生命游戏,模拟生命的诞生和生存(Java)

生命游戏(Conway's Game of Life)是英国数学家约翰・何顿・康威在 1970 年发明的细胞自动机。它是一个零玩家游戏,包含一个二维网格,每个网格代表一个细胞,细胞有存活和死亡两种状态,且每个细胞的状态会根据其周围细胞的状态按照特定规则进行演变。生命游戏不仅在数学领域有着重要的理论意义,在计算机科学、生物学等领域也有广泛的应用,例如模拟生物群体的生长和演变。

本文将深入探讨使用 Java 语言实现生命游戏的具体过程,并详细剖析其核心算法。

整体架构

在 Java 实现中,我们将整个系统划分为三个主要类:GameUIGameOfLife 和 DieDaiGuiZeGameUI 类负责创建图形用户界面(GUI),展示生命游戏的演变过程;GameOfLife 类负责管理游戏的网格状态,包括初始化和状态更新;DieDaiGuiZe 类则包含了生命游戏的核心算法,用于计算下一代细胞的状态。

代码实现细节

GameUI 类

GameUI 类继承自 JFrame,用于创建一个窗口来显示生命游戏的演变过程。在构造函数中,我们设置了窗口的标题、大小、关闭操作,并将窗口居中显示。同时,我们创建了一个 GameOfLife 对象,并调用其 randomInit 方法对网格进行随机初始化。

在 paint 方法中,我们进行了 10000 代的迭代。在每一代中,我们更新窗口标题,获取当前网格状态,将网格状态绘制到一个 BufferedImage 上,然后将该图像绘制到窗口上。接着,我们调用 GameOfLife 对象的 nextGeneration 方法来计算下一代的网格状态,并通过 Thread.sleep(1) 方法进行 1 毫秒的延时,以便观察每一代的演变过程。

import javax.swing.*;
import java.awt.*;
import java.awt.image.BufferedImage;

public class GameUI extends JFrame {
    GameOfLife game = new GameOfLife(450, 450);
    public GameUI() {
        setTitle("生命游戏");
        setSize(1000, 1000);
        setDefaultCloseOperation
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