Python最简单康威生命游戏Numpy_python大网格的生命游戏

康威生命游戏其实很简单，如果不用花里胡哨的那么多函数调用，或者定义类的要求，最简单运用numpy的应该就是这种了。

一.  整体思路

首先，要清楚知道程序分为几个部分，我们需要熟悉规则，想要达到的效果就是细胞在不断死亡和活过来，也就是运用numpy，创建一个方阵，通过它的规则使其不断地迭代，直到最终稳定下来。

其次，我们还需要一个窗口去展示这个迭代的过程，这里运用的是pygame这个包，这个包可以设计窗口的大小，所编写程序的名字等等。

最后整合到一起去，完整的展示出整体过程。

游戏规则
当周围仅有1个或没有存活细胞时， 原来的存活细胞进入死亡状态。
当周围有2个或3个存活细胞时， 网格保持原样。
当周围有4个及以上存活细胞时，原来的存活细胞亦进入死亡状态。
当周围有3个存活细胞时，空白网格变成存活细胞。

二.  具体编写

1.设计窗口大小以及把其分为网格

首先确定窗口的大小是600×600，X,Y是网格的数量，这取决于你自己创建的矩阵的大小，这里是50×50的矩阵，矩阵里的元素就是占这里的一个网格的大小，后面就说是一个cell的大小。

其次确定大小后，细胞如何展示，这里通过定义颜色的RGB的值，来给细胞上色。如下所示，我们定义了活着的状态和死亡的状态，以便后面用到。

ALIVE = (124, 252, 0)     # 括号里就是RGB的值，可以自己查找想要的颜色的值 绿色
DEAD = (0, 0, 0)      # 黑色
SCREEN_WIDTH = 600
SCREEN_HEIGHT = 600
X = 50   # X方向的网格数量
Y = 50   # Y方向的网格数量
CELL_WIDTH = SCREEN_WIDTH / X
CELL_HEIGHT = SCREEN_HEIGHT / Y

2.  导入模块

import pygame,sys, random
import numpy as np

3.  初始化矩阵

创建一个矩阵，遍历每一个元素，设置随机数，默认在0~1的随机数，ran即为概率也就是细胞的密度。

def initialization():
    matrix = np.full((50, 50), 0)
    for i in range(50):
        for j in range(50):
            ran = random.random()
            if ran > 0.6:
                matrix[i][j] = 1
            else:
                pass
    return matrix

4.迭代矩阵

创建一个新的矩阵，在原有矩阵的基础上，增加一个边界，也就是行和列都加两行。并将其作为一个存放数据的内存，将原矩阵元素复制过来，保证边框没有元素。由于规则是细胞的8个邻居，但是边界的细胞并没有那么多，所以新建的矩阵加了行和列，尽管令其为0，但是也使规则适用于所有细胞，使程序更加完整。

def evolution(matrix):
    new_matrix = np.full((52, 52), 0)
    num = 0
    for i in range(50):
        for j in range(50):
            new_matrix[i+1][j+1] = matrix[i][j]
    for i in range(1,51):
        for j in range(1,51):
 
                num = new_matrix[i-1][j-1]+new_matrix[i-1][j]+new_matrix[i-1][j+1]+new_matrix[i][j-1]+new_matrix[i][j+1]+new_matrix[i+1][j-1]+\
                      new_matrix[i+1][j]+new_matrix[i+1][j+1]
                if new_matrix[i][j] == 0:  # 若原细胞为死亡状态
                    if num == 3:
                        matrix[i-1][j-1] = 1
                else:    # 若原细胞为存活状态
                    if num == 2 or num == 3:
                        matrix[i-1][j-1] = 1
                    else:
                        matrix[i-1][j-1] = 0
    return matrix

另外，也可以直接令其边界的细胞为0，也就是展示的时候，边界细胞始终是死的，也就是这样

def nextmultiply(arr):    #下一代繁衍
    newarr = [([0] * width) for n in range(high)]
    for i in range(high):
        for j in range(width):
            num=0
            if (i==0 or i==high-1) or (j==0 or j==width-1):
                newarr[i][j]=0
            else:
                num=arr[i-1][j-1]+arr[i-1][j]+arr[i-1][j+1]+arr[i][j-1]+arr[i][j+1]+arr[i+1][j-1]+arr[i+1][j]+arr[i+1][j+1]   #  可以的
                if arr[i][j]==0:  #若原细胞为死亡状态
                    if num==3:
                        newarr[i][j]=1
                else:    #若原细胞为存活状态
                    if num==2 or num==3:
                        newarr[i][j]=1
                    else:
                        newarr[i][j]=0
    return newarr

5.  除此之外，还需要使用pygame，一般固定格式

if __name__ == "__main__":   # 当.py文件被直接运行时，if __name__ == '__main__'之下的代码块将被运行；当.py文件以模块形式被导入时，if __name__ == '__main__'之下的代码块不被运行
 
    # pygame初始化的相关内容
    pygame.init()  # 使用pygame之前必须初始化
    screen = pygame.display.set_mode((SCREEN_WIDTH, SCREEN_HEIGHT))    # 创建游戏的主窗口对象
    screen.fill(DEAD)  # 使屏幕全变成黑色，初始化屏幕
    pygame.display.set_caption("康威生命游戏")     #  设置窗口的标题，即游戏名称
    framerate = pygame.time.Clock()  # 创建一个Clock对象，用于操作时间
 
 
  
        for event in pygame.event.get():  # 判断用户是否点了"X"关闭按钮,并执行if代码段
            if event.type == pygame.QUIT:
                pygame.quit()    #  卸载所有模块
                sys.exit()      #  终止程序，确保退出程序
 
        
        pygame.display.update()   # 对显示窗口进行更新，默认窗口全部重绘 pygame.display.update()：刷新主窗口内容
        framerate.tick(10)  # 设置每秒10帧

6.  最后整体代码如下：

ALIVE = (124, 252, 0)     # 绿色
DEAD = (0, 0, 0)      # 黑色
SCREEN_WIDTH = 600
SCREEN_HEIGHT = 600
X = 50   # X方向的网格数量
Y = 50   # Y方向的网格数量
 
CELL_WIDTH = SCREEN_WIDTH / X
CELL_HEIGHT = SCREEN_HEIGHT / Y
import pygame,sys, random
import numpy as np
 
def initialization():
    matrix = np.full((50, 50), 0)
    for i in range(50):
        for j in range(50):
            ran = random.random()
            if ran > 0.6:
                matrix[i][j] = 1
            else:
                pass
    return matrix
 
def evolution(matrix):
    new_matrix = np.full((52, 52), 0)
    num = 0
    for i in range(50):
        for j in range(50):
            new_matrix[i+1][j+1] = matrix[i][j]
    for i in range(1,51):
        for j in range(1,51):
 
                num = new_matrix[i-1][j-1]+new_matrix[i-1][j]+new_matrix[i-1][j+1]+new_matrix[i][j-1]+new_matrix[i][j+1]+new_matrix[i+1][j-1]+\
                      new_matrix[i+1][j]+new_matrix[i+1][j+1]
                if new_matrix[i][j] == 0:  # 若原细胞为死亡状态
                    if num == 3:
                        matrix[i-1][j-1] = 1
                else:    # 若原细胞为存活状态
                    if num == 2 or num == 3:
                        matrix[i-1][j-1] = 1
                    else:
                        matrix[i-1][j-1] = 0
 
 
    return matrix
 
if __name__ == "__main__":   # 当.py文件被直接运行时，if __name__ == '__main__'之下的代码块将被运行；当.py文件以模块形式被导入时，if __name__ == '__main__'之下的代码块不被运行
 
    # pygame初始化的相关内容
    pygame.init()  # 使用pygame之前必须初始化
    screen = pygame.display.set_mode((SCREEN_WIDTH, SCREEN_HEIGHT))    # 创建游戏的主窗口对象
    screen.fill(DEAD)  # 使屏幕全变成黑色，初始化屏幕
    pygame.display.set_caption("康威生命游戏")     #  设置窗口的标题，即游戏名称
    framerate = pygame.time.Clock()  # 创建一个Clock对象，用于操作时间
 
 
# 主函数
    matrix = initialization()   # 初始化
 
    while True:   # 循环获取事件，监听事件状态
        screen.fill(DEAD)     # 使屏幕全变成黑色，初始化屏幕
        for i in range(Y):    # 遍历矩阵，并上色
            for j in range(X):
                if matrix[i][j] == 1:
                    pygame.draw.rect(screen, ALIVE, (i * CELL_WIDTH, j * CELL_HEIGHT, CELL_WIDTH, CELL_HEIGHT))
                else:
                    pygame.draw.rect(screen, DEAD, (i * CELL_WIDTH, j * CELL_HEIGHT, CELL_WIDTH, CELL_HEIGHT))
 
        for event in pygame.event.get():  # 判断用户是否点了"X"关闭按钮,并执行if代码段
            if event.type == pygame.QUIT:
                pygame.quit()    #  卸载所有模块
                sys.exit()      #  终止程序，确保退出程序
 
        matrix = evolution(matrix)
        pygame.display.update()   # 对显示窗口进行更新，默认窗口全部重绘 pygame.display.update()：刷新主窗口内容
        framerate.tick(10)  # 设置每秒10帧