Conways Spiel des Lebens: Regeln, Muster und was du ausprobieren kannst

Vier Regeln, die in einen Satz passen, erzeugen Figuren, die stillstehen, pulsieren, über das Spielfeld wandern und sogar andere Figuren herstellen. Hier siehst du, wie man eine Generation von Hand berechnet, welche Muster man kennen sollte und welche Experimente du mit dem Tool Spiel des Lebens machen kannst.

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Was ein zellulärer Automat ist

Ein zellulärer Automat ist ein Spielfeld aus Feldern, jedes in einem bestimmten Zustand (hier: lebendig oder tot), das sich in Schritten ändert, die Generationen heißen. In jedem Schritt werden alle Felder gleichzeitig nach derselben Regel aktualisiert, die nur auf die acht Nachbarn um jedes Feld schaut.

Das Spiel des Lebens kann man weder gewinnen noch verlieren: Du wählst die Ausgangsstellung und die Regeln erledigen den Rest. Das Spannende ist, dass aus so einfachen Regeln ein sehr komplexes, unvorhersehbares Verhalten entsteht, weshalb es in Mathematik, Informatik und sogar Biologie untersucht wird.

Die Regeln in einfachen Worten

Man betrachtet die Zahl der lebenden Nachbarn jedes Feldes (die acht rundherum, Diagonalen eingeschlossen) und wendet diese Regeln gleichzeitig auf dem ganzen Spielfeld an:

Die Kurzschreibweise für diese Regeln ist B3/S23: B (von birth, Geburt) 3 bedeutet, dass bei 3 Nachbarn eine Zelle geboren wird, und S (von survival, Überleben) 23 bedeutet, dass sie bei 2 oder 3 überlebt. Die alternativen Regeln des Tools verwenden dieselbe Schreibweise, zum Beispiel HighLife mit B36/S23 und Samen mit B2/S.

Eine Generation von Hand berechnet

Nimm den Blinker: drei lebende Zellen in einer waagerechten Reihe. Die mittlere hat 2 lebende Nachbarn und überlebt also. Die äußeren haben nur 1 Nachbarn und sterben. Die Felder direkt über und direkt unter der Mitte haben 3 lebende Nachbarn (die drei der Reihe), also werden dort Zellen geboren. Ergebnis: eine senkrechte Reihe aus drei Zellen.

In der nächsten Generation wiederholt sich der Vorgang und die Reihe liegt wieder waagerecht. Deshalb ist der Blinker ein Oszillator mit Periode 2. Probiere dasselbe mit dem Block, einem Quadrat aus 2 × 2: Jede Zelle hat 3 Nachbarn, also überleben alle, und kein leeres Feld hat 3 lebende Nachbarn. Er ändert sich nie, deshalb nennt man ihn ein stabiles Muster.

Geschichte: Conway, Gardner und die Zeitschrift

Der britische Mathematiker John Conway entwarf das Spiel 1970. Verbreitet hat es Martin Gardner in seiner Kolumne über mathematische Spiele in Scientific American, in der Oktoberausgabe 1970, und seitdem ist eine riesige Gemeinschaft von Liebhabern entstanden, die Muster suchen und katalogisieren.

Mit der Zeit wurde bewiesen, dass das Spiel Turing-vollständig ist: Mit den passenden Figuren kann es im Prinzip alles berechnen, was ein Computer berechnen kann. Das ist einer der Gründe, warum es bis heute berühmt ist: unbegrenzte Komplexität aus minimalen Regeln.

Mustergruppen und welche du ausprobieren solltest

Die Muster werden nach ihrem Verhalten eingeteilt. Alle stehen mit diesen Namen im Menü «Muster» des Tools:

GruppeMusterWas es tut
Stabiles MusterBlock, BienenstockÄndert sich nie: 4 Zellen der Block, 6 der Bienenstock
OszillatorBlinker, Kröte, LeuchtfeuerPeriode 2: Beginnt alle 2 Generationen von vorn
OszillatorPulsarPeriode 3, 48 Zellen in der Anfangsphase
OszillatorPentadecathlonPeriode 15
RaumschiffGleiter5 Zellen; rückt alle 4 Generationen 1 Feld diagonal vor
RaumschiffLeichtes RaumschiffÜberquert das Spielfeld geradlinig, Periode 4
KanoneGosper-GleiterkanoneSendet alle 30 Generationen einen neuen Gleiter aus
Anfängliches ChaosR-Pentomino5 Zellen, die auf einer unendlichen Ebene 1.103 Generationen brauchen, bis sie sich stabilisieren

Die Gosper-Kanone fand Bill Gosper 1970, und sie war der erste Beweis dafür, dass eine Population unbegrenzt wachsen kann. Außer diesen enthält das Tool Eichel und Die Hard, zwei winzige Muster, die sehr lange brauchen, bis sie sich entscheiden.

So benutzt du das Tool Spiel des Lebens

  1. Tippe oder ziehe über das Spielfeld, um lebende Zellen zu zeichnen (tippe noch einmal auf ein lebendes Feld, um es zu entfernen), oder wähle ein Muster aus dem Menü «Muster».
  2. Drücke «Start». Mit «Eine Generation» gehst du Schritt für Schritt voran, um die Entwicklung in Ruhe zu verfolgen, und mit «Pause» hältst du alles an. Mit ausgewähltem Spielfeld kannst du auch die Tastatur benutzen: Leertaste startet oder pausiert, N geht einen Schritt weiter, R füllt zufällig und C leert.
  3. Stelle die «Geschwindigkeit», die «Spielfeldgröße» und die «Regel» ein und probiere «Zufällig» (mit der «Dichte beim Zufall»), um mit einem gefüllten Spielfeld zu starten. «Leeren» macht das Spielfeld leer.
  4. Aktiviere «Zellen nach Alter einfärben», um zu sehen, welche Bereiche am längsten stabil sind. Oben werden die Generation und die lebenden Zellen angezeigt, und das Tool meldet, wenn sich das Spielfeld stabilisiert, in einen Zyklus gerät oder kein Leben mehr übrig ist.

Alles wird auf deinem Gerät berechnet und nichts wird an einen Server gesendet. Das Tool speichert in deinem Browser die Einstellungen (Größe, Geschwindigkeit, Regel), aber nicht die Zeichnung.

Experimente zum Ausprobieren

Grenzen des endlichen Spielfelds

Das Originalspiel findet auf einer unendlichen Ebene statt. Das Spielfeld des Tools hat eine feste Größe, also verhält sich alles, was den Rand erreicht, anders: Bei verbundenen Rändern tritt es auf der gegenüberliegenden Seite wieder ein (das Spielfeld wird zu einer Art Donut), und ohne Verbindung erlischt es an einer Wand.

Deshalb brauchen große Muster Platz (die Gosper-Kanone braucht mindestens 48 × 48), und manche, wie das R-Pentomino, können anders enden, als man es auf einer unbegrenzten Ebene sieht. Wenn das Muster nicht passt, bittet dich das Tool um ein größeres Spielfeld.

Häufige Fragen

Wie lauten die Regeln von Conways Spiel des Lebens?

Eine lebende Zelle mit 2 oder 3 lebenden Nachbarn bleibt am Leben; mit weniger als 2 stirbt sie an Einsamkeit und mit mehr als 3 an Überbevölkerung. Ein totes Feld mit genau 3 lebenden Nachbarn wird geboren. Kurz: B3/S23.

Was bedeutet B3/S23?

B steht für die Geburt (birth) und S für das Überleben (survival). B3 heißt, dass bei 3 lebenden Nachbarn eine Zelle geboren wird, und S23, dass die Zelle mit 2 oder 3 überlebt.

Was ist ein Gleiter?

Eine Figur aus fünf Zellen, die sich diagonal bewegt, ein Feld alle 4 Generationen. Es ist das bekannteste Muster des Spiels.

Wer hat das Spiel des Lebens erfunden?

Der britische Mathematiker John Conway, 1970. Martin Gardner machte es in diesem Jahr in der Zeitschrift Scientific American bekannt.

Warum verschwindet meine Zeichnung oder bleibt stehen?

Das ist das Häufigste: Viele kleine Figuren sterben aus oder stabilisieren sich nach wenigen Generationen. Probiere einen anderen Ausgangspunkt, ein größeres Spielfeld oder «Zufällig».