Играта на живота на Конуей: правила, фигури и какво да пробвате

Четири правила, които се побират в едно изречение, създават фигури, които стоят неподвижни, пулсират, обикалят полето и дори произвеждат други фигури. Тук ще видите как се изчислява едно поколение на ръка, кои фигури си заслужава да познавате и какви експерименти да направите с инструмента Играта на живота.

Обновено:

Какво е клетъчен автомат

Клетъчният автомат е поле от клетки, всяка в определено състояние (тук – жива или мъртва), което се променя на стъпки, наречени поколения. На всяка стъпка всички клетки се обновяват едновременно по едно и също правило, което гледа само осемте съседни клетки около всяка клетка.

В Играта на живота не се печели и не се губи: вие избирате началното положение, а правилата вършат останалото. Интересното е, че от толкова прости правила се получава много сложно и непредсказуемо поведение, и затова играта се изучава в математиката, информатиката и дори биологията.

Правилата с прости думи

Гледа се броят на живите съседи на всяка клетка (осемте около нея, включително по диагонал) и следните правила се прилагат едновременно върху цялото поле:

Съкратеният запис на тези правила е B3/S23: B (от birth, раждане) 3 означава, че клетка се ражда при 3 съседки, а S (от survival, оцеляване) 23 означава, че оцелява при 2 или при 3. Алтернативните правила в инструмента използват същия запис, например HighLife е B36/S23, а Семена е B2/S.

Едно поколение, изчислено на ръка

Вземете мигача: три живи клетки в хоризонтален ред. Средната има 2 живи съседки, така че оцелява. Крайните имат само 1 съседка, така че умират. Полетата точно над и под средната имат по 3 живи съседки (трите от реда), така че се раждат. Резултат: вертикален ред от три клетки.

На следващото поколение процесът се повтаря и редът отново става хоризонтален. Затова мигачът е осцилатор с период 2. Опитайте същото с блока, квадрат 2 × 2: всяка клетка има 3 съседки, така че всички оцеляват, а нито едно празно поле няма 3 живи съседки. Той никога не се променя и затова се нарича неподвижна фигура.

История: Конуей, Гарднър и списанието

Британският математик Джон Конуей измисля играта през 1970 г. Разпространява я Мартин Гарднър в рубриката си за математически игри в Scientific American, в броя от октомври 1970 г., и оттогава тя създава огромна общност от любители, които търсят и каталогизират фигури.

С времето е доказано, че играта е Тюринг-пълна: с подходящите фигури тя на принцип може да изчисли всичко, което изчислява компютър. Това е една от причините да остава известна: неограничена сложност от минимални правила.

Семейства фигури и кои да пробвате

Фигурите се класифицират по поведението си. Всички са в менюто «Фигура» на инструмента със следните имена:

СемействоФигураКакво прави
Неподвижна фигураБлок, КошерНикога не се променя: 4 клетки блокът, 6 кошерът
ОсцилаторМигач, Жаба, МаякПериод 2: започва отначало на всеки 2 поколения
ОсцилаторПулсарПериод 3, 48 клетки в началната си фаза
ОсцилаторПентадекатлонПериод 15
КорабПланер5 клетки; напредва с 1 поле по диагонал на всеки 4 поколения
КорабЛек корабПресича полето по права линия, период 4
ОръдиеОръдие за планери на ГоспърИзстрелва нов планер на всеки 30 поколения
Начален хаосR-пентомино5 клетки, които се стабилизират след 1103 поколения в безкрайна равнина

Оръдието на Госпър е открито от Бил Госпър през 1970 г. и е първото доказателство, че една популация може да расте без граница. Освен тези, инструментът включва Жълъд и Корав орех, две малки фигури, които се уталожват изключително дълго.

Как да използвате инструмента Играта на живота

  1. Докосвайте или плъзгайте по полето, за да рисувате живи клетки (докоснете отново жива клетка, за да я премахнете), или изберете фигура от менюто «Фигура».
  2. Натиснете «Старт». С «Едно поколение» напредвате с по една стъпка, за да следите развитието спокойно, а с «Пауза» спирате всичко. Можете да ползвате и клавиатурата при избрано поле: интервал стартира или паузира, N прави една стъпка, R запълва на случаен принцип, а C изчиства.
  3. Регулирайте «Скорост», «Размер на полето» и «Правило» и опитайте «Случайно» (с «Гъстота при случайно запълване»), за да започнете с поле, пълно с клетки. «Изчисти» оставя полето празно.
  4. Включете «Оцветяване според възрастта на всяка клетка», за да видите кои зони са стабилни най-отдавна. Най-горе се показват поколението и живите клетки, а инструментът съобщава кога полето се стабилизира, влиза в цикъл или остава без живот.

Всичко се изчислява на вашето устройство и нищо не се изпраща към сървър. Инструментът запазва във вашия браузър настройките (размер, скорост, правило), но не и рисунката.

Експерименти за правене

Ограничения на крайното поле

Оригиналната игра протича в безкрайна равнина. Полето на инструмента има фиксиран размер, така че това, което стигне до края, се държи по друг начин: със свързани краища то влиза отново от противоположната страна (полето се превръща в нещо като поничка), а без свързване угасва в стената.

Затова големите фигури се нуждаят от място (оръдието на Госпър изисква поне 48 × 48), а някои, като R-пентомино, могат да завършат различно от видяното в неограничена равнина. Ако фигурата не се събира, инструментът ви моли да изберете по-голямо поле.

Често задавани въпроси

Какви са правилата на Играта на живота на Конуей?

Жива клетка с 2 или 3 живи съседки остава жива; с по-малко от 2 умира от самота, а с повече от 3 – от пренаселеност. Мъртва клетка с точно 3 живи съседки се ражда. Обобщено: B3/S23.

Какво означава B3/S23?

B е раждането (birth), а S – оцеляването (survival). B3 означава, че клетка се ражда при 3 живи съседки, а S23 – че оцелява тази с 2 или 3.

Какво е планер?

Фигура от пет клетки, която се движи по диагонал с едно поле на всеки 4 поколения. Това е най-известната фигура в играта.

Кой е измислил Играта на живота?

Британският математик Джон Конуей през 1970 г. Мартин Гарднър я представя през същата година в списание Scientific American.

Защо рисунката ми изчезва или спира да се променя?

Така най-често се случва: много малки фигури изчезват или се стабилизират за няколко поколения. Опитайте с друга начална точка, с по-голямо поле или със «Случайно».