【趣味】【python元胞自动机】【附赠HTML版本】_python 元胞自动机

作者：你好赵伟 | 2024-03-01 23:16:01

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python 元胞自动机

1.代码


import numpy as np
import matplotlib.pyplot as plt
import matplotlib.animation as animation
 
# 定义细胞的状态常量
ALIVE = 1
DEAD = 0
 
# 定义网格的大小和细胞的初始状态
grid_size = 100
init_config = np.random.choice([ALIVE, DEAD], size=(grid_size, grid_size))
 
 
# 定义细胞自动机的规则
def get_new_state(grid, i, j):
    # 获取相邻细胞的状态
    neighbors = grid[max(i - 1, 0):min(i + 2, grid_size), max(j - 1, 0):min(j + 2, grid_size)]
    # 计算相邻活细胞的数量
    alive_neighbors = np.count_nonzero(neighbors) - grid[i, j]
    # 更新细胞状态
    if grid[i, j] == ALIVE and 2 <= alive_neighbors <= 3:
        return ALIVE
    elif grid[i, j] == DEAD and alive_neighbors == 3:
        return ALIVE
    else:
        return DEAD
 
 
# 初始化细胞状态
grid = init_config
 
# 初始化可视化
fig, ax = plt.subplots()
im = ax.imshow(grid, cmap='Greys', interpolation='nearest')
 
 
# 更新细胞状态的回调函数
def update(frameNum, grid, im):
    new_grid = np.zeros((grid_size, grid_size))
    for i in range(grid_size):
        for j in range(grid_size):
            new_grid[i, j] = get_new_state(grid, i, j)
    im.set_data(new_grid)
    grid[:] = new_grid[:]
    return im,
 
 
# 使用 FuncAnimation 实现动画
ani = animation.FuncAnimation(fig, update, fargs=(grid, im), frames=100, interval=50, blit=True)
 
plt.show()

这段代码实现了一个生命游戏的动画，生命游戏是一种细胞自动机，它由一个二维的网格和一些简单的规则组成。这些规则决定了每个细胞在下一次迭代中是否存活或死亡。

在这段代码中，首先定义了细胞的状态常量，然后生成了一个随机的初始配置。接着定义了一个函数来计算每个细胞的新状态。这个函数会获取相邻细胞的状态，并根据规则计算新的状态。然后在主函数中初始化了细胞状态和可视化，并使用 FuncAnimation 实现了动画。在动画中，每一帧都会调用 update 函数来更新细胞的状态，并将更新后的状态显示在可视化中。

2.HTML


<!DOCTYPE html>
<html>
<head>
    <title>元胞自动机</title>
</head>
<body style="background-color: #d8d8d8;">
    <canvas id="canvas"></canvas>
    <script>
        const canvas = document.getElementById('canvas');
        const ctx = canvas.getContext('2d');
        const width = 576;
        const height = 864;
        canvas.width = width;
        canvas.height = height;
 
        let cells = [];
        for (let i = 0; i < width; i++) {
            cells[i] = [];
        }
        for (let i = 0; i < width; i++) {
            for (let j = 0; j < height; j++) {
                cells[i][j] = Math.floor(Math.random() * 2);
            }
        }
 
        function update() {
            let newCells = [];
            for (let i = 0; i < width; i++) {
                newCells[i] = [];
            }
            for (let i = 0; i < width; i++) {
                for (let j = 0; j < height; j++) {
                    const neighbors = countNeighbors(cells, i, j);
                    if (cells[i][j] === 0 && neighbors === 3) {
                        newCells[i][j] = 1;
                    } else if (cells[i][j] === 1 && (neighbors < 2 || neighbors > 3)) {
                        newCells[i][j] = 0;
                    } else {
                        newCells[i][j] = cells[i][j];
                    }
                }
            }
            cells = newCells;
        }
 
        function countNeighbors(cells, x, y) {
            let count = 0;
            for (let i = -1; i <= 1; i++) {
                for (let j = -1; j <= 1; j++) {
                    const row = (x + i + width) % width;
                    const col = (y + j + height) % height;
                    if (cells[row][col] === 1) {
                        count++;
                    }
                }
            }
            return count;
        }
 
        function render() {
            ctx.clearRect(0, 0, width, height);
            for (let i = 0; i < width; i++) {
                for (let j = 0; j < height; j++) {
                    if (cells[i][j] === 1) {
                        ctx.fillStyle = 'black';
                    } else {
                        ctx.fillStyle = '#79c995';
                    }
                    ctx.fillRect(i, j, 1, 1);
                }
            }
        }
 
        setInterval(function () {
            update();
            render();
        }, 100);
    </script>
</body>
</html>

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