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簡介
細(xì)胞自動機(jī)（又稱元胞自動機(jī)），名字雖然很深奧，但是它的行為卻是非常美妙的。所有這些怎樣實(shí)現(xiàn)的呢？我們可以把計(jì)算機(jī)中的宇宙想象成是一堆方格子構(gòu)成的封閉空間，尺寸為N的空間就有NN個格子。而每一個格子都可以看成是一個生命體，每個生命都有生和死兩種狀態(tài)，如果該格子生就顯示藍(lán)色，死則顯示白色。每一個格子旁邊都有鄰居格子存在，如果我們把33的9個格子構(gòu)成的正方形看成一個基本單位的話，那么這個正方形中心的格子的鄰居就是它旁邊的8個格子。
每個格子的生死遵循下面的原則：
1． 如果一個細(xì)胞周圍有3個細(xì)胞為生（一個細(xì)胞周圍共有8個細(xì)胞），則該細(xì)胞為生（即該細(xì)胞若原先為死，則轉(zhuǎn)為生，若原先為生，則保持不變） 。
2． 如果一個細(xì)胞周圍有2個細(xì)胞為生，則該細(xì)胞的生死狀態(tài)保持不變；
3． 在其它情況下，該細(xì)胞為死（即該細(xì)胞若原先為生，則轉(zhuǎn)為死，若原先為死，則保持不變）
設(shè)定圖像中每個像素的初始狀態(tài)后依據(jù)上述的游戲規(guī)則演繹生命的變化，由于初始狀態(tài)和迭代次數(shù)不同，將會得到令人嘆服的優(yōu)美圖案。
代碼
"""
元胞自動機(jī) Python 實(shí)現(xiàn)
"""
import numpy as np
import matplotlib.pyplot as plt
class GameOfLife(object):
def __init__(self, cells_shape):
"""
Parameters
----------
cells_shape : 一個元組，表示畫布的大小。
Examples
--------
建立一個高20，寬30的畫布
game = GameOfLife((20, 30))
"""
# 矩陣的四周不參與運(yùn)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):
"""更新一次狀態(tài)"""
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):
# 計(jì)算該細(xì)胞周圍的存活細(xì)胞數(shù)
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):
"""畫出當(dāng)前的狀態(tài)"""
plt.title('Iter :{}'.format(self.timer))
plt.imshow(self.cells)
plt.show()
def update_and_plot(self, n_iter):
"""更新狀態(tài)并畫圖
Parameters
----------
n_iter : 更新的輪數(shù)
"""
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)
效果圖
以上就是本文的全部內(nèi)容，希望對大家的學(xué)習(xí)有所幫助，也希望大家多多支持億速云。
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