【netlogo教學】第7章：用netlogo模擬細胞自動機（Celluar Automata , CA）

一、什麼是細胞自動機（Celluar Automata , CA）

細胞自動機，簡稱 CA，在1940年代由Stainslaw Ulam 和 John Von Neumann 所提出，是一種網格狀態的規則。

1. 在一個由許多網格組成的環境中
2. 網格只有兩種狀態 : 生或死（0或1）
3. 每個網格在下一刻的狀態是由自己鄰居數有關
4. 鄰居是指九宮格內除了自己以外的8個網格

二、Conway由細胞自動機衍化的生命遊戲（Game of Life）

1970年代，數學家康維（Conway）基於細胞自動機的基礎衍化出生命遊戲。生命遊戲的規則是周圍鄰居數太多或太少，自己的下個狀態都會死，詳細規則如下。

1. 對於活的網格，周圍活的網格數大於等於1，且小於等於4（1 <= 活的鄰居數 <= 4），則自己仍為活的網格，否則下一個狀態會是死的網格。
2. 對於死的網格，周圍活的網格數剛好等於3（3 = 活的鄰居數），則自己會變為活的網格，否則不變。

三、netlogo模擬生命遊戲

將netlogo的patches（網格）作為生命遊戲模擬中的網格，每個網格位有一個變數來代表目前是生是死，生的網格以紅色表示，死的網格以黑色表示。

（一）netlogo介面

setup按鈕：用來初始化環境設定

go按鈕：循環執行(forever)，主程式

（二）netlogo完整程式碼

patches-own [ live-cell  value ] 
 
to setup 
  ca 
  ask n-of 100 patches 
    [birth] 
end 
 
to birth 
set value 1 
set pcolor red 
end 
 
to death 
 set value 0 
 set pcolor black 
end 
 
to go 
 ask patches 
 [ set live-cell count neighbors with [ value = 1 ] 
 ] 
 ask patches 
  [ifelse  ( value = 0 ) and ( live-cell  = 3 ) 
    [ birth ] 
  [ifelse ( ( value = 1 ) and ( live-cell >= 2 ) ) and  ( ( value = 1 ) and ( live-cell <= 3 ) ) 
  [ birth ] 
  [ death ] ] ] 
end

（二）netlogo程式碼-分段說明

1. 宣告變數

value：每個網格的狀態，生=1，死=0

live-cell：用來計算周圍8個鄰居有多少活的網格（value = 1）

patches-own [ live-cell  value ] 

patches-own語法：宣告幾個只屬於patch可以用的變數。

patches-own [ 變數1  變數2  ...  變數n ] 

2. setup初始化

先用ca清空所有設定，然後隨機讓100個網格的狀態為生。

to setup 
   ca 
   ask n-of 100 patches 
     [birth] 
 end 

ca語法：清除所有agent的各種設定。是clear-all的簡寫

ca
clear-all

3. 讓網格狀態為生的function : birth

將網格的value設為1，代表狀態為生，顏色設為紅色做區隔。

to birth 
 set value 1 
 set pcolor red 
 end 

4. 讓網格狀態為生的function : death

將網格的value設為0，代表狀態為死，顏色設為黑色（預設顏色）。

to death 
  set value 0 
  set pcolor black 
 end 

5. go主程式

(1) 將網格的live-cell設為周圍活的鄰居數量（count neighbors with [ value = 1 ]）

(2) 如果目前狀態為生，且1 <= 活的鄰居數 <= 4，則自己的下個狀態會是活的網格；否則為死的網格。

(3) 如果目前狀態為死，且3 = 活的鄰居數，則自己的下個狀態會是活的網格；否則為死的網格。

to go 
  ask patches 
  [ set live-cell count neighbors with [ value = 1 ] 
  ] 
  ask patches 
   [ifelse  ( value = 0 ) and ( live-cell  = 3 ) 
     [ birth ] 
   [ifelse ( ( value = 1 ) and ( live-cell >= 2 ) ) and  ( ( value = 1 ) and ( live-cell <= 3 ) ) 
   [ birth ] 
   [ death ] ] ] 
 end

with語法：回傳符合條件的agents

agents  with  [ 條件 ]

neighbors語法：取得patch周圍8個patch (不含自己)

neighbors

count語法：計算符合條件的agent的數量

count  符合某條件的agent

ifelse語法：當條件判斷的結果為真(true)則執行第一段程式，否則執行第二段

 ifelse 條件判斷
 [ 執行程式1 ] ( 當條件判斷的結果為真(true)的時候會執行這裡 )
 [ 執行程式2 ] ( 當條件判斷的結果為假(false)的時候會執行這裡 )

更多netlogo教學系列
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