康威生命游戏实现 - Conway's Game of Life Implementation
Made by Mike_Zhang
数据结构与算法主题：
1. Abstract
1. 梗概
康威生命游戏 (Conway’s Game of Life) 是英国数学家 约翰·何顿·康威 (John Horton Conway) 在1970年发明的一种细胞自动机。能够在一定程度上让计算机模拟宇宙中生物最基本的生命规律。能够使生命从最开始的状态进化到让人意想不到的状态。
作为此游戏的使用者，也是这个游戏中每个生命的“上帝”，我们需要做的只有一件事：设计好这个生命世界最开始的样子，即哪些生命存活，哪些生命死亡。接下来就让世界中的生命按照规则不断进化下去。康威生命游戏不仅仅是个游戏，其简单的规则和让人着迷的世界，也能让人们感受到一些生命的本质。更进一步，借助康威生命游戏，还可以造出通用计算机，因为此游戏具有图灵完备性。
本文将介绍康威生命游戏的规则，此问题的抽象模型，康威生命游戏的代码实现，包括后端及前端的实现，以及一些思考。
若你想先尝试一下此游戏，可点击并使用UltraFish Plus中的康威生命游戏。
但请答应我，别玩入迷了，记得回来看看其背后的故事。
2. Problem Description
2. 问题描述
康威生命游戏规定了一个由无数小方块组成的无边无际的世界，每一个方块代表了一个生命，并有以下生命规则：
- 每个生命有两种状态-存活或死亡，每个生命只与其周围八个生命产生互动；
- 存活：
- 若某个生命目前状态为存活，并且其周围有 2 或 3 个存活的生命，此生命将保持原状（模拟平衡）；
- 死亡：
- 若某个生命目前状态为存活，并且其周围有 0 或 1 个存活的生命，此生命将会死亡（模拟濒危）；
- 若某个生命目前状态为存活，并且其周围有超过 3 个存活的生命，此生命将会死亡（模拟数量过多）；
- 诞生：
- 若某个生命目前状态为死亡，并且其周围有 3 个存活的生命，此生命将会诞生（模拟繁殖）；
- 当前的所有生命会同时被以上规则处理并更新，以得到下一代生命，并决定了再下一代的生命，不断重复。
根据以上规则，方块中的生命有很多有意思的形态和变化。
静止的生命：
- 会一直维持原状，不会发生变化。
- 方块、蜂巢、面包、小船、桶 - en.wikipedia.org：
震荡的生命：
- 会在一个周期内重复相同的变化，不会死亡。
- 信号灯-周期为2、蟾蜍-周期为2、烽火-周期为2、脉冲星-周期为3 - en.wikipedia.org：
移动的生命：
- 会持续不断的移动下去。
- 滑翔机、太空飞船 - en.wikipedia.org：
持续繁殖的生命
3. Problem Abstraction
3. 问题抽象
为了解决对康威生命游戏的代码实现，面向对象设计和编程是一个很好的途径。
首先我们对此游戏进行抽象。总的来说，其中有两个对象：生命，由生命构成的世界。并且它们有各自的属性和方法。
比如，
每个生命都有自己的位置，以及自己有哪些邻居，自己的存活状态等。它们可以计算出自己下一个时间的状态，并且可以更新自己的状态等。
由生命构成的世界有自己会有哪一些生命在里面。它可以添加新的生命，也可以更新全部的生命状态，并展示出所有的生命状态。
3.1 Cell Class
3.1 生命类
首先是抽象了生命的生命类: Cell (写为细胞，代表了生命)。
neighbors是一个Cell类的数组，维护了此生命周围的8个生命；isNowLive和willBeLive维护了此生命目前和下一代的生命状态；setNextLife()方法会根据生命规则计算此生命下一代的生命状态并更新。
3.2 CellWorld Class
3.2 生命世界类
其次抽象了由众多生命组成的世界类: CellWorld (写为细胞世界，代表了生命的世界)。
cells是一个Cell类的二维数组，维护了此世界中所有的生命；add(Cell)方法能够向世界中添加一个活的生命；refresh()方法能够把所有生命更新到其下一代；listAll()方法能够返回所有生命的状态为字符串。
注：康威生命游戏规定了一个无边无际的世界，但这里的
CellWorld类定义的世界是有边际的，与康威生命游戏的规则略有不同。
4. Implementation
4. 实现
4.1 Java
基于上述的抽象，我们可以用Java对上述两个模型进行设计和封装。
GitHub代码:
可运行测试文件来模拟此游戏。
GitHub代码:
4.2 React
上述用Java实现的方式只是在命令行中实现的。为了能够让用户有更好的操作体验，我用React做了一个网页版本的康威生命游戏，并用JavaScript封装了之前用Java实现的两个类。最后发布在UltraFish Plus上。
用户作为这个世界的“上帝”，可以通过点击方块来创造或者消灭生命，便可设计自己的世界。点击开始后就可以使世界开始运作，观察世界中生命的变化。
5. Review
5. 思考
康威生命游戏体现了在无序中的有序，能够从简单的逻辑演变出有趣的模式，也能让我们有一些对生命的理解。
我用数据结构和算法以及面向对象编程来尝试实现这个游戏，同时也尝试了React来进行网页端的实现。让我得到了锻炼的机会，收获了很多经验，当然也发现了很多不足。
康威生命游戏具有图灵完备性，因此有一个团队基于此游戏，开发出了一个通用计算机 (通用图灵机)，并用其运行了俄罗斯方块这一游戏。还记得上面提到的滑翔机样式吗。这个样式很像电流的传输。类似地，此团队用修改过的生命游戏模拟了从最基本的导线，电路，逻辑门，触发器，时钟等，到寄存器，内存，指令集。最后模拟出了一台计算机。十分震撼，有机会可以深入研究一下：
Build a working game of Tetris in Conway’s Game of Life
References
参考
Build a working game of Tetris in Conway’s Game of Life
Conway’s Game of Life - Wikipedia
Conway’s Game of Life - UltraFish Plus
The Game of Life - Computer Science Department, Stanford University
康威生命游戏是如何搭建计算机的？
康威生命游戏——孤独会致命，拥挤也一样
Outro
尾巴
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OOP、数据结构与算法的应用会继续研究.
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