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@ -11,84 +11,166 @@
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package com.github.drinkjava2.frog.brain;
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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.Application;
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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.util.RandomUtils;
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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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* 器官是脑的一部分，多个器官在脑内可以允许重叠出现在同一位置。
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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，所有器官都会保存在蛋里面。
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*
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* 器官是一种外形为锥圆柱体或长方体的脑内区，它的作用是在它的形状范围内在脑细胞内登记行为，当然如果脑细胞不存在它首先会新建一个脑细胞。
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* 器官的数量、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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* 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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* 器官描述细胞的行为，其中洞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，不同的细胞可以登记属于多个不同的
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* 器官，虽然器官行为不可以变异，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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* 器官通常是单例，每个脑细胞都指向一些器官单例，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，它的原理是多个洞、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，波的发散方向就是洞的分布方向，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洞和动态洞？<br/>
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* 因为光子只能直线传播，而洞具有分发、收集、改变光子方向等作用，能增加脑的复杂，cell中根据光子的方向动态生成的洞是智能的基石，它能将有关联关系的
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* 重复光子信号从海量的自然界噪声信号中抽取出来产生关联。
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* @author Yong Zhu
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* @since 1.0.4
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*/
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public class Organ extends Zone {
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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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public String name; // 显示在脑图上的器官名称，可选
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public long fat = 0; // 如果活跃多，fat值高，则保留（及变异）的可能性大，反之则很可能丢弃掉
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// public float organWasteEnergy = 0.05f; //
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// 器官在每个测试循环中需要消耗青蛙多少能量，可以通过调节这个参数抑制器官数量无限增长
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public float organActiveEnergy = 1; // 输出器官激活需要消耗每个脑细胞多少能量
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public float organOutputEnergy = 2; // 感觉器官激活会给每个脑细胞增加多少能量
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public boolean initilized; // 通过这个标记判断是否需要手工给定它的参数初值
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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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return false;
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// 以下是各种器官类型，每个神经元都属于一个器官，每个器官都有一个type类型参数
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public static final int EMPTY = 0;// 空细胞，不处理光子
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public static final int MOVE = 1;// 会让光子沿直线走一格
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public static final int MOVE_JELLY = 2;// 会让光子沿直线走一格，并在下一个细胞上打洞
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public static final int EYE = 3;// 眼细胞，会根据cell激活度产生发散到各个方向的光子
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public static final int EAR = 4;// 耳细胞,类似眼细胞,不同点是为了简化，脑内听觉区和输入区混用一个区，所以它也可吸收光子，倒过来激活cell
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public static final int JELLY = 5; // 光子在当前细胞上可以打出洞来
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public static final int STATIC = 6; // 只有静态洞的细胞，它忽略动态洞参数
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public static final int MIX = 7; // 同时具有静态和动态洞的细胞
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public static final int TYPE_QTY = 8;// 所有的type都是预先写好在这里的，自动生成的type也只能在写好的type里选一个
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private static int organNoIndex = 1;
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public int organNo = organNoIndex++; // 每个器官都有一个唯一的编号,作用是同一个编号的光子间将不产生绑定
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public int color = 1;// 这个不重要，表示它生成的光子的显示在脑图中的颜色号，见ColorUtils
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public float fat = 0;// 细胞活跃多，则fat值大，如果fat值很低，则这个器官被丢弃的可能性加大，这个值很重要，它使得孤岛器官被淘汰
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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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public boolean allowBorrow;// 是否允许在精子中将这个器官借出，有一些器官是手工创建的，在项目初级阶段禁止它们借出
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public String organName;// 器官的名字，通常只有手工创建的器官才有名字，可以用frog.findOrganByName来查找到这个器官
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// ======= 本行以下是一些假设的参数，受变异和生存竟争影响 ，并通过大样本数、随机变异、生存竟争来进行多参数的优化选择 ========
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public int type; // 器官类型，见上面的常量定义，这个字段通常很稳定。一旦变异，将从根本上改变器官的播种行为和神经元的行为
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public Shape shape; // 器官的形状，不同的形状要写出不同的播种行为
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public float cellDistance; // 细胞播种间隔，每隔多少个cell进行器官行为的播种
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public float centerDensityRate; // 中心相对于边沿的播种密度比，为1时为均匀分布
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public int holeLimit;// 细胞允许创建动态洞的数量上限，详见Cell类的holes.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;// 细胞即使没有洞，也可以处理光子，这个radius是细胞的管辖半径，但处理信号角度只限于穿透和反射或6个正方向
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public float dropRate;// 是一个介于0~1的值，反映了细胞存贮能量的下降速率，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固定角度的洞，这个不占内存，但缺点是不灵活，不智能，详见与Cell类中动态洞的对比 =====
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public Hole[] holes; // 输出洞
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public Organ() {// 缺省构造器，生成具有缺省参数但没有形状的器官
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allowVary = true;
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allowBorrow = true;
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type = 0;
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cellDistance = 1;
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centerDensityRate = 1;
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holeLimit = 10;
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energyLimit = 100;
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outputRate = 30;
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outputDoor = 30;
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inputRate = 100;
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inputDoor = 5;
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radius = 1;
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dropRate = 95;
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holes = null;
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}
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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) { // 每一步都会调用器官的active方法 ，缺省啥也不干
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/** Only call once after organ be created */
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public Organ[] vary(Frog f) { // 器官变异，仅会在青蛙下蛋时即new Egg(frog)中被调用一次，返回本身或变异后的一个或一组类似器官返回
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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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// 各参数 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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type = RandomUtils.vary(type, 10);// 这个type通常不允许变，所以只给它10%的机率去变, 也就是说在正常变异概率上再乘以10%的变异可能性
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shape = RandomUtils.vary(shape);
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cellDistance = RandomUtils.vary(cellDistance);
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centerDensityRate = RandomUtils.vary(centerDensityRate);
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holeLimit = RandomUtils.vary(holeLimit);
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energyLimit = RandomUtils.vary(energyLimit);
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outputRate = RandomUtils.vary(outputRate);
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outputDoor = RandomUtils.vary(outputDoor);
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inputRate = RandomUtils.vary(inputRate);
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inputDoor = RandomUtils.vary(inputDoor);
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radius = RandomUtils.vary(radius);
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dropRate = RandomUtils.vary(dropRate);
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holes = RandomUtils.vary(holes);
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return new Organ[] { this };
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}
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/** If active in this organ's zone? */
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public boolean outputActive(Frog f) { // 如果一个细胞能量>10,且它的输出触突位于这个器官内，则器官被激活
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for (Cell cell : f.cells) {
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if (cell.energy > organActiveEnergy)
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for (Output output : cell.outputs) { //
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if (this.nearby(output)) {
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cell.organ.fat++;
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cell.energy -= 30;//
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return true;
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}
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}
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}
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return false;
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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, int orgNo) { // 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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// 里是器官播种脑细胞的具体代码,对于手工生成的器官，也可以重写这个方法，对于自动生成的器官，必须根据type和shape等来播种，要写死在这里
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if (shape != null)
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shape.createCellsRegOrgan(f, orgNo); // 先均匀播种脑细胞试试
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}
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/** Set X, Y, Radius, name of current Organ */
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public Organ setXYRN(float x, float y, float r, String name) {
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this.setXYR(x, y, r);
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this.name = name;
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return this;
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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，自动生成的器官其行为仅由脑细胞来决定
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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) {// 把自已这个器官在脑图上显示出来，子类可以重写这个方法
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if (!Application.SHOW_FIRST_FROG_BRAIN)
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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 (shape == null)
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return;// 如果没有形状，就不画
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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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pic.drawZone(this);
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if (this.name != null)
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pic.drawText(this, String.valueOf(this.name));
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pic.setPicColor(Color.LIGHT_GRAY); // 缺省是灰色
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shape.drawOnBrainPicture(pic);
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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 initFrog(Frog f) { // 仅在Frog生成时这个方法会调用一次，缺省啥也不干，通常用于Group子类的初始化
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public static Organ randomCuboidOrgan() {
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Organ o = new Organ();
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o.shape = RandomUtils.randomCuboid();
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return o;
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}
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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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Organ newOrgan = null;
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try {
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newOrgan = this.getClass().newInstance();
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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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copyXYR(this, newOrgan);
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newOrgan.name = this.name;
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newOrgan.fat = this.fat;
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return new Organ[] { newOrgan };
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public static Organ randomConeOrgan() {
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Organ o = new Organ();
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o.shape = RandomUtils.randomCone();
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return o;
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}
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}
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drinkjava2
5 years ago