#include <stdio.h>
#include <stdlib.h>
#include "tsp.h"

#define ELETE_SELECTION NO	/* エリート戦略で選択 */

/* 距離（または適合度）でソートするための比較関数 */
int compare_fitness(const void *a, const void *b) {
    Gene_set *ga = (Gene_set *)a;
    Gene_set *gb = (Gene_set *)b;
    // 適合度が良い(小さい)順に並べる
    if (ga->fitness < gb->fitness) return -1;
    if (ga->fitness > gb->fitness) return 1;
    return 0;
}

/* 遺伝子集団 gene_group の中で突然変異を起こす */
void mutation(Gene_set gene_group[GENE_NUM])
{
    int i, target;

    /* どの遺伝子を変異させるか */
#if ELETE_SELECTION /* 1/2 */
    for (i = ELETE; i < GENE_NUM; i++ )
#else
    for (i = 0; i < GENE_NUM; i++ )
#endif /* ELETE_SELECTION 1/2 */
    {
        /* その遺伝子が突然変異対象に選ばれたら */
        if ((rand() / (double)RAND_MAX) < MUTATION_RATIO)
        {
            /* どの位置を変異させるか */
            target = rand() % CITY_NUM;
            /* 残っている都市の数以内でランダムに選ぶ */
            gene_group[i].gene[target] = rand() % (CITY_NUM - target);
        }
    }
}

/* 遺伝子集団 gene_group の中で選択を行う */
void selection(Gene_set gene_group[GENE_NUM])
{
#if ELETE_SELECTION /* 2/2 */
    elete(gene_group);
#else
    tournament(gene_group);
#endif /* ELETE_SELECTION 2/2 */
}

void tournament(Gene_set gene_group[GENE_NUM])
{
    int i, j, k, l;
    int min_fitness_index;
    int random_gene_index[SELECT_NUM];
    Gene_set next_gene_group[GENE_NUM];

    /* すべての候補がそろうまで */
    for (i = 0; i < GENE_NUM; i++)
    {
        for (j = 0; j < SELECT_NUM; j++)
        {
            /* 全遺伝子の中からランダムに被らないよう複数選ぶ */
            while (1)
            {
                k = rand() % GENE_NUM;
                for (l = 0; l < j; l++)
                {
                    if (k == random_gene_index[l])
                    {
                        break;
                    }
                }
                /* 最後まで一致しなかったら採用 */
                if (l == j) break;
                
            }
            random_gene_index[j] = k;
        }

        min_fitness_index = random_gene_index[0];

        /* 選んだ個体の中から適合度が最も良い(小さい)ものを選び，次の世代とする */
        for (j = 1; j < SELECT_NUM; j++)
        {
            if (gene_group[min_fitness_index].fitness > gene_group[random_gene_index[j]].fitness)
            {
                min_fitness_index = random_gene_index[j];
            }
        }
        copy_gene_set(&next_gene_group[i], &gene_group[min_fitness_index]);
    }
    copy_gene_group(gene_group, next_gene_group);
}

void elete(Gene_set gene_group[GENE_NUM])
{
    int i, j, k, l;
    int min_fitness_index;
    int random_gene_index[SELECT_NUM];
    Gene_set next_gene_group[GENE_NUM];

    /* 全個体を適合度の良い順（小さい順）に並び替える */
    qsort(gene_group, GENE_NUM, sizeof(Gene_set), compare_fitness);

    /* 上位 ELETE 個を次世代にコピーする */
    for (i = 0; i < ELETE; i++) 
    {
        copy_gene_set(&next_gene_group[i], &gene_group[i]);
    }

    /* 残りの枠（ELETE ～ GENE_NUM）をトーナメント方式で埋める */
    for (i = ELETE; i < GENE_NUM; i++) {
        for (j = 0; j < SELECT_NUM; j++) {
            while (1)
            {
                k = rand() % GENE_NUM;
                for (l = 0; l < j; l++)
                {
                    if (k == random_gene_index[l]) break;
                }
                if (l == j) break;
            }
            random_gene_index[j] = k;
        }

        min_fitness_index = random_gene_index[0];
        for (j = 1; j < SELECT_NUM; j++) 
        {
            if (gene_group[min_fitness_index].fitness > gene_group[random_gene_index[j]].fitness) 
            {
                min_fitness_index = random_gene_index[j];
            }
        }
        copy_gene_set(&next_gene_group[i], &gene_group[min_fitness_index]);
    }
    copy_gene_group(gene_group, next_gene_group);
}

void copy_gene_set(Gene_set *gene_set_to, Gene_set *gene_set_from)
{
    int i;
    for (i = 0; i < CITY_NUM; i++)
    {
        gene_set_to->gene[i] = gene_set_from->gene[i];
    }
    
    gene_set_to->length = gene_set_from->length;
    gene_set_to->fitness = gene_set_from->fitness;
}

void copy_gene_group(Gene_set gene_group_to[GENE_NUM], Gene_set gene_group_from[GENE_NUM])
{
    int i;
    for (i = 0; i < GENE_NUM; i++)
    {
        copy_gene_set(&gene_group_to[i], &gene_group_from[i]);
    }
}