生命游戏Java实现

关于生命游戏

之前在学校看到ThoughtWorks举办的线下结对编程的比赛一等奖是大疆无人机，冲着无人机就拉着实验室小伙伴马总一起报了个名。然后题目就是实现一个界面版的生命游戏，所以才了解了生命游戏。
关于生命游戏，可以参考维基百科。
下图是效果图：

规则

生命游戏中，对于任意细胞，规则如下：
每个细胞有两种状态-存活或死亡，每个细胞与以自身为中心的周围八格细胞产生互动。（如图，黑色为存活，白色为死亡）
当前细胞为存活状态时，当周围低于2个（不包含2个）存活细胞时， 该细胞变成死亡状态。（模拟生命数量稀少）

当前细胞为存活状态时，当周围有2个或3个存活细胞时， 该细胞保持原样。

当前细胞为存活状态时，当周围有3个以上的存活细胞时，该细胞变成死亡状态。（模拟生命数量过多）

当前细胞为死亡状态时，当周围有3个存活细胞时，该细胞变成存活状态。 （模拟繁殖）
可以把最初的细胞结构定义为种子，当所有在种子中的细胞同时被以上规则处理后, 可以得到第一代细胞图。按规则继续处理当前的细胞图，可以得到下一代的细胞图，周而复始。

根据上面的规则得出下面的代码：

 /**
     * 上一个状态到下一个状态的转移
     * 根据规则可以总结得出两条规则:
     * 1. 对于周围活着的细胞为3的情况,下一个状态该细胞总是为活
     * 2. 对于周围活着的细胞为2的情况,下一个状态与上一状态相同
     */
    public void transform(){
        int[][] nextMatrix=new int[height][width];
        for (int y = 0; y < matrix.length; y++) {
            for (int x = 0; x < matrix[0].length; x++) {
                nextMatrix[y][x]=0;
                int nearNum= findLifedNum(y,x);
                //等于3，则下一状态总是活
                if(nearNum==3){
                    nextMatrix[y][x]=1;
                }
                //等于2，则与上一状态一样
                else if(nearNum==2){
                    nextMatrix[y][x]=matrix[y][x];
                }
            }
        }
        matrix=nextMatrix;
    }



    /**
     * 统计每个细胞周围活着的个数
     * @param x 横坐标
     * @param y 纵坐标
     * @return
     */
    public int findLifedNum(int y, int x){
        int num=0;
        //左边
        if(x!=0){
            num+=matrix[y][x-1];
        }
        //左上角
        if(x!=0&&y!=0){
            num+=matrix[y-1][x-1];
        }
        //上边
        if(y!=0){
            num+=matrix[y-1][x];
        }
        //右上
        if(x!=width-1&&y!=0){
            num+=matrix[y-1][x+1];
        }
        //右边
        if(x!=width-1){
            num+=matrix[y][x+1];
        }
        //右下
        if(x!=width-1&&y!=height-1){
            num+=matrix[y+1][x+1];
        }
        //下边
        if(y!=height-1){
            num+=matrix[y+1][x];
        }
        //左下
        if(x!=0&&y!=height-1){
            num+=matrix[y+1][x-1];
        }
        return num;
    }

实现

首先看我们做的效果，如下图：

关于初始状态的输入

初始状态是通过文件加载的方式来实现的，为了加载很多的情况，又写了一个工具类负责随机产生case，代码如下：

/**
     * 创建测试案例
     */
    private static void createCaseFile() {

        Random random = new Random();
        int rows = 1 + random.nextInt(100);
        int cols = 1 + random.nextInt(100);
        int duration = 200;
        int num = 300;
        File file = new File(cols+"_"+rows+"_"+System.nanoTime() + ".txt");
        PrintWriter writer = null;
        try {
            writer = new PrintWriter(new FileWriter(file));
            StringBuilder sb = new StringBuilder(cols + " " + rows + " " + duration + " " + num);
            writer.write(sb.append("\n").toString());

            //开始逐行初始化
            for (int y = 0; y < rows; y++) {
                sb = new StringBuilder();
                for (int x = 0; x < cols; x++) {

                    if (random.nextInt(3) % 3 == 0) {
                        sb.append("1 ");
                    } else {
                        sb.append("0 ");
                    }
                }
                sb.deleteCharAt(sb.length()-1).append("\n");
                writer.write(sb.toString());
            }


        } catch (IOException e) {
            e.printStackTrace();
        } finally {
            if (writer != null) {
                writer.close();
            }
        }

    }

关于界面

使用的Swing编程，java的界面做出来确实不咋的。不过我们加入了暂停、继续功能，这个是通过控制一个变量来做的，每两帧动画之间通过线程睡眠实现的。核心代码如下：

 private class GameControlTask implements Runnable {

        @Override
        public void run() {

            while (!stop) {
                cellMatrix.transform();
                showMatrix();

                try {
                    TimeUnit.MILLISECONDS.sleep(duration);
                } catch (InterruptedException ex) {
                    ex.printStackTrace();
                }
            }

        }
    }

其中cellMatrix代表了一帧的状态，调用transform()将会进行下一次变换，showMatrix负责更新界面。

总结

最后，由于界面比较酷炫，可以支持暂停、继续功能，代码结构比较优美及注释比较完整，最后和我的小伙伴拿了个无人机，还是挺爽的。
关于代码，可以参考TxGameOfLife。