Java & Python 康威生命游戏 – 命令行版

Java & Python 康威生命游戏 – 命令行版制作背景高二的时候看霍金的 大设计 最后几页的时候看到里面提到了康威生命游戏 介绍了它的规则 感觉很有意思 但是在草稿纸上一点一点画 推演 实在是太麻烦了 于是我便想是否可以通过编程的方式实现康威生命游戏 我当时高二 感觉自己很难做出来

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制作背景

高二的时候看霍金的《大设计》最后几页的时候看到里面提到了康威生命游戏,介绍了它的规则,感觉很有意思,但是在草稿纸上一点一点画,推演,实在是太麻烦了,于是我便想是否可以通过编程的方式实现康威生命游戏?我当时高二,感觉自己很难做出来。到了大一下学期,自学了python和java,学校的课程里也学习了C语言,自己也经常写一些有意思的小程序,可以说是有一定的编程基础了,于是就又会想起了一年多前的康威生命游戏。

其实在 2020年2月24号,大一上学期结束的寒假里,我已经把一维版的康威宇宙做出了来了,但是那终究是一维的,没有二维的丰富,开发难度肯定没有二维的高。所以这次我打算真正的试一试二维的,原版的、正经的康威宇宙。

在 2020年4月11日的时候,生命游戏的作者 约翰·何顿·康威 已经因为新冠肺炎去世了。感觉突然挺遗憾的。之前了解这个人完全是因为生命游戏,但是其实他是一个数学家。他还有其他很多更大的贡献和发现,不只是生命游戏。

2020年7月23日,我把用python实现了,随后一天我又做了一份Java版本的。

效果截图

Java & Python 康威生命游戏 - 命令行版

Java & Python 康威生命游戏 - 命令行版

源代码

Java

import java.util.Random; / * 生命游戏 * 设计作者:康威 * 代码作者:littlefean * 代码时间:2020年7月24日 */ public class GameOfLife { //场地的宽度 private static final int CELLS_WIDTH = 85; //场地的高度 private static final int CELLS_HEIGHT = 45; //活细胞显示 private static final String LIVE_CELL = "█"; //死细胞显示 private static final String DEATH_CELL = " "; //检测半径(以自身为中心,R为半径的圆形的外接正方形) private static final int R = 1; //检测范围内,使活细胞存活的 邻胞数量的最小值 private static final int LIVE_NUM_MIN = 2; //检测范围内,使活细胞存活的 邻胞数量的最大值 private static final int LIVE_NUM_MAX = 3; //检测范围内,使死细胞复活的 邻胞数量的最小值 private static final int BIRTH_NUM_MIN = 3; //检测范围内,使死细胞复活的 邻胞数量的最大值 private static final int BIRTH_NUM_MAX = 3; public static void main(String[] args) { //创建矩形全死细胞集 byte[][] cells = newCells(CELLS_WIDTH, CELLS_HEIGHT); System.out.println(str(cells)); //随机复活其中的细胞 randPoint(cells); System.out.println(str(cells)); //开始迭代演示 while (true) { cells = iterative(cells); System.out.println(str(cells)); } } / * 生成一个空的全是0的二维数组并返回 * @param width 宽度 * @param height 高度 * @return 二维数组 */ private static byte[][] newCells(int width, int height){ byte[][] cellsArray = new byte[height][width]; for (int i = 0; i < height; i++) { for (int j = 0; j < width; j++) { cellsArray[i][j] = 0; } } return cellsArray; } / * 将二维数组随机化,该函数直接改传入数组的状态 * @param cellsArray 二维数组 */ private static void randPoint(byte[][] cellsArray){ for (int i = 0; i < cellsArray.length; i++) { for (int j = 0; j < cellsArray[i].length; j++) { int rd = Math.random()>0.5 ? 1 : 0; if(rd == 1) { cellsArray[i][j] = 1; } } } } / * 传入二维数组并使其按照生命游戏规则迭代一次,迭代完成后返回一个新的迭代后的二维数组 * @param cellsArray 迭代前的二维数组 * @return 迭代后的二维数组 */ private static byte[][] iterative(byte[][] cellsArray){ byte[][] afterCells = newCells(cellsArray[0].length, cellsArray.length); for (int i = 0; i < cellsArray.length; i++) { for (int j = 0; j < cellsArray[i].length; j++) { int neighborNum = 0; int top = Math.max(i - R, 0); int button = Math.min(cellsArray.length-1, i + R); int left = Math.max(j - R, 0); int right = Math.min(j + R, cellsArray[i].length-1); for( int y = top; y <= button; y++){ for (int x = left; x <= right; x++){ if(cellsArray[y][x] == 1){ if(j != x || i != y){ neighborNum++; } } } } if(cellsArray[i][j] == 1){ //存活 if(LIVE_NUM_MIN <= neighborNum && neighborNum <= LIVE_NUM_MAX){ afterCells[i][j] = 1; } }else if(cellsArray[i][j] == 0){ //诞生 if(BIRTH_NUM_MIN <= neighborNum && neighborNum <= BIRTH_NUM_MAX){ afterCells[i][j] = 1; } } } } return afterCells; } / * 传入二维数组并返回打印在屏幕上的字符串形式 * @param cellsArray 二维数组 * @return 打印在屏幕上的字符串形式 */ private static String str(byte[][] cellsArray){ StringBuilder cellsString = new StringBuilder(); for (byte[] bytes : cellsArray) { for (byte aByte : bytes) { if (aByte == 0) { cellsString.append(DEATH_CELL); } else { cellsString.append(LIVE_CELL); } } cellsString.append("\n"); } return cellsString.toString(); } / * 传入二维数组和两个位置参数,在二维数组的特定位置上做修改 * 注意:该函数直接改传入数组的状态 * 此函数是在二维数组的xy下标位置上放了一个向右下飞行的 滑翔机 * 右下方向滑翔机示意图: * □□■ * ■□■ * □■■ * @param cellsArray 修改前(还未放置滑翔机)的数组 * @param x 滑翔机的左上角顶点在数组里的x位置 * @param y 滑翔机的左上角顶点在数组里的y位置 */ private static void putGlider(byte[][] cellsArray, int x, int y){ cellsArray[y][x+2] = 1; cellsArray[y+1][x] = 1; cellsArray[y+1][x+2] = 1; cellsArray[y+2][x+1] = 1; cellsArray[y+2][x+2] = 1; } } 
""" 生命游戏-命令行版 设计作者:康威 代码作者:littlefean 代码时间:2020年7月23日 """ from random import randint import numpy as np def newCells(width, height): """ 生成一个空的全是0的二维数组并返回 :param width: 宽度 :param height: 高度 :return: 二元数组 """ cellsArray = np.zeros([height, width], dtype=int) return cellsArray def randPoint(cellsArray): """ 将二维数组随机化,该函数直接改参数的状态 :param cellsArray:二维数组 :return: """ for i in range(len(cellsArray)): for j in range(len(cellsArray[i])): cellsArray[i][j] = randint(0, 1) def iterative(cellsArray): """ 传入二维数组并使其按照生命游戏规则迭代一次,迭代完成后返回一个新的迭代后的二维数组 :param cellsArray:迭代前的二维数组 :return:迭代后的二维数组 """ afterCells = newCells(len(cellsArray[0]), len(cellsArray)) for y in range(len(cellsArray)): for x in range(len(cellsArray[y])): neighborNum = 0 for y_border in range(max(y - R, 0), min(y + R, len(cellsArray) - 1) + 1): for x_border in range(max(x - R, 0), min(x + R, len(cellsArray[y]) - 1) + 1): if cellsArray[y_border][x_border] == 1: # 判断不是自己: if x != x_border or y != y_border: # 最后一个bug,应该是或的关系,而不是且的关系 neighborNum += 1 # 存活:周围数量 == 3 or == 2 if cellsArray[y][x] == 1: if neighborNum in range(LIVE_NUM_MIN, LIVE_NUM_MAX + 1): afterCells[y][x] = 1 # 诞生:周围数量 == 3 elif cellsArray[y][x] == 0: if neighborNum in range(BIRTH_NUM_MIN, BIRTH_NUM_MAX + 1): afterCells[y][x] = 1 # 死于拥挤:周围数量>=4 # 死于孤独:周围数量<=1 return afterCells def string(cellsArray): """ 返回cellsArray的字符串表示形式 :param cellsArray: 二维数组 :return: cellsArray的字符串表示形式 """ cellsString = "" for y in range(len(cellsArray)): for x in range(len(cellsArray[y])): if cellsArray[y][x] == 0: cellsString += DEATH_CELL else: cellsString += LIVE_CELL cellsString += "\n" return cellsString def putGlider(cellsArray, x, y): """ 传入二维数组和两个位置参数,在二维数组的特定位置上做修改,并返回修改后的二维数组 此函数是在二维数组的xy下标位置上放了一个向右下飞行的 滑翔机 xy对应滑翔机的左上角顶点 □□■ ■□■ □■■ :param cellsArray:修改前(还未放置滑翔机)的数组 :param x:滑翔机的左上角顶点在数组里的x位置 :param y:滑翔机的左上角顶点在数组里的y位置 :return:修改后(放置了一个滑翔机)的二维数组 """ cellsArray[y][x + 2] = 1 cellsArray[y + 1][x] = 1 cellsArray[y + 1][x + 2] = 1 cellsArray[y + 2][x + 1] = 1 cellsArray[y + 2][x + 2] = 1 return cellsArray if __name__ == '__main__': """ """ CELLS_WIDTH = 85 CELLS_HEIGHT = 45 LIVE_CELL = "█" DEATH_CELL = " " R = 1 LIVE_NUM_MIN = 2 LIVE_NUM_MAX = 3 BIRTH_NUM_MIN = 3 BIRTH_NUM_MAX = 3 cells = newCells(85, 45) print(string(cells)) randPoint(cells) putGlider(cells, 0, 0) print(string(cells)) step = 0 while True: if step % 24 == 0: putGlider(cells, randint(0, 5), randint(0, 5)) cells = iterative(cells) print(string(cells)) step += 1 

回顾反思

  1. 直接给调用者暴露了数组,但是调用者并不知道是用[y][x]的方式还是[x][y]的方式,你这个没有说明,会导致一些不方便
  2. 如果能把cellsArray封装成一个类那就好了,因为它已经很像类了。

不知道怎么结尾了,生命游戏的评价里有一句话说得不错,就以它结尾吧:“ 孤独和拥挤都不适合生命的繁衍和发展 ”。

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