// 20090923
// Masaomi Hatakeyama
// PlotArea
import java.awt.*;
import java.awt.event.*;

// JFreeChart 用
import org.jfree.data.time.TimeSeriesCollection;
import org.jfree.data.time.TimeSeries;
import org.jfree.data.time.FixedMillisecond;



class Molecule{
	public static int MOL_NUM=1;		// Particle 数(デフォルト)

	public static int MOL_NUM_DEC=1000;	// 配列宣言時のParticle数(配列要素数)


	private double x0=0.0; 		// x初期座標
	private double x=0.0;	 	// x座標
	private double x1=0.0;   	// 次の座標
	private double y0=0.0; 		// y初期座標
	private double y=0.0;   	// y座標
	private double y1=0.0;  	// 次の座標

	public Molecule(double x0, double y0){
		this.x0=x0;
		this.y0=y0;
	
	}
	// アクセスメソッド
	public double x0(){return(x0);}
	public double x(){return(x);}
	public double x1(){return(x1);}
	public double y0(){return(y0);}
	public double y(){return(y);}
	public double y1(){return(y1);}

	public void x0(double x0){this.x0=x0;}
	public void x(double x){this.x=x;}
	public void x1(double x1){this.x1=x1;}
	public void y0(double y0){this.y0=y0;}
	public void y(double y){this.y=y;}
	public void y1(double y1){this.y1=y1;}


	// 1ステップ分
	public void numericalstep1(){
		// 1次元用
		this.x1(this.x()+10*Math.pow((-1),(int)(2*Math.random())+1));	// -1 or +1
										// 表示のため便宜上 ×10 としてある
	}
	public void numericalstep2(){
		// 2次元用
		int direction = (int)(4*Math.random());				// 0-3 までの乱数
		if(direction==0){
			// 右
			this.x1(this.x()+10);
		}else if(direction==1){
			// 左
			this.x1(this.x()-10);
		}else if(direction==2){
			// 下
			this.y1(this.y()+10);
		}else if(direction==3){
			// 上
			this.y1(this.y()-10);
		}

	}
	// x1,y1をx,yに更新(これを呼び出すのは、すべてのAtomのx1,y1が求まった後)
	public void update_xy(){
		this.x(this.x1());
		this.y(this.y1());
	}


}

public class PlotArea extends Canvas{
	private int t=0;    	//ステップ数	

	// 以下の値は step() メソッド内で初期化される
	private double X0;	// 原点x座標
	private double Y0;	// 原点y座標
	private double XZ;	// x軸の上限
	private double YA;	// y軸の下限

	private double XA=20;	// x軸の下限
	private double YZ=20.0;	// y軸の上限

	private int flag=0;	// 初期設定用

	private Molecule[] mol = new Molecule[Molecule.MOL_NUM_DEC];	// Particle 管理用配列

	// 各 Particle のデータ用
	private TimeSeriesCollection data1;
	private TimeSeries[] series = new TimeSeries[Molecule.MOL_NUM_DEC];

	// MSD データ用
	private TimeSeriesCollection data2;	
	private TimeSeries msd_series;		

	// 2D check
	private boolean check2d=false;

        // 粒子の半径
        private int ps=10;

	public PlotArea(){
		setVisible(true);
		setBackground(Color.white); //描画領域の背景は白

		for(int i=0; i< Molecule.MOL_NUM_DEC; i++){
			mol[i] = new Molecule(0.0, 0.0);
		}

		// 初期座標
		for(int i=0; i<Molecule.MOL_NUM_DEC; i++){
			mol[i].x0(0.0);
			mol[i].y0(0.0);
		}

		// series インスタンス生成
		for(int i=0; i<Molecule.MOL_NUM_DEC; i++){
			series[i] = new TimeSeries("", FixedMillisecond.class);
		}
		msd_series = new TimeSeries("", FixedMillisecond.class);


	}

	// グラフ表示用データ登録メソッド
	public void setDataInstance(TimeSeriesCollection data1, TimeSeriesCollection data2){
		this.data1=data1;
		this.data2=data2;
		for(int i=0; i<Molecule.MOL_NUM_DEC; i++){
			data1.addSeries(series[i]);
		}
		data2.addSeries(msd_series);
	}

	// 2D check 用
	public void check2D(boolean check){
		this.check2d=check;
	}

	// reset ボタン用
	public void reset(){
		flag=0;
		t=0;
		// x1, y1 をクリア
		for(int i=0; i<Molecule.MOL_NUM_DEC; i++){
			mol[i].x1(0.0);
			mol[i].y1(0.0);
		}
		for(int i=0; i<Molecule.MOL_NUM_DEC; i++){
			series[i].clear();
		}
		msd_series.clear();
		step();

	}

	// reset ボタン用
	public void setMolNum(int molnum){
		Molecule.MOL_NUM = molnum;
	}

	
	public void paint(Graphics g){

		g.setFont(new Font("ＭＳ 明朝",Font.PLAIN,20));

		if(check2d==false){
			// 1次元用

			// x軸
			g.drawLine((int)X0, (int)Y0, (int)XZ, (int)Y0);		// 右向き
			g.drawLine((int)XA, (int)Y0, (int)X0, (int)Y0);		// 左向き
			g.drawLine((int)XZ, (int)Y0, (int)XZ-5, (int)Y0-5);	// 右側矢印上
			g.drawLine((int)XZ, (int)Y0, (int)XZ-5, (int)Y0+5);	// 右側矢印下
			g.drawString("x", (int)XZ+3, (int)Y0+4);

			// x軸目盛り
			for(int i=50; i<XZ-250; i+=50){
				g.drawLine((int)X0+i, (int)Y0, (int)X0+i, (int)Y0-3);
				g.drawString(Integer.toString(i/10), (int)X0+i-10, (int)Y0+20);

			}
			for(int i=-50; i>-XZ+250; i-=50){
				g.drawLine((int)X0+i, (int)Y0, (int)X0+i, (int)Y0-3);
				g.drawString(Integer.toString(i/10), (int)X0+i-20, (int)Y0+20);

			}

			// y軸
			g.drawLine((int)X0, (int)Y0, (int)X0, (int)Y0-30);

		}else{
			// 2次元用
			// x軸
			g.drawLine((int)XA, (int)Y0, (int)XZ, (int)Y0);
			g.drawLine((int)XZ, (int)Y0, (int)XZ-5, (int)Y0-5);	// 右側矢印左上向
			g.drawLine((int)XZ, (int)Y0, (int)XZ-5, (int)Y0+5);	// 右側矢印左下向
			g.drawString("x", (int)XZ+3, (int)Y0+4);

			// x軸目盛り
			for(int i=50; i<XZ-250; i+=50){
				g.drawLine((int)X0+i, (int)Y0, (int)X0+i, (int)Y0-3);
				g.drawString(Integer.toString(i/10), (int)X0+i-10, (int)Y0+20);

			}
			for(int i=-50; i>-XZ+250; i-=50){
				g.drawLine((int)X0+i, (int)Y0, (int)X0+i, (int)Y0-3);
				g.drawString(Integer.toString(i/10), (int)X0+i-20, (int)Y0+20);

			}

			// y軸
			g.drawLine((int)X0, (int)YA, (int)X0, (int)YZ);
			g.drawLine((int)X0, (int)YZ, (int)X0-5, (int)YZ+5);	// 上側矢印左下向
			g.drawLine((int)X0, (int)YZ, (int)X0+5, (int)YZ+5);	// 上側矢印右下向
			g.drawString("y", (int)X0-2, (int)YZ-3);

			// y軸目盛り
			for(int i=50; i<Y0; i+=50){
				g.drawLine((int)X0, (int)Y0-i, (int)X0+3, (int)Y0-i);
				g.drawString(Integer.toString(i/10), (int)X0-30, (int)Y0-i+10);
			}
			for(int i=-50; i>-Y0; i-=50){
				g.drawLine((int)X0, (int)Y0-i, (int)X0+3, (int)Y0-i);
				g.drawString(Integer.toString(i/10), (int)X0-30, (int)Y0-i+10);
			}

		}

		// 原点
		g.drawString("0", (int)X0-5, (int)Y0+20);

		// 軌跡描画
		g.setColor(Color.blue);   //プロットの色は青
		for(int i=0; i<Molecule.MOL_NUM; i++){
		    g.fillOval(calcx(mol[i].x()-(ps/2)), calcy(mol[i].y()+(ps/2)), ps, ps);
		}
	}


	//1ステップ分の計算
	public void step(){
		if(flag==1){
		      	t+=1;
			// 各 Particle 移動
			for(int j=0; j<Molecule.MOL_NUM; j++){
				if(check2d==false){
					mol[j].numericalstep1();
				}else{
					mol[j].numericalstep2();
				}
				mol[j].update_xy();
			}

			// JFreeChart 描画
			for(int i=0; i<Molecule.MOL_NUM; i++){
				series[i].add(new FixedMillisecond(t-32400000), mol[i].x()/10);
			}
			msd_series.add(new FixedMillisecond(t-32400000), msd());
		}

		if(flag==0){
			// 初期値設定
			X0=getSize().width/2.0;
			YA=getSize().height-10.0;
			if(check2d==false){
				// 1次元
				Y0=getSize().height-40.0;
			}else{
				// 2次元
				Y0=getSize().height/2.0;
			}
			XZ=getSize().width-20.0;
			for(int i=0; i<Molecule.MOL_NUM; i++){
				mol[i].y(mol[i].y0());
				mol[i].x(mol[i].x0());

			}
			flag=1;
		}

		
	}

	// 出力(テキストエリア用)
	public String output(){
		String str="  Screen Size"+Integer.toString(getSize().width)+"x"+Integer.toString(getSize().height)+"\n";
		String s = Integer.toString(t);
		str+="  Step "+s+"\n";
		s = Double.toString(msd());
		str+="  Mean Square Displacement "+s.substring(0,s.indexOf(".")+2)+"\n";
		for(int i=0; i<Molecule.MOL_NUM; i++){
			str+="  Atom" + Integer.toString(i+1) + " Position=("+Integer.toString((int)mol[i].x()/10)+","+Integer.toString((int)mol[i].y()/10)+")\n";
		}

		return(str);
	
	}

	// 
	private double msd(){
		double m=0.0;
		for(int i=0; i<Molecule.MOL_NUM; i++){
			m+=((mol[i].x()*mol[i].x())+(mol[i].y()*mol[i].y()))/100;
			// 100 で割っているのは1stepの移動距離が10であるため
		}
		return(m/Molecule.MOL_NUM);
	}


	// プロットのための座標変換関数
	private int calcx(double x){
		return((int)(x+X0));
	}
	private int calcy(double y){
		if(check2d==false){
			return((int)(-y+Y0)-50);
		}else{
			return((int)(-y+Y0));
		}
	}

}