Konvėjaus gyvenimo žaidimas: taisyklės, raštai ir ką išbandyti

Keturios taisyklės, telpančios į vieną sakinį, sukuria figūras, kurios stovi vietoje, pulsuoja, keliauja lenta ir net gamina kitas figūras. Čia sužinosite, kaip ranka apskaičiuoti vieną kartą, kuriuos raštus verta pažinti ir kokius eksperimentus atlikti su įrankiu „Gyvenimo žaidimas“.

Atnaujinta:

Kas yra ląstelinis automatas

Ląstelinis automatas – tai langelių lenta, kurioje kiekvienas langelis turi būseną (šiuo atveju gyvas arba negyvas) ir kinta žingsniais, vadinamais kartomis. Kiekvienu žingsniu visi langeliai atnaujinami vienu metu pagal tą pačią taisyklę, kuri žiūri tik į aštuonis langelį supančius kaimynus.

Gyvenimo žaidime nei laimima, nei pralaimima: jūs pasirenkate pradinę padėtį, o likusį darbą atlieka taisyklės. Įdomiausia, kad iš tokių paprastų taisyklių atsiranda labai sudėtingas ir nenuspėjamas elgesys, todėl jis tyrinėjamas matematikoje, informatikoje ir net biologijoje.

Taisyklės paprastai

Žiūrima, kiek gyvų kaimynų turi kiekvienas langelis (aštuoni jį supantys, įskaitant įstrižainių), ir šios taisyklės taikomos vienu metu visoje lentoje:

Sutrumpintas šių taisyklių žymėjimas yra B3/S23: B (iš angl. birth, gimimas) 3 reiškia, kad ląstelė gimsta su 3 kaimynais, o S (iš angl. survival, išlikimas) 23 reiškia, kad išgyvena su 2 arba 3. Alternatyvios įrankio taisyklės naudoja tą patį žymėjimą, pavyzdžiui, HighLife yra B36/S23, o Sėklos – B2/S.

Viena karta, apskaičiuota ranka

Paimkite mirksėtoją: trys gyvos ląstelės horizontalioje eilėje. Vidurinė turi 2 gyvus kaimynus, todėl išgyvena. Kraštinės turi tik 1 kaimyną, todėl miršta. Langeliai tiesiai virš vidurinės ir tiesiai po ja turi 3 gyvus kaimynus (visas tris eilės ląsteles), todėl gimsta. Rezultatas: vertikali trijų ląstelių eilė.

Kitoje kartoje procesas kartojamas ir vėl gaunama horizontali eilė. Todėl mirksėtojas yra 2 periodo osciliatorius. Išbandykite tą patį su bloku, 2 × 2 kvadratu: kiekviena ląstelė turi 3 kaimynus, todėl visos išgyvena, o joks tuščias langelis neturi 3 gyvų kaimynų. Jis nesikeičia niekada, todėl vadinamas natiurmortu.

Istorija: Konvėjus, Gardneris ir žurnalas

Britų matematikas Johnas Konvėjus žaidimą sugalvojo 1970 metais. Jį išpopuliarino Martinas Gardneris savo matematinių žaidimų skiltyje žurnale „Scientific American“, 1970 metų spalio numeryje, ir nuo tada susibūrė didžiulė entuziastų bendruomenė, ieškanti ir kataloguojanti raštus.

Laikui bėgant įrodyta, kad žaidimas yra Tiuringo pilnas: turint tinkamas figūras, iš principo juo galima apskaičiuoti viską, ką apskaičiuoja kompiuteris. Tai viena iš priežasčių, kodėl jis vis dar toks garsus: begalinis sudėtingumas iš minimalių taisyklių.

Raštų šeimos ir kuriuos išbandyti

Raštai skirstomi pagal elgesį. Visi jie yra įrankio meniu „Raštas“ šiais pavadinimais:

ŠeimaRaštasKą daro
NatiurmortasBlokas, AvilysNiekada nesikeičia: blokas turi 4 ląsteles, avilys – 6
OsciliatoriusMirksėtojas, Rupūžė, Švyturys2 periodas: kas 2 kartas pradeda iš naujo
OsciliatoriusPulsaras3 periodas, pradinėje fazėje 48 ląstelės
OsciliatoriusPentadekatlonas15 periodas
ErdvėlaivisSklandytuvas5 ląstelės; kas 4 kartas pasislenka 1 langelį įstrižai
ErdvėlaivisLengvasis erdvėlaivisTiesia linija kerta lentą, 4 periodas
PatrankaGosperio sklandytuvų patrankaIšleidžia naują sklandytuvą kas 30 kartų
Pradinis chaosasR-pentomino5 ląstelės, kurioms reikia 1 103 kartų stabilizuotis begalinėje plokštumoje

Gosperio patranką 1970 metais rado Billas Gosperis ir tai buvo pirmas įrodymas, kad populiacija gali augti be ribų. Be šių, įrankyje yra Gilė ir Die Hard – du maži raštai, kurie labai ilgai nusistovi.

Kaip naudotis įrankiu „Gyvenimo žaidimas“

  1. Bakstelėkite ar vilkite lauke, kad nupieštumėte gyvas ląsteles (dar kartą bakstelėkite gyvą langelį, kad jį pašalintumėte), arba pasirinkite raštą iš meniu „Raštas“.
  2. Spustelėkite „Paleisti“. Su „Viena karta“ judate po vieną žingsnį ir ramiai stebite raidą, o „Pauzė“ viską sustabdo. Pasirinkus lauką galima naudoti ir klaviatūrą: tarpas paleidžia ar sustabdo, N pereina viena karta, R užpildo atsitiktinai, o C išvalo.
  3. Sureguliuokite „Greitis“, „Lauko dydis“ ir „Taisyklė“ ir išbandykite „Atsitiktinai“ (su „Atsitiktinis tankis“), kad pradėtumėte nuo ląstelių pilno lauko. „Išvalyti“ palieka tuščią lauką.
  4. Įjunkite „Spalvinti ląsteles pagal amžių“, kad pamatytumėte, kurios sritys stabilios ilgiausiai. Viršuje rodoma karta ir gyvos ląstelės, o įrankis praneša, kai laukas stabilizuojasi, patenka į ciklą ar lieka be gyvybės.

Viskas skaičiuojama jūsų įrenginyje ir niekas nesiunčiama į serverį. Įrankis naršyklėje išsaugo nustatymus (dydį, greitį, taisyklę), bet ne piešinį.

Eksperimentai

Baigtinio lauko apribojimai

Originalus žaidimas vyksta begalinėje plokštumoje. Įrankio laukas turi fiksuotą dydį, todėl tai, kas pasiekia kraštą, elgiasi kitaip: su sujungtais kraštais įeina iš priešingos pusės (laukas tampa lyg spurga), o be sujungimo užgęsta atsitrenkęs į sieną.

Todėl dideliems raštams reikia vietos (Gosperio patrankai reikia bent 48 × 48), o kai kurie, pavyzdžiui, R-pentomino, gali baigtis kitaip nei neribotoje plokštumoje. Jei raštas netelpa, įrankis paprašo didesnio lauko.

Dažniausiai užduodami klausimai

Kokios yra Konvėjaus gyvenimo žaidimo taisyklės?

Gyva ląstelė su 2 ar 3 gyvais kaimynais lieka gyva; su mažiau nei 2 miršta vienatvėje, o su daugiau nei 3 – nuo perteklinio tankio. Negyvas langelis su lygiai 3 gyvais kaimynais atgyja. Trumpai tai žymima B3/S23.

Ką reiškia B3/S23?

B – gimimas (birth), o S – išlikimas (survival). B3 reiškia, kad ląstelė gimsta su 3 gyvais kaimynais, o S23 – kad išgyvena turinti 2 ar 3.

Kas yra sklandytuvas?

Tai penkių ląstelių figūra, judanti įstrižai po vieną langelį kas 4 kartas. Tai garsiausias žaidimo raštas.

Kas išrado gyvenimo žaidimą?

Britų matematikas Johnas Konvėjus 1970 metais. Martinas Gardneris jį tais metais pristatė žurnale „Scientific American“.

Kodėl mano piešinys išnyksta arba sustoja?

Tai dažniausia situacija: daug mažų figūrų išnyksta arba stabilizuojasi per kelias kartas. Pabandykite kitą pradžios tašką, didesnį lauką arba „Atsitiktinai“.