元胞自动机之蚂蚁规则的编程实现

1、程序能自定义空间尺寸，即网格数目，每个网格的宽度。能够在网格空间中加入任意个指定方向的蚂蚁。并且能以一定时间间隔一步步行走，并实时显示行走结果。此外，还能直接运行到指定的时步然后停止。在步进或者直接运行的过程中，能够中途暂停或者继续。-1 -程序能自定义空间尺寸，即网格数目，每个网格的宽度。能够在网格空间中加入任意个指定方向的蚂蚁。并且能以一定时间间隔一步步行走，并实时显示行走结果。此外，还能直接运行到指定的时步然后停止。在步进或者直接运行的过程中，能够中途暂停或者继续。-# -元胞自动机之蚂蚁规则的编程实现王李斌，邵长金，杨振清中国石油大学数理系，102249Email: bi nrice摘

2、 要：本文应用元胞自动机的思想对蚂蚁规则进行了编程实现。从文中可以发现微观上极其简单的运行规则可以产生复杂的宏观规律。表明元胞自动机方法是一种对于复杂物理问题研究极有潜力的手段。关键词：元胞自动机，蚂蚁规则，数值模拟1.引言元胞自动机(cellular automata或cellular automat on, CA)是一种时间、 空间、状态都离散 的动力学模型，是非线性科学的一种重要研究方法，特别适合于复杂系统时空演化过程的动态模拟研究。蚂蚁规则是Chris Langton和Greg Turk 发现的元胞自动机2，该规则通过执行极简单 的运动算法来模拟假想的动物(蚂蚁)行为，蚂蚁在方形网格上

3、运动，格位为白色或灰色， 当蚂蚁进入白色元胞时，它向左转90°并把该元胞涂成灰色。类似的，如果蚂蚁进入灰色元胞，它向右转90°并将该元胞涂成白色。2.编程实现这里，用VC程序设计语言对以上元胞自动机规则进行了实现。2.1程序功能程序能自定义空间尺寸，即网格数目，每个网格的宽度。能够在网格空间中加入任意个指定方向的蚂蚁。并且能以一定时间间隔一步步行走，并实时显示行走结果。此外，还能直接运行到指定的时步然后停止。在步进或者直接运行的过程中，能够中途暂停或者继续。-# -2.2程序结构程序总体框架采用了 VC6.0 MFC的文档视图结构。 通过应用程序向导自动生成程序的 总体框架

4、。此外，再新增了一个类，用以实现蚂蚁规则相关的数据结构和操作。这样整个程 序由五个类组成：应用类，主框架类，文档类，视图类及蚂蚁规则核心类。各个类之间的关 系见图1。蚂蚁规则类i 、 iiii iii i i i i i ii " 图1程序结构图2.3蚂蚁规则类的设计现在详细介绍一下蚂蚁规则类数据结构、数据成员和相关方法。另外的四个类由 vc应用程序向导自动生成，本项目只是在其基础上作了一些小的修改，因此不做过多的说明了。定义数据结构：a）网格单元，CCell:用以描述网格单元的各种信息，包括此网格的水平位置，竖直 位置，状态信息（有无标记），边界信息（是否是边界）。定义如下：typ

5、edefstruct tagCellint x;/水平位置inty; /竖直位置int status;/状态,0-无标记白色,1-有标志 灰色intisBorder; /1 是,0 不是CCell;b）蚂蚁结构，CAnt:用以描述每个蚂蚁的各种相关信息，包括当前的位置，当前的运 行方向及当前已经行走的时步数。定义如下：typedefstruct tagA ntCPoi ntcurPos;/ 当前位置-2 -2.2程序结构程序总体框架采用了 VC6.0 MFC的文档视图结构。 通过应用程序向导自动生成程序的 总体框架。此外，再新增了一个类，用以实现蚂蚁规则相关的数据结构和操作。这样整个程 序由五

6、个类组成：应用类，主框架类，文档类，视图类及蚂蚁规则核心类。各个类之间的关 系见图1o应用类主框架类视图类文档类蚂蚁规则类图1程序结构图2.3蚂蚁规则类的设计现在详细介绍一下蚂蚁规则类数据结构、数据成员和相关方法。另外的四个类由 vc应用程序向导自动生成，本项目只是在其基础上作了一些小的修改，因此不做过多的说明了。定义数据结构：a）网格单元，CCell:用以描述网格单元的各种信息，包括此网格的水平位置，竖直位置，状态信息（有无标记），边界信息（是否是边界）。定义如下：typedefrstruct tag Cel Iint x;/水平位置inty; /辱首伎置int status;/状态,0-无

7、标记 白色,1-有标志 灰色intisBorder; /1 是，0是CCell;b）蚂蚁结构，CAnt:用以描述每个蚂蚁的各种相关信息，包括当前的位置，当前的运行方向及当前已经行走的时步数。定义如下：typedefstruct tagA ntCPointcurPos;/ 当前位置-2-2.2程序结构程序总体框架采用了 VC6.0 MFC的文档视图结构。 通过应用程序向导自动生成程序的 总体框架。此外，再新增了一个类，用以实现蚂蚁规则相关的数据结构和操作。这样整个程 序由五个类组成：应用类，主框架类，文档类，视图类及蚂蚁规则核心类。各个类之间的关 系见图1o应用类主框架类视图类文档类蚂蚁规则类图

8、1程序结构图2.3蚂蚁规则类的设计现在详细介绍一下蚂蚁规则类数据结构、数据成员和相关方法。另外的四个类由 vc应用程序向导自动生成，本项目只是在其基础上作了一些小的修改，因此不做过多的说明了。定义数据结构：a）网格单元，CCell:用以描述网格单元的各种信息，包括此网格的水平位置，竖直位置，状态信息（有无标记），边界信息（是否是边界）。定义如下：typedefrstruct tag Cel Iint x;/水平位置inty; /辱首伎置int status;/状态,0-无标记 白色,1-有标志 灰色intisBorder; /1 是，0是CCell;b）蚂蚁结构，CAnt:用以描述每个蚂蚁的各

9、种相关信息，包括当前的位置，当前的运行方向及当前已经行走的时步数。定义如下：typedefstruct tagA ntCPointcurPos;/ 当前位置-2-2.2程序结构程序总体框架采用了 VC6.0 MFC的文档视图结构。 通过应用程序向导自动生成程序的 总体框架。此外，再新增了一个类，用以实现蚂蚁规则相关的数据结构和操作。这样整个程 序由五个类组成：应用类，主框架类，文档类，视图类及蚂蚁规则核心类。各个类之间的关 系见图1o应用类主框架类视图类文档类蚂蚁规则类图1程序结构图2.3蚂蚁规则类的设计现在详细介绍一下蚂蚁规则类数据结构、数据成员和相关方法。另外的四个类由 vc应用程序向导自

10、动生成，本项目只是在其基础上作了一些小的修改，因此不做过多的说明了。定义数据结构：a）网格单元，CCell:用以描述网格单元的各种信息，包括此网格的水平位置，竖直位置，状态信息（有无标记），边界信息（是否是边界）。定义如下：typedefrstruct tag Cel Iint x;/水平位置inty; /辱首伎置int status;/状态,0-无标记 白色,1-有标志 灰色intisBorder; /1 是，0是CCell;b）蚂蚁结构，CAnt:用以描述每个蚂蚁的各种相关信息，包括当前的位置，当前的运行方向及当前已经行走的时步数。定义如下：typedefstruct tagA ntCPo

11、intcurPos;/ 当前位置-2-动机例子表明，从哲学的观点看，基本法则是非常重要的，但并不完备，物理过程的完整知 识需要微观和宏观水平认识。参考文献1 Bastien Chopard, Michel Droz 著，祝玉学，赵学龙译.物理系统的元胞自动机模拟.北京：清华大学出 版社,2003.2 I. Stewart. The ultimate in anty-particle. Scientific American, pp.88-91, July 1994.3 J. Propp. Trajectory of generalized ants. Math. Intelligencer,

12、16(1):37-42,1994.The Impleme ntati on of a Cellular Automata -Ant Rule with aProgram ming Lan guageWang Libi n, Shao Chan gji n, Yang ZhengqingThe Departme nt of Math and Physics, Chi na Un iversity of Pertroleum, Bei Ji ng, 102249AbstractIn this paper, a cellular automata- ants rule has been implemented with a programming Ianguage. It canbe see n that very simple motio n rules in micro scale can make very much difficult law i