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康威生命游戏(细胞自动机)C# 控制台


规则(来自百度百科,康威生命游戏词条)

游戏开始时,每个细胞随机地设定为“生”或“死”之一的某个状态。然后,根据某种规则,计算出下一代每个细胞的状态,画出下一代细胞的生死分布图。
应该规定什么样的迭代规则呢?需要一个简单的,但又反映生命之间既协同又竞争的生存定律。为简单起见,最基本的考虑是假设每一个细胞都遵循完全一样的生存定律;再进一步,把细胞之间的相互影响只限制在最靠近该细胞的8个邻居中。
也就是说,每个细胞迭代后的状态由该细胞及周围8个细胞状态所决定。作了这些限制后,仍然还有很多方法来规定“生存定律”的具体细节。例如,在康威的生命游戏中,规定了如下生存定律。
(1)当前细胞为死亡状态时,当周围有3个存活细胞时,则迭代后该细胞变成存活状态(模拟繁殖);若原先为生,则保持不变。
(2)当前细胞为存活状态时,当周围的邻居细胞低于两个(不包含两个)存活时,该细胞变成死亡状态(模拟生命数量稀少)。
(3)当前细胞为存活状态时,当周围有两个或3个存活细胞时,该细胞保持原样。
(4)当前细胞为存活状态时,当周围有3个以上的存活细胞时,该细胞变成死亡状态(模拟生命数量过多)。

控制台实现的关键接口

设置控制台游标的函数:public static void SetCursorPosition (int left, int top); 其中left参数是列,top参数是行。

设置控制台背景色的属性:public static ConsoleColor BackgroundColor { get; set; } 黑色用来表示生存的细胞,白色用来表示死亡的细胞。

代码实现

using System; using System.Threading;  namespace CellularAutomata {     class Program     {         private static int gridRowCol = 32;         private static Cell[,] grid = new Cell[gridRowCol, gridRowCol];         private static int sleepMs = 33;         private static int initAlivePossibility = 4; // 4 means 1/4          static void Main(string[] args)         {             try             {                 Init();                 // Main loop                 while (true)                 {                     Update();                     Thread.Sleep(sleepMs);                 }             }             catch (Exception e)             {                 Console.WriteLine(e);                 Console.ReadKey();             }         }          private static void Init()         {             // Set Console Size             Console.BufferHeight = 256;             Console.BufferWidth = 256;             Console.WindowWidth = 256;             Console.WindowHeight = 80;              Random random = new Random();             for (int i = 0; i < grid.GetLength(0); i++)             {                 for (int j = 0; j < grid.GetLength(1); j++)                 {                     grid[i, j] = new Cell();                     int value = random.Next(0, initAlivePossibility);                     if (value == 0)                     {                         grid[i, j].Value = true;                     }                     else                     {                         grid[i, j].Value = false;                     }                 }             }         }          private static void Update()         {             for (int i = 0; i < grid.GetLength(0); i++)             {                 for (int j = 0; j < grid.GetLength(1); j++)                 {                     int aliveCount = NeighborAliveCount(i, j);                      if (grid[i, j].Value) // Alive                     {                         if (aliveCount < 2 || aliveCount > 3)                         {                             grid[i, j].Value = false;                         }                     }                     else // Death                     {                         if (aliveCount == 3)                         {                             grid[i, j].Value = true;                         }                     }                      if (grid[i, j].Value)                     {                         SetAlive(i, j);                     }                     else                     {                          SetDeath(i, j);                     }                 }             }         }          private static int NeighborAliveCount(int i, int j)         {             int count = 0;             for (int m = i - 1; m <= i + 1; m++)             {                 for (int n = j - 1; n <= j + 1; n++)                 {                     if (m == i && n == j) continue;                     if (m < 0 || m >= grid.GetLength(0)) continue;                     if (n < 0 || n >= grid.GetLength(1)) continue;                     if (grid[m, n].Value) count++;                 }             }              return count;         }          private static void SetAlive(int i, int j)         {             string aliveStr = "  ";             Console.SetCursorPosition(j * aliveStr.Length, i);             Console.BackgroundColor = ConsoleColor.Black;             Console.Write(aliveStr);         }          private static void SetDeath(int i, int j)         {             string deathStr = "  ";             Console.SetCursorPosition(j * deathStr.Length, i);             Console.BackgroundColor = ConsoleColor.White;             Console.Write(deathStr);         }     }      public class Cell     {         public bool Value { get; set; }     } }

 完整代码:https://github.com/jingjiangtao/CellularAutomata

Cell类是细胞类,其中有一个bool属性Value,true表示存活,false表示死亡。将细胞单独写成类而不是一个bool值是为了后续可能的扩展。

grid变量是一个二维数组,代表格子,大小可以通过gridRowCol设置,默认32,不宜太大。

sleepMs变量是循环之间的间隔时间,单位是毫秒,默认33ms.

initAlivePossibility变量决定格子中的细胞初始化时存活的概率,计算方式为 1/initAlivePossibility,如initAlivePossibility=4,表示初始化时每个细胞的存活概率是1/4.

Main()函数中先初始化了格子中的细胞和控制台大小。设置控制台大小这一步可能会抛出越界异常,如果出现的话需要修改这个值。 接着是主循环,每次循环的间隔是sleepMs。

Update()就是实现规则的函数。

NeighborAliveCount()函数获取指定细胞的相邻细胞存活数。

SetAlive()函数和SetDeath()函数设置控制台上的显示。

 

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