De Game of Life van Conway: regels, patronen en wat je kunt proberen

Vier regels die in één zin passen, leveren figuren op die stilstaan, pulseren, over het bord lopen en zelfs andere figuren maken. Hier zie je hoe je een generatie met de hand uitrekent, welke patronen je moet kennen en welke experimenten je met de tool Game of Life kunt doen.

Bijgewerkt:

Wat is een cellulaire automaat

Een cellulaire automaat is een bord met vakjes, elk in een bepaalde toestand (hier: levend of dood), dat verandert in stappen die generaties heten. In elke stap worden alle vakjes tegelijk bijgewerkt met dezelfde regel, die alleen naar de acht buren rond elk vakje kijkt.

De Game of Life win of verlies je niet: jij kiest de beginopstelling en de regels doen de rest. Het bijzondere is dat uit zulke simpele regels zeer complex en onvoorspelbaar gedrag ontstaat, en daarom wordt het bestudeerd in de wiskunde, de informatica en zelfs de biologie.

De regels in gewone taal

Je kijkt naar het aantal levende buren van elk vakje (de acht eromheen, diagonalen meegeteld) en past deze regels tegelijk toe op het hele bord:

De verkorte notatie voor deze regels is B3/S23: B (van birth, geboorte) 3 betekent dat een cel geboren wordt met 3 buren, en S (van survival, overleven) 23 betekent dat hij overleeft met 2 of 3. De alternatieve regels in de tool gebruiken dezelfde notatie, bijvoorbeeld HighLife is B36/S23 en Zaden is B2/S.

Een generatie met de hand uitgerekend

Neem de knipperaar: drie levende cellen op een horizontale rij. De middelste heeft 2 levende buren en overleeft dus. De cellen aan de uiteinden hebben maar 1 buur en sterven. De vakjes direct boven en direct onder het midden hebben 3 levende buren (de drie van de rij) en worden dus geboren. Resultaat: een verticale rij van drie cellen.

In de volgende generatie herhaalt het proces zich en is de rij weer horizontaal. Daarom is de knipperaar een oscillator met periode 2. Probeer hetzelfde met het blok, een vierkant van 2 × 2: elke cel heeft 3 buren en overleeft dus, en geen enkel leeg vakje heeft 3 levende buren. Het verandert nooit, en daarom heet het een stilleven.

Geschiedenis: Conway, Gardner en het tijdschrift

De Britse wiskundige John Conway bedacht het spel in 1970. Martin Gardner maakte het bekend in zijn column over wiskundige spelletjes in Scientific American, in het nummer van oktober 1970, en sindsdien is er een enorme gemeenschap van liefhebbers ontstaan die patronen zoeken en catalogiseren.

Na verloop van tijd werd bewezen dat het spel Turing-compleet is: met de juiste figuren kan het in principe alles berekenen wat een computer kan berekenen. Dat is een van de redenen waarom het nog steeds beroemd is: onbeperkte complexiteit uit minimale regels.

Patroonfamilies en welke je moet proberen

Patronen worden ingedeeld naar hun gedrag. Ze staan allemaal in het menu «Patroon» van de tool, onder deze namen:

FamiliePatroonWat het doet
StillevenBlok, BijenkorfVerandert nooit: 4 cellen het blok, 6 de bijenkorf
OscillatorKnipperaar, Pad, BakenPeriode 2: begint elke 2 generaties opnieuw
OscillatorPulsarPeriode 3, 48 cellen in de beginfase
OscillatorPentadecathlonPeriode 15
RuimteschipGlider5 cellen; schuift elke 4 generaties 1 vakje diagonaal op
RuimteschipLichte ruimteschipSteekt het bord in een rechte lijn over, periode 4
KanonGosper-gliderkanonStoot elke 30 generaties een nieuwe glider uit
BeginchaosR-pentomino5 cellen die 1.103 generaties nodig hebben om stabiel te worden op een oneindig vlak

Het Gosper-kanon werd in 1970 gevonden door Bill Gosper en was het eerste bewijs dat een populatie onbeperkt kan groeien. Naast deze bevat de tool Eikel en Diehard, twee kleine patronen die er heel lang over doen om uit te kristalliseren.

Zo gebruik je de tool Game of Life

  1. Tik of sleep over het bord om levende cellen te tekenen (tik nog eens op een levend vakje om het te wissen), of kies een patroon uit het menu «Patroon».
  2. Tik op «Start». Met «Eén generatie» ga je stap voor stap verder om de evolutie rustig te volgen, en met «Pauze» stop je alles. Met het bord geselecteerd kun je ook het toetsenbord gebruiken: spatie start of pauzeert, N gaat één stap verder, R vult willekeurig en C wist alles.
  3. Pas de «Snelheid», de «Bordgrootte» en de «Regel» aan en probeer «Willekeurig» (met «Dichtheid bij willekeurig») om met een bord vol cellen te beginnen. Met «Wissen» maak je het bord leeg.
  4. Zet «Kleur cellen op basis van hun leeftijd» aan om te zien welke zones het langst stabiel zijn. Bovenaan staan de generatie en de levende cellen, en de tool meldt het wanneer het bord stabiel wordt, in een cyclus belandt of uitsterft.

Alles wordt op je apparaat berekend en er wordt niets naar een server gestuurd. De tool bewaart de instellingen (grootte, snelheid, regel) in je browser, maar niet de tekening.

Experimenten om te doen

Beperkingen van een eindig bord

Het oorspronkelijke spel speelt zich af op een oneindig vlak. Het bord van de tool heeft een vaste grootte, dus wat de rand bereikt, gedraagt zich anders: met verbonden randen komt het aan de tegenovergestelde kant weer binnen (het bord wordt een soort donut), en zonder verbinding dooft het uit tegen een muur.

Daarom hebben grote patronen ruimte nodig (het Gosper-kanon vraagt minstens 48 × 48) en kunnen sommige, zoals de R-pentomino, anders eindigen dan je op een onbegrensd vlak ziet. Past het patroon niet, dan vraagt de tool om een groter bord.

Veelgestelde vragen

Wat zijn de regels van de Game of Life van Conway?

Een levende cel met 2 of 3 levende buren blijft leven; met minder dan 2 sterft hij van eenzaamheid en met meer dan 3 door overbevolking. Een dood vakje met precies 3 levende buren wordt geboren. Samengevat: B3/S23.

Wat betekent B3/S23?

B is geboorte (birth) en S is overleven (survival). B3 betekent dat er een cel geboren wordt bij 3 levende buren en S23 dat een cel met 2 of 3 levende buren overleeft.

Wat is een glider?

Een figuur van vijf cellen die diagonaal opschuift, één vakje per 4 generaties. Het bekendste patroon van het spel.

Wie heeft de Game of Life bedacht?

De Britse wiskundige John Conway, in 1970. Martin Gardner maakte het dat jaar bekend in het tijdschrift Scientific American.

Waarom verdwijnt mijn tekening of blijft hij stilstaan?

Dat is heel gewoon: veel kleine figuren sterven uit of worden binnen enkele generaties stabiel. Probeer een ander beginpunt, een groter bord of «Willekeurig».