another save
This commit is contained in:
@@ -1,159 +1,113 @@
|
||||
import random
|
||||
from typing import Callable, Sequence
|
||||
from typing import Sequence
|
||||
|
||||
from .operation import Operation
|
||||
from .terminal import Terminal
|
||||
|
||||
type InitFunc = Callable[["Chromosome"], "Chromosome.Node"]
|
||||
from .node import Node
|
||||
from .primitive import Primitive
|
||||
|
||||
|
||||
class Chromosome:
|
||||
def __init__(
|
||||
self,
|
||||
operations: Sequence[Operation],
|
||||
terminals: Sequence[Terminal],
|
||||
init_func: InitFunc,
|
||||
terminals: Sequence[Primitive],
|
||||
operations: Sequence[Primitive],
|
||||
root: Node,
|
||||
):
|
||||
self.operations = operations
|
||||
self.terminals = terminals
|
||||
self.root = init_func(self)
|
||||
self.operations = operations
|
||||
self.root = root
|
||||
|
||||
def get_depth(self) -> int:
|
||||
"""Вычисляет глубину дерева. Дерево из одного только корня имеет глубину 1."""
|
||||
return self.root.get_depth() if self.root is not None else 0
|
||||
def copy(self) -> Chromosome:
|
||||
return Chromosome(self.terminals, self.operations, self.root.copy_subtree())
|
||||
|
||||
def clone(self) -> "Chromosome":
|
||||
"""Создает копию хромосомы."""
|
||||
return Chromosome(
|
||||
self.operations,
|
||||
self.terminals,
|
||||
lambda _: self.root.clone(),
|
||||
)
|
||||
def prune(self, max_depth: int) -> None:
|
||||
self.root.prune(self.terminals, max_depth)
|
||||
|
||||
def eval(self, values: list[float]) -> float:
|
||||
"""Вычисляет значение хромосомы для заданных значений терминалов."""
|
||||
if self.root is None:
|
||||
raise ValueError("Chromosome is not initialized")
|
||||
def shrink_mutation(self) -> None:
|
||||
"""Усекающая мутация. Заменяет случайно выбранную операцию на случайный терминал."""
|
||||
operation_nodes = [n for n in self.root.list_nodes() if n.value.arity > 0]
|
||||
|
||||
# Мне это не нравится, но, возможно, это будет работать
|
||||
for terminal, value in zip(self.terminals, values):
|
||||
terminal._value = value
|
||||
if not operation_nodes:
|
||||
return
|
||||
|
||||
return self.root._eval()
|
||||
target_node = random.choice(operation_nodes)
|
||||
|
||||
target_node.prune(self.terminals, max_depth=1)
|
||||
|
||||
def grow_mutation(self, max_depth: int) -> None:
|
||||
"""Растущая мутация. Заменяет случайно выбранный узел на случайное поддерево."""
|
||||
target_node = random.choice(self.root.list_nodes())
|
||||
|
||||
max_subtree_depth = max_depth - target_node.get_level() + 1
|
||||
|
||||
subtree = Chromosome.grow_init(
|
||||
self.terminals, self.operations, max_subtree_depth
|
||||
).root
|
||||
|
||||
if target_node.parent:
|
||||
target_node.parent.replace_child(target_node, subtree)
|
||||
else:
|
||||
self.root = subtree
|
||||
|
||||
def __str__(self) -> str:
|
||||
"""Строковое представление хромосомы в виде формулы в инфиксной форме."""
|
||||
return str(self.root)
|
||||
|
||||
def _tree_lines(
|
||||
self, node: "Chromosome.Node", prefix: str = "", is_last: bool = True
|
||||
) -> list[str]:
|
||||
connector = "└── " if is_last else "├── "
|
||||
lines = [prefix + connector + node.value.name]
|
||||
child_prefix = prefix + (" " if is_last else "│ ")
|
||||
for i, child in enumerate(node.children):
|
||||
last = i == len(node.children) - 1
|
||||
lines.extend(self._tree_lines(child, child_prefix, last))
|
||||
return lines
|
||||
@classmethod
|
||||
def full_init(
|
||||
cls,
|
||||
terminals: Sequence[Primitive],
|
||||
operations: Sequence[Primitive],
|
||||
max_depth: int,
|
||||
) -> Chromosome:
|
||||
"""Полная инициализация.
|
||||
|
||||
def str_tree(self) -> str:
|
||||
"""Строковое представление древовидной структуры формулы."""
|
||||
if self.root is None:
|
||||
return ""
|
||||
В полном методе при генерации дерева, пока не достигнута максимальная глубина,
|
||||
допускается выбор только функциональных символов, а на последнем уровне
|
||||
(максимальной глубины) выбираются только терминальные символы.
|
||||
"""
|
||||
|
||||
lines = [self.root.value.name]
|
||||
for i, child in enumerate(self.root.children):
|
||||
last = i == len(self.root.children) - 1
|
||||
lines.extend(self._tree_lines(child, "", last))
|
||||
return "\n".join(lines)
|
||||
def build(level: int) -> Node:
|
||||
# Если достигнута максимальная глубина — выбираем терминал
|
||||
if level == max_depth:
|
||||
return Node(random.choice(terminals))
|
||||
|
||||
class Node:
|
||||
def __init__(
|
||||
self, value: Operation | Terminal, children: list["Chromosome.Node"]
|
||||
):
|
||||
self.value = value
|
||||
self.children = children
|
||||
# Иначе выбираем операцию и создаём потомков
|
||||
op = random.choice(operations)
|
||||
node = Node(op)
|
||||
for _ in range(op.arity):
|
||||
node.add_child(build(level + 1))
|
||||
return node
|
||||
|
||||
def clone(self) -> "Chromosome.Node":
|
||||
"""Создает копию поддерева."""
|
||||
return Chromosome.Node(
|
||||
self.value, [child.clone() for child in self.children]
|
||||
)
|
||||
return cls(terminals, operations, build(1))
|
||||
|
||||
def get_depth(self) -> int:
|
||||
"""Вычисляет глубину поддерева."""
|
||||
return (
|
||||
max(child.get_depth() for child in self.children) + 1
|
||||
if self.children
|
||||
else 1
|
||||
)
|
||||
@classmethod
|
||||
def grow_init(
|
||||
cls,
|
||||
terminals: Sequence[Primitive],
|
||||
operations: Sequence[Primitive],
|
||||
max_depth: int,
|
||||
# min_depth: int, # ???
|
||||
terminal_probability: float = 0.5,
|
||||
) -> Chromosome:
|
||||
"""Растущая инициализация.
|
||||
|
||||
def __str__(self) -> str:
|
||||
"""Рекурсивный перевод древовидного вида формулы в строку в инфиксной форме."""
|
||||
if isinstance(self.value, Terminal):
|
||||
return self.value.name
|
||||
В растущей инициализации генерируются нерегулярные деревья с различной глубиной
|
||||
листьев вследствие случайного на каждом шаге выбора функционального
|
||||
или терминального символа. Здесь при выборе терминального символа рост дерева
|
||||
прекращается по текущей ветви и поэтому дерево имеет нерегулярную структуру.
|
||||
"""
|
||||
|
||||
if self.value.arity == 2:
|
||||
return f"({self.children[0]} {self.value.name} {self.children[1]})"
|
||||
def build(level: int) -> Node:
|
||||
# Если достигнута максимальная глубина, либо сыграла заданная вероятность
|
||||
# — выбираем терминал
|
||||
if level == max_depth or random.random() < terminal_probability:
|
||||
return Node(random.choice(terminals))
|
||||
|
||||
return (
|
||||
f"{self.value.name}({', '.join(str(child) for child in self.children)})"
|
||||
)
|
||||
# Иначе выбираем случайную операцию и создаём потомков
|
||||
op = random.choice(operations)
|
||||
node = Node(op)
|
||||
for _ in range(op.arity):
|
||||
node.add_child(build(level + 1))
|
||||
return node
|
||||
|
||||
def _eval(self) -> float:
|
||||
"""Рекурсивно вычисляет значение поддерева. Значения терминалов должны быть
|
||||
заданы предварительно."""
|
||||
if isinstance(self.value, Terminal):
|
||||
return self.value._value # type: ignore
|
||||
|
||||
return self.value._eval([child._eval() for child in self.children])
|
||||
|
||||
|
||||
def _random_terminal(terminals: Sequence[Terminal]) -> Terminal:
|
||||
return random.choice(terminals)
|
||||
|
||||
|
||||
def init_full(chromosome: Chromosome, max_depth: int) -> Chromosome.Node:
|
||||
"""Полная инициализация.
|
||||
|
||||
В полном методе при генерации дерева, пока не достигнута максимальная глубина,
|
||||
допускается выбор только функциональных символов, а на последнем уровне
|
||||
(максимальной глубины) выбираются только терминальные символы.
|
||||
"""
|
||||
|
||||
def build(level: int) -> Chromosome.Node:
|
||||
# Если достигнута максимальная глубина — выбираем терминал
|
||||
if level == max_depth:
|
||||
return Chromosome.Node(_random_terminal(chromosome.terminals), [])
|
||||
|
||||
# Иначе выбираем операцию и создаём потомков
|
||||
op = random.choice(chromosome.operations)
|
||||
node = Chromosome.Node(op, [build(level + 1) for _ in range(op.arity)])
|
||||
return node
|
||||
|
||||
return build(1)
|
||||
|
||||
|
||||
def init_grow(
|
||||
chromosome: Chromosome, max_depth: int, terminal_probability: float = 0.5
|
||||
) -> Chromosome.Node:
|
||||
"""Растущая инициализация.
|
||||
|
||||
В растущей инициализации генерируются нерегулярные деревья с различной глубиной
|
||||
листьев вследствие случайного на каждом шаге выбора функционального
|
||||
или терминального символа. Здесь при выборе терминального символа рост дерева
|
||||
прекращается по текущей ветви и поэтому дерево имеет нерегулярную структуру.
|
||||
"""
|
||||
|
||||
def build(level: int) -> Chromosome.Node:
|
||||
# Если достигнута максимальная глубина, либо сыграла заданная вероятность
|
||||
# — выбираем терминал
|
||||
if level == max_depth or random.random() < terminal_probability:
|
||||
return Chromosome.Node(_random_terminal(chromosome.terminals), [])
|
||||
|
||||
# Иначе выбираем случайную операцию и создаём потомков
|
||||
op = random.choice(chromosome.operations)
|
||||
children = [build(level + 1) for _ in range(op.arity)]
|
||||
return Chromosome.Node(op, children)
|
||||
|
||||
return build(1)
|
||||
return cls(terminals, operations, build(1))
|
||||
|
||||
Reference in New Issue
Block a user