遺伝的アルゴリズムの 1 世代

遺伝的アルゴリズムは、進化と同じやり方で候補解の集団を改良します。適応度の高い親を選び、組み合わせ、ランダムな突然変異を加えます。ここでは候補はビット列で、適応度は 1 の個数です (OneMax 問題)。

テストできるように、ランダムな選択はすべて与えられます。N 本の文字列 (N は偶数) から、ペアごとに N 個の子を作ります。ペア k = 0, 1, …, N/2 - 1 について:

選択: parent1 はトーナメント tournaments[2k] の勝者、parent2 は tournaments[2k + 1] の勝者です。トーナメント [i, j] は population[i] と population[j] のうち 1 の多い方が勝ち、同数なら population[i] が勝ちます。
交叉 (c = crossover_points[k]): 子 2k = parent1[0:c] + parent2[c:]、子 2k + 1 = parent2[0:c] + parent1[c:]。

その後、各突然変異 [child, position] を順に適用し、その子のそのビットを反転します。

ga_generation(population, tournaments, crossover_points, mutations) を実装してください。

入力

population: 長さ L の N 本のビット列。

tournaments: 集団のインデックスの N 個のペア。

crossover_points: N/2 個の切断点。それぞれ 1 以上 L - 1 以下。

mutations: [child, position] のペア (空の場合もあります)。

出力

N 個の子を順に返します。

制約

2 ≤ N ≤ 200 (N は偶数)、2 ≤ L ≤ 64

0 ≤ 突然変異の数 ≤ 1,000

例

例 1

入力：
population = ["0000", "1111", "1100", "0011"]
tournaments = [
    [0, 1],
    [2, 3],
    [1, 2],
    [0, 3]
]
crossover_points = [2, 1]
mutations = [
    [0, 0]
]

期待される出力：
["0100", "1111", "1011", "0111"]

解説

ペア 0: "1111" が "0000" に勝ち、"1100" と "0011" は同数なので前者が勝ちます。2 ビット目の後で切ると "1100" と "1111"。ペア 1: 親は "1111" と "0011"、1 ビット目の後で切ると "1011" と "0111"。最後に子 0 のビット 0 を反転して "0100"。

例 2

入力：
population = ["10", "01"]
tournaments = [
    [0, 1],
    [1, 0]
]
crossover_points = [1]
mutations = []

期待される出力：
["11", "00"]

解説

両方とも 1 が 1 つなので、各トーナメントは最初のインデックスが勝ちます: parent1 = "10"、parent2 = "01"。1 ビット目の後で切ると "11" と "00"。

参考資料

提出せずにサンプルテストでコードを確認できます。

例 1 未実行

入力：

population = ["0000", "1111", "1100", "0011"]
tournaments = [
    [0, 1],
    [2, 3],
    [1, 2],
    [0, 3]
]
crossover_points = [2, 1]
mutations = [
    [0, 0]
]

期待される出力：

["0100", "1111", "1011", "0111"]

あなたの出力

例 2 未実行

入力：

population = ["10", "01"]
tournaments = [
    [0, 1],
    [1, 0]
]
crossover_points = [1]
mutations = []

期待される出力：

["11", "00"]

あなたの出力

提出時に非公開テスト4件も実行されます。失敗したテストがあれば、そのテストが表示されます。チャレンジを解くとすべて見られます。

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⚡ この JavaScript（Node.js）オンライン実行ツールについて

CodeUtility JavaScript Executor は、ブラウザ上で最新の JavaScript コードを、セットアップ不要ですぐに実行できるツールです。実際の Node.js 環境でサンドボックス化されたコンテナ内にて安全に実行し、 16、18、20 の各バージョンに対応しています。

Node.js のスニペットのテスト、ES6+ 構文の確認、ループ・関数・配列・Promise・async/await といった JavaScript の基本概念の学習に最適です。

アルゴリズムの検証や小さなスクリプトのデバッグ、実行時ロジックの試行にも使えます。ローカルに Node をインストールせずに済むので、学習者、バックエンド開発者、ブラウザだけで素早く JavaScript を実行したい方にぴったりです。

単なるコードランナーではありません

同じ実行環境で、複数ファイル対応エディター、分離された実行ターミナル、ランタイム別ライブラリ、永続ワークスペース、共有、リアルタイム共同作業を利用できます。

この実行環境の使い方

ランタイムを選択し、ファイルを開くか作成してコードを記述し、［実行］を選択します。出力はターミナルに表示されます。サインインしたユーザーは、ワークスペースにファイルを保存し、ライブラリをインストールして、共有を通じて共同作業できます。

バージョンを選択して現在のファイルを編集するか、ワークスペース内の別のファイルを開きます。
コードを実行し、求められた場合はターミナルに入力して、保存された実行履歴を確認します。
複数のコードスニペットが必要な作業では、ライブラリ、ワークスペースツール、共有、チャットを利用します。

コーディングを開始する

バージョン実行する前にランタイムを選択します。インストールされたライブラリは、選択した言語バージョンに属します。
「開いているファイル」には、開いていないテキストファイルがリストされます。1 つを選択すると、利用可能なエディタータブで開きます。
「実行」は、プログラムで使用可能なワークスペースを使用してアクティブなファイルを実行します。
Stop は、制限時間前に現在の実行を終了します。
詳細モードでは、ファイルエクスプローラーと移動可能でサイズ変更可能なターミナルを備えた IDE レイアウトが開きます。

ワークスペースとライブラリ

新しいファイルは、選択した親ディレクトリにファイルを作成し、エディタで開きます。
新しいフォルダーは、サポートされているネストの深さまでのディレクトリを作成します。
ファイルをアップロードすると、1 つ以上の安全なファイルがディレクトリに追加されます。
ダウンロードでは、ファイルまたは圧縮されたディレクトリがデバイスに保存されます。
コピーは、ワークスペースファイルまたはディレクトリを複製します。
[名前の変更] を実行すると、ファイル名が変更され、開いているタブと履歴が更新されます。
Move は項目を再配置します。ファイルやディレクトリもドラッグできます。
削除は、確認後に項目を削除し、開いているエディタータブを閉じます。
プリインストールされたライブラリには、このランタイムにすでに含まれているパッケージが表示されます。
Add Lib は、アカウントと選択したランタイム用のプライベートパッケージをインストールします。

ターミナルとサポート

実行履歴により、前と次の保存された出力が開きます。
実行方法で、JavaScript の実行先を実行サーバーとブラウザ JavaScript の間で切り替えます。ブラウザではワークスペースファイルが同期されます。アカウントにインストールしたライブラリと対話型ターミナル入力には実行サーバーが必要です。
出力をコピーすると、現在の端末テキストがコピーされます。
出力をクリアすると、確認後に保存されている実行出力がすべて削除されます。
Explain ではアクティブなコードを要約します。
[最近] では、最近の説明と結果が開きます。
設定により、フォント、テーマ、表示されるツールバーボタンが変更されます。

共有とコラボレーション

共有は、現在のファイル、ディレクトリ、またはワークスペース全体をスナップショットまたはライブワークスペースとして公開します。リンクへのアクセスと変更を保存できるユーザーを制御します。
ログには、共有ワークスペースに保存されたコラボレーターのアクションが記録されます。
チャットを共有すると、サインインした参加者はメッセージを送信したり、メンバーにメンションしたり、コードブロックを共有したり、オンラインまたは入力中のメンバーを確認したりできます。
ライブコラボレーションでは、コラボレーターのカーソルと保存されたファイルの更新が表示されます。表示専用ユーザーは、最新バージョンをロードすることも、一時的な編集を保存することもできます。

割り当てと制限

実行時間は、サーバーの実行ごとに 20 秒に制限されます。より早く終了したい場合は、「停止」を使用します。
ワークスペースストレージでは、サインインしているユーザーのワークスペースと言語ごとに、ファイル 100 個、ディレクトリ 100 個、合計 10 MiB が許可されます。
ファイルとフォルダーは、ファイルごとに 1 MiB、ネストされたディレクトリレベルは 5 に制限されます。コードによって生成されたファイルは、同じクォータに従います。
プライベートライブラリは、アカウントおよびランタイムごとにインストールされるパッケージが 10 個に制限されています。
共有スナップショットには、ファイルあたり 1 MiB、合計 2 MiB まで、最大 100 個のファイルを含めることができます。
共有の招待は、共有ごとに最大 25 人をサポートし、アクセス権と保存権限は個別に管理されます。
チャットの共有では、メッセージあたり 2,000 文字、共有あたり 10,000 メッセージが許可されます。
クォータの強制は、コードの実行中にも適用されます。ファイル数、サイズ、ストレージ、またはネストの制限を超える書き込みは安全に拒否されます。

知っておくと便利 信頼できるコードのみを実行し、パッケージをインストールしてください。実行は分離され制限されていますが、プログラムは強制クォータまで書き込み可能なワークスペース内のファイルを変更できます。

💡 初心者向け Node.js 基本ガイド

1. 変数と定数の宣言

let または const はブロックスコープの変数用です。const は定数に使います。

let x = 10;
const PI = 3.14;
let name = "Alice";
let isActive = true;

2. 条件分岐（if / switch）

制御フローには if、else if、else、switch を使います。

let x = 2;
if (x === 1) {
  console.log("1");
} else if (x === 2) {
  console.log("2");
} else {
  console.log("その他");
}

switch (x) {
  case 1:
    console.log("1");
    break;
  case 2:
    console.log("2");
    break;
  default:
    console.log("その他");
}

3. ループ

データの反復処理には for、while、forEach を使います。

for (let i = 0; i < 3; i++) {
  console.log(i);
}

let n = 3;
while (n > 0) {
  console.log(n);
  n--;
}

4. 配列

配列は順序付きの値のリストを保持します。インデックスでアクセスします。

let fruits = ["apple", "banana", "cherry"];
console.log(fruits[0]);
console.log(fruits.length);

5. 配列操作

push、pop、slice、reverse などのメソッドを使います。

fruits.push("kiwi");
fruits.pop();
console.log(fruits.slice(0, 2));
console.log(fruits.reverse());

let squares = [1, 2, 3, 4, 5].map(x => x * x);
console.log(squares);

6. コンソール入出力

出力には console.log を、入力には readline モジュールを使います。

const readline = require('readline');

const rl = readline.createInterface({
  input: process.stdin,
  output: process.stdout
});

rl.question("お名前は？ ", name => {
  console.log(`こんにちは、${name}`);
  rl.close();
});

7. 関数

関数は宣言または関数式で定義できます。モダンな JavaScript ではアロー関数がよく使われます。

function greet(name) {
  return `こんにちは、${name}`;
}

const add = (a, b) => a + b;

console.log(greet("Alice"));
console.log(add(2, 3));

8. オブジェクト（マップ）

オブジェクトはキーと値の組を保持します。辞書やマップに似ています。

let person = { name: "Bob", age: 25 };
console.log(person.name);
console.log(person["age"]);

// ES6 の Map
const map = new Map();
map.set("a", 1);
console.log(map.get("a"));

9. 例外処理

try、catch、finally を使って安全にエラー処理します。

try {
  throw new Error("問題が発生しました");
} catch (e) {
  console.log(e.message);
} finally {
  console.log("必要なら後処理");
}

10. ファイル入出力

Node.js の fs モジュールでファイルの読み書きを行います。

const fs = require("fs");

fs.writeFileSync("test.txt", "Hello File");
const data = fs.readFileSync("test.txt", "utf8");
console.log(data);

11. 文字列操作

trim()、toUpperCase()、replace()、split() などを使います。

let text = "  Hello World  ";
console.log(text.trim());
console.log(text.toUpperCase());
console.log(text.replace("Hello", "Hi"));
console.log(text.split(" "));

12. クラスとオブジェクト

ES6+ は class 構文で OOP をサポートします。

class Person {
  constructor(name) {
    this.name = name;
  }
  greet() {
    return `こんにちは、私は ${this.name} です`;
  }
}

const p = new Person("Alice");
console.log(p.greet());

13. 参照

JavaScript のオブジェクトや配列は参照で渡されます。

function update(arr) {
  arr.push("changed");
}

let data = ["original"];
update(data);
console.log(data);  // ["original", "changed"] になる