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生命游戏介绍
生命游戏，是英国数学家约翰·何顿·康威在1970年发明的细胞自动机。
一个方格游戏棋盘上，每个方格中都可放置一个生命细胞，每个生命细胞只有两种状态：“生”或“死”（状态往往随机决定）。然后细胞根据某些规则，计算出下一代每个细胞的状态，并且不停迭代。
在游戏的进行中，杂乱无序的细胞会逐渐演化出各种精致、有形的结构；这些结构往往有很好的对称性，而且每一代都在变化形状。一些形状已经锁定，不会逐代变化。有时，一些已经成形的结构会因为一些无序细胞的“入侵”而被破坏。但是形状和秩序经常能从杂乱中产生出来。
现设定其规则是：
- 如果一个细胞周围有3个细胞为生（一个细胞周围共有8个细胞），则该细胞为生（即该细胞若原先为死，则转为生，若原先为生，则保持不变） 。
- 如果一个细胞周围有2个细胞为生，则该细胞的生死状态保持不变；
- 在其它情况下，该细胞为死（即该细胞若原先为生，则转为死，若原先为死，则保持不变）
下面就此规则，使用java来编写100*100的棋盘，并使用简单的JavaFX来实现简易图形化来观察游戏的迭代过程。
一、效果展示
1.初始界面
100*100的棋盘上随机生成“生”和“死”细胞（黑为生，白为死）。底部有“运行”和“暂停”按钮。
2.启动游戏
二、代码实现
package com.itheima.gameOfLife;
import javafx.animation.AnimationTimer;
import javafx.application.Application;
import javafx.scene.Scene;
import javafx.scene.control.Button;
import javafx.scene.layout.BorderPane;
import javafx.scene.layout.Pane;
import javafx.scene.paint.Color;
import javafx.scene.shape.Rectangle;
import javafx.stage.Stage;
import java.util.Random;
public class GameOfLife extends Application {
private static final int GRID_SIZE = 100;
private static final int CELL_SIZE = 10; // 每个细胞的像素大小
private static final int GENERATIONS = 1000; // 演化代数
private int[][] grid = new int[GRID_SIZE][GRID_SIZE]; // 当前代棋盘
private int[][] nextGrid = new int[GRID_SIZE][GRID_SIZE]; // 下一代棋盘
private Pane pane = new Pane();
private AnimationTimer timer;
private boolean isRunning = false; // 运行状态标志
public static void main(String[] args) {
launch(args);
}
@Override
public void start(Stage primaryStage) {
initializeGrid(); // 随机初始化棋盘
// 创建JavaFX界面
BorderPane root = new BorderPane();
Scene scene = new Scene(root, GRID_SIZE * CELL_SIZE, GRID_SIZE * CELL_SIZE + 50);
primaryStage.setTitle("生命游戏");
primaryStage.setScene(scene);
// 创建按钮，便于停止观察当前棋盘状态
Button startButton = new Button("运行");
Button pauseButton = new Button("暂停");
startButton.setOnAction(e -> startGame());
pauseButton.setOnAction(e -> pauseGame());
// 设置按钮位置
root.setBottom(new Pane(startButton, pauseButton));
Pane buttonPane = new Pane();
buttonPane.getChildren().addAll(startButton, pauseButton);
buttonPane.setPrefSize(GRID_SIZE * CELL_SIZE, 50);
buttonPane.setLayoutY(GRID_SIZE * CELL_SIZE);
startButton.setLayoutX(20);
pauseButton.setLayoutX(80);
root.setCenter(pane);
root.setBottom(buttonPane);
primaryStage.show();
drawGrid(); // 绘制初始棋盘
// 使用AnimationTimer更新棋盘
timer = new AnimationTimer() {
private int generationCount = 0;
@Override
public void handle(long now) {
if (isRunning && generationCount < GENERATIONS) {
runGeneration(); // 运行一代
drawGrid(); // 更新绘制
generationCount++;
} else if (generationCount >= GENERATIONS) {
stop(); // 结束动画
}
}
};
}
// 随机初始化棋盘
private void initializeGrid() {
Random random = new Random();
for (int i = 0; i < GRID_SIZE; i++) {
for (int j = 0; j < GRID_SIZE; j++) {
grid[i][j] = random.nextInt(2); // 随机生成0或1
}
}
}
// 启动
private void startGame() {
if (!isRunning) {
isRunning = true; // 设置为运行状态
timer.start(); // 启动计时器
}
}
// 暂停
private void pauseGame() {
isRunning = false; // 设置为暂停状态
timer.stop(); // 停止计时器
}
// 运行一代
private void runGeneration() {
for (int i = 0; i < GRID_SIZE; i++) {
for (int j = 0; j < GRID_SIZE; j++) {
int liveNeighbors = countLiveNeighbors(i, j);
if (grid[i][j] == 1) { // 当前细胞是活的
nextGrid[i][j] = (liveNeighbors == 2 || liveNeighbors == 3) ? 1 : 0;
} else { // 当前细胞是死的
nextGrid[i][j] = (liveNeighbors == 3) ? 1 : 0;
}
}
}
copyNextGridToCurrent();
}
// 计算邻居活细胞数量
private int countLiveNeighbors(int row, int col) {
int liveNeighbors = 0;
for (int i = -1; i <= 1; i++) {
for (int j = -1; j <= 1; j++) {
if (i == 0 && j == 0) continue; // 跳过自身
int newRow = (row + i + GRID_SIZE) % GRID_SIZE; // 考虑边界
int newCol = (col + j + GRID_SIZE) % GRID_SIZE;
liveNeighbors += grid[newRow][newCol];
}
}
return liveNeighbors;
}
// 将nextGrid复制到grid
private void copyNextGridToCurrent() {
for (int i = 0; i < GRID_SIZE; i++) {
System.arraycopy(nextGrid[i], 0, grid[i], 0, GRID_SIZE);
}
}
// 绘制当前棋盘状态
private void drawGrid() {
pane.getChildren().clear(); // 清除旧的图形
for (int i = 0; i < GRID_SIZE; i++) {
for (int j = 0; j < GRID_SIZE; j++) {
Rectangle cell = new Rectangle(j * CELL_SIZE, i * CELL_SIZE, CELL_SIZE, CELL_SIZE);
cell.setFill(grid[i][j] == 1 ? Color.BLACK : Color.WHITE); // 黑色表示活细胞，白色表示死细胞
cell.setStroke(Color.GRAY); //细胞之间的边框
pane.getChildren().add(cell); // 将细胞添加到面板
}
}
}
}
三、代码解释
1.常量设置
private static final int GRID_SIZE = 100; private static final int CELL_SIZE = 10; // 每个细胞的像素大小 private static final int GENERATIONS = 1000; // 演化代数 private int[][] grid = new int[GRID_SIZE][GRID_SIZE]; // 当前代棋盘 private int[][] nextGrid = new int[GRID_SIZE][GRID_SIZE]; // 下一代棋盘 private Pane pane = new Pane(); private AnimationTimer timer; private boolean isRunning = false; // 运行状态标志
GRID_SIZE: 定义了棋盘的大小，当前设置为 100。即棋盘是一个 100 x 100 的格子。
CELL_SIZE: 定义了每个细胞的像素大小，当前设置为 10。因此，每个细胞在界面上将显示为一个 10 x 10 像素的正方形。
棋盘总大小: 因此，整个棋盘的实际像素大小为：
- 宽度:
GRID_SIZE * CELL_SIZE = 100 * 10 = 1000像素 - 高度:
GRID_SIZE * CELL_SIZE = 100 * 10 = 1000像素
2.图形化
// 创建JavaFX界面
BorderPane root = new BorderPane();
Scene scene = new Scene(root, GRID_SIZE * CELL_SIZE, GRID_SIZE * CELL_SIZE + 50);
primaryStage.setTitle("生命游戏");
primaryStage.setScene(scene);
// 创建按钮
Button startButton = new Button("运行");
Button pauseButton = new Button("暂停");
startButton.setOnAction(e -> startGame());
pauseButton.setOnAction(e -> pauseGame());
// 将按钮放置在界面底部
root.setBottom(new Pane(startButton, pauseButton));
Pane buttonPane = new Pane();
buttonPane.getChildren().addAll(startButton, pauseButton);
buttonPane.setPrefSize(GRID_SIZE * CELL_SIZE, 50);
buttonPane.setLayoutY(GRID_SIZE * CELL_SIZE);
startButton.setLayoutX(20);
pauseButton.setLayoutX(80);
root.setCenter(pane);
root.setBottom(buttonPane);
primaryStage.show();
drawGrid(); // 绘制初始棋盘
// 使用AnimationTimer更新棋盘
timer = new AnimationTimer() {
private int generationCount = 0;
@Override
public void handle(long now) {
if (isRunning && generationCount < GENERATIONS) {
runGeneration(); // 运行一代
drawGrid(); // 更新绘制
generationCount++;
} else if (generationCount >= GENERATIONS) {
stop(); // 结束动画
}
}
};
}
上面这段代码是JavaFX的核心部分，创建棋盘界面和处理游戏逻辑。部分解释已经在代码中注释出来。
在“使用AnimationTimer更新棋盘”这部分中，创建了一个 AnimationTimer 对象，并重写其handle方法，用于定时更新棋盘状态。
3.计算“生死”情况与统计邻居细胞数量
//根据规则判断生死
private void runGeneration() {
for (int i = 0; i < GRID_SIZE; i++) {
for (int j = 0; j < GRID_SIZE; j++) {
int liveNeighbors = countLiveNeighbors(i, j);
if (grid[i][j] == 1) { // 当前细胞是活的
nextGrid[i][j] = (liveNeighbors == 2 || liveNeighbors == 3) ? 1 : 0;
} else { // 当前细胞是死的
nextGrid[i][j] = (liveNeighbors == 3) ? 1 : 0;
}
}
}
copyNextGridToCurrent();
}
// 计算邻居活细胞数量
private int countLiveNeighbors(int row, int col) {
int liveNeighbors = 0;
for (int i = -1; i <= 1; i++) {
for (int j = -1; j <= 1; j++) {
if (i == 0 && j == 0) continue; // 跳过自身
int newRow = (row + i + GRID_SIZE) % GRID_SIZE; // 考虑边界
int newCol = (col + j + GRID_SIZE) % GRID_SIZE;
liveNeighbors += grid[newRow][newCol];
}
}
return liveNeighbors;
}
比较简单的代码，使用最基本的双重循环来遍历整个棋盘的细胞，得到其邻居的数量用于判断下一次迭代的状态。
在“计算邻居活细胞数量”中，用取模运算来处理边界情况，使得棋盘具有环绕效果。例如，如果当前细胞在第一行，且要检查上方的细胞，则通过取模确保索引循环回到棋盘的底部。
四、结语
以上主要浅显的实现了生命游戏的基本逻辑，并用简单的图形可视化来创建一个直观的界面来观察细胞的迭代，更直接的观察到由简单规则产生的复杂动态行为。在这个串行的生命游戏基础上，后续可以改写为多线程的生命游戏，并通过一些方法来比对串行与并行代码的效率。
标签：Java,游戏,int,private,GRID,细胞,串行,new,SIZE From： https://blog.csdn.net/chashangcha/article/details/143085974