三次元版ライフゲーム（セルオートマトン）の例題
「ライフゲーム」は二次元の格子でよく知られていますが、三次元に拡張すると「立方体の中で細胞が生きたり死んだりする」シミュレーションになります。
初心者向けに、シンプルなルールで例題を作ってみましょう。
基本ルール（3D版の簡易ルール例）
- 各セルは「生きている (1)」か「死んでいる (0)」の状態を持つ。
- 各セルの 26近傍（上下左右前後＋斜め方向すべて）を調べる。
- 更新ルール（例）：
- 生きているセルは、近傍に 2〜3個の生きたセルがあれば生存、そうでなければ死ぬ。
- 死んでいるセルは、近傍に ちょうど3個の生きたセルがあれば誕生する。
コード例（Java）
import java.util.Random;
public class LifeGame3D {
static final int SIZE = 4; // 立方体の一辺の長さ
static final int STEPS = 5; // シミュレーションのステップ数
public static void main(String[] args) {
int[][][] grid = new int[SIZE][SIZE][SIZE];
Random rand = new Random();
// 初期化（ランダムに生死を決める）
for (int z = 0; z < SIZE; z++) {
for (int x = 0; x < SIZE; x++) {
for (int y = 0; y < SIZE; y++) {
grid[z][x][y] = rand.nextInt(2); // 0か1
}
}
}
// シミュレーション
for (int step = 0; step < STEPS; step++) {
System.out.println("Step " + step);
printGrid(grid);
grid = nextGeneration(grid);
}
}
// 次世代を計算
static int[][][] nextGeneration(int[][][] grid) {
int[][][] newGrid = new int[SIZE][SIZE][SIZE];
for (int z = 0; z < SIZE; z++) {
for (int x = 0; x < SIZE; x++) {
for (int y = 0; y < SIZE; y++) {
int neighbors = countNeighbors(grid, z, x, y);
if (grid[z][x][y] == 1) {
// 生存条件
newGrid[z][x][y] = (neighbors == 2 || neighbors == 3) ? 1 : 0;
} else {
// 誕生条件
newGrid[z][x][y] = (neighbors == 3) ? 1 : 0;
}
}
}
}
return newGrid;
}
// 近傍の生きたセル数を数える
static int countNeighbors(int[][][] grid, int z, int x, int y) {
int count = 0;
for (int dz = -1; dz <= 1; dz++) {
for (int dx = -1; dx <= 1; dx++) {
for (int dy = -1; dy <= 1; dy++) {
if (dz == 0 && dx == 0 && dy == 0) continue; // 自分自身は除外
int nz = z + dz, nx = x + dx, ny = y + dy;
if (nz >= 0 && nz < SIZE && nx >= 0 && nx < SIZE && ny >= 0 && ny < SIZE) {
count += grid[nz][nx][ny];
}
}
}
}
return count;
}
// グリッドを表示（層ごとに出力）
static void printGrid(int[][][] grid) {
for (int z = 0; z < SIZE; z++) {
System.out.println("Layer " + z + ":");
for (int x = 0; x < SIZE; x++) {
for (int y = 0; y < SIZE; y++) {
System.out.print(grid[z][x][y] == 1 ? "■ " : "□ ");
}
System.out.println();
}
System.out.println("---");
}
}
}
出力イメージ（例）
Step 0
Layer 0:
■ □ ■ □
□ □ ■ ■
■ □ □ □
□ ■ □ ■
---
Layer 1:
...
解説
- 三重ループで「層・行・列」を回して更新。
- 近傍計算は 26方向をチェック。
- ルールは二次元ライフゲームと同じだが、近傍が増えるのでダイナミクスが変わる。
- 表示は層ごとに分けると理解しやすい。
応用アイデア
- サイズを大きくして「立方体の進化」を観察する。
- ゴール条件を設定して「安定構造」や「振動構造」を探す。
- 可視化を工夫して「3D表示」や「アニメーション」にするとさらに面白い。
