详解Python 实现元胞自动机中的生命游戏(Game of life)


Posted in Python onJanuary 27, 2018

简介

细胞自动机(又称元胞自动机),名字虽然很深奥,但是它的行为却是非常美妙的。所有这些怎样实现的呢?我们可以把计算机中的宇宙想象成是一堆方格子构成的封闭空间,尺寸为N的空间就有NN个格子。而每一个格子都可以看成是一个生命体,每个生命都有生和死两种状态,如果该格子生就显示蓝色,死则显示白色。每一个格子旁边都有邻居格子存在,如果我们把33的9个格子构成的正方形看成一个基本单位的话,那么这个正方形中心的格子的邻居就是它旁边的8个格子。

每个格子的生死遵循下面的原则:

1. 如果一个细胞周围有3个细胞为生(一个细胞周围共有8个细胞),则该细胞为生(即该细胞若原先为死,则转为生,若原先为生,则保持不变) 。

2. 如果一个细胞周围有2个细胞为生,则该细胞的生死状态保持不变;

3. 在其它情况下,该细胞为死(即该细胞若原先为生,则转为死,若原先为死,则保持不变)

设定图像中每个像素的初始状态后依据上述的游戏规则演绎生命的变化,由于初始状态和迭代次数不同,将会得到令人叹服的优美图案。

代码

"""
元胞自动机 Python 实现
"""
import numpy as np
import matplotlib.pyplot as plt


class GameOfLife(object):

  def __init__(self, cells_shape):
    """
    Parameters
    ----------
    cells_shape : 一个元组,表示画布的大小。

    Examples
    --------
    建立一个高20,宽30的画布
    game = GameOfLife((20, 30))
    
    """

    # 矩阵的四周不参与运算
    self.cells = np.zeros(cells_shape)

    real_width = cells_shape[0] - 2
    real_height = cells_shape[1] - 2
    
    self.cells[1:-1, 1:-1] = np.random.randint(2, size=(real_width, real_height))
    self.timer = 0
    self.mask = np.ones(9)
    self.mask[4] = 0
  
  def update_state(self):
    """更新一次状态"""
    buf = np.zeros(self.cells.shape)
    cells = self.cells
    for i in range(1, cells.shape[0] - 1):
      for j in range(1, cells.shape[0] - 1):
        # 计算该细胞周围的存活细胞数
        neighbor = cells[i-1:i+2, j-1:j+2].reshape((-1, ))
        neighbor_num = np.convolve(self.mask, neighbor, 'valid')[0]
        if neighbor_num == 3:
          buf[i, j] = 1
        elif neighbor_num == 2:
          buf[i, j] = cells[i, j]
        else:
          buf[i, j] = 0
    self.cells = buf
    self.timer += 1
  
  def plot_state(self):
    """画出当前的状态"""
    plt.title('Iter :{}'.format(self.timer))
    plt.imshow(self.cells)
    plt.show()

  def update_and_plot(self, n_iter):
    """更新状态并画图
    Parameters
    ----------
    n_iter : 更新的轮数
    """
    plt.ion()
    for _ in range(n_iter):
      plt.title('Iter :{}'.format(self.timer))
      plt.imshow(self.cells)
      self.update_state()
      plt.pause(0.2)
    plt.ioff()
          

if __name__ == '__main__':
  game = GameOfLife(cells_shape=(60, 60))
  game.update_and_plot(200)

效果图

详解Python 实现元胞自动机中的生命游戏(Game of life)

以上就是本文的全部内容,希望对大家的学习有所帮助,也希望大家多多支持三水点靠木。

Python 相关文章推荐
Python迭代用法实例教程
Sep 08 Python
python中迭代器(iterator)用法实例分析
Apr 29 Python
在Linux系统上通过uWSGI配置Nginx+Python环境的教程
Dec 25 Python
Python的Flask站点中集成xhEditor文本编辑器的教程
Jun 13 Python
一篇文章彻底搞懂Python中可迭代(Iterable)、迭代器(Iterator)与生成器(Generator)的概念
May 13 Python
pytorch 可视化feature map的示例代码
Aug 20 Python
Django 用户登陆访问限制实例 @login_required
May 13 Python
python3.7+selenium模拟淘宝登录功能的实现
May 26 Python
keras中的History对象用法
Jun 19 Python
python实现逻辑回归的示例
Oct 09 Python
浅析Python 中的 WSGI 接口和 WSGI 服务的运行
Dec 09 Python
基于注解实现 SpringBoot 接口防刷的方法
Mar 02 Python
Python实现的栈(Stack)
Jan 26 #Python
使用python实现链表操作
Jan 26 #Python
Python中optparser库用法实例详解
Jan 26 #Python
python利用socketserver实现并发套接字功能
Jan 26 #Python
Django的HttpRequest和HttpResponse对象详解
Jan 26 #Python
Python编程实现的简单神经网络算法示例
Jan 26 #Python
Django使用httpresponse返回用户头像实例代码
Jan 26 #Python
You might like
is_uploaded_file函数引发的不能上传文件问题
2013/10/29 PHP
dedecms集成财付通支付接口
2014/12/28 PHP
如何使用GDB调试PHP程序
2015/12/08 PHP
php使用pclzip类实现文件压缩的方法(附pclzip类下载地址)
2016/04/30 PHP
smarty模板数学运算示例
2016/12/11 PHP
Thinkphp 框架扩展之标签库驱动原理与用法分析
2020/04/23 PHP
用js实现下载远程文件并保存在本地的脚本
2008/05/06 Javascript
javascript 框架小结 个人工作经验
2009/06/13 Javascript
javascript jq 弹出层实例
2013/08/25 Javascript
jQuery实现鼠标划过添加和删除class的方法
2015/06/26 Javascript
js实时获取并显示当前时间的方法
2015/07/31 Javascript
js+css实现文字散开重组动画特效代码分享
2015/08/21 Javascript
Web 开发中Ajax的Session 超时处理方法
2017/01/19 Javascript
详细分析jsonp的原理和实现方式
2017/11/20 Javascript
详解Vue源码中一些util函数
2019/04/24 Javascript
js计算最大公约数和最小公倍数代码实例
2019/09/11 Javascript
JS实现简单日历特效
2020/01/03 Javascript
Python处理RSS、ATOM模块FEEDPARSER介绍
2015/02/18 Python
Python有序字典简单实现方法示例
2017/09/28 Python
详解用Python处理HTML转义字符的5种方式
2017/12/27 Python
Django使用Celery异步任务队列的使用
2018/03/13 Python
Python 普通最小二乘法(OLS)进行多项式拟合的方法
2018/12/29 Python
python爬虫简单的添加代理进行访问的实现代码
2019/04/04 Python
Python内置方法实现字符串的秘钥加解密(推荐)
2019/12/09 Python
解决pytorch-yolov3 train 报错的问题
2020/02/18 Python
浅谈Keras参数 input_shape、input_dim和input_length用法
2020/06/29 Python
python爬取抖音视频的实例分析
2021/01/19 Python
CSS3的一个简单导航栏实现
2015/08/03 HTML / CSS
盖尔斯工厂店:GUESS Factory
2020/01/21 全球购物
精选鞋类、服装和配饰的全球领先目的地:Bodega
2021/02/27 全球购物
《得道多助,失道寡助》教学反思
2014/04/19 职场文书
党性锻炼的心得体会
2014/09/03 职场文书
2014年技术员工作总结
2014/11/18 职场文书
vue+springboot实现登录验证码
2021/05/27 Vue.js
vue实现书本翻页动画效果实例详解
2022/04/08 Vue.js
Java对文件的读写操作方法
2022/04/29 Java/Android