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JavaScript实现康威生命游戏

演示demo

生命游戏

定义

康威生命游戏(英语:Conway's Game of Life),又称康威生命棋,是英国数学家约翰·何顿·康威在1970年发明的细胞自动机。 它最初于1970年10月在《科学美国人》杂志上马丁·葛登能的“数学游戏”专栏出现。

规则

生命游戏中,对于任意细胞,规则如下:

  • 每个细胞有两种状态 - 存活或死亡,每个细胞与以自身为中心的周围八格细胞产生互动(黑色为存活,白色为死亡)
  • 当前细胞为存活状态时,当周围的存活细胞低于2个时(不包含2个),该细胞变成死亡状态。(模拟生命数量稀少)
  • 当前细胞为存活状态时,当周围有2个或3个存活细胞时,该细胞保持原样。
  • 当前细胞为存活状态时,当周围有超过3个存活细胞时,该细胞变成死亡状态。(模拟生命数量过多)
  • 当前细胞为死亡状态时,当周围有3个存活细胞时,该细胞变成存活状态。(模拟繁殖)

可以把最初的细胞结构定义为种子,当所有在种子中的细胞同时被以上规则处理后,可以得到第一代细胞图。按规则继续处理当前的细胞图,可以得到下一代的细胞图,周而复始。

规则用代码表示

// 假如有个生命
var a = { x: 4, y: 4 }
// 周围存活数为
var n = neighborLifeNumber();

// 当前细胞为存活状态时,当周围的存活细胞低于2个时(不包含2个),该细胞变成死亡状态。
if (n < 2 && a.isLeft) {
    a.isLeft = false;
}

// 当前细胞为存活状态时,当周围有2个或3个存活细胞时,该细胞保持原样
if (n === 2 || n === 3 && a.isLeft) {
    // 什么也不做
}

// 当前细胞为存活状态时,当周围有超过3个存活细胞时,该细胞变成死亡状态。(模拟生命数量过多)
if (n > 3 && a.isLeft) {
    a.isLeft = false;
}


// 当前细胞为死亡状态时,当周围有3个存活细胞时,该细胞变成存活状态。(模拟繁殖)
if (n >= 3 && !a.isLeft) {
    a.isLeft = true;
}
复制代码

核心算法就是

  • 假设现存的生命为 left
  • 根据 left 算计出邻居生命 neighbor (这里面有很多重复的生命)
  • 算出 neighbor 生命出现的次数并去重,得出 frequency
  • 从 frequency 过滤出现3次的生命得出 newLife(因为不管是死是活都会在下一轮转为活)
  • 从 frequency 过滤出现2次的生命得出 countIsTwo
  • 从 countIsTwo 、 left 算出同时出现的生命 nowlife ,这个是旧left因为有2个邻居而活下来的生命
  • 合并 newLife 、 nowlife得出下一轮活的生命

github 地址

github.com/bzw875/Game…

完整代码

// 怎么使用
new CellLife({
  width: 100, // 网格宽度
  height: 100, // 网格高度
  initialNumber: 500, // 初始化生命个数
  cycleTime: 200, // 生命更新毫秒数
  box: document.getElementById('root') // dom
});

// 构造类
class CellLife {
  constructor(options) {
    const {
      width,
      height,
      cycleTime,
      initialNumber,
      box
    } = options;
    this.width = width;
    this.height = height;
    this.cycleTime = cycleTime;
    this.initialNumber = initialNumber;
    this.box = box;

    this.life = this.createCellByRandom();
    this.createCheckerboard();
  }
  tick(callback) {
    var newLife = this.updateCell();
    callback(newLife);
    if (newLife.length === 0) {
      callback([]);
    }
  }

  updateCell() {
    const neighbor = this.findNeighbor(this.life);
    const frequency = this.countFrequency(neighbor, this.life);
    const newLife = this.filterCountIsThree(frequency);
    const countIsTwo = this.filterCountIsTwo(frequency);
    const nowlife = this.mergeNewLifeAndSurvive(newLife, countIsTwo, this.life);
    this.life = nowlife;
    return nowlife;
  }

  createCellByRandom() {
    const life = new Set();
    while (life.size < this.initialNumber) {
      life.add({
        x: Math.floor(Math.random() * this.width),
        y: Math.floor(Math.random() * this.height)
      });
    }
    return [...life];
  }

  findNeighbor(life) {
    const allNeighbor = [];
    life.forEach(cell => allNeighbor.push(...this.neighborCell(cell.x, cell.y)));
    return allNeighbor;
  }

  neighborCell(self_x, self_y) {
    const neighbor = [];
    const that = this;
    [-1, 0, 1].forEach(function(i) {
      [-1, 0, 1].forEach(function(j) {
        const x = self_x + i;
        const y = self_y + j;
        if (that.isValidCell(x, y, self_x, self_y)) {
          neighbor.push({
            x,
            y
          });
        }
      });
    });
    return neighbor;
  }

  isValidCell(x, y, self_x, self_y) {
    return x >= 0 && y >= 0 && x < this.width && y < this.height && (self_x !== x || self_y !== y);
  }

  countFrequency(neighbor) {
    var mapCell = {};
    const frequency = [];
    var len = neighbor.length;
    for (var i = 0; i < len; i++) {
      var ele = neighbor[i];
      var sameEle = mapCell[ele.x + '' + ele.y];
      if (sameEle) {
        sameEle.count += 1;
      } else {
        sameEle = {
          x: ele.x,
          y: ele.y,
          count: 1
        };
        mapCell[ele.x + '' + ele.y] = sameEle;
        frequency.push(sameEle);
      }
    }
    mapCell = null;
    return frequency;
  }

  filterCountIsThree(frequency) {
    return frequency.filter(cell => cell.count === 3);
  }

  filterCountIsTwo(frequency) {
    return frequency.filter(cell => cell.count === 2);
  }

  mergeNewLifeAndSurvive(newLife, countIsTwo, life) {
    var len,
      ele,
      mapCell = {},
      survive = [];


    len = life.length;
    for (var i = 0; i < len; i++) {
      ele = life[i];
      mapCell[ele.x + '' + ele.y] = ele;
    }


    len = countIsTwo.length;
    for (var i = 0; i < len; i++) {
      ele = countIsTwo[i];
      if (mapCell[ele.x + '' + ele.y]) {
        survive.push(ele);
      }
    }

    return [...newLife, ...survive];
  }
  createCheckerboard() {
    var td = new Array(this.height + 5).join('<tr>' + (new Array(this.width + 5)).join('<td></td>') + '</tr>');
    var table = '<table><tbody>' + td + '</tbody></table>';
    this.box.innerHTML = table;

    var table = this.box.querySelector('tbody');
    var tds = table.querySelectorAll('td');
    var trs = table.querySelectorAll('tr');

    clearInterval(this.timer);
    this.timer = setInterval(() => {
      this.tick(life => {

        tds.forEach((ele, i) => {
          ele.className = '';
        });

        for (var i = 0, len = life.length; i < len; i++) {
          var cell = life[i];
          trs[cell.y + 2].children[cell.x + 2].className = 'life';
        }
        if (life.length === 0) {
          clearInterval(this.timer);
        }

      });

    }, this.cycleTime);
  }

  destroy() {
    this.box.innerHTML = '';
    clearInterval(this.timer);
  }
}
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