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from argparse import ArgumentParser, Namespace
from copy import deepcopy
from enum import Enum, auto
from random import random
from time import sleep
from typing import Union
numeric = Union[int, float]
class Cell(Enum):
"""セルの状態"""
ALIVE = auto()
DEAD = auto()
class Field:
"""ライフゲームの盤面"""
def __init__(self, height: int, width: int, init_rate: float):
"""
コンストラクタ
Parameters
----------
height : int
盤面の縦の長さ
width : int
盤面の横の長さ
init_rate : float
初期フィールドに生成する生存セルの割合
"""
self.height: int = height
self.width: int = width
# height x widthの2次元配列の要素にセルを格納する
# 生存セルはinit_rateの割合で格納される
self._field: list = [
[Cell.ALIVE if random() < init_rate else Cell.DEAD for _ in range(width)]
for _ in range(height)
]
def __str__(self) -> str:
# 生存セルは"■"
# 死滅セルは" "
return "\n".join(
"".join(["■" if cell == Cell.ALIVE else " " for cell in row])
for row in self._field
)
def get_cell(self, y: int, x: int) -> Cell:
"""特定の座標のセルの状態を取得する
Parameters
----------
y : int
Y座標
x : int
X座標
Returns
-------
Cell
セルの状態
"""
return self._field[y][x]
def set_cell(self, y: int, x: int, cell: Cell) -> None:
"""特定の座標のセルの状態を設定する
Parameters
----------
y : int
Y座標
x : int
X座標
cell : Cell
セルの状態
"""
self._field[y][x] = cell
def next_step(self) -> object:
"""次の盤面を計算する
Returns
-------
Field
次の盤面
"""
next_field = deepcopy(self)
for y, row in enumerate(self._field):
for x, _ in enumerate(row):
# 周囲の生存セルの個数を計算する
live_count = self.count_surrounding_live_cells(y, x)
if self.get_cell(y, x) == Cell.DEAD:
# 現在フォーカスしているセルが死んでいる
if live_count == 3:
# 死んでいるセルに隣接する生きたセルがちょうど3つあれば、次の世代が誕生する。
next_field.set_cell(y, x, Cell.ALIVE)
else:
# 現在フォーカスしているセルが生きている
if 2 <= live_count <= 3:
# 生きているセルに隣接する生きたセルが2つか3つならば、次の世代でも生存する。
next_field.set_cell(y, x, Cell.ALIVE)
elif live_count <= 1 or live_count >= 4:
# 生きているセルに隣接する生きたセルが1つ以下ならば、過疎により死滅する。
# 生きているセルに隣接する生きたセルが4つ以上ならば、過密により死滅する。
next_field.set_cell(y, x, Cell.DEAD)
return next_field
def count_surrounding_live_cells(self, y, x) -> int:
"""周囲の生存セルの個数を返す
Parameters
----------
y : int
フォーカスしている座標のY座標
x : int
フォーカスしている座標のX座標
Returns
-------
int
生存セルの個数
"""
count = 0
# -1 <= _y <= 1
for _y in range(-1, 2, 1):
# -1 <= _x <= 1
for _x in range(-1, 2, 1):
if _y == 0 and _x == 0:
# 現在フォーカスしているセルは無視する
continue
if (
self.get_cell(
(y + _y) % len(self._field), (x + _x) % len(self._field[y])
)
== Cell.ALIVE
):
# 生存セルであればカウントアップ
count += 1
return count
class LifeGame():
"""ライフゲーム"""
def __init__(self, args: Namespace):
field_size = (args.height, args.width)
self.curr_field: Field = Field(
*field_size, args.init_rate
)
# 盤面の履歴
self.history: list = []
self.interval: numeric = args.interval
def main_loop(self) -> None:
step_count = 1
while True:
# 現在のステージ数を表示する
print(f"Step {step_count}\n")
# 盤面を見せる
self.show()
# 盤面が変わらなくなったら終了
if len(self.history) > 1 and is_same_field(
self.curr_field, self.history[0]
):
print("Finish.")
break
# 盤面の履歴を更新
self.update_history()
# 次の盤面を計算する
self.curr_field = self.curr_field.next_step()
step_count += 1
# 進化している間スリープ
sleep(self.interval)
# カーソルを左上に移動させる
self.cursor_reset()
def show(self) -> None:
"""コンソールに表示する"""
print(self.curr_field)
def update_history(self) -> None:
"""履歴を更新する"""
if len(self.history) > 1:
# 盤面の履歴は2つだけ持っておきたい
self.history.pop(0)
self.history.append(deepcopy(self.curr_field))
def cursor_reset(self) -> None:
"""盤面の行数+α分上にカーソルを移動する"""
print(f"\033[{self.curr_field.height + 3}A")
def is_same_field(field1: Field, field2: Field) -> bool:
"""両者の盤面が同じか判定する
Parameters
----------
field1 : Field
ライフゲームの盤面
field2 : Field
ライフゲームの盤面
Returns
-------
bool
盤面が同じならTrueを返す
"""
for y in range(field1.height):
for x in range(field1.width):
if field1.get_cell(y, x) != field2.get_cell(y, x):
# 1つでも異なるセルがあれば同値ではない
return False
return True
def parse_command_line():
parser = ArgumentParser()
parser.add_argument(
"height",
help="Field height",
type=int,
)
parser.add_argument(
"width",
help="Field width",
type=int,
)
parser.add_argument(
"init_rate",
help="Percentage of surviving cells of the first generation",
type=float,
)
parser.add_argument(
"interval",
help="Time to evolve to the next generation",
type=float,
)
return parser.parse_args()
if __name__ == "__main__":
lifegame = LifeGame(parse_command_line())
lifegame.main_loop()