Python 生命游戏（tkinter版）

2023-10-21 17:38

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生命游戏(Game of Life)

由剑桥大学约翰·何顿·康威设计的计算机程序。美国趣味数学大师马丁·加德纳(Martin Gardner，1914-2010）通过《科学美国人》杂志，将康威的生命游戏介绍给学术界之外的广大渎者，一时吸引了各行各业一大批人的兴趣，这时细胞自动机课题才吸引了科学家的注意。

游戏概述

用一个二维表格表示“生存空间”，空间的每个方格中都可放置一个生命细胞，每个生命细胞只有两种状态：“生”或“死”。用绿色方格表示该细胞为“生”，空格(白色)表示该细胞为“死”。或者说方格网中绿色部分表示某个时候某种“生命”的分布图。生命游戏想要模拟的是：随着时间的流逝，这个分布图将如何一代一代地变化。死亡太沉重，我想称它为“湮灭”状态。

生存定律

生存空间的每个方格都存在一个细胞，它的周边紧邻的8个方格上的称为邻居细胞。
(1)当前细胞为湮灭状态时，当周围有３个存活细胞时，则迭代后该细胞变成存活状态(模拟繁殖)。
(2)当前细胞为存活状态时，当周围的邻居细胞少于２个存活时，该细胞变成湮灭状态(数量稀少)。
(3)当前细胞为存活状态时，当周围有３个以上的存活细胞时，该细胞变成湮灭状态(数量过多)。
(4)当前细胞为存活状态时，当周围有２个或３个存活细胞时，该细胞保持原样。

简单来说，活细胞Cell看作是‘1’，死Cell看作‘0’，8个邻居的累加和Sum决定了下一轮的状态：

“繁殖”：死Cell=0，若Sum=3，则Cell=1。
“稀少”：活Cell=1，若Sum<2，则Cell=0。
“过多”：活Cell=1，若Sum>3，则Cell=0。
“正常”：活Cell=1，若Sum=2或3，则Cell=1。

生存空间中生命的繁殖和湮灭，如下图所示：

图形结构

在游戏进行中，杂乱无序的细胞会逐渐演化出各种精致、有形的图形结构；这些结构往往有很好的对称性，而且每一代都在变化形状。一些形状一经锁定就不会逐代变化。有时，一些已经成形的结构会因为一些无序细胞的“入侵”而被破坏。但是形状和秩序经常能从杂乱中产生出来。

通常会有以下四种状态：

不动点（fixed points）：变化终结于恒定图像
交替态（alternation）：图像出现周期性变化
随机态（randomness）：图像变化近乎随机
复杂态（complexity）：图像存在某种复杂规律

常见的不动结构：

周期变化的结构：

逐步趋向湮灭的结构：

由一根10个连续细胞演化出来的周期结构：

动态变化后全部湮灭的结构：

移动的飞船：周期变化且逐渐向右平移

飞船到了边界变成向对角线移动的“滑翔者”，滑翔者到了边界成为不动的方块。

更多有趣的图形结构有待发现，用代码来辅助这项工作还是比较方便的.....

代码实现

用tkinter库实现了软件界面，画布、按钮、标签等控件都是配角，全是为表现生命繁殖演化的核心代码类方法 Lifes.reproduce() 作帮手的，源代码lifegame.pyw如下：

from tkinter import messagebox as msgboximport tkinter as tkimport webbrowserimport randomclass Lifes:    def __init__(self, rows=36, cols=36):        self.row = rows+2        self.col = cols+2        self.items = [[0]*self.col for _ in range(self.row)]        self.histroy = []        self.histroySize = 30        self.running = False        self.runningSpeed = 100            def rndinit(self, rate=0.1):        self.histroy = []        for i in range(self.row):            for j in range(self.col):                rnd = random.random()                if rnd > 1-rate:                    self.items[i][j]=1    def reproduce(self):        new = [[0]*self.col for _ in range(self.row)]        self.add_histroy()        if len(self.histroy) > self.histroySize:            self.histroy.pop(0)        for i in range(self.row):            for j in range(self.col):                if i*j==0 or i==self.row-1 or j==self.col-1:                    new[i][j]=0                else:                    lifes=0                    for m in range(i-1,i+2):                        for n in range(j-1,j+2):if m==i and n==j:    continuelifes += self.items[m][n]                    if self.items[i][j]:                        if lifes==2 or lifes==3:new[i][j]=1                        else:new[i][j]=0                    else:                        if lifes==3:new[i][j]=1        for idx,narray in enumerate(new):            self.items[idx] = narray    def is_stable(self):        if len(self.histroy)',on_Click)def drawLifes():    R,XY = 8,[50+i*20 for i in range(36)]    if Life.running:        for i,x in enumerate(XY):            for j,y in enumerate(XY):                if Life.items[i+1][j+1]:                    tv.itemconfig(rect[i][j],fill='green',outline='green')                else:                    tv.itemconfig(rect[i][j],fill='lightgray',outline='lightgray')        tv.update()        Life.reproduce()        if Life.is_stable():            Life.running = False            if sum(sum(Life.items,[])):                msgbox.showinfo('Message','生命繁殖与湮灭进入稳定状态！！！')            else:                msgbox.showinfo('Message','生命全部湮灭，进入死亡状态！！！')    win.after(Life.runningSpeed, drawLifes)def StartLife():    if sum(sum(Life.items,[])):        Life.histroy = []        Life.running = True    else:        msgbox.showinfo('Message','请点击小方块填入生命细胞，或者使用随机功能！')def BreakLife():    Life.running = not Life.running    if Life.running:        Life.histroy.clear()        Life.add_histroy()def RandomLife():    Life.rndinit()    Life.running = Truedef ClearLife():    Life.running = False    Life.histroy = []    Life.items = [[0]*38 for _ in range(38)]    for x in range(36):        for y in range(36):            tv.itemconfig(rect[x][y],fill='lightgray',outline='lightgray')def btnCommand(i):    if   i==0: return StartLife    elif i==1: return BreakLife    elif i==2: return RandomLife    elif i==3: return ClearLifedef on_Enter(event):    tCanvas.itemconfig(tVisit, fill='magenta')def on_Leave(event):    tCanvas.itemconfig(tVisit, fill='blue')def on_Release(event):    url = 'https://blog.csdn.net/boysoft2002?type=blog'    webbrowser.open(url, new=0, autoraise=True)def on_Click(event):    x,y = (event.x-40)//20,(event.y-40)//20    if not Life.running:        if Life.items[x+1][y+1]:            tv.itemconfig(rect[x][y],fill='lightgray',outline='lightgray')        else:            tv.itemconfig(rect[x][y],fill='red',outline='red')        Life.items[x+1][y+1] = not Life.items[x+1][y+1]def on_Close():    if msgbox.askokcancel("Quit","Do you want to quit?"):        Life.running = False        print(Copyright())        win.destroy()def Introduce():    txt = '''【生命游戏】\n\n生存定律：    (1)当前细胞为湮灭状态时，当周围有３个存活细胞时，则迭代后该细胞变成存活状态(模拟繁殖)。    (2)当前细胞为存活状态时，当周围的邻居细胞少于２个存活时，该细胞变成湮灭状态(数量稀少)。    (3)当前细胞为存活状态时，当周围有３个以上的存活细胞时，该细胞变成湮灭状态(数量过多)。    (4)当前细胞为存活状态时，当周围有２个或３个存活细胞时，该细胞保持原样。'''    return txtdef Copyright():    return 'Lifes Game Ver1.0\nWritten by HannYang, 2022/08/01.'if __name__ == 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