Python 实现基于元胞自动机的生命游戏

Python012

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。

本功能实现逻辑如下:

主要使用Python的urllib.request库来调用https://nlp.xiaoi.com/上的接口,具体接口可以通过浏览器抓包获取,然后根据抓包信息进行url的构造,使用urllib.request库的urlopen函数来调用构造的url,将其返回进行编解码之后,使用re模块将所需信息匹配出来。

功能实现脚本如下:

因为工作养成的习惯,生怕写的脚本在别的环境跑出问题,索性将它编译成exe文件。

使用pyinstall库来实现py脚本到exe文件的编译过程。

(本文参考csdn上的一篇文章,路径如下:https://blog.csdn.net/jiahuiandxuehui/article/details/118193844,不过这里的运行后返回结果会有一些\r\n这种东西,这里我修改了一下正则表达式,把不重要的信息给过滤掉了。)