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@ -10,37 +10,119 @@
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*/
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package com.github.drinkjava2.frog.brain.organ;
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import java.awt.Color;
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import java.io.Serializable;
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import com.github.drinkjava2.frog.Env;
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import com.github.drinkjava2.frog.Frog;
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import com.github.drinkjava2.frog.brain.BrainPicture;
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import com.github.drinkjava2.frog.brain.Cone;
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import com.github.drinkjava2.frog.brain.Cuboid;
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import com.github.drinkjava2.frog.brain.Synapse;
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/**
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* Organ is a part of frog, organ can be saved in egg
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* Organ is a cone-cylinder shape zone inside of brain,, organ can be saved in
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* egg， organ will create cells in brain. Most organ's size, angle, location and
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* cell parameters are randomly created
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*
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* 器官是脑的一部分，多个器官在脑内可以允许部分或完全重叠出现在同一脑内位置，器官有些是不可以变异的，有些是可以变异的。
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* 器官主要分为两大类，一种是固定器官，通常手工创建，作用是进行信号的输入输出，在脑的指定位置的cube中产生光子或将光子转化为成青蛙的运动输出<br/>
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* 另一种是可变器官，比如ConeOrgan, 它负责在青蛙脑生成时播种脑细胞, 这类器官由随机变异机制生成。
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* 器官是脑的一部分，多个器官在脑内可以允许部分或完全重叠出现在同一脑内位置，器官都是可以变异的, 器官负责在青蛙脑生成时播种脑细胞
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* 器官是可串行化的，所有器官都会保存在蛋里面
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*
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* Organ实例因为要保存在蛋里，所以要继承Serializable接口
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* 器官是一种外形为锥圆柱体的脑内区，它的作用是在它的形状范围内播种脑细胞， 这是第一个也是最重要的脑细胞播种器官，它的数
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* 量、形状、大小、角度、位置、神经元分布方式，以及神经元的内部参数可以随机生成和变异, 并由生存竟争来淘汰筛选。
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*
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* 器官可以组合成复杂的网络结构或曲折的信号传导路径，例如一个圆柱形神经传导器官，可以变异为由两个圆柱状传导器官首尾相接，然后这两个器官各
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* 自变异，就有可能形成弯的传导路径或更复杂的网络结构。看起来复杂，但大自然可以做到比这更复杂的进化逻辑，先假设大自然是万能的，只要是有用的
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* 变异逻辑，就有可能出现。
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*
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* 器官描述细胞的形状和行为，其中触突数量和参数是有可能随机变异的。行为则是硬编码不可以变异，模拟单个神经元的逻辑，不同的细胞有不同的
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* 行为，通过type来区分，虽然行为不可以变异，但是可以写出尽可能多种不同的行为（貌似神经元的活动也只有有限的几种)，由生存竟争来筛选。
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*
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* 器官通常是单例，每个脑细胞都指向某个器官单例，器官这个单例参与神经活动时是无状态的，有状态的神经元的参数是保存在Cell中而不是器官中,这种设计是为了减少
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* Cell的内存占用
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* 信息（光子）的逻辑：
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* 能量上限很低的细胞，相当于信息的中转站，来多少光子就转发多少光子;能量上限高的细胞，可以起到记忆作用，它的原理是多个触突、反复累集的光子能量，
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* 可以在收到某个方向光子的信号后短暂释放，以这个细胞中为心形成一个新的波源，波的发散方向就是触突的分布方向，只有位于波的驻点位置的细胞才会吸收和释放更多
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* 能量,光子总是直线传播，不在合适交点(波的驻点)位置的细胞吸收不到能量。
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*
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* 光子自带传播方向，并在每个测试步长中自动走一格，为什么还需要脑细胞的静态触突和动态触突？<br/>
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* 因为光子只能直线传播，而触突具有分发、产生、收集、改变光子方向、远距传输光子等作用，能增加脑的复杂，在器官中的触突是无状态的，只能进行简单的信号传导、发
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* 散、会聚等处理,而cell中根据光子的方向动态生成的触突更是智能的基石，它能将有关联关系的 重复光子信号从海量的自然界噪声信号中分离保存下来。
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* @author Yong Zhu
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* @since 1.0.4
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*/
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public interface Organ extends Serializable {
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/** If allow borrowed in egg */
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public boolean allowBorrow();// 是否允许在精子和卵子结合时将这个器官借出，通常固定器官不允许借出，不参与进化
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public class Organ implements Serializable, Cloneable {// 因为要保存在蛋文件里，所以必须支持串行化
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private static final long serialVersionUID = 1L;
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/** Only call once when frog created , Child class can override this method */
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public void init(Frog f); // 在青蛙生成时调用这个方法，进行一些初始化，通常是根据参数来撒种脑细胞
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public float fat = 0;// 细胞活跃多，则fat值大，在一屏测试完成后，如果fat值很低，则这个器官被丢弃的可能性加大
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public boolean allowBorrow;// 是否允许在精子中将这个器官借出
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public boolean allowVary;// 是否允许变异，有一些器官是手工创建的，在项目初级阶段禁止它们参与变异和生存竟争。
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/** Each loop step call active method, Child class can override this method */
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public void active(Frog f); // 每一步测试都会调用器官的active方法 ，缺省啥也不干
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// 本行以下参数受变异和生存竟争影响，随机有大概率小变异，小概率大变异，极小概率极大变异
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/** Child class can override this method to drawing picture */
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public void drawOnBrainPicture(Frog f, BrainPicture pic); // 把器官的轮廓显示在脑图上
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/** If cuboid is not null, then ignore cone setting */
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public Cuboid cuboid; // 如果器官是长方体形状，则这个属性非空。器官的形状暂时只能是长方体或锥体
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public Cone cone;// 如果器官是锥体，则这个属性非空
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public float cellDensity = 1; // 细胞播种密度，目前只有均匀播种这一个方案
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public int type; // 脑细胞类型, 不同类型细胞对同一个参数的解释行为可能不同，或根本不会用到某个参数, 这个字段如果变异，将完全改变器官的行为
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public int synapsesLimit;// 细胞允许创建动态触突的数量上限，详见Cell类的synapses字段
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public float energyLimit;// 细胞能量上限，当能量超过能存贮的上限，多余的光子能量将不被细胞吸收，直接煙灭或以光子的形式转发出去
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public float outputRate;// 细胞激活后，一次脉冲会释放出细胞存贮的能量比率(或释放出一个固定值)， 根据能量守恒，这个值通常小于1
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public float outputDoor;// 输出阀值，细胞当前能量小于这个阀值时，细胞不会产生输出
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public float inputRate;// 能量接收率，细胞存贮的能量占输入能量的比率(或吸收一个固定值)， 根据能量守恒，这个值通常小于1
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public float inputDoor;// 接收阀值，接收的能量小于这个阀值时，细胞不会吸收这份能量，直接煙灭或以光子的形式转发出去
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public float radius;// 细胞即使没有触突，也可以处理光子，这个radius是细胞的管辖半径，但局限于角度的信号处理，如穿透和反射，或6个正方向
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public float dropRate;// 是一个介于0~1的值，反映了细胞存的能量下降速率，在每一步长中细胞能量都以这个速率损失，可以参考遗忘曲线
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// =====注意以下三个字段可以让细胞具备一些无状态的触突，这个不占内存，但缺点是不灵活，不智能，详见与Cell类中动态触突的对比 =====
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public Synapse[] inputs; // 输入触突，位置是相对细胞而言的
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public Synapse[] sides; // 侧面（通常是抑制，是负光子输出)输出触突，从脉冲神经网络学习到有这种侧向抑制
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public Synapse[] outputs; // 输出触突
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/** Only call once after organ be created by new() method */
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public Organ[] vary(); // 在下蛋时每个器官会调用这个方法，缺省返回一个类似自已的副本，子类通常要覆盖这个方法
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public Organ[] vary() { // 器官的变异，返回本身或变异后的一个或多个类似自已的器官放在一个数组里返回
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if (!allowVary)
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return new Organ[] { this };// 如果不允许变异，器官就把自身返回，存放在蛋里
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Organ newOrgan = null;
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try {
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newOrgan = (Organ) this.clone();// 克隆这个方法名符其实
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} catch (Exception e) {
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throw new UnknownError("Can not make new Organ copy for " + this);
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}
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// TODO:这里要添加新器官变异的具体代码，所有器官都共用同一个变异规则，变异包括数量增减、形状及位置、各种可变异参数等
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return new Organ[] { newOrgan };
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}
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/** Only call once when frog created , Child class can override this method */
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public void init(Frog f) { // 在青蛙生成时会调用这个方法，进行一些初始化，通常是根据参数来播种脑细胞
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// TODO:这里要添加器官播种脑细胞的具体代码，所有器官都共用同一个方法
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}
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/** each step will call Organ's active methodd */
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public void active(Frog f) { // 每一步测试都会调用active方法，通常用于手动生成的器官
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// do nothing
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}
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/** Child class can override this method to drawing picture */
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public void drawOnBrainPicture(Frog f, BrainPicture pic) { // 把器官的轮廓显示在脑图上
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if (!Env.SHOW_FIRST_FROG_BRAIN || !f.alive) // 如果不允许画或青蛙死了，就直接返回
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return;
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pic.setColor(Color.BLACK); // 缺省是黑色
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if (cuboid != null)
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pic.drawCuboid(cuboid);// 如果器官是长方体，就调用drawCuboid方法画出来
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}
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}
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drinkjava2
5 years ago