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。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
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;
}
}
python
"""
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
- 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
- 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 ”。