關於生命遊戲

之前在學校看到ThoughtWorks舉辦的線下結對程式設計的比賽一等獎是大疆無人機，衝著無人機就拉著實驗室小夥伴馬總一起報了個名。然後題目就是實現一個介面版的生命遊戲，所以才瞭解了生命遊戲。
關於生命遊戲，可以參考維基百科。
下圖是效果圖：

規則

生命遊戲中，對於任意細胞，規則如下：
每個細胞有兩種狀態-存活或死亡，每個細胞與以自身為中心的周圍八格細胞產生互動。（如圖，黑色為存活，白色為死亡）
當前細胞為存活狀態時，當週圍低於2個（不包含2個）存活細胞時， 該細胞變成死亡狀態。（模擬生命數量稀少）

當前細胞為存活狀態時，當週圍有2個或3個存活細胞時， 該細胞保持原樣。

當前細胞為存活狀態時，當週圍有3個以上的存活細胞時，該細胞變成死亡狀態。（模擬生命數量過多）

當前細胞為死亡狀態時，當週圍有3個存活細胞時，該細胞變成存活狀態。 （模擬繁殖）
可以把最初的細胞結構定義為種子，當所有在種子中的細胞同時被以上規則處理後, 可以得到第一代細胞圖。按規則繼續處理當前的細胞圖，可以得到下一代的細胞圖，周而復始。

根據上面的規則得出下面的程式碼：

 /**
     * 上一個狀態到下一個狀態的轉移
     * 根據規則可以總結得出兩條規則:
     * 1. 對於周圍活著的細胞為3的情況,下一個狀態該細胞總是為活
     * 2. 對於周圍活著的細胞為2的情況,下一個狀態與上一狀態相同
     */
 

    public void transform(){
        int[][] nextMatrix=new int[height][width];
        for (int y = 0; y < matrix.length; y++) {
            for (int x = 0; x < matrix[0].length; x++) {
                nextMatrix[y][x]=0;
                int nearNum= findLifedNum(y,x);
                //等於3，則下一狀態總是活
 

                if(nearNum==3){
                    nextMatrix[y][x]=1;
                }
                //等於2，則與上一狀態一樣
                else if(nearNum==2){
                    nextMatrix[y][x]=matrix[y][x];
                }
            }
        }
        matrix=nextMatrix;
    }



    /**
     * 統計每個細胞周圍活著的個數
     * @param x 橫座標
     * @param y 縱座標
     * @return
     */
    public int findLifedNum(int y, int x){
        int num=0;
        //左邊
        if(x!=0){
            num+=matrix[y][x-1];
        }
        //左上角
        if(x!=0&&y!=0){
            num+=matrix[y-1][x-1];
        }
        //上邊
        if(y!=0){
            num+=matrix[y-1][x];
        }
        //右上
        if(x!=width-1&&y!=0){
            num+=matrix[y-1][x+1];
        }
        //右邊
        if(x!=width-1){
            num+=matrix[y][x+1];
        }
        //右下
        if(x!=width-1&&y!=height-1){
            num+=matrix[y+1][x+1];
        }
        //下邊
        if(y!=height-1){
            num+=matrix[y+1][x];
        }
        //左下
        if(x!=0&&y!=height-1){
            num+=matrix[y+1][x-1];
        }
        return num;
    }

實現

首先看我們做的效果，如下圖：

關於初始狀態的輸入

初始狀態是通過檔案載入的方式來實現的，為了載入很多的情況，又寫了一個工具類負責隨機產生case，程式碼如下：

/**
     * 建立測試案例
     */
    private static void createCaseFile() {

        Random random = new Random();
        int rows = 1 + random.nextInt(100);
        int cols = 1 + random.nextInt(100);
        int duration = 200;
        int num = 300;
        File file = new File(cols+"_"+rows+"_"+System.nanoTime() + ".txt");
        PrintWriter writer = null;
        try {
            writer = new PrintWriter(new FileWriter(file));
            StringBuilder sb = new StringBuilder(cols + " " + rows + " " + duration + " " + num);
            writer.write(sb.append("\n").toString());

            //開始逐行初始化
            for (int y = 0; y < rows; y++) {
                sb = new StringBuilder();
                for (int x = 0; x < cols; x++) {

                    if (random.nextInt(3) % 3 == 0) {
                        sb.append("1 ");
                    } else {
                        sb.append("0 ");
                    }
                }
                sb.deleteCharAt(sb.length()-1).append("\n");
                writer.write(sb.toString());
            }


        } catch (IOException e) {
            e.printStackTrace();
        } finally {
            if (writer != null) {
                writer.close();
            }
        }

    }

關於介面

使用的Swing程式設計，java的介面做出來確實不咋的。不過我們加入了暫停、繼續功能，這個是通過控制一個變數來做的，每兩幀動畫之間通過執行緒睡眠實現的。核心程式碼如下：

 private class GameControlTask implements Runnable {

        @Override
        public void run() {

            while (!stop) {
                cellMatrix.transform();
                showMatrix();

                try {
                    TimeUnit.MILLISECONDS.sleep(duration);
                } catch (InterruptedException ex) {
                    ex.printStackTrace();
                }
            }

        }
    }

其中cellMatrix代表了一幀的狀態，呼叫transform()將會進行下一次變換，showMatrix負責更新介面。

總結

最後，由於介面比較酷炫，可以支援暫停、繼續功能，程式碼結構比較優美及註釋比較完整，最後和我的小夥伴拿了個無人機，還是挺爽的。
關於程式碼，可以參考TxGameOfLife。