英国数学家约翰·何顿·康威在1970年发明了细胞自动机，它属于一种仿真程序，通过设定一些基本的规则来模拟和显示的图像的自我进化，看起来颇似生命的出生和繁衍过程，故称为“生命游戏”。

完成效果

用到的第三方库

pygame

基本规则

康威生命游戏在网格上进行，有填充的网格代表有生命，或理解成一个细胞，游戏规则只有四条：

1 当周围仅有1个或没有存活细胞时， 原来的存活细胞进入死亡状态。（细胞过于稀少）

2 当周围有2个或3个存活细胞时， 网格保持原样。

3 当周围有4个及以上存活细胞时，原来的存活细胞亦进入死亡状态。（细胞过于拥挤）

4 当周围有3个存活细胞时，空白网格变成存活细胞。（繁殖新细胞）

代码实现

首先定义两个常量，来代表一个细胞（网格）的生或空白的状态：

ALIVE = (124, 252, 0)  # 绿色
EMPTY = (0, 0, 0)      # 黑色

我这里取了个巧，直接用RGB颜色来表示细胞生存或者死亡这两种状态，因为在后面的pygame的展示中，ALIVE的细胞用绿色表示，EMPTY的区域用黑色表示。

下面几个变量是pygame里用到的参数，分别是屏幕的尺寸，x和y方向的网格数量，还有单个细胞的尺寸：

SCREEN_WIDHT = 600
SCREEN_HEIGHT = 600
X = 100   # X方向的网格数量
Y = 100   # Y方向的网格数量
CELL_WIDTH = SCREEN_WIDHT / X
CELL_HEIGHT = SCREEN_HEIGHT / Y

现在来定义一个细胞，也就是一个网格：

import pygame
from pygame.locals import *


class Cell:
    '''单个细胞'''
    def __init__(self, x, y):
        self.state = EMPTY
        self.rect = Rect(x * CELL_WIDTH, y * CELL_HEIGHT, 
                         CELL_WIDTH, CELL_HEIGHT)

    def draw(self, screen):
        pygame.draw.rect(screen, self.state, self.rect)

细胞的属性很简单，state代表当前状态，我们默认每个细胞初始都是死亡状态；rect属性是用pygame里的Rect对象构建的，表示一个矩形区域。最后有一个方法draw，能够将自身“画”到对应的screen上。

 接下来定义整个网格：

class Grid:
    def __init__(self, X, Y):
        self.X = X
        self.Y = Y
        self.rows = []
        for y in range(Y):
            self.rows.append([])
            for x in range(X):
                self.rows[y].append(Cell(x, y))

    def get_state(self, y, x):
        return self.rows[y % self.Y][x % self.X].state

    def set_state(self, y, x, state):
        self.rows[y % self.Y][x % self.X].state = state

    def draw(self, screen):
        for row in self.rows:
            for cell in row:
                cell.draw(screen)

网格对象的核心是他的rows属性，这是一个二维列表，列表中的每个位置都是一个细胞对象，可以通过坐标（x, y）定位到。另外定义了三个方法，get_state和set_state用来获取和改变某个坐标中的细胞的状态，这里要注意一下，因为细胞自动机会自发扩散进化，所以会出现超出列表长度的情况（就是超出屏幕导致报错），所以列表的下标没有简单的用x，y，而是做成了可以折返的效果。

以下两个模块级函数用于实现生命游戏的逻辑：

def count_neighbors(y, x, get_state):
    n_ = get_state(y - 1, x + 0)  # North
    ne = get_state(y - 1, x + 1)  # Northeast
    e_ = get_state(y + 0, x + 1)  # East
    se = get_state(y + 1, x + 1)  # Southeast
    s_ = get_state(y + 1, x + 0)  # South
    sw = get_state(y + 1, x - 1)  # Southwest
    w_ = get_state(y + 0, x - 1)  # West
    nw = get_state(y - 1, x - 1)  # Northwest
    neighbor_states = [n_, ne, e_, se, s_, sw, w_, nw]
    count = 0
    for state in neighbor_states:
        if state == ALIVE:
            count += 1
    return count

def next_state(state, neighbors):
    if state == ALIVE:
        if neighbors < 2:
            return EMPTY
        elif neighbors > 3:
            return EMPTY
    else:
        if neighbors == 3:
            return ALIVE
    return state

count_neighbors函数接收一个坐标和一个获取状态的函数，用来计算该坐标相邻的邻居坐标有多少个存活的细胞；next_state函数描述了生命游戏的核心规则，它接收细胞当前状态和周边邻居坐标中存活的细胞数量，输出下一个状态。有了这两个函数，就可以写单个细胞以及整个网格状态变化的逻辑了。

下面两个模块级函数是设置单个细胞和整个网格的新状态

def step_cell(y, x, get_state, set_state):
    state = get_state(y, x)
    neighbors = count_neighbors(y, x, get_state)
    new_state = next_state(state, neighbors)
    set_state(y, x, new_state)

def simulate(grid):
    new_grid = Grid(grid.X, grid.Y)
    for y in range(grid.Y):
        for x in range(grid.X):
            step_cell(y, x, grid.get_state, new_grid.set_state)
    return new_grid

其中，step_cell用来设置下一次细胞的状态，simulate用来返回下一代的网格。

主体代码都已经写好，下面开始测试了：

if __name__ == "__main__":
    # pygame初始化的相关内容
    pygame.init()
    screen = pygame.display.set_mode((SCREEN_WIDHT, SCREEN_HEIGHT))
    pygame.display.set_caption('Game Of Live')
    framerate = pygame.time.Clock()

    # 设定网格的一个初始状态
    grid = Grid(X, Y)
    grid.set_state(2, 4, ALIVE)
    grid.set_state(2, 2, ALIVE)
    grid.set_state(3, 3, ALIVE)
    grid.set_state(3, 4, ALIVE)
    grid.set_state(4, 4, ALIVE)

    while True:
        for event in pygame.event.get():
            if event.type == QUIT:
                pygame.quit()
                sys.exit()

        grid.draw(screen)      # 将网格画到屏幕上
        grid = simulate(grid)  # 获得下一代网格

        pygame.display.update()
        framerate.tick(10)     # 设置每秒10帧

以上实现生命游戏的代码应该是非常简洁清晰的，代码一共也就100行左右，而且只要学一些pygame这个库的最基础知识，就可以实现这个非常神奇的效果。