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手把手教你用ipycanvas实现Conway‘s Game of Life生命游戏

news 2026/7/25 21:43:21

手把手教你用ipycanvas实现Conway's Game of Life生命游戏

【免费下载链接】ipycanvasInteractive Canvas in Jupyter项目地址: https://gitcode.com/gh_mirrors/ip/ipycanvas

ipycanvas是一款强大的Jupyter交互式画布工具，能帮助开发者轻松创建动态图形和交互式应用。本文将带你快速掌握如何使用ipycanvas实现经典的Conway's Game of Life生命游戏，无需复杂编程知识，只需简单几步即可拥有自己的生命演化模拟系统。

准备工作：安装ipycanvas的最快方法

开始之前，我们需要先安装ipycanvas。对于新手用户，推荐使用pip或conda这两种简单方式：

使用pip安装（推荐）

pip install ipycanvas

使用conda安装

conda install -c conda-forge ipycanvas

如果你想进行开发或贡献代码，可以参考开发安装指南（详见docs/installation.rst）。

生命游戏简介：让细胞自动演化的神奇规则 🦠

Conway's Game of Life是由英国数学家约翰·康威在1970年发明的细胞自动机。它由一个二维网格组成，每个细胞有"存活"或"死亡"两种状态，根据以下简单规则演化：

存活规则：当一个存活细胞周围有2-3个存活邻居时，它会继续存活
诞生规则：当一个死亡细胞周围恰好有3个存活邻居时，它会变成存活状态
死亡规则：其他情况下，细胞会死亡或保持死亡状态

这些简单规则能产生极其复杂的演化模式，从稳定结构到周期性震荡，甚至能模拟移动的"滑翔机"！

图：使用ipycanvas实现的Conway's Game of Life生命游戏界面，展示了多种细胞模式的演化过程

实现步骤：从0到1创建生命游戏

第一步：导入必要的库

首先，我们需要导入ipycanvas和其他辅助库：

from time import sleep import numpy as np from ipycanvas import RoughCanvas, hold_canvas

这里使用RoughCanvas可以创建具有手绘风格的图形，让我们的生命游戏看起来更有艺术感！

第二步：实现生命游戏核心逻辑

接下来，我们需要实现生命游戏的核心演化函数life_step，它会根据当前细胞状态计算下一代状态：

def life_step(x): """Game of life step""" nbrs_count = sum(np.roll(np.roll(x, i, 0), j, 1) for i in (-1, 0, 1) for j in (-1, 0, 1) if (i != 0 or j != 0)) return (nbrs_count == 3) | (x & (nbrs_count == 2))

这个函数使用了numpy的数组操作来高效计算每个细胞的邻居数量，这是处理大型网格的关键！

第三步：创建绘制函数

然后，我们需要创建一个绘制函数，用于在画布上绘制细胞状态：

def draw(x, canvas, color='black'): with hold_canvas(canvas): canvas.clear() # 绘制背景 canvas.fill_style = '#FFF0C9' canvas.stroke_style = 'white' canvas.rough_fill_style = 'solid' canvas.fill_rect(-10, -10, canvas.width + 10, canvas.height + 10) # 绘制存活细胞 canvas.rough_fill_style = 'cross-hatch' canvas.fill_style = color canvas.stroke_style = color living_cells = np.where(x) rects_x = living_cells[0] * n_pixels rects_y = living_cells[1] * n_pixels canvas.fill_rects(rects_x, rects_y, n_pixels) canvas.stroke_rects(rects_x, rects_y, n_pixels)

第四步：设置初始状态并运行模拟

最后，我们设置初始细胞状态（这里使用经典的"滑翔机枪"模式）并运行模拟：

# 创建初始滑翔机枪模式 glider_gun = [ [0,0,0,0,0,0,0,0,0,0,0,0,0,0,0,0,0,0,0,0,0,0,0,0,1,0,0,0,0,0,0,0,0,0,0,0], [0,0,0,0,0,0,0,0,0,0,0,0,0,0,0,0,0,0,0,0,0,0,1,0,1,0,0,0,0,0,0,0,0,0,0,0], # 更多初始模式行... ] x = np.zeros((50, 70), dtype=bool) x[1:10,1:37] = glider_gun # 创建画布 n_pixels = 15 canvas = RoughCanvas(width=x.shape[0]*n_pixels, height=x.shape[1]*n_pixels) canvas.fill_style = '#FFF0C9' canvas.stroke_style = 'white' canvas.fill_rect(0, 0, canvas.width, canvas.height) # 显示画布并运行模拟 draw(x, canvas, '#5770B3') display(canvas) for _ in range(100): x = life_step(x) draw(x, canvas, '#5770B3') sleep(0.1)

完整的代码示例可以在docs/conways_game_of_life.ipynb中找到。