如何在带环绕的元胞自动机中计算单元格的邻居

Question

所以我正在制作一个模拟 Life-like 元胞自动机的程序，但我在计算单元格的活邻居时遇到了一些问题。问题是我希望能够改变网格环绕的方式——也就是说，它是否从 从左到右（即圆柱形）环绕，从 从上到下 和 从左到右（即环形），或 根本不（即平坦）——我不知道如何制作我的方法考虑到这一点。这是我目前所拥有的：

public int getLiveNeighbors(int row, int col)
{
    int count = 0;

    // "topology" is an int that represents wraparound:
    // 0 = flat; 1 = cylindrical; 2 = toroidal
    int top = topology != 2 ? row - 1 : (row + ROWS - 1) % ROWS;
    int bottom = topology != 2 ? row + 1 : (row + 1) % ROWS;
    int left = topology != 0 ? (col + COLS - 1) % COLS : col - 1;
    int right = topology != 0 ? (col + 1) % COLS : col + 1;

    for (int r = top; r < bottom + 1; r++)
        for (int c = left; c < right + 1; c++)
            if (!(r == row && c == col) && getCell(r, c).equals(LIVE))
                count++;
}

我认为，关键是for-loop 中的if-语句——必须有某种方法来检查r 和c 是否在网格的范围内，而请记住，“边界”的定义将根据网格是否/如何环绕而有所不同。在过去，我通过使用三个不同的集合（每个环绕设置一个）来解决这个问题，其中包含八个不同的 if 语句，以分别检查组成原始单元邻域的八个单元中的每一个；正如你可以想象的那样，它不是很漂亮，但至少它有效。

我不太擅长解释我自己的代码，所以我希望这不会太令人困惑——我自己也觉得有点胡思乱想（哈）。如果有人有任何问题，请随时提问！

Answer 1

您可能已经有一个像 Board 这样的类，带有像 getCell(x, y) 这样的方法（至少在您的代码中存在这种方法）。

我只是让这个方法宽松一些，它可以接受大于或等于COLS 和ROWS 的负数x 和y 或x 和y。因此，您可以将col - 1 迭代到col + 1 和row - 1 到row + 1（减去col 和row）而不关心这些坐标是否“超出范围”。正确查找坐标是Board 的任务。

使您的代码更难的还有您在一个地方处理不同的拓扑。很难跟上。

您可以通过实现Board 的不同子类（如CylindricalBoard、ToroidalBoard 和FlatBoard）来简化它。每个子类都会以不同的方式实现getCell，但在子类的上下文中它会很容易理解。

Answer 2

您正在寻找Strategy Pattern：

在一些常见情况下，类仅在行为上有所不同。对于这种情况，最好将算法隔离在不同的类中，以便能够在运行时选择不同的算法。

在这种情况下，你会想要这样的东西（为了清楚起见，缩写）：

class Point {
    int x;
    int y;
}

interface WrapStrategy {
    Point moveUp(Point p);
    Point moveDown(Point p);
    Point moveLeft(Point p);
    Point moveRight(Point p);
}

class CylinderWrapping implements WrapStrategy {
    int height;
    int circumference;
    Point moveUp(Point p) {
        if (p.y <= 0)
            return null; // cannot move up
        return new Point(p.x, p.y - 1);
    }
    Point moveDown(Point p) {
        if (p.y >= height - 1)
            return null; // cannot move down
        return new Point(p.x, p.y + 1);
    }
    Point moveLeft(Point p) {
        if (p.x <= 0)
            return new Point(circumference - 1, p.y);
        return new Point(p.x - 1, p.y);
    }
    Point moveRight(Point p) {
        if (p.x >= circumference - 1)
            return new Point(0, p.y);
        return new Point(p.x + 1, p.y);
    }
}

Answer 3

试试这个：

import java.awt.Point;

public class Neighbours {

    public static void main(String[] args) {
        Neighbours inst=new Neighbours();
        int r=3;//<ROWS
        int c=3;//<COLS
        for(int i :new int[]{0,1,2}){
            inst.type=i;
            System.out.format("There are %d neighbours of point (%d,%d), topography type %d\n", inst.countLiveNeighbours(r, c), c, r,i);
        }
    }

    int ROWS=4;
    int COLS=4;
    int type=0;//0=flat, 1=cylinder, 2=toroid

    /**
     * Is x,y a neighbour of r,c?
     * @return coordinates of neighbour or null
     */
    Point neighbour(int x, int y, int r, int c){
        if((x==c)&&(y==r))
            return null;
        switch (type){
/*this is wrong for the reasons explained below
        case 0: return ((x<COLS)&&(y<ROWS)) ? new Point (x,y) : null;
        case 1: return y<ROWS ? new Point(x%COLS,y) : null;
        case 2: return new Point(x%COLS,y%ROWS);
*/
 //replacement statements produce the correct behaviour
    case 0: return ((x<COLS)&&(x>-1)&&(y<ROWS)&&(y>-1)) ? new Point (x,y) : null;
    case 1: return ((y<ROWS)&&(y>-1)) ? new Point(Math.floorMod(x,COLS),y) : null;
    case 2: return new Point(Math.floorMod(x,COLS),Math.floorMod(y,ROWS));
        }
        return null;
    }

    int countLiveNeighbours(int r, int c){
        int result=0;
        for(int x=c-1; x<c+2; x++)
            for(int y=r-1; y<r+2; y++){
                Point p=neighbour(x,y,r,c);
                if(live(p)){
                    System.out.format("\tpoint (%d,%d)\n",(int)p.getX(),(int)p.getY());
                    result++;
                }
            }
        return result;
    }

    boolean live(Point p){
        boolean result=true;
        if(p==null)
            return false;
        //perform tests for liveness here and set result
        return result;
    }
}