簡介

元胞自動機（cellular automata) 是離散而抽象的計算系統。元胞自動機在時間和空間上是離散的，最小單位是簡單元胞（單元格）。每個元胞會產生有限數量的狀態集，后續元胞由其鄰域元胞的狀態確定。這里所說的領域元胞，是指當前元胞的前一個元胞(記作元胞A)以及元胞A左右兩個元胞。也就是說，鄰域元胞總共包含三個元胞。給定初始層的狀態，基于一定規則，我們可以不斷更新下一層元胞的狀態。通俗的講，元胞自動機就是基于一定規則的“繁衍機器”。

最簡單的例子

我們在控制臺演示元胞自動機程序。
這里，我們選取的元胞狀態只有兩種，分別為 0 和 1。每一層由 64 個元胞組成，若元胞狀態為 1，那么控制臺將打印星號(*)；如果元胞狀態為 0，那么控制臺將打印連字符(-)。也就是說，每一行由 64 個混合星號與連字符的圖案組成。
那么，我們如何確定每一行的狀態呢？

• 首先，我們要對第一行進行初始化操作。我們設置第 31 個元胞的狀態為 1、其余 63 個元胞的狀態為 0.
• 狀態更新規則：若當前元胞的前一個元胞的狀態為 1，或者前一個元胞的左右兩邊的元胞的狀態有且只有一個值為 1， 那么該元胞的狀態就為 1。反之，元胞的狀態設為 0。對于第一列和最后一列，我們只需分別考慮右元胞和左元胞即可。對于中間部分的元胞來說，若其領域元胞的狀態為[0,1,0]、[0,0,1]、[1,0,0]、[1,1,0]等狀態時，當前元胞的狀態就為 1。
  實現效果如下：
  

import timedef print_seq(seq, speed=0.5):for item in seq:if item:print('*', end='')else:print('-', end='')print('')time.sleep(speed)class Cell:def __init__(self, deepth=31):self.ca = [0 if i != 31 else 1 for i in range(64)]self.ca_new = []self.deepth = deepthdef process(self):print_seq(self.ca)for i in range(self.deepth):self._rule()print_seq(self.ca_new)self.ca = self.ca_newself.ca_new = []def _rule(self):for i in range(64):if 0 < i < 63:if self.ca[i - 1] == self.ca[i + 1]:self.ca_new.append(0)else:self.ca_new.append(1)elif i == 0:if self.ca[1]:self.ca_new.append(1)else:self.ca_new.append(0)else:if self.ca[62]:self.ca_new.append(1)else:self.ca_new.append(0)def main():cell = Cell()cell.process()if __name__ == '__main__':main()

總結

以上是生活随笔為你收集整理的Python 实现最简单的元胞自动机的全部內容，希望文章能夠幫你解決所遇到的問題。

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