome chromosome)
{
try
{
Sections = new TopologySection[chromosome.CurrentProject.MCZs.Length];
Pathes = new Dictionary <DataAcquisitionSectionPart, IEnumerable <TopologyPath> >();
DecodeSections(chromosome);
GroupDADs(chromosome);
DecodePathes(chromosome);
}
catch (Exception ex)
{
Console.WriteLine("Topology failed! {0}", ex.Message);
}
}
/// <summary>
/// Генерировать новое случайное значение гена, представляющего устройство учёта и управления.
/// Из всех доступных устройств, выбираются только те, которые подходят для данного места учёта и управления.
/// Ген является индексом в массиве всех доступных устройств.
/// </summary>
/// <param name="chromosome">Текущая хромосома.</param>
/// <param name="sectionIndex">Индекс секции, для которой генерируется ген.</param>
/// <returns>Целочисленное значение случайного гена, соответствующее индексу в массиве доступных устройств.</returns>
public static int GenerateDeviceGene(TopologyChromosome chromosome, int sectionIndex)
{
try
{
var suitableMCDs = chromosome.CurrentProject.Equipments.MCDs
.Select((mcd, index) => new { MCD = mcd, Index = index }) // Запоминаем индекс устройства в массиве всех доступных устройств
.Where(q => q.MCD.IsSuitableForMCZ(chromosome.CurrentProject.MCZs[sectionIndex])) // Выбираем только те устройства, которые подходят для места
.ToArray();
var randomIndex = RandomizationProvider.Current.GetInt(0, suitableMCDs.Count()); // Выбираем из массива выбранных устройств случайное
return(suitableMCDs[randomIndex].Index);
}
catch (Exception ex)
{
Console.WriteLine("GenerateMCDevice failed! {0}", ex.Message);
return(0);
}
}
/// <summary>
/// Поочерёдно декодировать каждую секцию хромосомы.
/// </summary>
/// <param name="chromosome">Декодируемая хромосома.</param>
protected void DecodeSections(TopologyChromosome chromosome)
{
try
{
for (var sectionIndex = 0; sectionIndex < chromosome.Length / TopologyChromosome.GENES_IN_SECTION; sectionIndex++)
{
if (Sections[sectionIndex] == null)
{
Sections[sectionIndex] = new TopologySection();
}
Sections[sectionIndex].Decode(chromosome, sectionIndex);
}
}
catch (Exception ex)
{
Console.WriteLine("DecodeSections failed! {0}", ex.Message);
}
}
/// <summary>
/// Сгенерировать новое значение гена секции в зависимости от индекса гена.
/// </summary>
/// <param name="chromosome">Хромосома, для гена которой предназначено данное значение.</param>
/// <param name="geneIndex">Индекс гена в хромосоме.</param>
/// <returns>Новое случайное значение гена для хромосомы.</returns>
public static int GenerateGeneValue(TopologyChromosome chromosome, int geneIndex)
{
try
{
var geneInSectionIndex = GetGeneInSectionIndex(geneIndex);
if (geneInSectionIndex >= GeneValueGenerationFuncs.Length)
{
return(0);
}
// Вызываем соответствующую функцию для генерации гена
return(GeneValueGenerationFuncs[geneInSectionIndex].Invoke(chromosome, GetSectionIndex(geneIndex)));
}
catch (Exception ex)
{
Console.WriteLine("EncodeGeneValue failed! {0}", ex.Message);
return(0);
}
}
/// <summary>
/// Сгенерировать новый ген, представляющий случайную вершину графа, который находится на выбранном
/// месте учёта и управления. Ген является индексом в массиве вершин графа, на которых
/// находится данное место учёта и управления.
/// </summary>
/// <param name="chromosome">Текущая хромосома.</param>
/// <param name="sectionIndex">Индекс секции, для которой генерируется ген.</param>
/// <returns>Целочисленное значение случайного гена, соответствующее индексу в массиве вершин графа.</returns>
public static int GenerateVertexGene(TopologyChromosome chromosome, int sectionIndex)
{
try
{
var currentMCZ = chromosome.CurrentProject.MCZs[sectionIndex]; // Текущее место учёта и управления
var mczVertices = chromosome.CurrentProject.Graph.VerticesArray
.Select((vertex, index) => new { Vertex = vertex, Index = index }) // Запоминаем индекс в массиве каждого места
.Where(q => q.Vertex.MCZs.Contains(currentMCZ)).ToArray(); // Берём те вершины графа, где располагается данное место
var randomIndex = RandomizationProvider.Current.GetInt(0, mczVertices.Count());
return(mczVertices[randomIndex].Index);
}
catch (Exception ex)
{
Console.WriteLine("GenerateMCDVertexGene failed! {0}", ex.Message);
return(0);
}
}
/// <summary>
/// Сгруппировать УСПД одной модели, расположенные на одном участке.
/// </summary>
/// <param name="chromosome">Декодириуемая хромосома.</param>
protected void GroupDADs(TopologyChromosome chromosome)
{
try
{
var dadSectionPartGroups = Sections
.Select((section, Index) => new { Part = section.DADPart, Index }) // Запоминаем и индекс секции
.GroupBy(q => q.Part.DAD) // Группируем секции с одинаковым УСПД
.Where(q => q.Count() > 1); // Берём те группы, если хоть какие-то УСПД сгруппировали
foreach (var dadSectionPartGroup in dadSectionPartGroups)
{
// Далее группируем по участкам и берём те группы, где их больше 1 и где они ещё не на одной вершине
var regionSectionPartGroups = dadSectionPartGroup
.GroupBy(q => q.Part.Vertex.Region)
.Where(q => q.Count() > 1);
foreach (var regionSectionPartGroup in regionSectionPartGroups)
{
// Если все устройства и так уже в одной вершине, пропускаем эту группу
var firstVertex = dadSectionPartGroup.FirstOrDefault()?.Part.Vertex;
if (firstVertex == null || regionSectionPartGroup.All(q => q.Part.Vertex == firstVertex))
{
continue;
}
var dadsBus = TopologyPathfinder.GetShortestPath( // Находим кратчайший путь
chromosome.CurrentProject.Graph,
firstVertex, // Из первой вершины в группе
regionSectionPartGroup
.Select(q => q.Part.Vertex) // До остальных вершин в группе
.Distinct() // Без повторяющихся вершин и без исходной вершины
.Where(q => q != firstVertex), // По топологии шина и учитывая только расстояние
new DataChannel {
ConnectionType = ConnectionType.None, Topology = DataChannelTopology.Bus
});
// Берём все грани пути и выбираем из них целевые вершины
var pathVertices = dadsBus.Where(q => q.Path != null).SelectMany(q => q.Path).Select(q => q.Target).ToList();
pathVertices.Add(firstVertex); // И добавляем исходную вершину
var minVertexWeight = pathVertices.Min(q => q.LaboriousnessWeight); // Определяем самый малый вес у вершин пути
// Находим все вершины с наименьшим весом
var minWeightVertices = pathVertices.Where(q => q.LaboriousnessWeight == minVertexWeight);
// Выбираем случайно одну вершину из тех, что с наименьшим весом
var randomOptimalVertex = minWeightVertices.ElementAt(RandomizationProvider.Current.GetInt(0, minWeightVertices.Count()));
// Перемещаем все УСПД, которые ещё не в оптимальной вершине, в эту вершину, чтобы они стали одним УСПД
foreach (var sectionPart in regionSectionPartGroup.Where(q => q.Part.Vertex != randomOptimalVertex))
{
sectionPart.Part.Move(randomOptimalVertex);
// Определяем индекс вершины в упорядоченном массиве вершин
var index = Array.IndexOf(chromosome.CurrentProject.Graph.VerticesArray, randomOptimalVertex);
// Модифицируем хромосому тоже, находим ген позиции УСПД и обновляем индекс новой вершины
chromosome.ReplaceGene(sectionPart.Index * TopologyChromosome.GENES_IN_SECTION + 3, new GeneticSharp.Domain.Chromosomes.Gene(index));
}
}
}
}
catch (Exception ex)
{
Console.WriteLine("GroupDADs failed! {0}", ex.Message);
}
}