17-2. ライフゲーム（正方形、HighLife）

人工生命 / ライフゲーム

2019/05/27

やること
参考文献
基本ルールと変則ルール
実行環境
ソースコード
自己複製を実行してみる
まとめ

やること

ライフゲームには様々なバリエーションがあります。今回はHighLifeと呼ばれるルールを試してみましょう。

参考文献

HighLifeについてはWikipediaを、

OCA:HighLife - LifeWiki

変則ルールについてはこちらの動画も魅力的にまとまっています。

もうひとつのライフゲーム Life-like cellular automata - ニコニコ動画

もうひとつのライフゲーム Life-like cellular automata ライフゲームのバリエーション HighLife, Replicator, Day & Night, 2x2 の紹介です参考・引用元LifeWik...

基本ルールと変則ルール

17-1で用いた基本ルールはこちらで、この条件に当てはまらない場合は死となります。

	次のステップでの生存条件
生存セル	隣接する８セルのうち生存セルが２、３個
死セル	隣接する８セルのうち生存セルが３個

このルールを23/3と表現したとき、他に23/36ルールや34/34ルールといった変則ルールが有名なようです。

23/36ルール（HighLifeとも呼ばれる）

	次のステップでの生存条件
生存セル	隣接する８セルのうち生存セルが２、３個
死セル	隣接する８セルのうち生存セルが３、６個

34/34ルール

	次のステップでの生存条件
生存セル	隣接する８セルのうち生存セルが３、４個
死セル	隣接する８セルのうち生存セルが３、４個

34678/3678ルール（Day and Nightとも呼ばれる）

	次のステップでの生存条件
生存セル	隣接する８セルのうち生存セルが３、４、６、７、８個
死セル	隣接する８セルのうち生存セルが３、６、７、８個

実行環境

どちらかを用いますが、WinPythonをおすすめします。WinPythonでは図が紙芝居のようにパラパラ流れて見やすいですが、Colabではスクロールする必要があり見づらいです。

Colabにも対応しました！（推奨）

WinPython3.6をおすすめしています。

WinPython - Browse /WinPython_3.6/3.6.7.0 at SourceForge.net

Portable Scientific Python 2/3 32/64bit Distribution for Windows

Google Colaboratoryが利用可能です。

Google Colab

ソースコード

基本的には17-1の記事のソースコードに、死んだセルの誕生条件を１行書き加えただけです。初期状態の設定も今回のテーマに合わせて書き換えています。

↓WinPythonコード

import numpy as np
import numpy.random as nr
import matplotlib.pyplot as plt

#============================
#初期状態の設定
#============================

#高さ、幅
h, w = 81, 81

#任意の状態を用意
state = np.array([[1,1,1,0,0],
                  [1,0,0,1,0],
                  [1,0,0,0,1],
                  [0,1,0,0,1],
                  [0,0,1,1,1]])

#フィールドのどこに置くか（左上点を指定）
p = (38, 38)

#終了ステップ数
max_step = 200

#============================
#メイン処理
#============================

#フィールドの生成
f = np.zeros((h, w), dtype=bool)

#任意の状態を置く
f[p[0]:p[0]+len(state), p[1]:p[1]+len(state[0])] = state

#初期状態の表示
plt.figure(figsize=(10, 10))
plt.imshow(f, cmap='inferno')
#plt.savefig('save/{}.png'.format(0), bbox_inches='tight', pad_inches=0)
plt.show(), print()

#状態の更新
for i in range(1, max_step + 1):
    
    #周囲の生存マス数を記録するための配列
    mask = np.zeros((h, w))
    
    #周囲の生存マスを足し込む
    mask[1:, :] += f[:-1, :] #上
    mask[:-1, :] += f[1:, :] #下
    mask[:, 1:] += f[:, :-1] #左
    mask[:, :-1] += f[:, 1:] #右
    mask[1:, 1:] += f[:-1, :-1] #左上
    mask[1:, :-1] += f[:-1, 1:] #右上
    mask[:-1, 1:] += f[1:, :-1] #左下
    mask[:-1, :-1] += f[1:, 1:] #右下
    
    #未来のフィールド（すべて死状態）
    future = np.zeros((h, w), dtype=bool)
    
    #生きているマスが生きる条件（＝生存）
    future[mask*f==2] = 1
    future[mask*f==3] = 1
    #死んでいるマスが生きる条件（＝誕生）
    future[mask*~f==3] = 1
    future[mask*~f==6] = 1 #ここ追加しましたよ
    
    #フィールドの更新（浅いコピーに注意）
    f = future
    
    #表示
    plt.figure(figsize=(10, 10))
    plt.imshow(f, cmap='inferno')
    #plt.savefig('save/{}.png'.format(i), bbox_inches='tight', pad_inches=0)
    plt.show(), print()

↓Colabコード

import numpy as np
import numpy.random as nr
import matplotlib.pyplot as plt
from matplotlib import animation, rc

#============================
#初期状態の設定
#============================

#高さ、幅
h, w = 81, 81

#任意の状態を用意
state = np.array([[1,1,1,0,0],
                  [1,0,0,1,0],
                  [1,0,0,0,1],
                  [0,1,0,0,1],
                  [0,0,1,1,1]])

#フィールドのどこに置くか（左上点を指定）
p = (38, 38)

#終了ステップ数
max_step = 200

#============================
#メイン処理
#============================

#フィールドの生成
f = np.zeros((h, w), dtype=bool)

#任意の状態を置く
f[p[0]:p[0]+len(state), p[1]:p[1]+len(state[0])] = state

#画像をスタックする配列の準備
fig = plt.figure()
#fig = plt.figure(figsize=(10, 10))
ims = []

#初期状態の表示（スタック）
im = plt.imshow(f, cmap='inferno')
ims.append([im])

#状態の更新
for i in range(1, max_step + 1):
    
    #周囲の生存マス数を記録するための配列
    mask = np.zeros((h, w))
    
    #周囲の生存マスを足し込む
    mask[1:, :] += f[:-1, :] #上
    mask[:-1, :] += f[1:, :] #下
    mask[:, 1:] += f[:, :-1] #左
    mask[:, :-1] += f[:, 1:] #右
    mask[1:, 1:] += f[:-1, :-1] #左上
    mask[1:, :-1] += f[:-1, 1:] #右上
    mask[:-1, 1:] += f[1:, :-1] #左下
    mask[:-1, :-1] += f[1:, 1:] #右下
    
    #未来のフィールド（すべて死状態）
    future = np.zeros((h, w), dtype=bool)
    
    #生きているマスが生きる条件（＝生存）
    future[mask*f==2] = 1
    future[mask*f==3] = 1
    #死んでいるマスが生きる条件（＝誕生）
    future[mask*~f==3] = 1
    future[mask*~f==6] = 1 #ここ追加しましたよ
    
    #フィールドの更新（浅いコピーに注意）
    f = future
    
    #表示
    #表示（スタック）
    im = plt.imshow(f, cmap='inferno')
    ims.append([im])

#アニメーション表示の準備
print('making animation......')
print('len(ims) = ' + str(len(ims)))
ani = animation.ArtistAnimation(fig, ims, interval=50, blit=True)

#ここにアニメを表示する場合はこちらを有効に
rc('animation', html='jshtml')
ani

#.gifや.mp4を保存する場合はこちらを有効に
#ani.save('aaa.gif', writer='imagemagick',fps=40)
#ani.save('bbb.mp4', writer="ffmpeg")