python实现生命游戏的示例代码(Game of Life)

### Python 实现的生命游戏(Game of Life) #### 一、引言 生命游戏（Game of Life）是一种零玩家的策略游戏，由英国数学家约翰·何顿·康威于1970年发明。游戏规则简单但演化过程复杂，能够产生各种各样的模式，因此在计算机科学、数学以及生物学等领域具有广泛的研究价值。本文将详细介绍如何使用Python语言来实现这一经典游戏，并且特别强调的是，本示例代码不依赖任何第三方库，通过纯Python实现，降低了学习门槛。 #### 二、生命游戏的基本规则 生命游戏在一个二维网格上进行，每个格子有两种状态：活着或死亡。每个格子的下一个状态由当前格子及其周围八个邻居的状态共同决定： 1. **任何活细胞周围有少于两个活邻居，则该细胞死亡**（由于“孤独”）。 2. **任何活细胞周围有两个或三个活邻居，则该细胞保持生存**。 3. **任何活细胞周围有超过三个活邻居，则该细胞死亡**（由于“过度拥挤”）。 4. **任何死细胞周围正好有三个活邻居，则该细胞变为活状态**（由于“繁殖”）。 #### 三、代码实现详解 ##### 1. 模型定义 - **Cell 类**：表示单个细胞，包含位置坐标、存活状态等属性，以及设置存活/死亡状态的方法。 ```python class Cell(object): def __init__(self, pos): self.point, self.is_alive = pos, False self.x, self.y = self.point def setAlive(self): self.is_alive = True def setDied(self): self.is_alive = False def display(self): return '*' if self.is_alive else '' def displayLinux(self): return '\033[0;37;47m\033[0m' if self.is_alive else '\033[0;30;40m\033[0m' ``` - **GameManager 类**：管理整个游戏的运行，包括初始化世界、设置初始状态、获取邻居数量等方法。 ```python class GameManager(object): def __init__(self): self.world = self.initWorld() self.initAliveCell() def initWorld(self): world = [] for pos_x in range(WORLD_WIDE): column = [Cell((pos_x, pos_y)) for pos_y in range(WORLD_HIGH)] world.append(column) return world def initAliveCell(self): from random import choice for high in self.world: for cell in high: if choice((0, 1)) == 0: continue cell.setAlive() def getNeighbours(self, cell_obj): alive_count = 0 for x_off in range(-1, 2): for y_off in range(-1, 2): c_x, c_y = cell_obj.x + x_off, cell_obj.y + y_off if ((c_x, c_y) == cell_obj.point) or \ (c_x < 0 or c_x >= WORLD_WIDE) or \ (c_y < 0 or c_y >= WORLD_HIGH): continue if self.world[c_x][c_y].is_alive: alive_count += 1 return alive_count def display(self): print('=' * WORLD_WIDE) for index in range(WORLD_HIGH): print(''.join([high[index].displayLinux() for high in self.world])) print('=' * WORLD_WIDE) def gameStart(self): while True: self.display() new_world = deepcopy(self.world) for p_x, wide_list in enumerate(self.world): for p_y, _ in enumerate(wide_list): current_cell = new_world[p_x][p_y] nei_num = self.getNeighbours(current_cell) if nei_num == ALIVE_CON: current_cell.setAlive() elif nei_num != KEEP_CON: current_cell.setDied() self.world = new_world sleep(0.2) ``` ##### 2. 运行与展示 - 初始化游戏并启动游戏循环。 ```python if __name__ == '__main__': world = GameManager() try: world.gameStart() except KeyboardInterrupt: pass ``` #### 四、代码解读 1. **Cell 类**：每个细胞对象都有自己的位置和存活状态，提供了`setAlive()`和`setDied()`方法来改变状态，以及`display()`和`displayLinux()`方法用于在控制台显示细胞的状态。 2. **GameManager 类**： - `initWorld()`：创建一个宽为`WORLD_WIDE`、高为`WORLD_HIGH`的世界。 - `initAliveCell()`：随机初始化一部分细胞为活状态。 - `getNeighbours()`：计算一个细胞周围的活细胞数量。 - `display()`：显示当前世界的状态。 - `gameStart()`：启动游戏循环，不断更新世界的下一个状态并显示。 3. **运行**：在主函数中实例化`GameManager`对象并调用`gameStart()`方法启动游戏。 #### 五、扩展思考 - 如何优化代码结构以提高可读性和可维护性？ - 能否引入其他外部库如`pygame`来实现更丰富的图形界面？ - 在实际应用中，生命游戏可以用来模拟哪些自然现象？ 以上是关于Python实现生命游戏的一个示例代码的详细介绍。通过这个简单的例子，我们可以深入理解生命游戏的规则，并掌握如何使用Python来实现这样一个游戏。此外，对于初学者来说，这种不依赖第三方库的实现方式更加易于理解和学习。