では「ランダム初期化から安定構造や振動構造を自動検出する」三次元ライフゲームの例題を作ってみましょう。
ポイント
- ランダム初期化: 立方体のセルをランダムに生死状態にする。
- シミュレーション: 一定ステップ進める。
- 状態記録: 各ステップの状態を文字列化して保存。
- 検出: 同じ状態が再出現したら「安定構造」または「振動構造」と判定。
コード例（Java）
import java.util.*;
public class LifeGame3DRandom {
static final int SIZE = 4; // 立方体の一辺
static final int STEPS = 20; // シミュレーションステップ数
public static void main(String[] args) {
int[][][] grid = new int[SIZE][SIZE][SIZE];
Random rand = new Random();
// ランダム初期化
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
}
}
}
// 過去の状態を記録
Map<String, Integer> seen = new HashMap<>();
for (int step = 0; step < STEPS; step++) {
System.out.println("Step " + step);
printGrid(grid);
String state = encode(grid);
if (seen.containsKey(state)) {
int prevStep = seen.get(state);
int cycle = step - prevStep;
if (cycle == 1) {
System.out.println("→ 安定構造（変化なし）を検出！");
} else {
System.out.println("→ 振動構造（周期 " + cycle + "）を検出！");
}
break;
}
seen.put(state, step);
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
- ランダム初期化 → 進化を繰り返す。
- 途中で同じ状態が再出現すると、
- 周期=1 → 安定構造
- 周期>1 → 振動構造
✅ まとめ
- ランダム初期化からでも「安定構造」「振動構造」が自然に現れる。
- 状態を文字列化して記録することで簡単に検出できる。
- 周期を計算すれば「振動構造の周期」もわかる。
