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JavaScript 實(shí)現(xiàn)生命游戲

 更新時(shí)間:2021年04月24日 11:36:30   作者:焚霜  
這篇文章主要介紹了JavaScript 實(shí)現(xiàn)生命游戲的示例步驟,幫助大家更好的理解和學(xué)習(xí)使用JavaScript,感興趣的朋友可以了解下

概念介紹

元胞自動(dòng)機(jī)(Cellular Automata),是 20 世紀(jì) 50 年代初由計(jì)算機(jī)之父馮·諾依曼(John von Neumann)為了模擬生命系統(tǒng)所具有的自復(fù)制功能而提出來的。

生命游戲(Game of Life),或者叫它的全稱 John Conway's Game of Life,是英國數(shù)學(xué)家約翰·康威在 1970 年代所發(fā)明的一種元胞自動(dòng)機(jī)。

邏輯規(guī)則

在二維平面方格里,每個(gè)細(xì)胞有兩種狀態(tài):存活或死亡,而下一時(shí)刻的狀態(tài)完全受它周圍 8 個(gè)細(xì)胞的狀態(tài)而定。

這個(gè)世界有三條演化規(guī)則:

  1. 當(dāng)周圍有 2 個(gè)存活細(xì)胞時(shí),該細(xì)胞生命狀態(tài)保持原樣;
  2. 當(dāng)周圍有 3 個(gè)存活細(xì)胞時(shí),該細(xì)胞為存活狀態(tài)(死亡細(xì)胞會(huì)復(fù)活);
  3. 當(dāng)周圍存活細(xì)胞低于 2 個(gè)時(shí)(生命數(shù)量稀少)或周圍超過 3 個(gè)存活細(xì)胞時(shí)(生命數(shù)量過多),該細(xì)胞為死亡狀態(tài)。

完整代碼

焚霜 / LifeGame

演示頁面

基本結(jié)構(gòu)

index.html   // 主頁面,初始化系統(tǒng),控制系統(tǒng)運(yùn)行等
canvas.js    // 渲染層,創(chuàng)建畫布,手動(dòng)繪制,畫布更新方法等
LifeGame.js  // 邏輯層,創(chuàng)建運(yùn)行系統(tǒng),系統(tǒng)運(yùn)行邏輯,數(shù)據(jù)更新等

主要實(shí)現(xiàn)

系統(tǒng)配置:定義二維平面方格尺寸,data 中以 key,value 形式存儲(chǔ)了所有細(xì)胞的生命狀態(tài),execute 是 canvas.js 暴露出來的內(nèi)部方法,掛載到 config 對(duì)象上。

  const config = {
    width: 100, // 橫向細(xì)胞數(shù)量
    height: 100, // 縱向細(xì)胞數(shù)量
    size: 4 + 1, // 細(xì)胞大小,細(xì)胞間距 1px
    speed: 200, // 細(xì)胞迭代速度
    alive: '#000000', // 細(xì)胞存活顏色
    dead: '#FFFFFF', // 世界顏色(細(xì)胞死亡顏色)
    data: new Map(), // 系統(tǒng)運(yùn)行數(shù)據(jù)
    execute, // 更新畫布方法
  };

規(guī)則實(shí)現(xiàn):遍歷二維平面里每個(gè)細(xì)胞,拿到當(dāng)前的細(xì)胞狀態(tài),計(jì)算其周圍存活細(xì)胞的數(shù)量,判斷其下一時(shí)刻是存活還是死亡,并將這個(gè)狀態(tài)保存下來,通過調(diào)用渲染層的更新畫布方法 execute 來更新界面顯示。這里在處理 data 數(shù)據(jù)時(shí)沒有用二維數(shù)組表示二維坐標(biāo)系,而是將其轉(zhuǎn)換為一維線性表示,將數(shù)據(jù)保存在 Map 中。

  // LifeGame.js

  // 二維坐標(biāo)系一維線性表示
  const MakeKey = (x = 0, y = 0) => y * 10000 + x;

  function refreshWorld() {
    const next = new Map(); // 更新后的系統(tǒng)運(yùn)行數(shù)據(jù)
    // 迭代二維坐標(biāo)系所有元素
    IterateCells(config, (x, y) => {
      const index = MakeKey(x, y); // 計(jì)算坐標(biāo)對(duì)應(yīng)的 key
      const current = config.data.get(index); // 當(dāng)前細(xì)胞狀態(tài)
      // 計(jì)算當(dāng)前細(xì)胞周圍存活細(xì)胞的數(shù)量
      switch (borderSum(x, y)) {
        case 2:
          // 當(dāng)周圍有 2 個(gè)存活細(xì)胞時(shí),該細(xì)胞保持原樣。
          next.set(index, current);
          break;
        case 3:
          // 當(dāng)周圍有 3 個(gè)存活細(xì)胞時(shí),該細(xì)胞為存活狀態(tài)。
          next.set(index, true);
          !current && config.execute(x, y, true); // 狀態(tài)變化,更新畫布
          break;
        default:
          // 當(dāng)周圍的存活細(xì)胞低于 2 個(gè)時(shí),該細(xì)胞為死亡狀態(tài)。(生命數(shù)量稀少)
          // 當(dāng)周圍有超過 3 個(gè)存活細(xì)胞時(shí),該細(xì)胞為死亡狀態(tài)。(生命數(shù)量過多)
          next.set(index, false);
          current && config.execute(x, y, false); // 狀態(tài)變化,更新畫布
          break;
      }
      return true;
    });
    return next;
  }

系統(tǒng)的啟動(dòng)與停止

  // LifeGame.js
  
  // 開啟系統(tǒng)
  function startWorld() {
    stopWorld(); // 停止之前啟動(dòng)的循環(huán)
    // 根據(jù)迭代速度啟動(dòng)系統(tǒng),循環(huán)更新系統(tǒng)
    interval = setInterval(() => (config.data = refreshWorld()), config.speed || 500);
    starting = true; // 開啟啟動(dòng)標(biāo)識(shí)
    return true;
  }

  // 關(guān)閉系統(tǒng),當(dāng)前系統(tǒng)運(yùn)行數(shù)據(jù)保留
  function stopWorld() {
    clearInterval(interval); // 停止循環(huán)
    starting = false; // 關(guān)閉啟動(dòng)標(biāo)識(shí)
    return true;
  }

計(jì)算存活細(xì)胞方法

  // LifeGame.js
  
  function borderSum(x = 0, y = 0) {
    const { width, height, data } = config;
    let sum = 0;
    for (let j = y - 1; j <= y + 1; j++) {
      for (let i = x - 1; i <= x + 1; i++) {
        // 邊界判斷
        if (i < 0 || j < 0 || i >= width || j >= height || (i === x && j === y)) {
          continue;
        }
        if (data.get(MakeKey(i, j))) {
          sum++; // 存活細(xì)胞數(shù)量累加
        }
      }
    }
    return sum;
  }

迭代二維坐標(biāo)系方法

/**
 * 迭代二維坐標(biāo)系所有元素,執(zhí)行回調(diào)函數(shù)
 * @param config: { width: number, height: number }
 * @param callback: (x: number, y: number) => boolean
 */
const IterateCells = ({ width, height }, callback) => {
  for (let y = 0; y < height; y++) {
    for (let x = 0; x < width; x++) {
      if (callback && !callback(x, y)) {
        return false;
      }
    }
  }
  return true;
};

更新畫布方法

  // canvas.js
  
  function execute(x, y, life) {
    const { size, alive, dead } = config;
    // 設(shè)置細(xì)胞顏色
    context.fillStyle = life ? alive : dead;
    // 繪制細(xì)胞,細(xì)胞間距 1px
    context.fillRect(x * size + 1, y * size + 1, size - 1, size - 1);

    return true;
  }

以上就是JavaScript 實(shí)現(xiàn)生命游戲的詳細(xì)內(nèi)容,更多關(guān)于JavaScript 生命游戲的資料請(qǐng)關(guān)注腳本之家其它相關(guān)文章!

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