Python實現生命遊戲的示例代碼(tkinter版)
生命遊戲(Game of Life)
由劍橋大學約翰·何頓·康威設計的計算機程序。美國趣味數學大師馬丁·加德納(Martin Gardner,1914-2010)通過《科學美國人》雜志,將康威的生命遊戲介紹給學術界之外的廣大瀆者,一時吸引瞭各行各業一大批人的興趣,這時細胞自動機課題才吸引瞭科學傢的註意。
遊戲概述
用一個二維表格表示“生存空間”,空間的每個方格中都可放置一個生命細胞,每個生命細胞隻有兩種狀態:“生”或“死”。用綠色方格表示該細胞為“生”,空格(白色)表示該細胞為“死”。或者說方格網中綠色部分表示某個時候某種“生命”的分佈圖。生命遊戲想要模擬的是:隨著時間的流逝,這個分佈圖將如何一代一代地變化。死亡太沉重,我想稱它為“湮滅”狀態。
生存定律
生存空間的每個方格都存在一個細胞,它的周邊緊鄰的8個方格上的稱為鄰居細胞。
(1)當前細胞為湮滅狀態時,當周圍有3個存活細胞時,則迭代後該細胞變成存活狀態(模擬繁殖)。
(2)當前細胞為存活狀態時,當周圍的鄰居細胞少於2個存活時,該細胞變成湮滅狀態(數量稀少)。
(3)當前細胞為存活狀態時,當周圍有3個以上的存活細胞時,該細胞變成湮滅狀態(數量過多)。
(4)當前細胞為存活狀態時,當周圍有2個或3個存活細胞時,該細胞保持原樣。
簡單來說,活細胞Cell看作是‘1’,死Cell看作‘0’,8個鄰居的累加和Sum決定瞭下一輪的狀態:
“繁殖”:死Cell=0,若Sum=3,則Cell=1。
“稀少”:活Cell=1,若Sum<2,則Cell=0。
“過多”:活Cell=1,若Sum>3,則Cell=0。
“正常”:活Cell=1,若Sum=2或3,則Cell=1。
生存空間中生命的繁殖和湮滅,如下圖所示:
圖形結構
在遊戲進行中,雜亂無序的細胞會逐漸演化出各種精致、有形的圖形結構;這些結構往往有很好的對稱性,而且每一代都在變化形狀。一些形狀一經鎖定就不會逐代變化。有時,一些已經成形的結構會因為一些無序細胞的“入侵”而被破壞。但是形狀和秩序經常能從雜亂中產生出來。
通常會有以下四種狀態:
不動點(fixed points):變化終結於恒定圖像
交替態(alternation):圖像出現周期性變化
隨機態(randomness):圖像變化近乎隨機
復雜態(complexity):圖像存在某種復雜規律
常見的不動結構:
周期變化的結構:
逐步趨向湮滅的結構:
由一根10個連續細胞演化出來的周期結構:
動態變化後全部湮滅的結構:
移動的飛船:周期變化且逐漸向右平移
飛船到瞭邊界變成向對角線移動的“滑翔者”,滑翔者到瞭邊界成為不動的方塊。
更多有趣的圖形結構有待發現,用代碼來輔助這項工作還是比較方便的…..
代碼實現
用tkinter庫實現瞭軟件界面,畫佈、按鈕、標簽等控件都是配角,全是為表現生命繁殖演化的核心代碼類方法 Lifes.reproduce() 作幫手的,源代碼lifegame.pyw如下:
from tkinter import messagebox as msgbox import tkinter as tk import webbrowser import random class Lifes: def __init__(self, rows=38, cols=38): self.row = rows self.col = cols self.items = [[0]*self.col for _ in range(self.row)] self.histroy = [] self.histroySize = 30 self.running = False self.runningSpeed = 100 def rndinit(self, rate=0.1): self.histroy = [] for i in range(self.row): for j in range(self.col): rnd = random.random() if rnd > 1-rate: self.items[i][j]=1 def reproduce(self): new = [[0]*self.col for _ in range(self.row)] self.add_histroy() if len(self.histroy) > self.histroySize: self.histroy.pop(0) for i in range(self.row): for j in range(self.col): if i*j==0 or i==self.row-1 or j==self.col-1: new[i][j]=0 else: lifes=0 for m in range(i-1,i+2): for n in range(j-1,j+2): if m==i and n==j: continue lifes += self.items[m][n] if self.items[i][j]: if lifes==2 or lifes==3: new[i][j]=1 else: new[i][j]=0 else: if lifes==3: new[i][j]=1 for idx,narray in enumerate(new): self.items[idx] = narray def is_stable(self): if len(self.histroy)<self.histroySize: return False arr = [] for i in self.histroy: if i not in arr: arr.append(i) if len(arr)<10: return True def add_histroy(self, Items=None): arr = [] if Items==None: Items=self.items[:] for item in Items: b = 0 for i,n in enumerate(item[::-1]): b += n*2**i arr.append(b) self.histroy.append(arr) def drawCanvas(): global tv,rect tv = tk.Canvas(win, width=win.winfo_width(), height=win.winfo_height()) tv.pack(side = "top") for i in range(36): coord = 40, 40, 760, i*20 + 40 tv.create_rectangle(coord) coord = 40, 40, i*20 + 40, 760 tv.create_rectangle(coord) coord = 38, 38, 760, 760 tv.create_rectangle(coord,width=2) coord = 39, 39, 760, 760 tv.create_rectangle(coord,width=2) coord = 38, 38, 762, 762 tv.create_rectangle(coord,width=2) R,XY = 8,[50+i*20 for i in range(36)] rect = [[0]*36 for _ in range(36)] for i,x in enumerate(XY): for j,y in enumerate(XY): rect[i][j] = tv.create_rectangle(x-R,y-R,x+R,y+R,tags=('imgButton1')) tv.itemconfig(rect[i][j],fill='lightgray',outline='lightgray') tv.tag_bind('imgButton1','<Button-1>',on_Click) def drawLifes(): R,XY = 8,[50+i*20 for i in range(36)] if Life.running: for i,x in enumerate(XY): for j,y in enumerate(XY): if Life.items[i+1][j+1]: tv.itemconfig(rect[i][j],fill='green',outline='green') else: tv.itemconfig(rect[i][j],fill='lightgray',outline='lightgray') tv.update() Life.reproduce() if Life.is_stable(): Life.running = False if sum(sum(Life.items,[])): msgbox.showinfo('Message','生命繁殖與湮滅進入穩定狀態!!!') else: msgbox.showinfo('Message','生命全部湮滅,進入死亡狀態!!!') win.after(Life.runningSpeed, drawLifes) def StartLife(): if sum(sum(Life.items,[])): Life.histroy = [] Life.running = True else: msgbox.showinfo('Message','請點擊小方塊填入生命細胞,或者使用隨機功能!') def BreakLife(): Life.running = not Life.running if Life.running: Life.histroy.clear() Life.add_histroy() def RandomLife(): Life.rndinit() Life.running = True def ClearLife(): Life.running = False Life.histroy = [] Life.items = [[0]*38 for _ in range(38)] for x in range(36): for y in range(36): tv.itemconfig(rect[x][y],fill='lightgray',outline='lightgray') def on_Enter(event): tCanvas.itemconfig(tVisit, fill='magenta') def on_Leave(event): tCanvas.itemconfig(tVisit, fill='blue') def on_Release(event): url = 'https://blog.csdn.net/boysoft2002?type=blog' webbrowser.open(url, new=0, autoraise=True) def on_Click(event): x,y = (event.x-40)//20,(event.y-40)//20 if not Life.running: if Life.items[x+1][y+1]: tv.itemconfig(rect[x][y],fill='lightgray',outline='lightgray') else: tv.itemconfig(rect[x][y],fill='red',outline='red') Life.items[x+1][y+1] = not Life.items[x+1][y+1] def on_Close(): if msgbox.askokcancel("Quit","Do you want to quit?"): Life.running = False print(Copyright()) win.destroy() def Introduce(): txt = '''【生命遊戲】\n\n生存定律: (1)當前細胞為湮滅狀態時,當周圍有3個存活細胞時,則迭代後該細胞變成存活狀態(模擬繁殖)。 (2)當前細胞為存活狀態時,當周圍的鄰居細胞少於2個存活時,該細胞變成湮滅狀態(數量稀少)。 (3)當前細胞為存活狀態時,當周圍有3個以上的存活細胞時,該細胞變成湮滅狀態(數量過多)。 (4)當前細胞為存活狀態時,當周圍有2個或3個存活細胞時,該細胞保持原樣。''' return txt def Copyright(): return 'Lifes Game Ver1.0\nWritten by HannYang, 2022/08/01.' if __name__ == '__main__': win = tk.Tk() X,Y = win.maxsize() W,H = 1024,800 winPos = f'{W}x{H}+{(X-W)//2}+{(Y-H)//2}' win.geometry(winPos) win.resizable(False, False) win.title('生命遊戲 Ver1.0') win.update() drawCanvas() Life = Lifes() drawLifes() tLabel = tk.Label(win, width=30, height=20, background='lightgray') tLabel.place(x=780, y=38) tLabel.config(text='\n\n\n'.join((Introduce(),Copyright()))) tLabel.config(justify=tk.LEFT,anchor="nw",borderwidth=10,wraplength=210) bX,bY,dY = 835, 458, 50 tButton0 = tk.Button(win, text=u'開始', command=StartLife) tButton0.place(x=bX, y=bY+dY*0 ,width=120,height=40) tButton1 = tk.Button(win, text=u'暫停', command=BreakLife) tButton1.place(x=bX, y=bY+dY*1 ,width=120,height=40) tButton2 = tk.Button(win, text=u'隨機', command=RandomLife) tButton2.place(x=bX, y=bY+dY*2 ,width=120,height=40) tButton3 = tk.Button(win, text=u'清空', command=ClearLife) tButton3.place(x=bX, y=bY+dY*3 ,width=120,height=40) tCanvas = tk.Canvas(win, width=200, height=45) tCanvas.place(x=800,y=716) tVisit = tCanvas.create_text((88, 22), text=u"點此訪問Hann's CSDN主頁!") tCanvas.itemconfig(tVisit, fill='blue', tags=('btnText')) tCanvas.tag_bind('btnText','<Enter>',on_Enter) tCanvas.tag_bind('btnText','<Leave>',on_Leave) tCanvas.tag_bind('btnText','<ButtonRelease-1>',on_Release) win.protocol("WM_DELETE_WINDOW", on_Close) win.mainloop()
編譯命令
D:\> pyinstaller -F lifegame.pyw –noconsole
運行界面
使用簡介
在生存空間裡點擊方格種植細胞(甚至可以畫出你要表達的圖形),然後點擊開始;點下暫停鍵,則可以任意編輯生命圖形,再點開始繼續運行;點隨機鍵則由軟件隨機生成細胞位置;清空鍵可以在任何時候清空生存空間,進入暫停編輯狀態。
後續改進
Lifes類預留瞭histroy屬性,後續可以增加回退功能;代碼缺點是生存空間的行列被我寫死瞭,以後版本中可以改進成任意定義行列數;另一個缺點是對穩定狀態的判斷比較簡單,之後可以增加計算變化周期的功能。
優點就是可以任意編輯你的圖形,最後以一張自己的網名畫的圖作收尾:
前部分介紹性文字來源於百度百科等網絡資源
以上就是Python實現生命遊戲的示例代碼(tkinter版)的詳細內容,更多關於Python 生命遊戲的資料請關註WalkonNet其它相關文章!
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