如何在python中实现元胞自动机的概念

Question

我在 python 方面相当新（一般来说，编程，刚开始 2 个月前）。我的任务是创建一个程序，该程序采用用户起始字符串（即“11001100”）并根据一组规则打印每一代。然后它在重复用户开始字符串时停止。但是，我什至不知道从哪里开始。我对元胞自动机的概念有模糊的了解，因此不知道如何将其实现到脚本中。

理想情况下，它将获取用户输入字符串“11001100”（gen0）并查看我创建的规则集并将其转换为“11001100”将是“00110011”（gen1），然后将其再次转换为（gen3）并再次返回（gen4），直到返回到用户提供的原始输入（gen0）。我的规则集如下：

print("What is your starting string?")

SS = input()
gen = [SS]
while 1:
    for i in range(len(SS)):
        if gen[-1] in gen[:-2]:
            break
    for g in gen:
        print(g)


newstate = {
    #this is used to convert the string. we break up the users string into threes. i.e if user enters 11001100, we start with the left most digit "1" and look at its neighbors (x-1 and x+1) or in this case "0" and "1". Using these three numbers we compare it to the chart below:
    '000': 1 ,
    '001': 1 ,
    '010': 0 ,
    '011': 0 ,
    '100': 1 ,
    '101': 1 ,
    '110': 0 ,
    '111': 0 ,
}

我将不胜感激任何帮助或进一步解释/虚拟证明解释如何使其工作。

Answer 1

假设newstate 是一个有效的字典，其中键/值对对应于您的状态替换（如果您希望100 转换为011，newstate 将具有newstate['100'] == '011'），您可以这样做拆分字符串的列表推导：

changed = ''.join(newstate[c] for c in prev)

其中prev 是您之前的状态字符串。即：

>>> newstate = {'1':'0','0':'1'}
>>> ''.join(newstate[c] for c in '0100101')
'1011010'

然后您可以使用此列表组合通过在列表推导中调用自身来更改字符串本身：

>>> changed = '1010101'
>>> changed = ''.join(newstate[c] for c in changed)
>>> changed
'0101010'

您的原始代码中有基本流程，您只需要对其进行改进。伪代码如下所示：

newstate = dict with key\value mapping pairs
original = input

changed = original->after changing

while changed != original:
    changed = changed->after changing

print changed

Answer 2

最简单的方法是使用 python 正则表达式模块 re.sub() 中的 re.sub() 方法。

    import re

def replace_rule(string, new, pattern):
    return re.sub(pattern, new, string)

def replace_example(string):
    pattern = r"100"
    replace_with = "1"
    return re.sub(pattern, replace_with, string)

   replace_example("1009")
=> '19'
   replace_example("1009100")
=> '191'

正则表达式是一种将字符串与某些常规模式匹配的方法，并对它们进行某些操作，例如 sub，它可以查找和替换字符串中的模式。这是一个链接：https://docs.python.org/3/library/re.html