package de.wwwu.awolf.presenter.algorithms.advanced;

import de.wwwu.awolf.model.dao.Interval;
import de.wwwu.awolf.model.dao.Line;
import de.wwwu.awolf.model.dao.Point;
import de.wwwu.awolf.model.communication.AlgorithmMessage;
import de.wwwu.awolf.model.communication.Message;
import de.wwwu.awolf.model.communication.SubscriberType;
import de.wwwu.awolf.presenter.AbstractPresenter;
import de.wwwu.awolf.presenter.algorithms.Algorithm;
import de.wwwu.awolf.presenter.util.FastElementSelector;
import de.wwwu.awolf.presenter.util.IntersectionComputer;
import de.wwwu.awolf.presenter.util.Logging;
import de.wwwu.awolf.presenter.util.RandomSampler;
import java.util.ArrayList;
import java.util.Collection;
import java.util.Collections;
import java.util.HashMap;
import java.util.HashSet;
import java.util.LinkedList;
import java.util.List;
import java.util.Map;
import java.util.Set;
import java.util.concurrent.Flow;


/**
 * Implementierung verschiedener Algorithmen zur Berechnung von Ausgleichsgeraden.
 *
 * @Author: Armin Wolf
 * @Email: a_wolf28@uni-muenster.de
 * @Date: 28.05.2017.
 */
public class RepeatedMedianEstimator implements Algorithm {


    private static final Algorithm.Type type = Type.RM;
    private List<Line> setOfLines;
    private Interval interval;
    private Interval original;

    //in der Literatur als L_i, C_i, und R_i bekannt
    private long countLeftSlab;
    private long countCenterSlab;
    private long countRightSlab;

    //in der Literatur als L_i, C_i, und R_i bekannt
    private Set<Point> intersectionsInLeftSlab;
    private Set<Point> intersectionsInCenterSlab;
    private Set<Point> intersectionsInRightSlab;

    private double r;
    private long n;
    private double k;
    private double kLow;
    private double kHigh;

    private double slope;
    private double yInterception;
    private Flow.Subscriber<? super AlgorithmMessage> subscriber;
    private Map<String, String> parameter;
    private Set<Point> intersections;

    public RepeatedMedianEstimator() {
        parameter = new HashMap<>();
        parameter.put("Beta", String.valueOf(0.5));
    }

    /**
     * Führt den Algortihmus zur Berechnung des RM-Schätzers durch.
     * <p>
     * Paper: Matousek, Jiri, D. M. Mount und N. S. Netanyahu „Efficient Randomized Algorithms for the Repeated Median Line Estimator“. 1998 Algorithmica 20.2, S. 136–150
     */
    public Line call() {
        n = setOfLines.size();
        interval = new Interval(-10000, 10000);
        original = new Interval(-10000, 10000);


        intersectionsInLeftSlab = new HashSet<>();
        intersectionsInCenterSlab = new HashSet<>();
        intersectionsInRightSlab = new HashSet<>();

        intersectionsInLeftSlab.add(new Point(0d, 0d));
        intersectionsInCenterSlab.add(new Point(0d, 0d));
        intersectionsInCenterSlab.add(new Point(0d, 0d));

        for (int i = 0; i < n; i++) {
            countLeftSlab = 0;
            countRightSlab = 0;
            countCenterSlab = setOfLines.size();
        }

        Logging.logInfo("=== S T A R T - R M ===");
        long start;
        long end;
        start = System.currentTimeMillis();
        double thetaLow = 0;
        double thetaHigh = 0;

        intersections = IntersectionComputer.getInstance().compute(setOfLines);

        while (countCenterSlab > 1) {
            n = countCenterSlab;
            r = Math.ceil(Math.pow(n, Double.parseDouble(parameter.get("Beta"))));
            List<Line> lines = RandomSampler.run(setOfLines, r);

            //Für jede Gerade aus der Stichprobe wird der Schnittpunkt mit der medianen
            //x-Koordinate bestimmt
            List<Double> medianIntersectionAbscissas = new ArrayList<>();
            final double lowerBound = thetaLow;
            final double upperBound = thetaHigh;
            if (!lines.isEmpty()) {
                lines.forEach(line -> medianIntersectionAbscissas
                    .add(estimateMedianIntersectionAbscissas(lines, line)));
            }

            //Rang vom RM-Wert in C
            k = Math.max(1, Math.min(n, (Math.ceil(n * 0.5) - countLeftSlab)));

            //berechne k_lo und k_hi
            computeSlabBorders();

            //Berechne die Elemente mit dem Rang Theta_lo und Theta_hi
            Collections.sort(medianIntersectionAbscissas);
            thetaLow = FastElementSelector
                .randomizedSelect(medianIntersectionAbscissas, kLow);
            thetaHigh = FastElementSelector
                .randomizedSelect(medianIntersectionAbscissas, kHigh);

            //Für jede Gerade in C wird die Anzahl der Schnittpunkte die im Intervall liegen hochgezählt
            countNumberOfIntersectionsAbscissas(thetaLow, thetaHigh);

            //verkleinere das Intervall
            contractIntervals(thetaLow, thetaHigh);

        }

        end = System.currentTimeMillis();
        Logging.logInfo("=== E N D - R M ===  " + ((end - start) / 1000));

        return pepareResult(thetaLow, thetaHigh);
    }

    @Override
    public void setInput(Set<Line> lines) {
        this.setOfLines = new LinkedList<>(lines);
        this.n = setOfLines.size();
    }

    @Override
    public Type getType() {
        return type;
    }

    @Override
    public void setPresenter(AbstractPresenter presenter) {
        subscribe(presenter);
    }


    /**
     * Berechnet die mediane x-Koordinate über den Schnittpunkten.
     *
     * @param sampledLine Stichprobe von Geraden
     * @return mediane x-Koordinate über den Schnittpunkten
     */
    public Double estimateMedianIntersectionAbscissas(List<Line> lines, Line sampledLine) {

        //interval is the current interval
        Set<Point> intersections = IntersectionComputer.getInstance().compute(lines);
        long leftSize = intersections.stream().filter(p -> p.getX() <= interval.getLower()).count();
        long centerSize = intersections.stream().filter(p -> p.getX() >= interval.getLower() && p.getX() < interval.getUpper()).count();

        double ki = Math.ceil((n - 1) * 0.5) - leftSize;
        double i = (Math.ceil((Math.sqrt(n) * ki) / centerSize));
        int accessIndex;
        if (i < 0) {
            accessIndex = 0;
        } else if (i >= intersections.size() && !intersections.isEmpty()) {
            accessIndex = intersections.size() - 1;
        } else {
            accessIndex = (int) i;
        }
        LinkedList<Point> points = new LinkedList<>(intersections);
        return FastElementSelector.randomizedSelect(points, accessIndex).getX();
    }

    /**
     * Berechnet die potenziell neuen Intervallgrenzen.
     */
    public void computeSlabBorders() {
        kLow = Math.max(1, Math.floor(((r * k) / (countCenterSlab))
            - ((3 * Math.sqrt(r)) * (0.5))));
        kHigh = Math.min(r, Math.floor(((r * k) / (countCenterSlab))
            + ((3 * Math.sqrt(r)) * (0.5))));
    }


    /**
     * Berechnet die Anzahl der Schnittpunkte pro Bereich. Insgesammt gibt es drei Bereiche: Im Intervall => (a,b], vor dem Intervall => (a', a], hinter dem Intervall => (b, b'].
     */
    public void countNumberOfIntersectionsAbscissas(final double lower, final double upper) {

        countLeftSlab = intersections.stream().filter(point -> point.getX().compareTo(lower) < 0).count();
        countCenterSlab = intersections.stream().filter(point -> point.getX().compareTo(lower) >= 0 && point.getX().compareTo(upper) < 0).count();
        countRightSlab = intersections.stream().filter(point -> point.getX().compareTo(upper) >= 0).count();
    }

    /**
     * Verkleinert das aktuelle Intervall. Eines der drei Bereiche wird als neues Intervall gewählt. Auf diesem Intervall werden dann in der nächsten Iteration wieder drei Bereiche bestimmt.
     */
    public void contractIntervals(final double lower, final double upper) {
        double max = Math.max(countLeftSlab, Math.max(countCenterSlab, countRightSlab));

        boolean newIntervalIsC =
            countLeftSlab < Math.ceil(n * 0.5)
                && Math.ceil(n * 0.5) <= countLeftSlab + countCenterSlab;
        boolean newIntervalIsL = Math.ceil(n * 0.5) <= countLeftSlab;
        boolean newIntervalIsR =
            countLeftSlab + countCenterSlab < Math.ceil(n * 0.5) && Math.ceil(n * 0.5) <= (
                countLeftSlab
                    + countCenterSlab + countRightSlab);

        //wähle C als C
        if (newIntervalIsC) {
            interval.setLower(lower);
            interval.setUpper(upper);
        } else if (newIntervalIsL) {
            interval.setUpper(lower);
        } else if (newIntervalIsR) {
            interval.setLower(upper);
        }
    }

    private Line pepareResult(final double thetaLow, final double thetaHigh) {
        slope = thetaLow * -1;
        List<Double> potentialYInterceptions = new ArrayList<>();
        setOfLines.forEach(line -> {
            potentialYInterceptions.add(line.getB() - (slope * line.getM()));
        });

        yInterception = FastElementSelector.randomizedSelect(potentialYInterceptions,
            Math.floor(potentialYInterceptions.size() * 0.5));

        if (this.subscriber != null) {
            AlgorithmMessage data = new AlgorithmMessage();
            data.setAlgorithmType(getType());
            data.setType(SubscriberType.ALGORITHM);
            data.setLineData(new Line(getSlope(), getyInterception()));
            this.subscriber.onNext(data);
        }

        return new Line(getSlope(), getyInterception());
    }

    /**
     * @return Anzahl der Geraden
     */
    public Long getN() {
        return n;
    }

    /**
     * @param n Anzahl der Geraden
     */
    public void setN(Integer n) {
        this.n = n;
    }

    /**
     * @return Steigung
     */
    public Double getSlope() {
        return slope;
    }

    /**
     * @return y-Achsenabschnitt
     */
    public Double getyInterception() {
        return yInterception;
    }

    @Override
    public void subscribe(Flow.Subscriber<? super Message> subscriber) {
        this.subscriber = subscriber;
    }

    @Override
    public Map<String, String> getParameter() {
        return this.parameter;
    }

    @Override
    public void setParameter(Map<String, String> parameter) {
        this.parameter = parameter;
    }
}