Conway’s Game of Life介绍及实现

前言：

　　博主在看新闻时，浏览到John Horton Conway因新型冠状病毒感染而去世。这场疫情带走了许多领域杰出的大师们，希望全人类早日战胜疫情。

John Horton Conway的生命游戏为不少数学家和码农所熟知，本篇主要介绍了Conway’s Game of Life以及基于C++的实现。

生命游戏模拟代码已上传，本文将根据此进行讲解：https://github.com/CreateSuccess/GHCGameLife

生命游戏规则：

1、生命游戏规则有些类似与围棋,游戏背景为假设有无尽大的由正方形格子组成的空间，每一个正方形格子代表为一个细胞。

2、细胞的状态有二种，生存或者死亡；

3、在二维基础上加上时间，每个回合进行判断细胞下一个回合是生存还是死亡。

4、细胞生存还是死亡取决于其与周围八个相邻细胞的互动。

5、如果一个活细胞周围细胞只有0个活着1个，则该细胞下回合死亡。（一片区域内，种群成员过少导致该片区域无法繁衍）

6、如果一个活细胞周围细胞恰有2个或者3个，则该细胞下回合存活。

7、如果一个活细胞周围活细胞超过3个，则该细胞下回合死亡。（一片区域内，种群成员过多导致平均资源变少无法繁衍）

8、如果一个死细胞周围活细胞正好有3个，则该细胞下回合转为活细胞。（一片区域内，种群成员适中，资源过多，则种群规模扩大）

代码实现

1、生命游戏规则很简单，首先我们要制作一个棋盘用于存放，棋盘大小为变成为X的正方形空间，我们将这个空间存储在一个一维数组里；

// 创建一个m_ulMapSideLength边长的正方形空间
void GHCGameLife::CreateMap()
{m_mapLife = (CoordinateStatus *)calloc(m_ulMapSideLength, m_ulMapSideLength * sizeof(CoordinateStatus));m_mapNextTimeLife = (CoordinateStatus *)calloc(m_ulMapSideLength, m_ulMapSideLength * sizeof(CoordinateStatus));
}

2、现在我们定义空间中每个点可能出现的状态：（活细胞 | 死细胞）

enum CoordinateStatus
{COORDINATE_STATUS_ALIVE = 1,COORDINATE_STATUS_DEATH,COORDINATE_STATUS_NON_SPACE,COORDINATE_STATUS_NON_MAX,
};

3、我们对空间每个点的状态进行随机赋值

void GHCGameLife::RandomSetMap()
{CoordinateStatus status[] = { COORDINATE_STATUS_ALIVE, COORDINATE_STATUS_DEATH };int statusSize = sizeof(status) / sizeof(CoordinateStatus);srand((unsigned)time(NULL));for (unsigned long i = 0; i < m_ulMapSideLength * m_ulMapSideLength; i++){m_mapLife[i] = status[rand() % statusSize];}
}

4、此时我们已经初始化好生命游戏模型，每个点可以用X，Y坐标进行唯一定位。根据游戏规则，每个回合我们将计算每个点，其附近活细胞数量，以此来决定下个回合该点状态。

int GHCGameLife::WhetherAlive(unsigned long ulCoordinatesX, unsigned long ulCoordinatesY)
{if (ulCoordinatesX <= 0 || ulCoordinatesX > m_ulMapSideLength ||ulCoordinatesY <= 0 || ulCoordinatesY > m_ulMapSideLength){return 0;}unsigned long site = ((ulCoordinatesY - 1) * m_ulMapSideLength) + (ulCoordinatesX - 1);return m_mapLife[site] == COORDINATE_STATUS_ALIVE ? 1 : 0;
}void GHCGameLife::SkipOneTime()
{for (unsigned long i = 0; i < m_ulMapSideLength * m_ulMapSideLength; i++){unsigned int uiAliveNum = 0;unsigned long ulCoordinatesNodeX = 0, ulCoordinatesNodeY = 0;ulCoordinatesNodeY = (i + 1) / m_ulMapSideLength + ( 0 == (i + 1) % m_ulMapSideLength ? 0 : 1);ulCoordinatesNodeX = (i + 1) - m_ulMapSideLength * (ulCoordinatesNodeY - 1);/* 收集细胞周围活细胞数量 */uiAliveNum += WhetherAlive(ulCoordinatesNodeX + 1, ulCoordinatesNodeY);uiAliveNum += WhetherAlive(ulCoordinatesNodeX - 1, ulCoordinatesNodeY);uiAliveNum += WhetherAlive(ulCoordinatesNodeX, ulCoordinatesNodeY + 1);uiAliveNum += WhetherAlive(ulCoordinatesNodeX + 1, ulCoordinatesNodeY + 1);uiAliveNum += WhetherAlive(ulCoordinatesNodeX - 1, ulCoordinatesNodeY + 1);uiAliveNum += WhetherAlive(ulCoordinatesNodeX, ulCoordinatesNodeY - 1);uiAliveNum += WhetherAlive(ulCoordinatesNodeX + 1, ulCoordinatesNodeY - 1);uiAliveNum += WhetherAlive(ulCoordinatesNodeX - 1, ulCoordinatesNodeY - 1);if (m_mapLife[i] == COORDINATE_STATUS_NON_SPACE){m_mapNextTimeLife[i] = COORDINATE_STATUS_NON_SPACE;}else if (uiAliveNum == 3){m_mapNextTimeLife[i] = COORDINATE_STATUS_ALIVE;}else if (2 <= uiAliveNum && 3 > uiAliveNum && m_mapLife[i] == COORDINATE_STATUS_ALIVE){m_mapNextTimeLife[i] = COORDINATE_STATUS_ALIVE;}else{m_mapNextTimeLife[i] = COORDINATE_STATUS_DEATH;}}CoordinateStatus *pmapLife = m_mapNextTimeLife;m_mapNextTimeLife = m_mapLife;m_mapLife = pmapLife;
}

图像化展示生命游戏模型进程

L代表活细胞，空格代表死细胞，X代表非空间点（无法生存点）

初始化一个9X9的空间

第一回合模型：

第二回合模型：

。。。。。。第100回合模型：

L代表活细胞，空格代表死细胞，X代表非空间点（无法生存点）

初始化一个20X20的空间

第一回合模型：

第200回合模型

L代表活细胞，空格代表死细胞，X代表非空间点（无法生存点）

初始化一个20X20的空间，随机设置非空间点

第一回合模型：

第200回合模型：

结语

1、生命模型在测试过程能生成一些有趣的图案；

2、设置障碍后的生命模型往往能在后期拥有更多的活细胞，令人唏嘘。最近疫情，美国一直崇拜的自由反而造成了大面积感染，一味的自由对生命并不是好事。