JavaScript 實現生命遊戲
阿新 • • 發佈:2021-04-25
概念介紹
元胞自動機(Cellular Automata),是 20 世紀 50 年代初由計算機之父馮諾依曼(John von Neumann)為了模擬生命系統所具有的自複製功能而提出來的。
生命遊戲(Game of Life),或者叫它的全稱 John Conway's Game of Life,是英國數學家約翰康威在 1970 年代所發明的一種元胞自動機。
邏輯規則
在二維平面方格里,每個細胞有兩種狀態:存活或死亡,而下一時刻的狀態完全受它周圍 8 個細胞的狀態而定。
這個世界有三條演化規則:
- 當週圍有 2 個存活細胞時,該細胞生命狀態保持原樣;
- 當週圍有 3 個存活細胞時,該細胞為存活狀態(死亡細胞會復活);
- 當週圍存活細胞低於 2 個時(生命數量稀少)或周圍超過 3 個存活細胞時(生命數量過多),該細胞為死亡狀態。
完整程式碼
焚霜 / LifeGame
演示頁面
基本結構
index.html // 主頁面,初始化系統,控制系統執行等 canvas.js // 渲染層,建立畫布,手動繪製,畫布更新方法等 LifeGame.js // 邏輯層,建立執行系統,系統執行邏輯,資料更新等
主要實現
系統配置:定義二維平面方格尺寸,data 中以 key,value 形式儲存了所有細胞的生命狀態,execute 是 canvas.js 暴露出來的內部方法,掛載到 config 物件上。
const config = { width: 100,// 橫向細胞數量 height: 100,// 縱向細胞數量 size: 4 + 1,// 細胞大小,細胞間距 1px 程式設計客棧 speed: 200,// 細胞迭代速度 alive: '#000000',// 細胞存活顏色 dead: '#FFFFFF',//wPpnknS 世界顏色(細胞死亡顏色) data: new Map(),// 系統執行資料 execute,// 更新畫布方法 };
規則實現:遍歷二維平面裡每個細胞,拿到當前的細胞狀態,計算其周圍存活細胞的數量,判斷其下一時刻是存活還是死亡,並將這個狀態儲存下來,通過呼叫渲染層的更新畫布方法 execute 來更新介面顯示。這裡在處理 data 資料時沒有用二維陣列表示二維座標系,而是將其轉換為一維線性表示,將資料儲存在 Map 中。
// LifeGame.js // 二維座標系一維線性表示 const MakeKey = (x = 0,y = 0) => y * 10000 + x; function refreshWorld() { const next = new Map(); // 更新後的系統執行資料 // 迭代二維座標系所有元素 IterateCells(config,(x,y) => { const index = MakeKey(x,y); // 計算座標對應的 key const current = config.data.get(index); // 當前細胞狀態 // 計算當前細胞周圍存活細胞的數量 switch (borderSum(x,y)) { case 2: // 當週圍有 2 個存活細胞時,該細胞保持原樣。 next.set(index,current); break; case 3: // 當週圍有 3 個存活細胞時,該細胞為存活狀態。 next.set(index,true); !current && config.execute(x,y,true); // 狀態變化,更新畫布 break; default: // 當週圍的存活細胞低於 2 個時,該細胞為死亡狀態。(生命數量稀少) // 當週圍有超過 3 個存活細胞時,該細胞為死亡狀態。(生命數量過多) next.set(index,false); current && config.execute(x,false); // 狀態變化,更新畫布 break; } return true; }); return next; }
系統的啟動與停止
// LifeGame.js // 開啟系統 function startWorld() { stopWorld(); // 停止之前啟動的迴圈 // 根據迭代速度啟動系統,迴圈更新系統 interval = setInterval(() => (config.data = refreshWorld()),config.speed || 500); starting = true; // 開啟啟動標識 return true; } // 關閉系統,當前系統執行資料保留 function stopWorld() { clearInterval(interval); // 停止迴圈 starting = false; // 關閉啟動標識 return true;wPpnknS }
計算存活細胞方法
// LifeGame.js function borderSum(x = 0,y = 0) { const { http://www.cppcns.comwidth,height,data } = config; let sum = 0; for (let j = y - 1; j <= y + 1; j++) { for (let i = x - 1; i <= x + 1; i++) { // 邊界判斷 if (i < 0 || j < 0 || i >= width || j >= height || (i === x && j === y)) { continue; } if (data.get(MakeKey(i,j))) { sum++; // 存活細胞數量累加 } } } return sum; }
迭代二維座標系方法
/** * 迭代二維座標系所有元素,執行回撥函式 * @param config: { width: number,height: number } * @param callback: (x: number,y: number) => boolean */ const IterateCells = ({ width,height },callback) => { for (let y = 0; y < height; y++) { for (let x = 0; x < width; x++) { if (callback && !callback(x,y)) { ret程式設計客棧urn false; } } } return true; };
更新畫布方法
// canvas.js function execute(x,life) { const { size,alive,dead } = config; // 設定細胞顏色 context.fillStyle = life ? alive : dead; // 繪製細胞,細胞間距 1px context.fillRect(x * size + 1,y * size + 1,size - 1,size - 1); return true; }
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