projects.mako.cc - selectricity-live/blob - lib/rubyvote/condorcet.rb

   1 # election library -- a ruby library for elections
   2 # copyright © 2005 MIT Media Lab and Benjamin Mako Hill
   3
   4 # This program is free software; you can redistribute it and/or modify
   5 # it under the terms of the GNU General Public License as published by
   6 # the Free Software Foundation; either version 2 of the License, or
   7 # (at your option) any later version.
   8
   9 # This program is distributed in the hope that it will be useful, but
  10 # WITHOUT ANY WARRANTY; without even the implied warranty of
  11 # MERCHANTABILITY or FITNESS FOR A PARTICULAR PURPOSE.  See the GNU
  12 # General Public License for more details.
  13
  14 # You should have received a copy of the GNU General Public License
  15 # along with this program; if not, write to the Free Software
  16 # Foundation, Inc., 51 Franklin Street, Fifth Floor, Boston, MA
  17 # 02110-1301, USA.
  18
  19 #################################################################
  20 ## ==== condorcet.rb ====
  21 ##
  22 ## This file contains Condorcet election methods. Currently this
  23 ## includes a pure condorcet and a CloneproofSSD implementation
  24 ## modeled after the Python-based Debian project election code and
  25 ## that gives the same results in several tested corner cases.
  26 #################################################################
  27
  28 ##################################################################
  29 ## CondorcetVote Classes and SubClasses
  30 ##
  31 ## The CondorcetVote class is subclassed by the PureCondorcetVote and
  32 ## the CloneproofSSDVote classes but should not be used directly.
  33
  34 class CondorcetVote < ElectionVote
  35
  36   attr_accessor :results
  37
  38   def initialize(votes=nil)
  39     unless defined?(@candidates)
  40       @candidates = Array.new
  41       votes.each do |vote_row|
  42         vote_row = vote_row.flatten if vote_row.class == Array
  43         vote_row.each do |vote|
  44           @candidates << vote unless @candidates.include?(vote)
  45         end
  46       end
  47     end
  48     super(votes)
  49     @results = Array.new
  50   end
  51
  52   def tally_vote(vote=nil)
  53
  54     vote.each_with_index do |winners, index|
  55       if vote.flatten.length < @candidates.length
  56         implied_losers = @candidates.select { |c| not vote.flatten.include?(c) }
  57         vote.push(implied_losers)
  58       end
  59       if vote.length - 1 == index
  60         losers = []
  61       else
  62         losers = vote.flatten.last( vote.flatten.length - index - 1)
  63       end
  64
  65       losers.each do |place|
  66         place = [place] unless place.class == Array
  67         place.each do |loser|
  68
  69           winners = [winners] unless winners.class == Array
  70           next if winners.include?(loser)
  71           winners.each do |winner|
  72             @votes[winner] = Hash.new unless @votes.has_key?(winner)
  73             @votes[loser] = Hash.new unless @votes.has_key?(loser)
  74
  75             if @votes[winner].has_key?(loser)
  76               @votes[winner][loser] += 1
  77             else
  78               @votes[winner][loser] = 1
  79             end
  80
  81             # make sure we have a comparable object
  82             @votes[loser][winner] = 0 unless @votes[loser].has_key?( winner )
  83           end
  84         end
  85       end
  86     end
  87   end
  88
  89   def results
  90     if @results.size < 2 && (not @candidates.empty?)
  91       tabulate
  92     end
  93     @results
  94   end
  95
  96   def result
  97     find_only_winner unless @winner
  98     @winner
  99   end
 100
 101   protected
 102
 103   def verify_vote(vote=nil)
 104     vote.instance_of?( Array ) and
 105       vote == vote.uniq
 106   end
 107
 108   def tabulate
 109     find_only_winner unless @winner
 110     until @candidates.empty?
 111       aResult = resultFactory( self )
 112       @results << aResult.winners
 113       filter_out(aResult)
 114     end
 115   end
 116
 117   def find_only_winner
 118     @winner = resultFactory( self )
 119     @results << @winner.winners
 120     filter_out(@winner)
 121   end
 122
 123 end
 124
 125 class PureCondorcetVote < CondorcetVote
 126   def resultFactory(init)
 127     PureCondorcetResult.new(init)
 128   end
 129 end
 130
 131 class CloneproofSSDVote < CondorcetVote
 132   def resultFactory(init)
 133     CloneproofSSDResult.new(init)
 134   end
 135
 136 end
 137
 138
 139 ##################################################################
 140 ## CondorcetResult Classes and SubClasses
 141 ##
 142 ## The CondorcetResult class is subclassed by the PureCondorcetResult
 143 ## and the CloneproofSSDResult classes but should not be used
 144 ## directly.
 145
 146 class CondorcetResult < ElectionResult
 147   attr_reader :matrix
 148
 149   def initialize(voteobj=nil)
 150     unless voteobj and voteobj.kind_of?( CondorcetVote )
 151       raise ArgumentError, "You must pass a CondorcetVote array.", caller
 152     end
 153     super(voteobj)
 154     @matrix = voteobj.votes
 155   end
 156
 157   def victories_and_ties
 158     victors = Array.new
 159     ties = Array.new
 160     candidates = @matrix.keys.sort
 161
 162     candidates.each do |candidate|
 163       candidates.each do |challenger|
 164         next if candidate == challenger
 165         diff = @matrix[candidate][challenger] - @matrix[challenger][candidate]
 166         if diff > 0
 167           victors << [candidate, challenger, diff]
 168         elsif diff == 0 && ties.include?([challenger, candidate]) == false
 169           ties << [candidate, challenger]
 170         end
 171       end
 172     end
 173
 174     victories = victors.sort {|a,b| b[2] <=> a[2]}
 175
 176     return victories, ties
 177   end
 178
 179   protected
 180   def defeats(candidates=nil, votes=nil)
 181     candidates ||= @election.candidates || []
 182     # we're assumign that if there are candidates, there must be at
 183     # least one vote for them
 184     votes ||= @election.votes
 185
 186     defeats = Array.new
 187     candidates.each do |candidate|
 188       candidates.each do |challenger|
 189         next if candidate == challenger
 190         if votes[candidate][challenger] > votes[challenger][candidate]
 191           defeats << [ candidate, challenger ]
 192         end
 193       end
 194     end
 195
 196     defeats
 197   end
 198
 199 end
 200
 201 class PureCondorcetResult < CondorcetResult
 202   def initialize(voteobj=nil)
 203     super(voteobj)
 204     self.condorcet()
 205   end
 206
 207   protected
 208
 209   def condorcet
 210     votes = @election.votes
 211     candidates = @election.candidates
 212
 213     unless votes.length > 0 and candidates.length > 0
 214       return @winners=[]
 215     end
 216
 217     victors = Hash.new
 218     candidates.each do |candidate|
 219       victors[candidate] = Array.new
 220     end
 221
 222     self.defeats.each do |pair|
 223       winner, loser = *pair
 224       victors[winner] << loser
 225     end
 226
 227     victory_margin = 1
 228     while true
 229       winners = @election.candidates.find_all do |candidate|
 230         victors[candidate].length == @election.candidates.length - victory_margin
 231       end
 232       if winners.length > 0
 233         @winners = winners
 234         return @winners
 235       else
 236         victory_margin += 1
 237       end
 238     end
 239   end
 240 end
 241
 242 class CloneproofSSDResult < CondorcetResult
 243   def initialize(voteobj=nil)
 244     super(voteobj)
 245     @winners = self.cpssd()
 246   end
 247
 248   protected
 249
 250   def cpssd
 251     votes = @election.votes
 252     candidates = @election.candidates.dup
 253
 254     def in_schwartz_set?(candidate, candidates, transitive_defeats)
 255       candidates.each do |challenger|
 256         next if candidate == challenger
 257
 258         if transitive_defeats.include?( [ challenger, candidate ] ) and
 259             not transitive_defeats.include?( [ candidate, challenger ] )
 260           return false
 261         end
 262       end
 263       return true
 264     end
 265
 266     loop do
 267
 268       # see the array with the standard defeats
 269       transitive_defeats = self.defeats(candidates, votes)
 270       defeats_hash = Hash.new
 271       transitive_defeats.each { |td| defeats_hash[td] = 1 }
 272
 273       candidates = [candidates] unless candidates.class == Array
 274       candidates.each do |cand1|
 275         candidates.each do |cand2|
 276           unless cand1 == cand2
 277             candidates.each do |cand3|
 278               if not cand2 == cand3 and
 279                   not cand1 == cand3 and
 280                   defeats_hash[[cand2, cand1]] and
 281                   defeats_hash[[cand1, cand3]] and
 282                   not defeats_hash[[cand2, cand3]]
 283                 transitive_defeats << [cand2, cand3]
 284                 defeats_hash[[cand2, cand3]] = 1
 285               end
 286             end
 287           end
 288         end
 289       end
 290
 291       schwartz_set = Array.new
 292       candidates.each do |candidate|
 293         if in_schwartz_set?(candidate, candidates, transitive_defeats)
 294           schwartz_set << candidate
 295         end
 296       end
 297
 298       candidates = schwartz_set
 299
 300       # look through the schwartz set now for defeats
 301       defeats = self.defeats(candidates, votes)
 302
 303       # it's a tie or there's only one option
 304       break if defeats.length == 0
 305
 306       def is_weaker_defeat?( pair1, pair2 )
 307         votes = @election.votes
 308         if votes[pair1[0]][pair1[1]] > votes[pair2[0]][pair2[1]]
 309           return true
 310         elsif votes[pair1[0]][pair1[1]] == votes[pair2[0]][pair2[1]] and
 311             votes[pair1[1]][pair1[0]] > votes[pair2[1]][pair2[0]]
 312           return true
 313         else
 314           false
 315         end
 316       end
 317
 318       defeats.sort! do |pair1, pair2|
 319         if is_weaker_defeat?( pair1, pair2 )
 320           +1
 321         elsif is_weaker_defeat?( pair2, pair1 )
 322           -1
 323         else
 324           0
 325         end
 326       end
 327
 328       votes[defeats[0][0]][defeats[0][1]] = 0
 329       votes[defeats[0][1]][defeats[0][0]] = 0
 330
 331     end
 332
 333     return candidates
 334   end
 335
 336 end