——前文再續(xù)，書接上一回

ABM編程基礎(chǔ)：元胞自動(dòng)機(jī)

元胞自動(dòng)機(jī)

元胞自動(dòng)機(jī)建模的要是有如下四個(gè)：

空間網(wǎng)格

鄰域

狀態(tài)集合

在元胞自動(dòng)機(jī)中，每個(gè)元胞都有一個(gè)狀態(tài)，這個(gè)狀態(tài)可以是一個(gè)數(shù)字、一個(gè)字母、一個(gè)顏色等等。狀態(tài)集合是元胞的狀態(tài)的集合，它可以是一個(gè)有限的集合，也可以是一個(gè)無限的集合。狀態(tài)集合的大小取決于元胞的形狀和拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)。

演化規(guī)則

整個(gè)過程還是比較有意思的，大家可以自己去試試。

全部演算過程如下：

注意，因?yàn)槲疫@里的初始化條件是隨機(jī)的，所以你運(yùn)行的結(jié)果在細(xì)節(jié)上可能和我的不一樣，但是整體的趨勢是一致的。

生命游戲的代碼實(shí)現(xiàn)

pip install agentpy

唯一問題是這個(gè)包自2021之后一個(gè)版本更新之后，就挺了兩年多了，雖然現(xiàn)在基礎(chǔ)功能足夠用了，但是沒有更新的東西的總是讓人覺得有點(diǎn)懸。

不過我們也就是用他的engine，所以更新不更新就不重要了。

import agentpy as ap

import matplotlib.pyplot as plt
import seaborn as sns
import IPython
# 解決繪圖中的中文亂碼問題
plt.rcParams['font.sans-serif'] = ['SimHei'] 
plt.rcParams['axes.unicode_minus'] = False 

# 定義模型
class LifeGameModel(ap.Model):
    def setup(self):
        # 初始化參數(shù)
        self.p = {
            'size': 50,
            'density': 0.1,
            'steps': 100,
        }

        # 初始化細(xì)胞數(shù)量
        cell_init_size = int(self.p['size'] * self.p['size'])
        # 創(chuàng)建agent
        cells = self.agents = ap.AgentDList(self, cell_init_size)

        # 創(chuàng)建空間網(wǎng)格
        self.space = ap.Grid(self, [self.p['size']] * 2, track_empty=True)
        self.space.add_agents(cells, random=True, empty=True)

        # 初始化細(xì)胞狀態(tài)
        self.agents.condition = 0

        # 隨機(jī)選擇一些細(xì)胞作為初始活細(xì)胞,選取數(shù)量為預(yù)設(shè)的密度
        initial_live_cells = self.random.sample(self.agents, int(cell_init_size * self.p['density']))
        for cell in initial_live_cells:
            cell.condition = 1

    def step(self):
        # 計(jì)算規(guī)則：獲取所有細(xì)胞，然后計(jì)算每個(gè)細(xì)胞的鄰居的信息
        #元胞旁邊的8個(gè)元胞中，
        # 如果有3個(gè)元胞是存活的，那么這個(gè)元胞就會(huì)變成存活的。
        # 如果有2個(gè)元胞是存活的，那么這個(gè)元胞就會(huì)保持原來的狀態(tài)。
        # 如果少于2個(gè)元胞是存活的，那么這個(gè)元胞就會(huì)變成死亡的。
        # 如果多于3個(gè)元胞是存活的，那么這個(gè)元胞就會(huì)變成死亡的
        live_cells = self.agents.select(self.agents.condition > -1)
        for live_c in live_cells:
            live_neighbors = self.space.neighbors(live_c)
            # 計(jì)算每個(gè)元胞的鄰居的信息，需要知道活著的鄰居的數(shù)量
            live_neighbors_count = 0
            for ne in live_neighbors.to_list():
                if ne.condition ==1:
                    live_neighbors_count += 1
            
            if live_neighbors_count < 2 or live_neighbors_count > 3:
                live_c.condition = 0
            elif live_neighbors_count == 3:
                live_c.condition = 1
            else:
                live_c.condition = live_c.condition

        if self.t >= self.p['steps']:
            self.stop()
    
    def end(self):
        # 在模擬結(jié)束時(shí)，打印最終的細(xì)胞狀態(tài)
        print("Simulation ended. Final cell states:")
        for cell in self.agents:
            print(cell.condition, end=' ')
        print()

# 可視化過程，agentpy內(nèi)置了seaborn的擴(kuò)展，可以自動(dòng)生成動(dòng)態(tài)可視化效果
def animation_plot(model, ax):
    attr_grid = model.space.attr_grid('condition')
    color_dict = {0:'#F3F3F3', 1:'#d62c2c'}
    ap.gridplot(attr_grid, ax=ax, color_dict=color_dict, convert=True)
    ax.set_title(f"生命游戲模擬\n"
                 f"模擬步數(shù): {model.t}, 存活的細(xì)胞數(shù)量: "
                 f"{len(model.agents.select(model.agents.condition == 1))}")

fig, ax = plt.subplots() 
model = LifeGameModel()
animation = ap.animate(model, fig, ax, animation_plot)
IPython.display.HTML(animation.to_jshtml(fps=15))

我這里是用jupyter來進(jìn)行演示的，所以沒有main函數(shù)，如下所示：

有同學(xué)推薦我在后面加福利，作為我的logo……

真正的男生減速帶：