# game_of_life

**Repository Path**: i66game/game_of_life

## Basic Information

- **Project Name**: game_of_life
- **Description**: 生命游戏
- **Primary Language**: Python
- **License**: MIT
- **Default Branch**: master
- **Homepage**: None
- **GVP Project**: No

## Statistics

- **Stars**: 0
- **Forks**: 0
- **Created**: 2025-06-09
- **Last Updated**: 2025-06-09

## Categories & Tags

**Categories**: Uncategorized

**Tags**: None

## README

# 生命游戏设计文档

## 项目概述

"生命游戏"(Conway's Game of Life)是一个零玩家的细胞自动机游戏，由英国数学家约翰·康威在1970年发明。游戏在一个二维网格上进行，每个单元格代表一个细胞，可以处于"活"或"死"两种状态。细胞根据周围八个相邻细胞的状态，按照特定规则演化。

本项目使用Python的Pygame库实现生命游戏，提供图形界面和交互功能。

## 游戏规则

1. 任何一个活细胞如果周围有2或3个活细胞，则在下一代保持活状态
2. 任何一个活细胞如果周围少于2个活细胞，则在下一代死亡（模拟"孤独死"）
3. 任何一个活细胞如果周围超过3个活细胞，则在下一代死亡（模拟"拥挤死"）
4. 任何一个死细胞如果周围正好有3个活细胞，则在下一代变为活细胞（模拟"繁殖"）

## 项目结构

```
game_of_life/
├── main.py           # 主程序入口
├── game.py           # 游戏逻辑核心
├── ui.py             # 用户界面组件
├── config.py         # 配置参数
├── utils.py          # 工具函数
├── assets/           # 资源文件夹
│   ├── fonts/        # 字体文件
│   └── images/       # 图像资源
└── patterns/         # 预设图案
    ├── glider.txt
    ├── blinker.txt
    └── ...
```

## 界面设计

游戏界面分为三个主要区域：

1. **网格区域**：显示细胞网格，用户可以通过点击来改变细胞状态
2. **控制面板**：包含各种控制按钮和滑块
3. **数据显示区**：显示游戏统计数据和状态信息

### 界面布局示意图

```
+--------------------------------------------------+
|                          |                        |
|                          |  +------------------+  |
|                          |  |   控制面板       |  |
|                          |  |                  |  |
|                          |  | [开始] [暂停]    |  |
|      网格区域            |  | [清除] [随机]    |  |
|                          |  | [保存] [加载]    |  |
|                          |  |                  |  |
|                          |  +------------------+  |
|                          |                        |
|                          |  +------------------+  |
|                          |  |   数据显示区     |  |
|                          |  |                  |  |
|                          |  | 代数: 0          |  |
|                          |  | 活细胞: 0        |  |
|                          |  | 速度: 10 步/秒   |  |
|                          |  |                  |  |
|                          |  +------------------+  |
|                          |                        |
+--------------------------------------------------+
```

## 功能设计

### 1. 网格区域功能

- **细胞交互**：用户可以点击网格中的细胞来切换其状态（活/死）
- **拖动绘制**：用户可以按住鼠标并拖动来快速绘制多个细胞
- **缩放功能**：使用鼠标滚轮或缩放按钮调整网格大小
- **平移功能**：按住鼠标中键或特定键可拖动查看网格的不同部分

### 2. 控制面板功能

- **开始/停止按钮**：启动或停止游戏演化
- **暂停/继续按钮**：暂停当前演化或从暂停状态继续
- **清除按钮**：清除网格，将所有细胞设为死亡状态
- **随机按钮**：随机生成初始细胞状态
- **速度控制**：调整游戏演化的速度（每秒更新次数）
- **步进按钮**：手动推进一代演化
- **网格大小调整**：改变网格的尺寸（如 50x50, 100x100 等）
- **预设图案**：加载预定义的经典图案（如滑翔机、振荡器等）
- **保存/加载**：保存当前状态或加载之前保存的状态

### 3. 数据显示区功能

- **代数计数器**：显示当前演化的代数
- **活细胞计数**：显示当前活细胞的数量
- **速度显示**：显示当前的演化速度
- **状态信息**：显示游戏的当前状态（运行中、暂停、停止）
- **坐标显示**：显示鼠标悬停位置的网格坐标

## 详细技术设计

### 1. 模块设计

#### config.py
配置模块，包含所有可配置参数：
```python
class Config:
    # 窗口设置
    WINDOW_WIDTH = 1200
    WINDOW_HEIGHT = 800
    GRID_SIZE = 80  # 网格大小（单位：像素）
    CELL_SIZE = 10  # 细胞大小（单位：像素）
    
    # 颜色设置
    BACKGROUND_COLOR = (50, 50, 50)
    GRID_COLOR = (100, 100, 100)
    CELL_COLOR = (255, 255, 255)
    BUTTON_COLOR = (80, 80, 80)
    BUTTON_HOVER_COLOR = (100, 100, 100)
    TEXT_COLOR = (255, 255, 255)
    
    # 游戏设置
    DEFAULT_SPEED = 10  # 默认每秒更新次数
    MIN_SPEED = 1
    MAX_SPEED = 60
    
    # UI设置
    BUTTON_WIDTH = 120
    BUTTON_HEIGHT = 40
    BUTTON_MARGIN = 10
    PANEL_WIDTH = 200  # 右侧面板宽度
```

#### game.py
游戏核心逻辑：
```python
class Cell:
    def __init__(self, x: int, y: int, alive: bool = False):
        self.x = x
        self.y = y
        self.alive = alive
        self.next_state = alive

class GameLogic:
    def __init__(self, width: int, height: int):
        self.width = width
        self.height = height
        self.grid = [[Cell(x, y) for x in range(width)] for y in range(height)]
        self.generation = 0
        self.running = False
        self.paused = False
    
    def methods:
        - update()  # 更新一代
        - toggle_cell(x, y)  # 切换细胞状态
        - clear()  # 清空网格
        - randomize()  # 随机填充
        - get_alive_count()  # 获取活细胞数量
        - save_state(filename)  # 保存状态
        - load_state(filename)  # 加载状态
```

#### ui.py
用户界面组件：
```python
class Button:
    def __init__(self, x, y, width, height, text, callback):
        self.rect = pygame.Rect(x, y, width, height)
        self.text = text
        self.callback = callback
        self.hovered = False
    
    def methods:
        - draw(surface)  # 绘制按钮
        - handle_event(event)  # 处理事件
        - update()  # 更新状态

class GridView:
    def __init__(self, game_logic, rect):
        self.game_logic = game_logic
        self.rect = rect
        self.offset_x = 0
        self.offset_y = 0
        self.scale = 1.0
    
    def methods:
        - draw(surface)  # 绘制网格
        - handle_event(event)  # 处理事件
        - screen_to_grid(x, y)  # 屏幕坐标转网格坐标
        - grid_to_screen(x, y)  # 网格坐标转屏幕坐标

class ControlPanel:
    def __init__(self, game_logic, rect):
        self.game_logic = game_logic
        self.rect = rect
        self.buttons = []
        self.speed_slider = None
    
    def methods:
        - draw(surface)  # 绘制控制面板
        - handle_event(event)  # 处理事件
        - update()  # 更新状态

class DataDisplay:
    def __init__(self, game_logic, rect):
        self.game_logic = game_logic
        self.rect = rect
    
    def methods:
        - draw(surface)  # 绘制数据显示
        - update()  # 更新显示数据
```

#### main.py
主程序入口：
```python
class GameOfLife:
    def __init__(self):
        self.config = Config()
        self.game_logic = GameLogic(80, 60)
        self.screen = pygame.display.set_mode((self.config.WINDOW_WIDTH, 
                                             self.config.WINDOW_HEIGHT))
        self.grid_view = GridView(...)
        self.control_panel = ControlPanel(...)
        self.data_display = DataDisplay(...)
    
    def methods:
        - run()  # 主游戏循环
        - handle_events()  # 处理所有事件
        - update()  # 更新游戏状态
        - draw()  # 绘制所有内容
```

### 2. 类之间的交互

1. **事件流**:
   ```
   pygame事件 -> GameOfLife.handle_events() 
               -> 分发到GridView/ControlPanel/DataDisplay
               -> 可能触发GameLogic的相应方法
   ```

2. **更新流**:
   ```
   GameOfLife.update() 
   -> GameLogic.update()（如果游戏运行中）
   -> 更新UI组件状态
   ```

3. **渲染流**:
   ```
   GameOfLife.draw()
   -> 按顺序调用各组件的draw()方法
   -> pygame.display.flip()
   ```

### 3. 数据结构

1. **网格数据**:
   - 使用二维列表存储Cell对象
   - 每个Cell对象包含位置和状态信息

2. **状态保存格式**:
   ```json
   {
     "generation": 0,
     "width": 80,
     "height": 60,
     "cells": [[0,0,1,0...], [0,1,0,0...], ...]
   }
   ```

### 4. 性能优化策略

1. **网格更新优化**:
   - 维护活细胞位置的集合
   - 只检查活细胞周围的细胞
   - 使用双缓冲避免更新冲突

2. **渲染优化**:
   - 只重绘发生变化的区域
   - 使用surface缓存静态UI元素
   - 网格缩放时使用pygame.transform.scale

3. **事件处理优化**:
   - 使用事件过滤器减少不必要的事件处理
   - 实现简单的事件队列管理


- 自定义规则：允许用户修改生命游戏规则
- 多种视觉主题：提供不同的颜色方案
- 历史记录：回放之前的演化过程
- 无限网格：实现理论上无限大的网格
- 统计图表：显示活细胞数量随时间的变化图表

## 用户交互流程

1. 用户启动程序，看到空白网格和控制面板
2. 用户可以通过点击绘制初始细胞状态，或使用随机/预设按钮
3. 用户点击"开始"按钮，游戏开始演化
4. 在演化过程中，用户可以:
   - 点击"暂停"暂时停止演化
   - 调整速度滑块改变演化速度
   - 点击"停止"完全停止演化并允许编辑
5. 用户可以随时保存当前状态或加载之前的状态

## 开发路线图

1. **阶段一**：核心功能实现
   - 基本网格和细胞逻辑
   - 简单的开始/停止控制
   - 基本的用户交互

2. **阶段二**：完整UI和基础功能
   - 完整的控制面板
   - 数据显示区
   - 保存/加载功能

3. **阶段三**：高级功能和优化
   - 预设图案库
   - 性能优化
   - 扩展功能

## 技术栈

- **Python 3.x**：主要编程语言
- **Pygame**：图形和用户界面库
- **NumPy**（可选）：用于高效的数组操作
- **Pickle/JSON**：用于保存和加载游戏状态