康威生命游戏的规则

注意:如果你已经熟悉康威生命游戏及其规则,可以跳过本节!

维基百科对康威生命游戏的规则进行了很好的描述

生命游戏的宇宙是一个无限的二维正交网格,由方形细胞组成,每个细胞都处于两种可能的状态之一:存活或死亡,或“填充”或“未填充”。每个细胞与其八个邻居相互作用,这些邻居是水平、垂直或对角线相邻的细胞。在时间的每一步,以下转换都会发生

  1. 任何活细胞,如果其活邻居少于两个,则死亡,就像由于人口不足而导致死亡一样。

  2. 任何活细胞,如果其活邻居有两个或三个,则存活到下一代。

  3. 任何活细胞,如果其活邻居超过三个,则死亡,就像由于人口过剩而导致死亡一样。

  4. 任何死细胞,如果其活邻居恰好有三个,则变成活细胞,就像通过繁殖一样。

初始模式构成了系统的种子。第一代是通过将上述规则同时应用于种子的每个细胞而创建的——出生和死亡同时发生,而发生这种情况的离散时刻有时被称为滴答(换句话说,每一代都是前一代的纯函数)。这些规则不断重复应用,以创建进一步的世代。

考虑以下初始宇宙

Initial Universe

我们可以通过考虑每个细胞来计算下一代。左上角的细胞是死的。规则 (4) 是唯一适用于死细胞的转换规则。但是,由于左上角的细胞没有恰好三个活邻居,因此转换规则不适用,它在下一代中仍然是死的。第一行中的所有其他细胞也是如此。

当我们考虑第二行第三列的顶部活细胞时,事情变得有趣起来。对于活细胞,前三个规则中的任何一个都可能适用。在这个细胞的情况下,它只有一个活邻居,因此规则 (1) 适用:这个细胞将在下一代中死亡。底部活细胞也面临同样的命运。

中间活细胞有两个活邻居:顶部和底部的活细胞。这意味着规则 (2) 适用,它在下一代中仍然存活。

最后几个有趣的情况是中间活细胞左侧和右侧的死细胞。三个活细胞都是这两个细胞的邻居,这意味着规则 (4) 适用,这些细胞将在下一代中变得活跃。

将所有这些放在一起,我们得到下一滴答后的宇宙

Next Universe

从这些简单的确定性规则中,出现了奇怪而令人兴奋的行为

戈斯珀滑翔机枪脉冲星宇宙飞船
Gosper's glider gun Pulsar Lighweight space ship

练习

  • 用手计算我们示例宇宙的下一个滴答。有没有发现什么熟悉的东西?

    答案

    它应该是示例宇宙的初始状态

    Initial Universe

    这种模式是周期性的:它每两个滴答后就会返回到初始状态。

  • 你能找到一个稳定的初始宇宙吗?也就是说,一个宇宙,其中每一代都始终相同。

    答案

    有无限多个稳定的宇宙!最简单的稳定宇宙是空宇宙。一个 2x2 的活细胞正方形也是一个稳定的宇宙。