では「三次元ライフゲームで安定構造や振動構造を探す」例題を作ってみましょう。
ライフゲームの面白さは「進化の結果、安定した形や周期的に繰り返す形が現れる」ことです。三次元版でも同じように、セルの配置によって 安定構造（ずっと変わらない） や 振動構造（一定周期で繰り返す） が生まれます。
ポイント
- 安定構造: 次世代に移っても形が変わらない。
- 振動構造: 2ステップや3ステップごとに元の形に戻る。
- 探索方法: 初期配置を決めてシミュレーションを回し、同じ状態が再出現するかチェックする。
コード例（Java）
import java.util.*;
public class LifeGame3DStable {
static final int SIZE = 3; // 3x3x3の立方体
static final int STEPS = 10;
public static void main(String[] args) {
// 初期配置（例：中央に小さなブロック）
int[][][] grid = new int[SIZE][SIZE][SIZE];
grid[1][1][1] = 1;
grid[1][1][2] = 1;
grid[1][2][1] = 1;
grid[1][2][2] = 1;
// 過去の状態を記録して安定/振動を検出
Set<String> seen = new HashSet<>();
for (int step = 0; step < STEPS; step++) {
System.out.println("Step " + step);
printGrid(grid);
String state = encode(grid);
if (seen.contains(state)) {
System.out.println("→ この形は過去に出現しました！（安定または振動構造）");
break;
}
seen.add(state);
grid = nextGeneration(grid);
}
}
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) {
newGrid[z][x][y] = (neighbors == 2 || neighbors == 3) ? 1 : 0;
} else {
newGrid[z][x][y] = (neighbors == 3) ? 1 : 0;
}
}
}
}
return newGrid;
}
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;
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;
}
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("---");
}
}
static String encode(int[][][] grid) {
StringBuilder sb = new StringBuilder();
for (int z = 0; z < SIZE; z++) {
for (int x = 0; x < SIZE; x++) {
for (int y = 0; y < SIZE; y++) {
sb.append(grid[z][x][y]);
}
}
}
return sb.toString();
}
}
実行イメージ
- 初期配置が「小さな立方体ブロック」の場合 → 安定構造としてずっと変わらない。
- 他の配置（例えば直線状に3セル並べる） → 振動構造になり、2ステップごとに形が変わって戻る。
✅ まとめ
- 三次元ライフゲームでも「安定構造」「振動構造」が存在する。
- 過去の状態を記録して再出現を検出することで判定できる。
- 小さな立方体ブロックは安定構造、直線は振動構造の典型例。
