Моделирование схемы Жизнь

КРАСНОЯРСКИЙ ГОСУДАРСТВЕННЫЙ ТЕХНИЧЕСКИЙ УНИВЕРСИТЕТ

Кафедра ВТ

Утенков Валентин

Владимирович

Специальность 2201

Шифр .448597

Курсовая работа за первый курс по предмету «Алгоритмические языки и программирование» Тема: моделирование игры “Жизнь”

1999 г.

Содержание

1. Введение 3

2. Описание программы 5

3. Заключение 11

4. Приложение 12

1. Введение

В наш век, когда космические корабли бороздят просторы Большого Театра, применение компьютеров в различных областях народного хозяйства становится необходимым и, как следствие, неизбежным. Компьютерные технологии и методы обработки данных становятся применимыми в любых сферах человеческой деятельности от расчетов графиков железнодорожных перевозок до составления гороскопов. Конечно, не во всех вопросах компьютеры могут выдать решение конкретной проблемы, но они могут, как минимум, существенно облегчить накопление, систематизацию и рутинную обработку данных.

Методы решения задач с помощью компьютеров можно разделить на две основные группы.

Во-первых, это аналитический метод, при котором все поведение исследуемой системы описывается как ряд четких зависимостей, из которых с учетом исходных данных вычисляется оптимальное соотношение условий для данной задачи.

Во-вторых, это метод моделирования, при котором задается начальное состояние и основные законы взаимодействий в исследуемой системе; после этого система запускается «в жизнь» и наблюдатель отслеживает ее поведение в динамике, визуально извлекая из этого процесса интересующие его аспекты.

В данной работе сделана попытка на простейшем примере, который (с известными допущениями) применим в биологии, продемонстрировать применение этого метода для исследования поведения колоний микроорганизмов.

Модель поведения системы предельно упрощена. Жизненное пространство представлено как поле, состоящее из квадратных ячеек размером 50´30 ячеек; у каждой ячейки, очевидно, есть 8 соседних. Каждая ячейка может быть пустой или содержать клетку. Существование клетки определяется количеством соседей. Если в соседних ячейках 2 или 3 клетки, то клетка живет, а если соседей больше трех или меньше двух то клетка погибает (от «перенаселенности» или то «одиночества»). Если же вокруг пустой ячейки находятся ровно 3 клетки, то в ней появляется новая клетка.

Таким образом, заданы условия трех основных процессов у живых существ: рождения, существования и отмирания.

Представленная программа обеспечивает проверку этих условий и выполнение соответствующих действий. Программа, также, выполняет схематический вывод поля и некоторой сопутствующей информации на экран.

2. Описание программы

 

2.1. Программа реализована на Borland Pascal 7.0.

 

2.2. Данные в программе хранятся в следующих глобальных переменных стандартных типов:

 

2.2.1 A и B – основной и вспомогательный массивы элементов типа Boolean размером [0..51,0..31]. В основном массиве A хранится информация о содержании клеток в ячейках поля. Вспомогательный массив B введен для занесения текущих изменений содержимого ячеек без изменения основного массива. После заполнения массива B его содержимое копируется в массив A.

2.2.2. i и j – переменные типа integer. В первоначальном варианте программы использовались как счетчики в циклах типа for. Впоследствии все эти циклы были перемещены из тела программы в процедуры, и эти переменные были использованы как параметры процедуры InitGraph для установки графического режима.

2.2.3. VP – переменная типа integer. Содержит номер активной видеостраницы. Используется процедурой FlipVP (см. далее).

2.2.4. step, live, dead и born – переменные типа integer. Содержат, соответственно, номер шага работы программы, текущее количество живых клеток на поле и количество погибших и появившихся за последний шаг клеток.

2.2.5. s и stri – переменные типа string. Переменная s применяется как промежуточная при переводе чисел в строковое представление; с ее помощью формируется переменная stri, которая и выводится на экран процедурой OutTextXY.

 

2.3. Программа использует стандартные модули crt.tpu и graph.tpu а так же модуль mono3d.tpu, написанный для других целей, из которого используется только процедура FlipVP.

 

2.4. Основные блоки программы реализованы в двух функциях и пяти процедурах, выполняющих следующие действия:

 

2.4.1. Функция Nears. Возвращает значение типа integer. Применяется для подсчета клеток в соседних ячейках. Аргументами функции x и y являются номер столбца и строки, содержащих ячейку, для которой определяется количество соседей. При выполнении функции внутренние счетчики i и j пробегают значения от x-1 до x+1 и от y-1 до y+1 соответственно. При этом проверяется содержимое каждой ячейки A[i,j] и, если она не пустая, значение суммирующей переменной s увеличивается на 1 (перед выполнением функции переменная s обнуляется). Таким образом в переменную s заносится количество клеток в квадрате 3х3 ячейки с исследуемой ячейкой в центре. После этого, если исследуемая ячейка не пуста, переменная s уменьшается на 1 (поскольку нас интересует только содержимое окружающих ячеек). Далее функция возвращает значение переменной s.

2.4.2. Функция Change выполняет основные действия программы и возвращает значение типа boolean. Во время ее выполнения внутренние счетчики i и j пробегают диапазоны значений, охватывающие всю обрабатываемую площадь поля. Для каждой ячейки A[i,j] выполняется проверка наличия в ней клетки. Если в ячейке есть клетка, то с помощью функции Nears определяется количество ее соседей, если оно подходит под условия отмирания, то ячейка вспомогательного массива B[i,j] опустошается, а переменная dead увеличивается на 1. Если ячейка пуста, а функция Nears возвращает значение, подходящее под условие возникновения, то ячейка вспомогательного массива B[i,j] заполняется, а переменная born увеличивается на 1. В остальных случаях изменения данных не происходит.

В начале выполнения переменные born и dead обнуляются, а функции Change присваивается значение False. Если произошло хотя бы одно изменение данных, функции присваивается значение True. Поскольку эта функция является условием выполнения основного цикла программы, очевидно, что при отсутствии изменений произойдет выход из цикла.