เกมแห่งชีวิตของคอนเวย์: กฎ แพตเทิร์น และสิ่งที่ควรลองทดลอง

กฎสี่ข้อที่สั้นพอจะเขียนในประโยคเดียว สร้างรูปร่างที่นิ่งอยู่กับที่ กะพริบเป็นจังหวะ เดินข้ามกระดาน และถึงขั้นสร้างรูปร่างอื่นขึ้นมาได้ ในบทความนี้จะดูวิธีคำนวณหนึ่งรุ่นด้วยมือ แพตเทิร์นที่ควรรู้จัก และการทดลองที่ควรลองกับเครื่องมือเกมแห่งชีวิต

อัปเดตเมื่อ:

ออโตมาตาเซลลูลาร์คืออะไร

ออโตมาตาเซลลูลาร์คือกระดานที่ประกอบด้วยช่อง แต่ละช่องมีสถานะ (ในกรณีนี้คือมีชีวิตหรือตาย) และเปลี่ยนไปทีละขั้นที่เรียกว่ารุ่น ในแต่ละขั้น ทุกช่องจะอัปเดตพร้อมกันโดยใช้กฎเดียวกัน ซึ่งดูเฉพาะช่องข้างเคียงทั้งแปดช่องที่ล้อมรอบแต่ละช่อง

เกมแห่งชีวิตไม่มีแพ้หรือชนะ คุณเลือกตำแหน่งเริ่มต้น แล้วกฎจะจัดการส่วนที่เหลือ สิ่งที่น่าสนใจคือกฎที่เรียบง่ายขนาดนี้ให้พฤติกรรมที่ซับซ้อนและคาดเดายาก จึงมีการศึกษาทั้งในคณิตศาสตร์ วิทยาการคอมพิวเตอร์ และแม้แต่ชีววิทยา

กฎ อธิบายด้วยภาษาง่าย ๆ

ให้นับจำนวนเพื่อนบ้านที่มีชีวิตของแต่ละช่อง (แปดช่องรอบตัว รวมช่องทแยง) แล้วใช้กฎต่อไปนี้พร้อมกันทั้งกระดาน

สัญกรณ์ย่อของกฎนี้คือ B3/S23 โดย B (มาจาก birth คือการเกิด) 3 หมายถึงเกิดเมื่อมีเพื่อนบ้านสามช่อง และ S (มาจาก survival คือการอยู่รอด) 23 หมายถึงอยู่รอดเมื่อมีสองหรือสามช่อง กฎทางเลือกในเครื่องมือก็ใช้สัญกรณ์เดียวกัน เช่น HighLife คือ B36/S23 และเมล็ดพันธุ์คือ B2/S

คำนวณหนึ่งรุ่นด้วยมือ

ลองดูบลิงเกอร์ ซึ่งเป็นเซลล์ที่มีชีวิตสามช่องเรียงกันในแนวนอน ช่องกลางมีเพื่อนบ้านที่มีชีวิตสองช่อง จึงอยู่รอด ช่องที่ปลายทั้งสองข้างมีเพื่อนบ้านเพียงหนึ่งช่อง จึงตาย ส่วนช่องที่อยู่เหนือและใต้ช่องกลางพอดีมีเพื่อนบ้านที่มีชีวิตสามช่อง (ทั้งสามช่องในแถว) จึงเกิดเซลล์ใหม่ ผลลัพธ์คือเซลล์สามช่องเรียงกันในแนวตั้ง

ในรุ่นถัดไป กระบวนการเดิมซ้ำอีกครั้งและกลับมาเป็นแนวนอน บลิงเกอร์จึงเป็นออสซิลเลเตอร์คาบ 2 ลองทำแบบเดียวกันกับบล็อก ซึ่งเป็นสี่เหลี่ยมจัตุรัส 2 × 2 ทุกเซลล์มีเพื่อนบ้านสามช่อง จึงอยู่รอดทั้งหมด และไม่มีช่องว่างใดที่มีเพื่อนบ้านที่มีชีวิตสามช่อง จึงไม่เปลี่ยนแปลงเลย เราเรียกรูปแบบนี้ว่าชีวิตนิ่ง

ประวัติ: คอนเวย์ การ์ดเนอร์ และนิตยสาร

จอห์น คอนเวย์ นักคณิตศาสตร์ชาวอังกฤษ คิดเกมนี้ขึ้นในปี 1970 มาร์ติน การ์ดเนอร์ เผยแพร่เกมนี้ในคอลัมน์เกมคณิตศาสตร์ของนิตยสาร Scientific American ฉบับเดือนตุลาคม 1970 และนับจากนั้นก็เกิดชุมชนผู้สนใจขนาดใหญ่ที่ค้นหาและจัดทำรายการแพตเทิร์น

ต่อมามีการพิสูจน์ว่าเกมนี้เป็นทัวริงสมบูรณ์ คือเมื่อมีรูปร่างที่เหมาะสม ในทางทฤษฎีก็สามารถคำนวณอะไรก็ได้ที่คอมพิวเตอร์คำนวณได้ นี่เป็นหนึ่งในเหตุผลที่เกมยังมีชื่อเสียง คือความซับซ้อนไร้ขีดจำกัดจากกฎที่น้อยที่สุด

ตระกูลของแพตเทิร์นและแบบที่ควรลอง

แพตเทิร์นแบ่งตามพฤติกรรมของมัน ทั้งหมดอยู่ในเมนู «แพตเทิร์น» ของเครื่องมือ ตามชื่อเหล่านี้

ตระกูลแพตเทิร์นสิ่งที่ทำ
ชีวิตนิ่งบล็อก, รังผึ้งไม่เปลี่ยนแปลงเลย: บล็อกมี 4 เซลล์ รังผึ้งมี 6 เซลล์
ออสซิลเลเตอร์บลิงเกอร์, คางคก, บีคอนคาบ 2: กลับมาเริ่มใหม่ทุก 2 รุ่น
ออสซิลเลเตอร์พัลซาร์คาบ 3 มี 48 เซลล์ในระยะเริ่มต้น
ออสซิลเลเตอร์เพนทาเดคาธลอนคาบ 15
ยานกลายเดอร์5 เซลล์ เคลื่อนที่ไปทางทแยง 1 ช่องทุก 4 รุ่น
ยานยานเบาข้ามกระดานเป็นเส้นตรง คาบ 4
ปืนปืนกลายเดอร์ของกอสเปอร์ปล่อยกลายเดอร์ใหม่ทุก 30 รุ่น
ความวุ่นวายช่วงต้นR-pentomino5 เซลล์ที่ใช้ 1,103 รุ่นกว่าจะนิ่งบนระนาบอนันต์

ปืนของกอสเปอร์ถูกค้นพบโดยบิล กอสเปอร์ ในปี 1970 และเป็นหลักฐานแรกที่แสดงว่าประชากรสามารถเพิ่มได้ไม่จำกัด นอกจากนี้ เครื่องมือยังมีเอคอร์นและไดฮาร์ด ซึ่งเป็นแพตเทิร์นเล็ก ๆ สองแบบที่ใช้เวลานานมากกว่าจะนิ่ง

วิธีใช้เครื่องมือเกมแห่งชีวิต

  1. แตะหรือลากบนกระดานเพื่อวาดเซลล์ที่มีชีวิต (แตะช่องที่มีชีวิตอีกครั้งเพื่อเอาออก) หรือเลือกแพตเทิร์นจากเมนู «แพตเทิร์น»
  2. กด «เริ่ม» ปุ่ม «ทีละรุ่น» ให้เดินหน้าทีละขั้นเพื่อดูวิวัฒนาการอย่างช้า ๆ และ «หยุดชั่วคราว» จะหยุดทุกอย่าง ใช้แป้นพิมพ์ได้เมื่อเลือกกระดานอยู่ คือเว้นวรรคเริ่มหรือหยุด N เดินหน้าหนึ่งขั้น R สุ่มเติมกระดาน และ C ล้างกระดาน
  3. ปรับ «ความเร็ว» «ขนาดกระดาน» และ «กฎ» และลอง «สุ่ม» (พร้อม «ความหนาแน่นของการสุ่ม») เพื่อเริ่มจากกระดานที่เต็มไปด้วยเซลล์ ปุ่ม «ล้าง» ทำให้กระดานว่าง
  4. เปิด «ระบายสีตามอายุของแต่ละเซลล์» เพื่อดูว่าบริเวณไหนนิ่งมานานกว่า ด้านบนจะแสดงรุ่นและจำนวนเซลล์ที่มีชีวิต และเครื่องมือจะแจ้งเมื่อกระดานนิ่ง เข้าสู่วงจรซ้ำ หรือไม่มีชีวิตเหลืออยู่

ทุกอย่างคำนวณบนอุปกรณ์ของคุณ และไม่มีการส่งอะไรไปยังเซิร์ฟเวอร์ เครื่องมือจะเก็บการตั้งค่า (ขนาด ความเร็ว กฎ) ไว้ในเบราว์เซอร์ของคุณ แต่ไม่เก็บภาพที่วาด

การทดลองที่น่าลอง

ข้อจำกัดของกระดานที่มีขนาดจำกัด

เกมต้นฉบับเกิดขึ้นบนระนาบอนันต์ แต่กระดานของเครื่องมือมีขนาดคงที่ สิ่งที่ไปถึงขอบจึงทำงานต่างออกไป เมื่อเปิดขอบเชื่อมต่อกัน มันจะวนกลับเข้ามาทางด้านตรงข้าม (กระดานกลายเป็นเหมือนโดนัท) และเมื่อไม่เชื่อมต่อ มันจะดับลงที่กำแพง

ด้วยเหตุนี้ แพตเทิร์นขนาดใหญ่จึงต้องการพื้นที่ (ปืนของกอสเปอร์ต้องการอย่างน้อย 48 × 48) และบางแบบ เช่น R-pentomino อาจจบต่างจากที่เห็นบนระนาบไร้ขอบเขต ถ้าแพตเทิร์นไม่พอดีกับกระดาน เครื่องมือจะขอให้ใช้กระดานที่ใหญ่ขึ้น

คำถามที่พบบ่อย

กฎของเกมแห่งชีวิตของคอนเวย์คืออะไร

เซลล์ที่มีชีวิตและมีเพื่อนบ้านที่มีชีวิต 2 หรือ 3 ช่องจะอยู่รอด ถ้าน้อยกว่า 2 จะตายเพราะโดดเดี่ยว และถ้ามากกว่า 3 จะตายเพราะแออัด ช่องว่างที่มีเพื่อนบ้านที่มีชีวิต 3 ช่องพอดีจะเกิดเซลล์ใหม่ สรุปเป็น B3/S23

B3/S23 หมายความว่าอะไร

B คือการเกิด (birth) และ S คือการอยู่รอด (survival) B3 หมายความว่าเซลล์เกิดเมื่อมีเพื่อนบ้านที่มีชีวิต 3 ช่อง และ S23 หมายความว่าเซลล์ที่มี 2 หรือ 3 ช่องจะอยู่รอด

กลายเดอร์คืออะไร

เป็นรูปร่างที่มีห้าเซลล์และเคลื่อนที่ไปทางทแยงหนึ่งช่องทุก 4 รุ่น เป็นแพตเทิร์นที่รู้จักกันมากที่สุดของเกมนี้

ใครเป็นผู้คิดเกมแห่งชีวิต

จอห์น คอนเวย์ นักคณิตศาสตร์ชาวอังกฤษ ในปี 1970 และมาร์ติน การ์ดเนอร์ ทำให้เกมเป็นที่รู้จักในปีนั้นผ่านนิตยสาร Scientific American

ทำไมภาพที่ฉันวาดจึงหายไปหรือนิ่งอยู่กับที่

เป็นเรื่องที่พบบ่อยที่สุด รูปร่างเล็ก ๆ หลายแบบจะสูญพันธุ์หรือนิ่งภายในไม่กี่รุ่น ลองเปลี่ยนจุดเริ่มต้น ใช้กระดานที่ใหญ่ขึ้น หรือลอง «สุ่ม»