細胞自動機 · 湧現

生命遊戲

在康威生命遊戲中,無限方格網上的每一格不是活的就是死的,並且同時更新:死細胞恰有三個活鄰居便誕生,活細胞有兩個或三個活鄰居便存活,其餘方格在下一代都是死的。

本頁呈現的生命遊戲

在康威生命遊戲中,無限方格上的每一格x不是活的s(x)=1s(x) = 1,就是死的s(x)=0s(x) = 0。令N(x)表示x周圍8格(包含斜對角)中活格的數量,下一代為

s′(x)={1N(x)=3,s(x)N(x)=2,0其餘情況,s'(x) = \begin{cases} 1 & N(x) = 3, \\ s(x) & N(x) = 2, \\ 0 & \text{其餘情況,} \end{cases}

也就是B3/S23規則。你可以畫下圖樣、觀察演化、回看先前的世代、預覽下一代,也能看到圖樣何時被證明已經安定。

每一格都依據同一個舊世代,同時更新。暫停時,下一代在真正走這一步之前,先用空心框標出將出生的格子,用斜線標出將死亡的格子;指向一格,還會顯示周圍8格與活鄰居數。棋盤沒有邊界,也不會從一側繞回另一側。畫面邊緣的V形箭頭標示該方向畫面外的活格數。面板曲線記錄上次改動棋盤以來,每一代的活格數。

幾類圖樣會反覆出現。靜物永遠不變,例如方塊與蜂巢。振盪子會回到原樣,例如閃爍子每2代重複一次。飛船在別處回到原來的形狀:滑翔機每4代橫移一格、再往下一格。槍會回到原樣,並且每次留下其他圖樣;戈斯帕滑翔機槍每30代發射一架滑翔機。需要很久才安定的小圖樣,例如R五連方,稱為長壽圖樣。由於一格的下一個狀態只取決於周圍3×3的區塊,任何影響每代最多傳播一格,斜走一步也算一格。這個上限稱為光速c,滑翔機的速度是c/4。

頁面只有在能證明時,才會判定圖樣已安定。證明依據一個事實:用F表示演化一代,若兩組活格X與Y至少相隔3格(斜走一步也算一格),則

F(X∪Y)=F(X)∪F(Y),F(X \cup Y) = F(X) \cup F(Y),

因為沒有任何3×3區塊能同時碰到兩組。因此,一旦留在原地的餘燼自行週期重複,而每艘飛船飛離時與餘燼及其他飛船始終至少相隔3格,它們就再也不會互相干擾。曲線以虛線標出棋盤首次成為這些餘燼與飛船的那一代。若頁面無法證明,例如飛船即將相撞,或槍仍在發射,就不會判定是否安定;也從不宣稱某個圖樣永遠不會安定。

John Horton Conway於1970年設計了這個遊戲,同年10月,Martin Gardner在Scientific American的介紹讓它廣為人知。

值得注意

  • 顏色與餘暉是顯示效果,不是規則的一部分。餘暉依秒數淡去,而非依世代,因此不代表格子的年齡。
  • 安定不一定代表靜止:振盪子仍然閃動,飛船仍然飛行,讀數會指出是哪一種。曲線變平也不代表安定,因為棋盤可以持續變化,活格數卻維持不變。

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