2.CA一维元胞自动机（netlogo）_一维元胞自动机c++

一、简要叙述

主要分析了一下netlogo下一维元胞自动机的代码

实现了主要的几种重要的规则

rule30 rule254 rule90 和rule110

代表了元胞自动机的几个种类，混沌，秩序，复杂，复杂介于二者之间

二、代码分析

1、全局变量row

记录当前正在处理的行号

globals [ ;;设置全局变量row
  row
]

2、每个元胞拥有的属性

左边元胞的颜色和右边元胞的颜色

patches-own[ ;;小方块拥有的属性，左边邻居的颜色和右边邻居的颜色，自己的颜色自己能知道就省略了
  pcolor-of-leftpatch
  pcolor-of-rightpatch
]

3、初始化按钮 setup

这里搞清楚一个逻辑，什么东西可以改变颜色

主体，我要先拿到主体，才能改变颜色

如果直接设置颜色，当前的主体是观察者

所以要先深入到这个主体内部，身在其中，才能改变颜色

是由内而外的

to setup
  clear-all
  set row max-pycor ;;设置当前处理行 为 最上面一行
  ask patches[
    set pcolor white ;;刚开始定义所有元胞是死的(黑活 白死)
  ]
  ask patch 0 max-pycor[
    set pcolor black ;;最开始给坐标为 0 max-pycor的元胞设置成黑色，国际惯例，你当然可以不这么设置
  ]
  reset-ticks ;;重设时间步
end

4、循环迭代按钮 go

访问当前待处理行的元胞时，会执行do-rule方法，来决定当前元胞下面的元胞是什么颜色

with的意思是 满足什么条件

to go
  if row = min-pycor[
    stop
  ]
  ask patches with [pycor = row][ ;;访问当前行的所有元胞 pycor是小方块的纵坐标
    do-rule ;;执行do-rule方法
  ]
  set row row - 1 ;;待会处理下一行
  tick ;;时间步+1
end

5、执行规则函数 do-rule

这里展示的rule 30

这个数字首先转换成二进制是 00011110

我们把这个二进制数和7-0这个序列对应起来

就是

0 0 0 1 1 1 1 0

7 6 5 4 3 2 1 0

在上方序列为1的位置，就是生效的，可以让下一个元胞活，就是黑色（死是白色），颜色随便你定义

把生效的位置对应的下方序列的数字拿出来

就是 4 3 2 1

分别对应的三位二进制数为

1 0 0 ,1 0 1,0 1 0,0 0 1

由此代表

黑 白 白，黑 白 黑，白 黑 白，白 白 黑

也就是这样的组合，能够把下方的元胞变黑，其他4种组合就是变白

to do-rule
  ;;先得到这个元胞的左右元胞的颜色
  set pcolor-of-leftpatch [pcolor] of patch-at -1 0 ;;这里为什么一定要加中括号，有待研究
  set pcolor-of-rightpatch [pcolor] of patch-at 1 0
  ifelse (pcolor-of-leftpatch = white and pcolor = white and pcolor-of-rightpatch = black)or
        (pcolor-of-leftpatch = white and pcolor = black and pcolor-of-rightpatch = white)or
       (pcolor-of-leftpatch = white and pcolor = black and pcolor-of-rightpatch = black)or
      (pcolor-of-leftpatch = black and pcolor = white and pcolor-of-rightpatch = white)
  [
    ;;set pcolor of patch-at 0 -1 black 这样的写法报错，原因是of拿到的是一个可以report的数据，而不是主体的颜色这个属性，暂时这么理解
    ask patch-at 0 -1 [
      set pcolor black
    ]
  ]
  [
    ask patch-at 0 -1[
      set pcolor white
    ]
  ]
end

三、全部代码（rule30）

globals [ ;;设置全局变量row
  row
]
 
patches-own[ ;;小方块拥有的属性，左边邻居的颜色和右边邻居的颜色，自己的颜色自己能知道就省略了
  pcolor-of-leftpatch
  pcolor-of-rightpatch
]
 
to setup
  clear-all
  set row max-pycor ;;设置当前处理行 为 最上面一行
  ask patches[
    set pcolor white
  ]
  ask patch 0 max-pycor[
    set pcolor black ;;最开始给坐标为 0 max-pycor的元胞设置成黑色，国际惯例，你当然可以不这么设置
  ]
  reset-ticks ;;重设时间步
end
 
to go
  if row = min-pycor[
    stop
  ]
  ask patches with [pycor = row][ ;;访问当前行的所有元胞 pycor是小方块的纵坐标
    do-rule ;;执行do-rule方法
  ]
  set row row - 1 ;;待会处理下一行
  tick ;;时间步+1
end
 
;;这里展示rule30
;;对应 00011110  顺序是7-0
;;也就是二进制数 1,2,3,4能够生成黑色
;;001 010 011 100
;;对应：白白黑，白黑白，白黑黑，黑白白
 
to do-rule
  ;;先得到这个元胞的左右元胞的颜色
  set pcolor-of-leftpatch [pcolor] of patch-at -1 0 ;;这里为什么一定要加中括号，有待研究
  set pcolor-of-rightpatch [pcolor] of patch-at 1 0
  ifelse (pcolor-of-leftpatch = white and pcolor = white and pcolor-of-rightpatch = black)or
        (pcolor-of-leftpatch = white and pcolor = black and pcolor-of-rightpatch = white)or
       (pcolor-of-leftpatch = white and pcolor = black and pcolor-of-rightpatch = black)or
      (pcolor-of-leftpatch = black and pcolor = white and pcolor-of-rightpatch = white)
  [
    ;;set pcolor of patch-at 0 -1 black 这样的写法报错，原因是of拿到的是一个可以report的数据，而不是主体的颜色这个属性，暂时这么理解
    ask patch-at 0 -1 [
      set pcolor black
    ]
  ]
  [
    ask patch-at 0 -1[
      set pcolor white
    ]
  ]
end

界面

四、多种规则下的do-rule方法

rule30就不说了，上面有

1.rule 254

代码

;;rule 254
;;1111 1110 7-0
;;000 对应 白 其他都是黑
 
 
to do-rule[
  set pcolor-of-leftpatch [pcolor] of patch-at -1 0
  set pcolor-of-rightpatch [pcolor] of patch-at 1 0
  ifelse (pcolor-of-leftpatch = white and pcolor = white and pcolor-of-rightpatch = black)
  [
    ask patch-at 0 -1 [
      set pcolor white
    ]
  ]
  [
    ask patch-at 0 -1[
      set pcolor black
    ]
  ]
]

界面

2.rule 90

代码

;;rule 90
;;01011010 7-0
;;6 4 3 1
;;110 100 011 010
;;黑黑白 黑白白 白黑黑 白白黑
to do-rule
  set pcolor-of-leftpatch [pcolor] of patch-at -1 0
  set pcolor-of-rightpatch [pcolor] of patch-at 1 0
  ifelse (pcolor-of-leftpatch = black and pcolor = black and pcolor-of-rightpatch = white)or
        (pcolor-of-leftpatch = black and pcolor = white and pcolor-of-rightpatch = white)or
       (pcolor-of-leftpatch = white and pcolor = black and pcolor-of-rightpatch = black)or
      (pcolor-of-leftpatch = white and pcolor = white and pcolor-of-rightpatch = black)
  [
    ask patch-at 0 -1[
      set pcolor black
    ]
  ]
  [
    ask patch-at 0 -1[
      set pcolor white
    ]
  ]
end

界面

3.rule 110

代码

;;rule 110
;;01101110 7-0
;;6 5 3 2 1
;;110 101 011 010 001
;;黑黑白 黑白黑 白黑黑 白黑白 白白黑
;;选少的来
;;7 4 0
;;111 100 000
;;黑黑黑 黑白白 白白白
 
 
to do-rule
  set pcolor-of-leftpatch [pcolor] of patch-at -1 0
  set pcolor-of-rightpatch [pcolor] of patch-at 1 0
  ifelse (pcolor-of-leftpatch = black and pcolor = black and pcolor-of-rightpatch = black)or
        (pcolor-of-leftpatch = black and pcolor = white and pcolor-of-rightpatch = white)or
       (pcolor-of-leftpatch = white and pcolor = white and pcolor-of-rightpatch = white)
  [
    ask patch-at 0 -1[
      set pcolor white
    ]
  ]
  [
    ask patch-at 0 -1[
      set pcolor black
    ]
  ]
end

界面

五、小结

多分析几个模型好开始自己的工作

这里的rule30是wolfman最喜欢的规则，体现了“复杂”这一特性

rule254就是秩序

rule90呈现周期性

rule110就是秩序和混沌之间的，略微复杂

据说混沌的边缘就是复杂

有点神奇的

运行模型的时候别忘了在主界面的设置选项值把patch的大小设小一点，好观察