นักคณิตศาสตร์ชาวอังกฤษ สร้าง "Game of Life" ในปี 1970 ซึ่งเป็นชุดกฎที่จำลองการเติบโตของอาณานิคมสิ่งมีชีวิต แม้จะดูไม่มีระเบียบแต่ก็มีรูปแบบที่สวยงาม เกมนี้เป็นกริด 2 มิติ ประกอบด้วยเซลล์ "มีชีวิต" (on) และ "ตาย" (off)
กฎของ Game of Life
- Overpopulation (ประชากรหนาแน่น): เซลล์ตาย หากรอบๆ มีเซลล์มีชีวิตมากกว่า 3 ตัว
- Static (คงที่): เซลล์มีชีวิตต่อ หากรอบๆ มีเซลล์มีชีวิต 2 หรือ 3 ตัว
- Underpopulation (ประชากรน้อย): เซลล์ตาย หากรอบๆ มีเซลล์มีชีวิตน้อยกว่า 2 ตัว
- Reproduction (การสืบพันธุ์): เซลล์ตายกลายเป็นมีชีวิต หากรอบๆ มีเซลล์มีชีวิตพอดี 3 ตัว
ขั้นตอนการนำไปใช้
- สร้างจักรวาลว่างเปล่า
- เติมเมล็ดพันธุ์ (seed) เริ่มต้น
- คำนวณว่าเซลล์ปัจจุบันจะรอดชีวิตไปรอบต่อไปหรือไม่ โดยดูจากเพื่อนบ้าน
- ทำซ้ำขั้นตอนที่ 3 สำหรับทุกเซลล์ในจักรวาล
- ทำซ้ำขั้นตอน 3-4 ตามจำนวนรุ่นที่ต้องการ
การติดตั้ง
$ pip install numpy matplotlib
โค้ดตัวอย่าง
import numpy as np
import matplotlib.pyplot as plt
import argparse
import time
class Board(object):
def __init__(self, size, seed='Random'):
if seed == 'Random':
self.state = np.random.randint(2, size=size)
self.engine = Engine(self)
self.iteration = 0
def animate(self):
i = self.iteration
im = None
plt.title("Conway's Game of Life")
while True:
if i == 0:
plt.ion()
im = plt.imshow(self.state, vmin=0, vmax=2, cmap=plt.cm.gray)
else:
im.set_data(self.state)
i += 1
self.engine.applyRules()
print('Life Cycle: {} Birth: {} Survive: {}'.format(i, self.engine.nBirth, self.engine.nSurvive))
plt.pause(0.01)
yield self
class Engine(object):
def __init__(self, board):
self.state = board.state
def countNeighbors(self):
state = self.state
n = (state[0:-2,0:-2] + state[0:-2,1:-1] + state[0:-2,2:] +
state[1:-1,0:-2] + state[1:-1,2:] + state[2:,0:-2] +
state[2:,1:-1] + state[2:,2:])
return n
def applyRules(self):
n = self.countNeighbors()
state = self.state
birth = (n == 3) & (state[1:-1,1:-1] == 0)
survive = ((n == 2) | (n == 3)) & (state[1:-1,1:-1] == 1)
state[...] = 0
state[1:-1,1:-1][birth | survive] = 1
nBirth = np.sum(birth)
self.nBirth = nBirth
nSurvive = np.sum(survive)
self.nSurvive = nSurvive
return state
def main():
ap = argparse.ArgumentParser(add_help=False)
ap.add_argument('-h', '--height', help='Board Height', default=256)
ap.add_argument('-w', '--width', help='Board Width', default=256)
args = vars(ap.parse_args())
bHeight = int(args['height'])
bWidth = int(args['width'])
board = Board((bHeight, bWidth))
for _ in board.animate():
pass
if __name__ == '__main__':
main()
ผลลัพธ์
โปรแกรมจะแสดงแอนิเมชันในหน้าต่าง matplotlib และพิมพ์สถิติในคอนโซล:
Life Cycle: 1 Birth: 7166 Survive: 10621
Life Cycle: 2 Birth: 7930 Survive: 8409
...
กด Ctrl-C เพื่อหยุดโปรแกรม
คุณสมบัติเพิ่มเติม
- สามารถปรับขนาดกริดผ่านอาร์กิวเมนต์ `-h` และ `-w`
- แสดงกราฟิกสวยงามแบบ real-time
- ใช้ NumPy สำหรับการคำนวณเมทริกซ์ที่รวดเร็ว
