source: cpp/frams/genetics/f1/conv_f1.cpp @ 671

Last change on this file since 671 was 671, checked in by Maciej Komosinski, 4 years ago

Unified property names of f1 and f4; improved docs; 3.141 -> M_PI

  • Property svn:eol-style set to native
File size: 16.4 KB
Line 
1// This file is a part of Framsticks SDK.  http://www.framsticks.com/
2// Copyright (C) 1999-2017  Maciej Komosinski and Szymon Ulatowski.
3// See LICENSE.txt for details.
4
5#include "conv_f1.h"
6#include <common/nonstd_stl.h>
7#include <common/log.h>
8#include <frams/util/multirange.h>
9#include <frams/util/multimap.h>
10#include <ctype.h>
11
12//#define v1f1COMPATIBLE //as in ancient Framsticks 1.x
13
14F1Props stdprops = { 1, 0, 1, 0.4, 0.25, 0.25, 0.25, 0.25, 0.0, 1.0, 1.0, 1,
15        0.2, 0.5, 0.5, 0.5 };
16
17class Builder
18{
19public:
20        Builder(const char*g, int mapping = 0) :invalid(0), genbegin(g), usemapping(mapping), first_part_mapping(NULL), model_energy(0), model_energy_max(0) {}
21        ~Builder() { SAFEDELETE(first_part_mapping); }
22        char tmp[222];
23        bool invalid;
24        Model model;
25        const char *genbegin;
26        SList neuro_f1_to_f0; // neuro_f1_to_f0(f1_refno) = actual neuro pointer
27        Neuro *last_f1_neuro;
28        SyntParam *neuro_cls_param;
29
30        struct Connection
31        {
32                int n1, n2; double w;
33                Connection(int _n1, int _n2, double _w) :n1(_n1), n2(_n2), w(_w) {}
34        };
35
36        SListTempl<Connection> connections;
37        int usemapping;
38        MultiRange range;
39        MultiRange *first_part_mapping;
40        double lastjoint_muscle_power;
41        double model_energy, model_energy_max;
42        void grow(int part1, const char*g, Pt3D k, F1Props c);
43        void setPartMapping(int p, const char* g);
44        int growJoint(int part1, int part2, Pt3D &angle, F1Props &c, const char *g);
45        int growPart(F1Props &c, const char *g);
46        const char *skipNeuro(const char *z);
47        const char* growNeuro(const char* t, F1Props &c, int&);
48        void growConnection(const char* begin, const char* colon, const char* end, F1Props& props);
49        int countBranches(const char*g, SList &out);
50        SyntParam* lastNeuroClassParam();
51        void addClassParam(const char* name, double value);
52        void addClassParam(const char* name, const char* value);
53
54        const MultiRange* makeRange(const char*g) { return makeRange(g, g); }
55        const MultiRange* makeRange(const char*g, const char*g2);
56        Part *getLastPart() { return getLastJoint()->part2; }
57        Neuro *getLastNeuro() { return model.getNeuro(model.getNeuroCount() - 1); }
58        Joint *getLastJoint() { return model.getJoint(model.getJointCount() - 1); }
59        void addOrRememberInput(int n1, int n2, double w)
60        {
61                //if (!addInput(n1,n2,w,false))
62                connections += Connection(n1, n2, w);
63        }
64        bool addInput(int n1, int n2, double w, bool final)
65        {
66                if ((n1 < 0) || (n2 < 0) || (n1 >= neuro_f1_to_f0.size()) || (n2 >= neuro_f1_to_f0.size()))
67                {
68                        if (final) logPrintf("GenoConvF1", "addInput", LOG_WARN,
69                                "illegal neuron connection %d <- %d (ignored)", n1, n2);
70                        return 0;
71                }
72                Neuro *neuro = (Neuro*)neuro_f1_to_f0(n1);
73                Neuro *input = (Neuro*)neuro_f1_to_f0(n2);
74                neuro->addInput(input, w);
75                return 1;
76        }
77        void addPendingInputs()
78        {
79                for (int i = 0; i < connections.size(); i++)
80                {
81                        Connection *c = &connections(i);
82                        addInput(c->n1, c->n2, c->w, true);
83                }
84        }
85};
86
87const MultiRange* Builder::makeRange(const char*g, const char*g2)
88{
89        if (!usemapping) return 0;
90        range.clear();
91        range.add(g - genbegin, g2 - genbegin);
92        return &range;
93}
94
95void F1Props::normalizeBiol4()
96{
97        double sum = muscle_power + assimilation + stamina + ingestion;
98        muscle_power /= sum;
99        assimilation /= sum;
100        stamina /= sum;
101        ingestion /= sum;
102}
103
104/** main conversion function - with conversion map support */
105SString GenoConv_f1::convert(SString &i, MultiMap *map)
106{
107        const char* g = i.c_str();
108        Builder builder(g, map ? 1 : 0);
109        builder.model.open();
110        builder.grow(-1, g, Pt3D_0, stdprops); // uses Model::singleStepBuild to create model elements
111        if (builder.invalid) return SString();
112        builder.addPendingInputs();
113        builder.model.startenergy = (builder.model_energy_max > 0) ? (builder.model_energy / builder.model_energy_max) : 1.0;
114        builder.model.close(); // model is ready to use now
115        if (map) builder.model.getCurrentToF0Map(*map); // generate f1-to-f0 conversion map
116        return builder.model.getF0Geno().getGenes();
117}
118
119void Builder::setPartMapping(int p, const char* g)
120{
121        if (!usemapping) return;
122        const MultiRange *r = makeRange(g);
123        if (p < 0)
124        { //special case: mapping the part which is not yet created
125                if (first_part_mapping) first_part_mapping->add(*r);
126                else first_part_mapping = new MultiRange(*r);
127        }
128        else
129                model.getPart(p)->addMapping(*r);
130}
131
132void Builder::grow(int part1, const char*g, Pt3D k, F1Props c)
133{
134        int hasmuscles = 0;
135        k += Pt3D(c.twist, 0, c.curvedness);
136        while (1)
137        {
138                switch (*g)
139                {
140                case 0: case ',': case ')': return;
141                case 'R': k.x += 0.7853; setPartMapping(part1, g); break;
142                case 'r': k.x -= 0.7853;        setPartMapping(part1, g); break;
143                case 'Q': c.twist += (1.58 - c.twist)*0.3; setPartMapping(part1, g); break;
144                case 'q': c.twist += (-1.58 - c.twist)*0.3; setPartMapping(part1, g); break;
145#ifdef v1f1COMPATIBLE
146                case 'L': c.length += (3.0 - c.length)*0.3; setPartMapping(part1, g); break;
147#else
148                case 'L': c.length += (2.0 - c.length)*0.3; setPartMapping(part1, g); break;
149#endif                                       
150                case 'l': c.length += (0.33 - c.length)*0.3; setPartMapping(part1, g); break;
151                case 'A': c.assimilation += (1 - c.assimilation)*0.8;   c.normalizeBiol4(); setPartMapping(part1, g);  break;
152                case 'a': c.assimilation -= c.assimilation*0.4; c.normalizeBiol4(); setPartMapping(part1, g); break;
153                case 'I': c.ingestion += (1 - c.ingestion)*0.8; c.normalizeBiol4(); setPartMapping(part1, g); break;
154                case 'i': c.ingestion -= c.ingestion*0.4;       c.normalizeBiol4(); setPartMapping(part1, g); break;
155                case 'S': c.stamina += (1 - c.stamina)*0.8; c.normalizeBiol4(); setPartMapping(part1, g); break;
156                case 's': c.stamina -= c.stamina*0.4; c.normalizeBiol4(); setPartMapping(part1, g); break;
157                case 'M': c.muscle_power += (1 - c.muscle_power)*0.8;   c.normalizeBiol4(); setPartMapping(part1, g); break;
158                case 'm': c.muscle_power -= c.muscle_power*0.4; c.normalizeBiol4(); setPartMapping(part1, g); break;
159                case 'C': c.curvedness += (2.0 - c.curvedness)*0.25;    setPartMapping(part1, g); break;
160                case 'c': c.curvedness += (-2.0 - c.curvedness)*0.25; setPartMapping(part1, g); break;
161                case 'F': c.friction += (4 - c.friction)*0.2; setPartMapping(part1, g); break;
162                case 'f': c.friction -= c.friction*0.2; setPartMapping(part1, g); break;
163                case 'W': c.weight += (2.0 - c.weight)*0.3; setPartMapping(part1, g); break;
164                case 'w': c.weight += (0.5 - c.weight)*0.3; setPartMapping(part1, g); break;
165                case 'E': c.energy += (10.0 - c.energy)*0.1; setPartMapping(part1, g); break;
166                case 'e': c.energy -= c.energy*0.1;     setPartMapping(part1, g); break;
167
168                case 'D': c.cred += (1.0 - c.cred)*0.25; setPartMapping(part1, g); break;
169                case 'd': c.cred += (0.0 - c.cred)*0.25; setPartMapping(part1, g); break;
170                case 'G': c.cgreen += (1.0 - c.cgreen)*0.25; setPartMapping(part1, g); break;
171                case 'g': c.cgreen += (0.0 - c.cgreen)*0.25; setPartMapping(part1, g); break;
172                case 'B': c.cblue += (1.0 - c.cblue)*0.25; setPartMapping(part1, g); break;
173                case 'b': c.cblue += (0.0 - c.cblue)*0.25; setPartMapping(part1, g); break;
174                case 'H': c.visual_size += (0.7 - c.visual_size)*0.25; setPartMapping(part1, g); break;
175                case 'h': c.visual_size += (0.05 - c.visual_size)*0.25; setPartMapping(part1, g); break;
176
177                case '[': //neuron
178                        //              setdebug(g-(char*)geny,DEBUGNEURO | !l_neu);
179                        if (model.getJointCount())
180                                g = growNeuro(g + 1, c, hasmuscles);
181                        else
182                        {
183                                logMessage("GenoConv_F1", "grow", 1, "Illegal neuron position (ignored)");
184                                g = skipNeuro(g + 1);
185                        }
186                        break;
187                case 'X':
188                {
189                        int freshpart = 0;
190                        //setdebug(g-(char*)geny,DEBUGEST | !l_est);
191                        if (part1 < 0) //initial grow
192                        {
193                                if (model.getPartCount() > 0)
194                                        part1 = 0;
195                                else
196                                {
197                                        part1 = growPart(c, g);
198                                        freshpart = 1;
199                                        if (first_part_mapping)
200                                                model.getPart(part1)->setMapping(*first_part_mapping);
201                                }
202                        }
203                        if (!freshpart)
204                        {
205                                Part *part = model.getPart(part1);
206                                part->density = ((part->mass*part->density) + 1.0 / c.weight) / (part->mass + 1.0); // v=m*d
207                                //                      part->volume+=1.0/c.weight;
208                                part->mass += 1.0;
209                        }
210                        model_energy += 0.9*c.energy + 0.1;
211                        model_energy_max += 1.0;
212
213                        int part2 = growPart(c, g);
214                        growJoint(part1, part2, k, c, g);
215                        //              est* e = new est(*s,*s2,k,c,zz,this);
216
217                        // attenuate properties as they are propagated along the structure
218                        c.length = 0.5*c.length + 0.5*stdprops.length;
219                        c.visual_size = 0.5*c.visual_size + 0.5*stdprops.visual_size;
220                        c.curvedness = 0.66*c.curvedness;
221                        c.twist = 0.66*c.twist;
222                        c.friction = 0.8*c.friction + 0.2*stdprops.friction;
223
224                        c.assimilation = 0.8*c.assimilation + 0.2*stdprops.assimilation;
225                        c.stamina = 0.8*c.stamina + 0.2*stdprops.stamina;
226                        c.muscle_power = 0.8*c.muscle_power + 0.2*stdprops.muscle_power;
227                        c.ingestion = 0.8*c.ingestion + 0.2*stdprops.ingestion;
228                        c.weight += (stdprops.weight - c.weight)*0.5;
229                        c.normalizeBiol4();
230
231                        if (c.muscle_reset_range) c.muscle_bend_range = 1.0; else c.muscle_reset_range = true;
232                        grow(part2, g + 1, Pt3D_0, c);
233                        return;
234                }
235                case '(':
236                {
237                        setPartMapping(part1, g);
238                        SList ga;
239                        int i, count;
240                        count = countBranches(g + 1, ga);
241                        c.muscle_reset_range = false;
242                        c.muscle_bend_range = 1.0 / count;
243                        for (i = 0; i < count; i++)
244                                grow(part1, (char*)ga(i), k + Pt3D(0, 0, -M_PI + (i + 1)*(2*M_PI / (count + 1))), c);
245                        return;
246                }
247                case ' ': case '\t': case '\n': case '\r': break;
248                default: invalid = 1; return;
249                }
250                g++;
251        }
252}
253
254SyntParam* Builder::lastNeuroClassParam()
255{
256        if (!neuro_cls_param)
257        {
258                NeuroClass *cls = last_f1_neuro->getClass();
259                if (cls)
260                {
261                        neuro_cls_param = new SyntParam(last_f1_neuro->classProperties());
262                        // this is equivalent to:
263                        //              SyntParam tmp=last_f1_neuro->classProperties();
264                        //              neuro_cls_param=new SyntParam(tmp);
265                        // interestingly, some compilers eliminate the call to new SyntParam,
266                        // realizing that a copy constructor is redundant when the original object is
267                        // temporary. there are no side effect of such optimization, as long as the
268                        // copy-constructed object is exact equivalent of the original.
269                }
270        }
271        return neuro_cls_param;
272}
273
274void Builder::addClassParam(const char* name, double value)
275{
276        lastNeuroClassParam();
277        if (neuro_cls_param)
278                neuro_cls_param->setDoubleById(name, value);
279}
280
281void Builder::addClassParam(const char* name, const char* value)
282{
283        lastNeuroClassParam();
284        if (neuro_cls_param)
285        {
286                ExtValue e(value);
287                const ExtValue &re(e);
288                neuro_cls_param->setById(name, re);
289        }
290}
291
292int Builder::countBranches(const char*g, SList &out)
293{
294        int gl = 0;
295        out += (void*)g;
296        while (gl >= 0)
297        {
298                switch (*g)
299                {
300                case 0: gl = -1; break;
301                case '(': case '[': ++gl; break;
302                case ')': case ']': --gl; break;
303                case ',': if (!gl) out += (void*)(g + 1);
304                }
305                g++;
306        }
307        return out.size();
308}
309
310int Builder::growJoint(int part1, int part2, Pt3D &angle, F1Props &c, const char *g)
311{
312        double len = min(2.0, c.length);
313        sprintf(tmp, "j:p1=%ld,p2=%ld,dx=%lg,rx=%lg,ry=%lg,rz=%lg,stam=%lg,vr=%g,vg=%g,vb=%g",
314                part1, part2, len, angle.x, angle.y, angle.z, c.stamina, c.cred, c.cgreen, c.cblue);
315        lastjoint_muscle_power = c.muscle_power;
316        return model.singleStepBuild(tmp, makeRange(g));
317}
318
319int Builder::growPart(F1Props &c, const char *g)
320{
321        sprintf(tmp, "p:dn=%lg,fr=%lg,ing=%lg,as=%lg,vs=%g,vr=%g,vg=%g,vb=%g",
322                1.0 / c.weight, c.friction, c.ingestion, c.assimilation, c.visual_size, c.cred, c.cgreen, c.cblue);
323        return model.singleStepBuild(tmp, makeRange(g));
324}
325
326const char *Builder::skipNeuro(const char *z)
327{
328        for (; *z; z++) if ((*z == ']') || (*z == ')')) break;
329        return z - 1;
330}
331
332const char* Builder::growNeuro(const char* t, F1Props& props, int &hasmuscles)
333{
334        const char*neuroend = skipNeuro(t);
335        last_f1_neuro = model.addNewNeuro();
336        neuro_cls_param = NULL;
337        last_f1_neuro->attachToPart(getLastPart());
338        const MultiRange *mr = makeRange(t - 1, neuroend + 1);
339        if (mr) last_f1_neuro->addMapping(*mr);
340        neuro_f1_to_f0 += last_f1_neuro;
341
342        SString clsname;
343        bool haveclass = 0;
344        while (*t && *t <= ' ') t++;
345        const char* next = (*t) ? (t + 1) : t;
346        while (*next && *next <= ' ') next++;
347        if (*t && *next != ',' && *next != ']') // old style muscles [|rest] or [@rest]
348                switch (*t)
349        {
350                case '@': if (t[1] == ':') break;
351                        haveclass = 1;
352                        //              if (!(hasmuscles&1))
353                        {
354                                hasmuscles |= 1;
355                                Neuro *muscle = model.addNewNeuro();
356                                sprintf(tmp, "@:p=%lg", lastjoint_muscle_power);
357                                muscle->addInput(last_f1_neuro);
358                                muscle->setDetails(tmp);
359                                muscle->attachToJoint(getLastJoint());
360                                if (usemapping) muscle->addMapping(*makeRange(t));
361                        }
362                        t++;
363                        break;
364                case '|': if (t[1] == ':') break;
365                        haveclass = 1;
366                        //              if (!(hasmuscles&2))
367                        {
368                                hasmuscles |= 2;
369                                Neuro *muscle = model.addNewNeuro();
370                                sprintf(tmp, "|:p=%lg,r=%lg", lastjoint_muscle_power, props.muscle_bend_range);
371                                muscle->addInput(last_f1_neuro);
372                                muscle->setDetails(tmp);
373                                muscle->attachToJoint(getLastJoint());
374                                if (usemapping) muscle->addMapping(*makeRange(t));
375                        }
376                        t++;
377                        break;
378        }
379        while (*t && *t <= ' ') t++;
380        bool finished = 0;
381        const char *begin = t;
382        const char* colon = 0;
383        SString classparams;
384        while (!finished)
385        {
386                switch (*t)
387                {
388                case ':': colon = t; break;
389                case 0: case ']': case ')': finished = 1;
390                        // NO break!
391                case ',':
392                        if (!haveclass && !colon && t > begin)
393                        {
394                                haveclass = 1;
395                                SString clsname(begin, t - begin);
396                                clsname = trim(clsname);
397                                last_f1_neuro->setClassName(clsname);
398                                NeuroClass *cls = last_f1_neuro->getClass();
399                                if (cls)
400                                {
401                                        if (cls->getPreferredLocation() == 2)
402                                                last_f1_neuro->attachToJoint(getLastJoint());
403                                        else if (cls->getPreferredLocation() == 1)
404                                                last_f1_neuro->attachToPart(getLastPart());
405
406                                        lastNeuroClassParam();
407                                        //special handling: muscle properties (can be overwritten by subsequent property assignments)
408                                        if (!strcmp(cls->getName().c_str(), "|"))
409                                        {
410                                                neuro_cls_param->setDoubleById("p", lastjoint_muscle_power);
411                                                neuro_cls_param->setDoubleById("r", props.muscle_bend_range);
412                                        }
413                                        else if (!strcmp(cls->getName().c_str(), "@"))
414                                        {
415                                                neuro_cls_param->setDoubleById("p", lastjoint_muscle_power);
416                                        }
417                                }
418                        }
419                        else if (colon && (colon > begin) && (t > colon))
420                                growConnection(begin, colon, t, props);
421                        if (t[0] != ',') t--;
422                        begin = t + 1; colon = 0;
423                        break;
424                }
425                t++;
426        }
427        SAFEDELETE(neuro_cls_param);
428        return t;
429}
430void Builder::growConnection(const char* begin, const char* colon, const char* end, F1Props& props)
431{
432        while (*begin && *begin <= ' ') begin++;
433        int i;
434        if (isdigit(begin[0]) || (begin[0] == '-'))
435        {
436                double conn_weight = ExtValue::getDouble(trim(SString(colon + 1, end - (colon + 1))).c_str());
437                paInt relative = ExtValue::getInt(trim(SString(begin, colon - begin)).c_str(), false);
438                int this_refno = neuro_f1_to_f0.size() - 1;
439                addOrRememberInput(this_refno, this_refno + relative, conn_weight);
440        }
441        else if ((i = last_f1_neuro->extraProperties().findIdn(begin, colon - begin)) >= 0)
442        {
443                last_f1_neuro->extraProperties().set(i, colon + 1);
444        }
445        else if (isupper(begin[0]) || strchr("*|@", begin[0]))
446        {
447                SString clsname(begin, colon - begin);
448                trim(clsname);
449                Neuro *receptor = model.addNewNeuro();
450                receptor->setClassName(clsname);
451                NeuroClass *cls = receptor->getClass();
452                if (cls)
453                {
454                        if (cls->getPreferredLocation() == 2) receptor->attachToJoint(getLastJoint());
455                        else if (cls->getPreferredLocation() == 1) receptor->attachToPart(getLastPart());
456                }
457                last_f1_neuro->addInput(receptor, ExtValue::getDouble(trim(SString(colon + 1, end - (colon + 1))).c_str()));
458                if (usemapping) receptor->addMapping(*makeRange(begin, end - 1));
459        }
460        else if ((begin[0] == '>') && (begin[1]))
461        {
462                Neuro *out = model.addNewNeuro();
463                out->addInput(last_f1_neuro, ExtValue::getDouble(trim(SString(colon + 1, end - (colon + 1))).c_str()));
464                out->setClassName(SString(begin + 1, end - colon - 1));
465                if (begin[1] == '@')
466                {
467                        sprintf(tmp, "p=%lg", lastjoint_muscle_power);
468                        out->setClassParams(tmp);
469                }
470                else if (begin[1] == '|')
471                {
472                        sprintf(tmp, "p=%lg,r=%lg", lastjoint_muscle_power, props.muscle_bend_range);
473                        out->setClassParams(tmp);
474                }
475                NeuroClass *cls = out->getClass();
476                if (cls)
477                {
478                        if (cls->getPreferredLocation() == 2) out->attachToJoint(getLastJoint());
479                        else if (cls->getPreferredLocation() == 1) out->attachToPart(getLastPart());
480                }
481                if (usemapping) out->addMapping(*makeRange(begin, end - 1));
482        }
483        else if (*begin == '!') addClassParam("fo", ExtValue::getDouble(trim(SString(colon + 1, end - (colon + 1))).c_str()));
484        else if (*begin == '=') addClassParam("in", ExtValue::getDouble(trim(SString(colon + 1, end - (colon + 1))).c_str()));
485        else if (*begin == '/') addClassParam("si", ExtValue::getDouble(trim(SString(colon + 1, end - (colon + 1))).c_str()));
486        else if (islower(begin[0]))
487        {
488                SString name(begin, colon - begin);
489                SString value(colon + 1, end - (colon + 1));
490                addClassParam(name.c_str(), value.c_str());
491        }
492}
Note: See TracBrowser for help on using the repository browser.