书名：代码本色：用编程模仿自然体系
作者：Daniel Shiffman
译者：周晗彬
ISBN：978-7-115-36947-5
第7章目录
先把握用Processing Sketch创建和可视化Wolfram CA模子的方法。
7.3 怎样编写初等细胞主动机
1、数组表现CA
- 你大概会想：“我知道模仿细胞的思绪，它有一些属性（状态、迭代次数、邻人细胞和在屏幕上的像素位置）。除此之外，它可能另有一些功能（表现自身、产生新状态）……”如许的思绪是精确的
- 但我们不想采取这种方法。在本章的反面，我们会讨论面向对象方法在CA模仿上的告急性；但在最开始，本例可以使用更低级的数据结构。毕竟，这个初等CA只是由“0和1”构成的状态列表，我们可以用一个数组表现CA的一次迭代。
int[] cells = {1,0,1,0,0,0,0,1,0,1,1,1,0,0,0,1,1,1,0,0};为了绘制这个数组，我们可以根据元素的状态填充对应的颜色。
for (int i = 0; i < cells.length; i++) { 遍历每个细胞 if (cell == 0) fill(255); else fill(0); 根据状态（0或1）填充细胞颜色 stroke(0); rect(i*50,0,50,50);}2、当前要做的事
如今，我们用数组形貌一次迭代（只思量“当前”的迭代）的细胞状态，下面还要引入计算下一次迭代的机制。我们先用伪代码表现当前要做的事。
对数组中的每个细胞：
- 获取邻人的状态——左右双方的细胞和自身的状态；
- 根据先前设定的规则查询新的状态；
- 把细胞的状态设为新值。
for (int i = 0; i < cells.length; i++) { 对数组中的每个细胞 ...... int left = cell[i-1]; 获取邻人的状态 int middle = cell; int right = cell[i+1]; int newstate = rules(left,middle,right); 根据先前设定的规则查询新的状态 cell = newstate; 把细胞的状态设为新值}3、怎样处理处罚没有左右邻人的界限细胞？
如今有3种办理方案可供选择。
- 1.让界限细胞的状态是常量。
这大概是最简朴的方案，我们不须要管任何界限细胞，只需让它们保持常量状态（0或1）。
- 2.界限围绕。
把CA想象成一张纸条，把纸条两头相连，变成一个环。如此一来，最左边的细胞和最右边细胞就成了邻人，反过来也是如此。用这种方法我们可创建出无穷网格的形状，这大概也是最常用的办理方案。
- 3.界限细胞有特别的邻人和计算规则。
我们可以将界限细胞区别对待，为其创建特别的规则：让它们只有两个邻人。在某些情况下，你可能会这么做，但是在本例中，这么做会引入很多额外代码，收益却很少
为了让代码尽可能地易读易明确，我们采取第一种方案：直接略过界限细胞，让它们的状态保持常量。这种方案的实现很简朴，只须要让循环从下标1开始，并提前一个元素竣事：
for (int i = 1; i < cells.length-1; i++) { 忽略第一个和最后一个细胞 int left = cell[i-1]; int middle = cell; int right = cell[i+1]; int newstate = rules(left,middle,right); cell = newstate;}4、使用两个数组
上面代码看起来并没有错误：一旦我们得到新状态，确实须要将它赋给当前细胞。但在下一次迭代中，你会发现一个严峻的毛病。会覆盖当前代的状态。
这个标题标办理方案是：使用两个数组，一个数组用于生存当前代的状态，另一个数组用于生存下一代的状态。
int [] newcells = new int[cells.length]; 用另一个数组生存下一代状态for (int i = 1; i < cells.length-1; i++) { int left = cell[i-1]; 从当前数组获取细胞状态 int middle = cell; int right = cell[i+1]; int newstate = rules(left,middle,right); newcells = newstate; 在新数组中生存新状态}处理处罚完数组的每个元素后，我们就可以抛弃旧的数组，让它的值便是新数组。
cells = newcells; 新一代状态变成了当前代状态
5、rules()函数
- 这个函数的功能是根据邻人（左边、自身和右边的细胞）计算当前细胞的新状态。它的返回值是一个整数（0或1），有3个参数（3个邻人）。
- 起首，我们须要建立规则的存储方式。
我们可以用数组存储这些规则。
int[] ruleset = {0,1,0,1,1,0,1,0};然后：
if (a == 1 && b == 1 && c == 1) return ruleset[0];
- 如果左边、自身和右边细胞的状态都为1，函数就返回组合“111”对应的效果，也就是规则数组中的第一个元素。下面，我们用这种方法实现所有可能的组合：
int rules (int a, int b, int c) { if (a==1 && b == 1 && c == 1) return ruleset[0]; else if (a == 1 && b == 1 && c == 0) return ruleset[1]; else if (a == 1 && b == 0 && c == 1) return ruleset[2]; else if (a == 1 && b == 0 && c == 0) return ruleset[3]; else if (a == 0 && b == 1 && c == 1) return ruleset[4]; else if (a == 0 && b == 1 && c == 0) return ruleset[5]; else if (a == 0 && b == 0 && c == 1) return ruleset[6]; else if (a == 0 && b == 0 && c == 0) return ruleset[7]; return 0; 为了让函数的定义正当，必须加上这个返回值，固然我们知道不可能出现不符合这8种情况}
- 我喜好这种实现方式，由于它把每种邻人组合都形貌清楚了。但这不是一个好方案。
如果CA中的细胞有4种可能的状态（0~3），如许就会有64种可能的邻人状态组合；
如果有10种可能的状态，邻人细胞的状态组合将到达1000种。我们肯定不想输入1000行如许的代码！
6、另一种办理方案
另一种办理方案有点难以明确，就是把邻人状态的组合（3位二进制数）转换成一个寻常整数，并把该值作为规则数组的下标。实现方式如下：
int rules (int a, int b, int c) { String s = "" + a + b + c; 将3位转化为字符串 int index = Integer.parseInt(s,2); 第二个参数“2”告诉parseInt()函数要把s当成二进制数 return ruleset[index];}7、CA类
class CA { int[] cells; 我们须要两个数组，一个用来存放细胞，另一个用来存放规则 int[] ruleset; CA() { cells = new int[width]; ruleset = {0,1,0,1,1,0,1,0}; 随意选取规则90 for (int i = 0; i < cells.length; i++) { cells = 0; } cells[cells.length/2] = 1; 除了中央的细胞以状态1开始，别的所有细胞都从状态0开始 } void generate() { int[] nextgen = new int[cells.length]; 计算下一代状态 for (int i = 1; i < cells.length-1; i++) { int left = cells[i-1]; int me = cells; int right = cells[i+1]; nextgen = rules(left, me, right); } cells = nextgen; } int rules (int a, int b, int c) { 在规则会集查询新状态 String s = "" + a + b + c; int index = Integer.parseInt(s,2); return ruleset[index]; }} |
