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python 細胞自動機

榮姿康1年前8瀏覽0評論

Python是一種非常流行的編程語言,它擁有豐富的庫和工具來進行各種類型的編程任務。其中一個最引人注目的應用程序是細胞自動機。

細胞自動機是一種模擬自然系統中細胞行為的工具。它由一個規則網格、一組狀態和一個相鄰的約定組成。在這個系統中,每個細胞可以根據它自身的狀態和相鄰的細胞的狀態來改變它的狀態。這樣,整個系統的演變就可以用簡單的規則來描述。

在Python中,我們可以使用NumPy庫和Matplotlib庫來方便地實現細胞自動機。下面是一個簡單的例子。

import numpy as np
import matplotlib.pyplot as plt
# 定義一個網格
grid = np.zeros((100, 100))
# 在網格中放置一些隨機的活細胞
for i in range(100):
for j in range(100):
if np.random.random()< 0.1:
grid[i][j] = 1
# 定義規則
def update(grid):
new_grid = grid.copy()
for i in range(1, 99):
for j in range(1, 99):
num_neighbors = grid[i-1][j-1] + grid[i-1][j] + grid[i-1][j+1] + grid[i][j-1] + grid[i][j+1] + grid[i+1][j-1] + grid[i+1][j] + grid[i+1][j+1]
if grid[i][j] == 1:
if num_neighbors< 2 or num_neighbors >3:
new_grid[i][j] = 0
else:
if num_neighbors == 3:
new_grid[i][j] = 1
return new_grid
# 進行1000次迭代
for i in range(1000):
grid = update(grid)
# 繪制最終的狀態
plt.imshow(grid, cmap='binary')
plt.show()

在這個例子中,我們首先定義了一個100x100的網格,并在其中隨機放置了一些活細胞。然后,我們定義了一個規則函數來更新網格的狀態。在規則中,我們只考慮每個細胞周圍8個相鄰細胞的狀態,根據它們的狀態來更新細胞的狀態。最后,我們進行了1000次迭代,得到最終的狀態,并用Matplotlib庫將其繪制出來。

Python是一種強大的工具,可以用來模擬各種自然系統和現象。通過使用Python, NumPy和Matplotlib庫,我們可以輕松地實現細胞自動機模擬,了解細胞行為背后的規律。