康威生命遊戲的規則

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維基百科提供非常棒的康威生命遊戲規則說明

生命遊戲的宇宙是一個具有無限兩個維度的正交網格,其中每個網格由兩個可能的狀態組成,存活或死亡,或「有生物」或「無生物」。每個網格與其八個鄰居互動,這些鄰居是水平、垂直或對角線相鄰的網格。每次時間步驟,均會發生以下轉換

  1. 少於兩個活著鄰居的任何活著的網格會死亡,彷彿是人口不足所致。

  2. 擁有兩個或三個活著鄰居的任何活著的網格會存活至下一代。

  3. 超過三個活著鄰居的任何活著的網格會死亡,彷彿是人口過剩所致。

  4. 有三個活著鄰居的任何死亡網格將變成活著的網格,彷彿是生殖所致。

初始模式構成系統的種子。第一代是透過同時將上述規則套用至種子中的每個網格而建立的,出生和死亡會同時發生,而執行此動作的個別時刻有時稱為計時(換句話說,每一代都是前一代的純粹函數)。這些規則會持續重複套用以建立進一步的世代。

考量下列的初始宇宙

Initial Universe

我們可以透過考慮每個儲存格來計算下一世代。左上角儲存格已死亡。規則 (4) 是唯一適用於已死亡儲存格的轉換規則。然而,由於左上角儲存格沒有正好三個活著的鄰居,因此轉換規則無法套用,它會保持死亡狀態到下一世代。第一行的其他每個儲存格也適用相同的規則。

當我們考慮位於第二列第三行的最上端活著儲存格時,情況就變得有趣了。對於活著的儲存格,前三條規則中任何一條都有可能會被套用。就這個儲存格而言,它只有一個活著的鄰居,因此規則 (1) 會被套用:這個儲存格會在下一世代死亡。底部的活著儲存格也會面臨相同的命運。

中間的活著儲存格有兩個活著的鄰居:上面和底下的活著儲存格。這代表規則 (2) 會被套用,且它會在下一世代保持活著狀態。

最後一個有趣的例子是位於中間活著儲存格正左方和正右方的已死亡儲存格。三個活著的儲存格都是這些儲存格的鄰居,這表示規則 (4) 會被套用,且這些儲存格會在下一世代復活。

將所有條件拼湊在一起,我們會在下一刻得到以下的宇宙

Next Universe

從這些簡單、確定性的規則中,會出現奇怪且令人興奮的行為

Gosper 滑翔槍脈衝星太空船
Gosper's glider gun Pulsar Lighweight space ship

練習

  • 手動計算我們範例宇宙的下一刻。有什麼熟悉的東西嗎?

    解答

    它應該是範例宇宙的初始狀態

    Initial Universe

    此模式是週期性的:每經過兩次循環會回到初始狀態。

  • 你能找出一個穩定的初始宇宙嗎?亦即,每個世代都維持相同的宇宙。

    解答

    有無限多個穩定的宇宙!其中最顯而易見的穩定的宇宙就是空的宇宙。由四個活著儲存格組成的 2x2 正方形也是一個穩定的宇宙。