生命游戏（康威生命游戏）

2023-09-19 阅读 11 评论 0

摘要：本篇文章给大家谈谈生命游戏，以及康威生命游戏对应的知识点，希望对各位有所帮助，不要忘了收藏本站喔。Python 实现基于元胞自动机的生命游戏这次我们使用 Python 来实现生命游戏，这是一种简单的元胞自动机。基于一定规则，程序可以自动从当前状态推演到下一状态。制作的成品如下：先来说说生命游戏的规则：在生命游戏中，每个单元格有两种状态，生与死。在我们的实现中， *** 的单元格代表活着的细胞

本篇文章给大家谈谈生命游戏，以及康威生命游戏对应的知识点，希望对各位有所帮助，不要忘了收藏本站喔。

Python 实现基于元胞自动机的生命游戏

这次我们使用 Python 来实现生命游戏，这是一种简单的元胞自动机。基于一定规则，程序可以自动从当前状态推演到下一状态。制作的成品如下：

先来说说生命游戏的规则：

在生命游戏中，每个单元格有两种状态，生与死。在我们的实现中， *** 的单元格代表活着的细胞，红色单元格表示死亡的细胞。而每一个细胞的下一状态，是由该细胞及周围的八个细胞的当前状态决定的。

具体而言：

当前细胞为活细胞

当前细胞为死细胞

无需安装的标准库：

第三方库：

导入模块：

首先，我们要知道细胞的生存空间是 N * N 的方阵，每个细胞都有两种状态：on, off。on 为 255，off 为 0。我们使用 numpy 产生 N * N 的方阵。np.random.choice 是在 State.on 和 State.off ，等概率随机抽取一个元素构造 N * N 的方阵。

其次我们要明白如何计算细胞周围活细胞的个数，尤其是边界一圈的细胞。我们可以采用余数的方式，假设棋盘大小为 9 * 9，那么对于左右边界而言，左边界的左边一个元素的计算方式： - 1 % 9 = 8，自动折到右边界上。将细胞周围八个单元格的数值加起来，除以 255，就可以得到细胞周围活细胞的个数。

接下来是对规则的翻译，即根据当前世代的状态，推演出下一世代，细胞的状态。initial 为当前世代的矩阵，data为下一世代的矩阵，我们根据 initial 的数值，计算出 data 的数值。total 为周围活细胞的个数，如果当前为活细胞，total 大于三或者小于二，下一世代就会死去。如果当前为死细胞，total 等于三，下一世代活细胞就会繁殖到该单元格上。

接下来是制作动图的过程，前面几行是绘图的基本操作。之后，我们使用到了 matplotlib.animation 的方法。其中，FuncAnimation 接受的参数含义：fig 为图像句柄，generate 函数是我们更新每一帧图像所需数据的函数，下面会有介绍，fargs 为 genrate 函数的除去第一个参数的其他参数，第一个参数由 FuncAnimation 指定 framenum（帧数）传给 generate 函数。frames 是帧数，interval 是更新图像间隔，s *** e_count 为从帧到缓存的值的数量。

如果指定保存路径(html)，则保存为 html 动画。

下面我们来看 generate 函数，NUM 为当迭代次数，frame_num 接收来自 FuncAnimation 的帧数。通过嵌套的 for 循环，我们逐个地更新方阵中各元素的状态。

最后，我们可以通过命令行参数，运行我们的程序：

-- size 参数为棋盘大小，--seed 为随机种子，用于产生不同的随机方阵。

高斯帕滑翔机枪(Gosper Glider Gun)

可将 --gosper 更改为 --glider 滑翔机。--s *** e 为动图保存的地址。

生命围棋——古老围棋与生命游戏的结合

在狂拽酷炫的大神烧脑的阿法尔狗原理解析之后，我更多的从游戏设计和现象角度谈谈围棋和生命游戏以及生命围棋一些设计思路和开发体验。

线上Demo地址：gooflife

“All of life is an act of letting go.” -- Life of Pi

这是生命围棋的主题，出自李安的《life of Pi》，翻译过来：人生（或者生命）就是不断前进、放下的过程，与生命围棋意义十分搭配，我们古称围棋为“弈”，西方名称是“Go”。弈：古语就是指下围棋，也有博弈、对弈的意思，与英文名Go of Life形成对称，而Go有走，去，进行，达到等含义，很多游戏的开始按钮都是Go，每一次点击和移动的游戏操作动作我们也可以看成是“go”。比喻人生如棋，我们的每一次观察、言语、动作、行为和决策都可以看成是一次落子，an act of go。

围棋起源于中国，文化博大精深，论语、左传、孟子都有关于围棋的记载，“琴棋书画”棋所指的就是围棋，存在了几千年，而千古无同局，生命力依然非常旺盛。

我们可以几分钟了解明白围棋的规则，但也许要用一生来追寻围棋的技艺，古往今来也吸引了许多聪明人将智力和注意力投入其中，状态空间10^172远超过宇宙可观测的原子总数，可以说是最伟大的游戏。

这次人机大战，再次掀起全民（主要是中日韩地区）对于围棋的热潮和关注，而围棋一直都是完全信息博弈游戏的巅峰，人工智能的圣杯。而阿尔法狗4：1战胜李世石颇具历史意义，让我们有了参照物，知道人类围棋在天地之间是什么位置。

围棋规则主要可以归纳为下面三条：

基于这简单规则，围棋涌现出近乎无穷的下法和策略，从围棋术语我们就可以窥见一斑：

这次人机大战直播中，我们听到职业九段说各种围棋术语，但这些围棋术语也都是人为定义的，而阿尔法狗走棋的时候就没有这些概念，它只有概率和输赢，所以我们在直播中听到许多职业棋手们解说也看不懂阿尔法狗棋路，阿尔法狗也常常下出我们认为不合常理的棋路，同时职业在形势判断上出入也都比较大，说明了我们之前积累的围棋理论，比如一些总结出来的定式，包括“势”的概念及判断，其实是有局限性的。

人机大战第四局，李世石在78手下出“神之一手”，展现人类的思维直觉、计算力和创造力，AlphaGo在此之后看似乱了阵脚，连续下出低级昏招，使得李世石拿下世纪大战中极具历史意义的一盘。

围棋如此复杂的下法和变化背后，可以用对弈记录和量化的棋力准确的衡量一个人的水平，现在已经是非常成熟的段位体系。

我们将上市公司估值作一个类比，一个上市公司也是非常复杂的组织，但通过发行股票后，在市场里可以量化得到公司估值。

在这个排名背后我们看到AlphaGo现在一人之下万人之上，而当今围棋第一人就是天才少年——柯洁，他的职业是棋手，副业是段子手+网红，在AlphaGo击败李世石第一场后就放言：“就算阿法狗战胜了李世石，但它赢不了我！”。纵观五场直播过程，总体柯洁对于场上形势判断是最为敏锐和准确的。

John Conway在1970年设计和发明的二维元胞自动机，元胞自动机最早要追溯到祖师爷冯诺依曼，

想象一个二维平面网格，每个格子里能放下一个“细胞”，它有死和活两种状态；它的下一代是由它自身和它周围邻居8个细胞的死活状态决定。

演化规则如下：

基于这三条规则我们可以在屏幕上观察到许多纷繁复杂、形态各异的图案。

更有滑翔机，滑翔机枪，滑翔机枪播种机这样神奇的产物。

我们可以用这些滑翔机模拟计算过程，在生命游戏的虚拟世界中构造一台通用计算机！康威和他的学生们也证明了在这个二维世界中存在并包含了通用图灵机（Universal Turing Machine），也就是说在生命游戏上是完全可能再虚拟嵌套一个生命游戏，下面这个图案是由Paul Rendell具体实现，分别在2000年和2010年用数以万计的细胞实现了图灵机和通用图灵机。

康威他们还成功设计了一个自我复制结构，会通过产生自身的更多拷贝而在空平面上殖民，每个包含了一个通用图灵机。不过这么复杂的家伙要长多大？他们估计是在10^13像素这个数量级，大概要曼哈顿岛那么大一块地。

目睹这些震撼而复杂的动态后，康威放出豪言：“只要给我足够大的模拟空间，等待足够长的时间，生命游戏中可能演化出任意你能想到的复杂事物，包括可以自我繁殖的细胞，以及能够撰写Ph.D论文的智慧生命！”

强烈推荐生命游戏 Web版（由Copy大神开发），可在上面看到非常许许多多震撼的Pattern，事实上基本导入了 conwaylife（Wiki）里的Pattern，还带有视角伸缩和演化速率调节功能。

我们可以在图灵机之中定向植入一枚“病毒”细胞，“一粒老鼠屎坏了一锅粥”——一个极其有序的图灵机迅速走向崩溃，直观地观察到这样设计出来的系统其实也非非常脆弱的。

我们可以得到这两个游戏世界的共性

围棋和生命游戏至今都吸引了许多人参与和沉浸其中，在游戏过程之中不断涌现出让人意想不到游戏可玩性和惊奇性，这两个游戏也揭示了沉浸和涌现的深刻联系。

因此我们考虑如何将二者结合，尝试开发出一种新的游戏，以下就是生命围棋的基本构思。

生命游戏与围棋在两个不同的层次上进行融合。具体地，在高层是围棋规则——宏观对弈；而在底层世界是按照生命游戏——微观演化。

两个层次的交互体现为：高层玩家的棋子实际上是一片固定尺寸的方格世界，按照多数原则分配黑色、白色方格。这些方格可以作为底层生命游戏的初始条件，并按照生命的规则进行演化。反过来，生命游戏的游戏结果会决定高层的围棋游戏行为。也就是说，在高层，玩家的地盘占领除了由围棋规则决定以外，还会受到底层生命游戏规则的影响。生命游戏使围棋子进行演化，并可能影响周围的棋盘世界。

高层每一个围棋棋子映射成底层M M生命游戏方格，每一次落子以一定的概率在M M格子内生成一定数量的活细胞，这个过程称作【细粒化】，反之方格转化为棋子过程称为【粗粒化】，因为底层生命游戏会生长、 *** 、死亡，方格会一个格点可能同时包含两种以上的方格，以多数原则决定该棋子归属，类似于地方民主投票——少数服从多数。

底层由于也会常常出现两种颜色以上，因此生命游戏规则需演变成竞争性的生命游戏：

在开发过程中，生命围棋尝试了多人实时 *** 的游戏模式，简单来说有几个要点：

但这次尝试，在刚上线前几天日均有破万的点击数，我们从中可以看到玩家们一统江湖，王朝更迭的现象，但持续的可玩性还远远不够，新鲜度过去之后，演变成偷菜拼时间的游戏，用户迅速流失。

我们知道围棋的关键参数是19x19路棋盘，361个交叉点，据说当年围棋也是从9路、13路、15路、17路一直到19路演变过来，到了19路就停止了，得到19路关键系数。

而生命围棋规则里领军3个细胞创生，2或3个细胞继续存活无疑是生命围棋的关键参数，将这个换成其他数字都没有生命游戏如此多变好玩。

生命围棋里也有两个关键参数：

空间尺度：一个大方格对应多少小方格M

这是一个关键参数。当M较大的时候，底层的生命游戏规则将不会对围棋规则造成太实质的影响。当M较小的时候，整个游戏将变成生命游戏。

时间尺度：生命游戏演化速率T

假如不考虑计算机的运算速度，玩家下一步的时间如果为u，那么这段时间内，生命游戏演化的步数T就是一个关键变量。因为，如果T过大，则生命游戏的时间尺度就会过大，如果T小，那么生命游戏规则将来不得体现，围棋的时间尺度就会更大。总之，连续地调节T将会带来完全不同效果的游戏。

人脑的计算和反应能力，进行调节。

通过调整这个两个参数我们有可能体验感受完全不同的游戏。

生命围棋里的神之一手：

让我们展开想象，如果将M调到10 13次方，自复制细胞的量级；如果将M调到10 80次方——宇宙原子总和的数量级，，时钟滴答T=10^-34方接近普朗克尺度，那么神之一手这一落子，有没有可能从中涌现出智慧生命来，只是需要宇宙级计算能力的支持。

万事万物都有边界。细胞有细胞膜？人与人之间不能靠得太近，特别是在不熟的时候。地球是球状的，有限无界。宇宙有边界吗？如果有，那么边界外面是什么？滑翔机飞到了棋盘边缘，怎么办？不能凭空消失。

而围棋一旦边界相互连通，则所有的位置关系：天元、星位都不存在了，边角死活也将全部改写，“金角银边草肚皮”，所有的位置都是中腹，其实玩的已经不再是原来的围棋，影响了可玩性，但是值得探索。

生命围棋的边界目前是环状的，即上下互通，左右互通，如果是莫比乌斯环会怎么样？

边界其实深远的影响了局部与整体的关系，边界问题其实很深刻，通过边界可以探索空间的性质——自由度、连通性和相关性。

当然目前生命围棋的规则细节还没有确定和完善，还只是一个Demo，比如玩法和胜负条件都是开放的可变的，希望吸引更多同学，投入注意力，共同参与其中。

问题：

最后总结来一些比较水的思辨，围棋、生命游戏、生命围棋都是虚拟世界，棋和戏都是对我们的世界和人生的投影，而我们自身又是什么的投影呢？

我们的宇宙也许可以看成是一个规模超级巨大的元胞自动机，从游戏的视角来看我们的现实世界，我们自身也无时不刻不处在被基因、谜因、权力和经济规律所支配的游戏之中，通过能量、符号、语言、货币、情感等信息流，不断驱动着我们的进行计算和演化，最明显的现象和规律就是我们要吃喝拉撒睡，我们有马斯洛需求层次，我们个体要经历生老病死，组织有兴衰成败，而我们有没有可能从中脱离出来，迈向更高一个层次？就像当年单核细胞进化成多核细胞超级个体，单一个体又演化成群落，群落又诞生了人类的智能和文明，此刻我们已经正处在演化的轨道之上。

我们可能去尝试创造和实现一个更大的模仿游戏——Matrix？

附：出自xkcd的漫画

生命游戏的原理

细胞自动机（又称元胞自动机），名字虽然很深奥，但是它的行为却是非常美妙的。所有这些怎样实现的呢？我们可以把计算机中的宇宙想象成是一堆方格子构成的封闭空间，尺寸为N的空间就有N*N个格子。而每一个格子都可以看成是一个生命体，每个生命都有生和死两种状态，如果该格子生就显示蓝色，死则显示白色。每一个格子旁边都有邻居格子存在，如果我们把3*3的9个格子构成的正方形看成一个基本单位的话，那么这个正方形中心的格子的邻居就是它旁边的8个格子。

每个格子的生死遵循下面的原则：

1．如果一个细胞周围有3个细胞为生（一个细胞周围共有8个细胞），则该细胞为生（即该细胞若原先为死，则转为生，若原先为生，则保持不变）。

2．如果一个细胞周围有2个细胞为生，则该细胞的生死状态保持不变；

3．在其它情况下，该细胞为死（即该细胞若原先为生，则转为死，若原先为死，则保持不变）

设定图像中每个像素的初始状态后依据上述的游戏规则演绎生命的变化，由于初始状态和迭代次数不同，将会得到令人叹服的优美图案。

这样就把这些若干个格子（生命体）构成了一个复杂的动态世界。运用简单的3条作用规则构成的群体会涌现出很多意想不到的复杂性为，这就是复杂性科学的研究焦点。

细胞自动机有一个通用的形式化的模型，每个格子（或细胞）的状态可以在一个有限的状态集合S中取值，格子的邻居范围是一个半径r，也就是以这个格子为中心，在距离它r远的所有格子构成了这个格子的邻居集合，还要有一套演化规则，可以看成是一个与该格子当前状态以及邻居状态相关的一个函数，可以写成f:S*S^((2r)^N-1)-S。这就是细胞自动机的一般数学模型。

最早研究细胞自动机的科学家是冯·诺伊曼，后来康韦发明了上面展示的这个最有趣的细胞自动机程序：《生命游戏》，而wolfram则详尽的讨论了一维世界中的细胞自动机的所有情况，认为可以就演化规则f进行自动机的分类，而只有当f满足一定条件的时候，系统演化出来的情况才是有活力的，否则不是因为演化规则太死板而导致生命的死亡，就是因为演化规则太复杂而使得随机性无法克服，系统乱成一锅粥，没有秩序。后来人工生命之父克里斯·朗顿进一步发展了元胞自动机理论。并认为具有8个有限状态集合的自动机就能够涌现出生命体的自复制功能。他根据不同系统的演化函数f，找到了一个参数lamda用以描述f的复杂性，得出了结论只有当lamda比混沌状态的lamda相差很小的时候，复杂的生命活系统才会诞生，因此，朗顿称生命诞生于“混沌的边缘”！并从此开辟了“人工生命”这一新兴的交叉学科！

如今细胞自动机已经在地理学、经济学、计算机科学等领域得到了非常广泛的应用！

职场感召是一场生命游戏

职场感召是一场生命游戏，在职场上是有职场的规则的，所以对于职场上的游戏也是有很多不同的见解的，感召相当于一场生命游戏，对支持有一定作用，下面分享职场感召是一场生命游戏。

职场感召是一场生命游戏1

感召，是职场领导或经理人常用的工作方法。所谓感召 gǎnzhào 就是感化并召唤。如在政策的感召下,他自首了；通过神或超自然的力量把某种意思传给或透露给 *** 人，说了受上帝感召而说的话。

我一直认为心灵感召是引发群体活动的重要力量。心灵感召能激发他人的理想，从而自愿采取行动；心灵感召是一种心态，是心灵的碰撞和认同；心灵感召是影响和改变他人心态和行为的能力，是激发他人自愿行动的能力。

生命是一场感召的游戏！感召就是用爱的情绪直接有效地与人沟通。

心灵感召有两种形式，一种是激发起他人的理想，从而自愿追求这个理想，感召者未必参与其中。另一种则是感召者有远大的理想，感召更多有共同理想的人加入其中并为之奋斗，感召者本人就是最积极的实践者或领路人。从古至今，每一位名垂史册，标炳千秋的重要人物，哪一个不是这样优秀的感召者？！孙中山以“推翻封建帝制”感召国人，并身体力行而成为“国父”；开国领袖、一代伟人 *** 以“建设新中国”感召工农，且身先士卒，使四万万同胞齐踊跃，终于成立了新中国，让“中国人民从此站起来了”！

实践中，我们体验到人生就是一场感召的游戏。漫漫人生路，我不去感召别人，别人就会感召你；要么你感召别人，要么别人感召你，或者我们共同受他人感召。总之，感召存在于每人生命中。

一般意义上讲，领导的影响力分权力性影响力和非权力性影响力两个方面，权力性影响力是强制性的，如发号施令，理解的要执行，不理解的也要执行，不管你心中是舒服还是抱怨，毫无商量余地，也难讨价还价。非权力性影响力有多种表现形式，常见的有：金钱利诱、吹蒙哄骗，（虽然很不愿这样归类）最主要的是感召。感召不是依靠权力，没有强制性，感召是通过理想、愿景、品格、情感来实现，让被感召的人看到新的可能性，感受到目标在召唤，从而在心态上改变，在行为上动作。

从以上的描述中，我们不难得出一个结论，品绩力就是一种感召。心灵感召不同于命令，心灵感召也不同于说服，心灵感召甚至也不同于教育、鼓励和引导。心灵感召重在感化，是一种内外相结合的影响力。心灵感召可能有洋洋洒洒的宣言和理论，也可能只是一个细微的动作或一个感人至深的行动。

品绩力是一种心灵感召的又一佐证是，心灵感召是团队实现共赢的牵引力。心灵感召是团队向一个方向前进的聚光灯和加速器，心灵感召可以让团队凝聚力越来越强，实现理想的可能性越来越大。

光有感召还不够，还要不断鼓励。人是需要鼓励的。鼓励可分为两方面：一方面是鼓励当事人排除干扰，“勇敢向前”；另一方面是鼓励“聚焦”。聚焦，即对准目标。很多人已确定了清楚的目标，但却常常左摇右摆，立场不够坚定。不能聚焦于目标，即使是天才也难以取得突出的成就。

企业经理人或领导者是感召员工和职员看到自己究竟是什么样的一个人，看到自己的真我价值，找到自己真正的理想，厘清自己生活和工作的目标，然后，迁善心态，采取行动，有效地达到目标。

职场感召是一场生命游戏2

最近工作很忙，感觉非常累。虽然没有轰轰烈烈的大事需要处理，做不完的琐碎细节也让人精神紧张。晚上一回到家里就瘫倒在床上不想动弹，有时还朦胧睡去直至深夜。这样的状态怎么也提不起让人兴奋的神经，怎么也称不上还存有一点点幸福感了。持续着这样的状态，精神渐渐濒临崩溃，生活被工作占据了全部，没有了乐趣可言。也许，人在职场身不由已，很多人也重复着同样的故事和心情。但是，我还是想努力去寻找这忙碌的生活中的乐趣，努力去探寻高压之下的幸福感。努力不负有心人，经过我刻意的追求和改变，我的状态还真的变了，心情变得开朗愉悦，生活中平添了许多的乐趣和幸福感。

我首先做到的是改变自己的心态，不再带着一种不安和不满的状态面对工作。原来许多会让我肝火上升、气愤填膺的事情，现在我试着去理解他们的不容易，用温和理解的口气和态度对待和指出他们的问题和过失，通常也能得到同样好得多的回报，他们会很是客气的说着抱歉，然后尽快完成应完成的事务。原来对很多事情心里都太在意，刻意要求所有的细节都达到我的标准，否则是不能过关的，但现在觉得其实苛刻的`要求无论对自己和对别人都是巨大的压力，却不会有正向结果。于是在细枝末节上我试着放弃高标准，让大家尝试着慢慢提高和改变。这样一来，大家都可以放松地、自觉地对待这些事务，反倒每个人都提高了自己的要求，事情越来越向着理顺的方向发展了。

其次，对待所有事情都要多看积极和正向的一面，而尽量淡化消极不利的一面。同样一件事情，不同的人会看到不同的结果。一个积极乐观的人，会觉得一切还都很顺利，还都在掌控中，并且还很美好；一个消极悲观的人会看到所以的阻力和不利因素，觉得事情简直走到了终点无法转圜。我用赞美对待我和同事取得的哪怕一点点成绩，用一笑置之对待那些失误、延误和无可奈何的停滞。渐渐地，大家每天更多的是欢笑、鼓励和赞美，而没有了指责、埋怨和不满。大家都开心起来了。总之，带着乐趣、带着愉快的心情去工作，你就会觉得事事顺利，即便会遇到挫折和反复，依然因为有着乐观的用心而迎刃而解。职场的幸福感也许更多的源自于自己的内心，那么努力用自己的真心去寻找吧。