import java.util.ArrayList;
import java.util.Collections;
import java.util.Map;
import java.util.TreeMap;

/**
 * Created by Kate Mosquito on 16.09.2018.
 */

public class EVO {
    static int a=-5;
    static int b=5;
    static double e=0.1;
    static int n;
    static int k=0;
    static int iX[]; //массив для начальной популяции
    static double distance_matr[][];
    static double Y[];
    static ArrayList<Integer> population=new ArrayList<>();
    static Map <Double, Integer> treeMap = new TreeMap <Double, Integer>();
    static ArrayList <Integer> final_pop = new ArrayList<>();
    static {
        n=(int)Math.round((b-a)/e);
        k=Math.round(log2(n));
        e=(b-a)/Math.pow(2,k);
        distance_matr=new double[30][30];
    }

    public static int log2(int n){
        if(n <= 0) throw new IllegalArgumentException();
        return 31 - Integer.numberOfLeadingZeros(n);
    }

    public static double func (double xx){ //функция нахождения у-ков, действительных значений точек на графике
        double x=a+xx*e;
        return x*x-2*x+1; //функция одной переменной
    }

    public static void generate (){ //функция для формирования начальной популяции
        iX = new int [30];
        Y = new double[30];
        int beg= 0, end=(int)Math.pow(2,k);
        iX[0]=beg + (int) (Math.random() * end);
        boolean flag=true;

        for (int i=1; i< iX.length;i++) {
            int z= beg + (int) (Math.random() * end);
            for (int j=0; j<iX.length; j++) { //проверка, чтоб не было одинаковых значений
                if (iX[j]==z) {flag=false; break;}
                if (flag=true) {
                    iX[i]=z;
                    Y[i]=func(iX[i]);
                }
            }
            flag=true;
        }
        System.out.println("Первоначальная популяция: ");
        for (int i=0; i<iX.length;i++) System.out.print(iX[i]+" ");
    }

    public static void raschet (){ //аутбридинг фенотипный
        int first =  0 + (int) (Math.random() * 30);
        int sec=maxParent(first);
        String f_ch = toBinary(iX[first]);
        String sec_ch = toBinary(iX[sec]);
        int razryad = 0 + (int) (Math.random()*k);
        String offspring1 = f_ch.substring(0,razryad)+sec_ch.substring(razryad);
        String offspring2 = sec_ch.substring(0,razryad)+f_ch.substring(razryad);
        System.out.println("Первый родитель: "+f_ch);
        System.out.println("Второй родитель: "+sec_ch);
        System.out.println("Разряд:"+razryad);
        System.out.println("Первый отпрыск: "+offspring1);
        System.out.println("Второй отпрыск: "+offspring2);



        //ВЫБОР оффспринга (ото 0 до 1)
        String OFFSPRING="";
        double r = Math.random();
        if (r<0.5) OFFSPRING=offspring1;
        else OFFSPRING=offspring2;
        System.out.println("Выбраный отпрыск: "+OFFSPRING);


        //МУТАЦИЯ
        r = Math.random();
        if (r<=0.01){
            System.out.println("МУТАЦИЯ СОСТОЯЛАСЬ");
            razryad = 0 + (int) (Math.random()*k);
            if (OFFSPRING.charAt(razryad)=='0') {
                char[] OFFSPRINGChars = OFFSPRING.toCharArray();
                OFFSPRINGChars[razryad] = '1';
                OFFSPRING = String.valueOf(OFFSPRINGChars);
            }
            else if (OFFSPRING.charAt(razryad)=='1') {
                char[] OFFSPRINGChars = OFFSPRING.toCharArray();
                OFFSPRINGChars[razryad] = '0';
                OFFSPRING = String.valueOf(OFFSPRINGChars);
            }
            System.out.println("Разряд:"+(razryad+1));
            System.out.println("Число после мутации: "+OFFSPRING);
        }
        int offspring = ToInt(OFFSPRING);
        System.out.println("В десятеричной системе: "+offspring);

        //ФОРМИРОВАНИЕ ПОПУЛЯЦИИ (элитный отбор - проверка на равенство элементов
        boolean flag=true;
        if (population.isEmpty()) population.add(offspring);
        else if (!population.isEmpty()){
            for (Integer i:
                    population) {
                if (offspring==i) {flag=false; break;}
            }
            if (flag=true) {
                boolean flag1 = true;
                for (int i = 0; i < iX.length; i++) {
                    if (offspring == iX[i]) {
                        flag1 = false;
                        break;
                    }
                }
                if (flag1 == true) {
                    population.add(offspring);
                }
                flag1=true;
            }
            flag=true;
        }
    }

    public static void form_new_pop (){
        final_pop.addAll(population);
        for (int i=0; i<iX.length;i++) final_pop.add(iX[i]);
        Collections.sort(final_pop);
        for (Integer i: final_pop
                ) {
            System.out.print(i+", ");
        }
        System.out.println();
    }

    public static void treemap (){
        for (int i=0; i<60; i++){
            treeMap.put(func(final_pop.get(i)),final_pop.get(i));
        }
        int i =0;
        for(Map.Entry<Double, Integer> item : treeMap.entrySet()){
            //System.out.println(item.getKey()+", "+item.getValue());
            if(i!=29){
                iX[i]=item.getValue();
                Y[i]=func(iX[i]);
                System.out.println(iX[i]+", "+Y[i]);
            }
        }
    }
    public static double max(double a[][]){
        double m=-1000;
        for (int i = 0; i < a.length; i++) {
            for (int j = 0; j < a.length; j++) {
                if (a[i][j]>m)m=a[i][j];
            }
        }
        return m;
    }
    public static int maxParent(int first){
        double max=-1000;
        int j=0;
        for (int i = 0; i < Y.length; i++) {
            double d=Math.abs(Y[first]-Y[i]);
            if(d>max){
                max=d;
                j=i;
            }
        }
        return j;
    }
    public static double[][] distance(double [] matrix){//рассчет расстояний между текущей популяцией
        double dist[][]=new double[30][30];
        for (int i = 0; i < 30; i++) {
            for (int j = 0; j < 30; j++) {
                dist[i][j]=Math.abs(matrix[i]-matrix[j]);
            }
        }
        return dist;
    }

    public static String toBinary (int dec){ //перевод в двоичную систему
        String bin_str = Integer.toBinaryString(dec);
        if (bin_str.length()!=13){
            int l=13-bin_str.length();
            StringBuffer sb = new StringBuffer(bin_str);
            for (int i=0; i<l; i++){
                sb=sb.insert(0,'0');
            }
            bin_str= sb.toString();
        }
        return bin_str;
    } //из 10 в 2-ю

    public static int pow(int a, int b) {//???
        int result = 1;
        for (int i = 0; i < b; i++) {
            result *= a;
        }
        return result;
    } //для след функции

    public static int ToInt(String bin){
        int res = 0, a = 0, mult = 0;
        char[] symbols = bin.toCharArray();
        for(int len = symbols.length-1; len >= 0; len--){
            int temp = 0;
            a = Character.getNumericValue(symbols[len]);
            temp = a * pow(2, mult);
            mult++;
            res += temp;
        }
        return res;
    } //Из 2-1 в 10-ю

    public static void main(String[] args) {

        System.out.println("к=" + k + " e" + e);
        generate();
        distance_matr = distance(Y);
        for (int i = 0; i < distance_matr.length; i++) {
            for (int j = 0; j < distance_matr.length; j++) {
                System.out.print(Math.round(distance_matr[i][j])+" ");
            }
            System.out.println();
        }
        for (int i = 0; max(distance_matr)>e; i++) {
            System.out.println("---------------------------Популяция"+i+"------------------");
            System.out.println(max(distance_matr));
            while (population.size() != 30) {
                raschet();
            }
            System.out.println("Полученная популяция");
            for (Integer j : population
                    ) {
                System.out.print(j + ", ");
            }
            form_new_pop();
            System.out.println("Значения X и У:");
            treemap();
            distance_matr=distance(Y);
            population=new ArrayList<>();
            treeMap = new TreeMap <Double, Integer>();
            final_pop = new ArrayList<>();
        }
    }
}