2.LifeGame生命游戲 - 簡(jiǎn)書

這個(gè)東西以前在看知乎的時(shí)候就看到過挣磨，感覺挺好玩的。最近又看到了荤懂，細(xì)細(xì)看了一下原理，恍然大悟這不就是一個(gè)空域?yàn)V波么塘砸？寫一個(gè)應(yīng)該很好玩吧节仿？于是就動(dòng)手了，為了顯示方便用的Opencv的Mat數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)來存取數(shù)據(jù)和顯示掉蔬。寫了一下午差不多就可以了廊宪，后面再加了些配置文件的接口，并給了一些配置文件女轿，這里記錄一下箭启。

程序：https://github.com/zhxing001/LifeGame

1.生命游戲

生命游戲也叫康威游戲，是一種細(xì)胞自動(dòng)機(jī)蛉迹，最初是由數(shù)學(xué)家約翰·何頓·康威在1970年發(fā)明的傅寡。

這個(gè)游戲是一個(gè)零玩家游戲，整個(gè)游戲會(huì)根據(jù)定義的規(guī)則自動(dòng)執(zhí)行下去。

生命游戲的游戲場(chǎng)地是一個(gè)二維的棋盤荐操，每一個(gè)位置叫做一個(gè)細(xì)胞芜抒，有生, 死兩種狀態(tài)，如果相鄰方格活著的細(xì)胞數(shù)量過多托启，這個(gè)細(xì)胞會(huì)因?yàn)?code>資源匱乏而死亡宅倒，相反，如果因?yàn)橹車募?xì)胞過少屯耸，這個(gè)細(xì)胞會(huì)因?yàn)樘聠味廊ス涨ā?shí)際中，這種規(guī)則是可以自定義的疗绣。有一點(diǎn)要注意：棋牌上的所有細(xì)胞同時(shí)刷新狀態(tài)线召。一個(gè)細(xì)胞生死變化不立即影響其他細(xì)胞，在這種規(guī)則下持痰，雜亂無序的的細(xì)胞會(huì)逐漸演化出各種精致灶搜，有型的結(jié)構(gòu)。

有個(gè)軟件工窍，內(nèi)置了各種規(guī)則以及初始狀態(tài)割卖，也不大，可以下載下來玩一下：golly主頁患雏，主頁上的動(dòng)圖感受一下鹏溯，這是一種比較復(fù)雜的初始狀態(tài)了。還有一個(gè)網(wǎng)址可以在線玩：https://playgameoflife.com/

ticker.gif

我采取的是最原始的規(guī)則：（一個(gè)點(diǎn)周圍的8個(gè)點(diǎn)為8鄰域）

1．如果一個(gè)細(xì)胞周圍有3個(gè)細(xì)胞為生（一個(gè)細(xì)胞周圍共有8個(gè)細(xì)胞）淹仑，則該細(xì)胞為生（即該細(xì)胞若原先為死丙挽，則轉(zhuǎn)為生，若原先為生匀借，則保持不變）颜阐。
2．如果一個(gè)細(xì)胞周圍有2個(gè)細(xì)胞為生，則該細(xì)胞的生死狀態(tài)保持不變吓肋；
3．在其它情況下凳怨，該細(xì)胞為死（即該細(xì)胞若原先為生，則轉(zhuǎn)為死是鬼，若原先為死肤舞，則保持不變）

利用這個(gè)規(guī)則讓其自動(dòng)演化就可以了：

2. 常見種子。

滑翔機(jī)均蜜。
可以向右下方滑動(dòng)：
滑翔者李剖。

每四個(gè)回合會(huì)向右走一格。
脈沖星囤耳。
周期為3篙顺，不斷閃爍偶芍。

結(jié)果：
滑翔者槍

這個(gè)玩意可以不斷的發(fā)射滑翔者。
再有其他的復(fù)雜的圖像就只能自己去發(fā)掘了慰安，還有一種方法就是隨機(jī)初始化種子：
隨機(jī)初始化種子腋寨。
就是隨機(jī)讓一部分的細(xì)胞存活，然后執(zhí)行游戲規(guī)則化焕，有可能會(huì)產(chǎn)生出比較穩(wěn)定的狀態(tài)萄窜，當(dāng)然這個(gè)也是有研究的，結(jié)果就發(fā)現(xiàn)隨機(jī)激活37.5%的種子的時(shí)候產(chǎn)生比較穩(wěn)定圖案的概率比較大撒桨。這個(gè)我在代碼里也給了查刻，可以設(shè)置。

3. 實(shí)現(xiàn)過程凤类。

其實(shí)主要的代碼比較簡(jiǎn)單穗泵，就是空域?yàn)V波的錨點(diǎn)如何根據(jù)周圍的點(diǎn)來決定自己的狀態(tài)：

游戲規(guī)則實(shí)現(xiàn)：

void lifeGame(Mat &init_image, int loop_num, bool writeImg,int ms)
{
    int rows = init_image.rows;
    int cols = init_image.cols;
    namedWindow("source", WINDOW_NORMAL);
    imshow("source", init_image);

    //k是迭代次數(shù)
    namedWindow("LIFE_GAME", 2);
    for (int k = 0; k < loop_num; k++)
    {
        cout << k << endl;
        Mat tmp = Mat::zeros(rows, cols, CV_8UC1);
        uchar x1, x2, x3,
              x4,       x6,
              x7, x8, x9;

        for (int i = 1; i < rows - 1; i++)
        {
            int count = 0;
            for (int j = 1; j < cols - 1; j++)
            {
                x1 = init_image.at<uchar>(i - 1, j - 1);
                x2 = init_image.at<uchar>(i - 1, j);
                x3 = init_image.at<uchar>(i - 1, j + 1);
                x4 = init_image.at<uchar>(i, j - 1);
                x6 = init_image.at<uchar>(i, j + 1);
                x7 = init_image.at<uchar>(i + 1, j - 1);
                x8 = init_image.at<uchar>(i + 1, j);
                x9 = init_image.at<uchar>(i + 1, j + 1);
                count = x1 + x2 + x3
                    + x4 + x6
                    + x7 + x8 + x9;
                //生命游戲的核心代碼，三個(gè)if代表三個(gè)規(guī)則
                if (count == 255 * 3)
                    tmp.at<uchar>(i, j) = 255;
                else if (count == 255 * 2)
                    tmp.at<uchar>(i, j) = init_image.at<uchar>(i, j);
                else
                    tmp.at<uchar>(i, j) = 0;         //這一句也是可以不要的谜疤，因?yàn)楸旧砭褪?
            }
        }
        tmp.copyTo(init_image);
        tmp.release();
        imshow("LIFE_GAME", init_image);
        if (writeImg)
            imwrite("res//" + to_string(k) + ".jpg", init_image);
        waitKey(ms);
    }

這樣的話生成的畫布是固定大小的佃延，自己設(shè)置，有的平移類的種子出了邊界就不會(huì)再回來了夷磕，在此基礎(chǔ)上又想了一種辦法：把左右兩邊相連履肃，上下相連，這樣就可以變向的實(shí)現(xiàn)畫布放大（當(dāng)然這不是理想的解法）坐桩，另外一點(diǎn)畫布也是可以設(shè)置大一點(diǎn)的尺棋，因?yàn)樗惴ê?jiǎn)單，用C++寫出來效率還是很高的绵跷，2000*2000的圖像還是可以實(shí)現(xiàn)勉強(qiáng)實(shí)時(shí)的膘螟。

配置文件讀取：
配置文件以txt文件形式存儲(chǔ)碾局，然后讀入荆残，只存儲(chǔ)活著點(diǎn)的坐標(biāo)，每一行的第一個(gè)數(shù)表示該行的行坐標(biāo)净当，后面是列坐標(biāo)脊阴，比如：

1 5
2 4 5 6
3 3 4 5 6 7
4 2 3 4 5 6 7 8
5 1 2 3 4 5 6 7 8 9
6 2 3 4 5 6 7 8
7 3 4 5 6 7
8 4 5 6
9 5

對(duì)應(yīng)的圖片張這樣：

把所有的點(diǎn)移動(dòng)到左上角來定位坐標(biāo)，坐標(biāo)初始位置從1開始蚯瞧。

解析的方法也比較簡(jiǎn)單，獲取每一行的數(shù)字使用getline函數(shù)品擎，每一行獲取數(shù)字的時(shí)候使用istringstream,具體：

void getInt(string &s, vector<Point2d> &res,int &cmax,int &rmax)  //從一行中解析出整數(shù),并記錄最大行數(shù)
{
    istringstream iss(s);
    
    int num;
    int cnt=0;       //讀第一個(gè)數(shù)的標(biāo)志
    int line;        //行數(shù)
    int colmax = 0;
    while (iss >> num)
    {
        if (cnt == 0)     //每一行的第一個(gè)數(shù)是行號(hào)
        {
            line = num;
            rmax = line;       //記錄行號(hào)
            cnt++;
        }
        else             //重構(gòu)坐標(biāo)存入res中
        {
            res.push_back(Point2d(line, num));
            if (num > colmax)
            {
                colmax = num;
            }
        }
    }
    cmax = colmax;
}
//從txt中提取坐標(biāo)點(diǎn)埋合，并記錄最大的行和列
void getPos(string &file, vector<Point2d> &CfgMat, int &rmax,int &cmax)
{
    ifstream cfg(file);
    string s;
    int _cmax = 0;
    int _rmax = 0;
    while (getline(cfg, s))
    {
        cout << s << endl;
        getInt(s, CfgMat,_cmax,_rmax);
        if (_cmax > cmax)
            cmax = _cmax;
        if (_rmax > rmax)
            rmax = _rmax;
    } 
}

重構(gòu)棋盤矩陣的時(shí)候會(huì)把棋牌擴(kuò)大（根據(jù)記錄的種子的最大行和列自定義行和列的放大系數(shù)）。
其他的就沒什么了萄传，在cfg文件里我存了幾個(gè)比較經(jīng)典的初始種子甚颂，可以讀取來顯示蜜猾。

4. 效果展示。

X型種子振诬。
滑翔者槍
這里有點(diǎn)小蹭睡，程序里是可以調(diào)整顯示大小的：

test.gif