Python 实现基于元胞自动机的生命游戏

Python023

Python 实现基于元胞自动机的生命游戏,第1张

这次我们使用 Python 来实现生命游戏,这是一种简单的元胞自动机。基于一定规则,程序可以自动从当前状态推演到下一状态。制作的成品如下:

先来说说生命游戏的规则:

在生命游戏中,每个单元格有两种状态,生与死。在我们的实现中,黄色的单元格代表活着的细胞,红色单元格表示死亡的细胞。而每一个细胞的下一状态,是由该细胞及周围的八个细胞的当前状态决定的。

具体而言:

当前细胞为活细胞

当前细胞为死细胞

无需安装的标准库:

第三方库:

导入模块:

首先,我们要知道细胞的生存空间是 N * N 的方阵,每个细胞都有两种状态:on, off。on 为 255,off 为 0。我们使用 numpy 产生 N * N 的方阵。np.random.choice 是在 State.on 和 State.off ,等概率随机抽取一个元素构造 N * N 的方阵。

其次我们要明白如何计算细胞周围活细胞的个数,尤其是边界一圈的细胞。我们可以采用余数的方式,假设棋盘大小为 9 * 9,那么对于左右边界而言,左边界的左边一个元素的计算方式: - 1 % 9 = 8,自动折到右边界上。将细胞周围八个单元格的数值加起来,除以 255,就可以得到细胞周围活细胞的个数。

接下来是对规则的翻译,即根据当前世代的状态,推演出下一世代,细胞的状态。initial 为当前世代的矩阵,data为下一世代的矩阵,我们根据 initial 的数值,计算出 data 的数值。total 为周围活细胞的个数,如果当前为活细胞,total 大于三或者小于二,下一世代就会死去。如果当前为死细胞,total 等于三,下一世代活细胞就会繁殖到该单元格上。

接下来是制作动图的过程,前面几行是绘图的基本操作。之后,我们使用到了 matplotlib.animation 的方法。其中,FuncAnimation 接受的参数含义:fig 为图像句柄,generate 函数是我们更新每一帧图像所需数据的函数,下面会有介绍,fargs 为 genrate 函数的除去第一个参数的其他参数,第一个参数由 FuncAnimation 指定 framenum(帧数) 传给 generate 函数。frames 是帧数,interval 是更新图像间隔,save_count 为从帧到缓存的值的数量。

如果指定保存路径(html),则保存为 html 动画。

下面我们来看 generate 函数,NUM 为当迭代次数,frame_num 接收来自 FuncAnimation 的帧数。通过嵌套的 for 循环,我们逐个地更新方阵中各元素的状态。

最后,我们可以通过命令行参数,运行我们的程序:

-- size 参数为棋盘大小,--seed 为随机种子,用于产生不同的随机方阵。

高斯帕滑翔机枪(Gosper Glider Gun)

可将 --gosper 更改为 --glider 滑翔机。--save 为动图保存的地址。

搜索一下有很多啦

http://plife.sourceforge.net/

http://www.daniweb.com/code/snippet217028.html#

不知不觉,已经进入第12周了,Python数据分析的学习现今也已经进入了中后期,在继上周进行了Numpy的康威生命游戏的编写之后;紧接着进行的学习就是利用Python的Matplotlib模块来练习绘图。 这次由于涉及到图像,所以引用了一些丁烨老师的pdf的截图。主要是进行用Matplotlib模块来进行MATLAB能做的数据分析绘图工作,并结合Numpy和Matplotlib来做一个扫雷小游戏。

matplotlib官网