Opdracht 1: Larger than Life

Inleiding

Fig. 1: Netlogo screenshot Larger than Life.

Larger than Life is een familie van cellulaire automaten waarbij cellen een grotere omgeving bezitten dan bij de Conways's game of life (= de standaard GoL) het geval is. Verder zijn de regels hetzelfde. Larger than Life kan, afhankelijk van parameterinstellingen, een interessante dynamiek opleveren. Larger than Life kan worden gezien als de voorloper van Real Life en Smooth Life.

Opdracht

Programmeer Larger than Life, en ontdek interessante parameter-instellingen.

Werking

• Elke cel bezit een leeftijd (ook wel: toestand) 1, 2, 3, ..., N, waarbij N de maximum leeftijd is. Een cel met leeftijd N wordt als slapend gezien. Levende cellen bezitten een kleur die op één of andere manier de leeftijd weerspiegelt. Slapende cellen zijn zwart. Cellen kunnen niet de leeftijd nul bezitten.
• Bij aanvang krijgen een aantal cellen een leeftijd < N. De overige cellen krijgen leeftijd N. Het precieze percentage, D, dat bij aanvang leeftijd < N krijgt, kan van tevoren worden ingesteld.
• Elke cel bezit een omgeving met radius R. De waarde R geldt voor elke cel en kan van tevoren worden ingesteld. De omgeving van een cel bestaat uit alle cellen die niet verder dan R van de oorspronkelijke cel liggen. Toelichting: om Fig. 2 te maken werden achtereenvolgens de volgende commando's gegeven:

  ask patch 0 0 [ ask patches in-radius 6 [ set pcolor blue    ] ]
  ask patch 0 0 [ ask patches in-radius 5 [ set pcolor violet  ] ]
  ask patch 0 0 [ ask patches in-radius 4 [ set pcolor magenta ] ]
  ask patch 0 0 [ ask patches in-radius 3 [ set pcolor red     ] ]
  ask patch 0 0 [ ask patches in-radius 2 [ set pcolor orange  ] ]
  ask patch 0 0 [ ask patches in-radius 1 [ set pcolor yellow  ] ]
  ask patch 0 0 [ ask patches in-radius 0 [ set pcolor white   ] ]
  

• Het aantal levende buren van een cel is gedefinieerd als het aantal levende cellen in de omgeving van die cel.
• Een simulatie bestaat uit een onbepaald aantal simulatiestappen.
• Tijdens elke simulatiestap voert elke cel precies eenmaal het volgende uit: als de cel slaapt dan leeft deze op als en slechts als het aantal levende buren tussen MIN-BIRTH en MAX-BIRTH ligt, of gelijk is aan een van deze twee waarden. Een slapende cel die opleeft had leeftijd N en krijgt leeftijd 1. In het andere geval, als de cel leeft, dan wordt deze één jaar ouder als en slechts als het aantal levende buren tussen MIN-STAY en MAX-STAY ligt, of gelijk is aan een van deze twee waarden. Is dat niet zo, dan sterft de levende cel meteen. Een levende cel gaat dus van toestand X naar toestand X + 1, of onmiddellijk naar toestand N.
• De simulatie is pseudo-asynchroon: per simulatiestap worden cellen niet gelijktijdig geupdate, maar één voor één. Per simulatiestap komen alle cellen precies één keer aan de beurt. De volgorde waarin cellen aan de beurt komen wordt door het toeval bepaald. Dus na K simulatiestappen is elke cel precies K keer geupdate. (Bij gesimuleerde zuivere asynchroniciteit is dit niet het geval. Daar wordt in elke simulatiestap precies één cel geupdate. Na K simulatiestappen kan één specifieke cel dan M keer zijn geupdate, waarbij 0 ≤ M ≤ K.)
• De parameters MIN-BIRTH, MAX-BIRTH, MIN-STAY en MAX-STAY kunnen, voordat de simulatie start, worden ingesteld.

Parameters

De parameters en hun bereik nog eens een keer samengevat. De volgorde is belangrijk.

MAX-PXCOR	Maximale x-coordinaat van patch-veld. Er wordt aangenomen dat het veld symmetrisch is, dus MIN-PXCOR = -MAX-PXCOR.
MAX-PYCOR	Maximale Y-coordinaat van patch-veld. Er wordt aangenomen dat het veld symmetrisch is.
MAX-AGE	Maximale leeftijd.
RADIUS	Straal van de omgeving.
DENSITY	Bezettingsgraad van levende cellen bij aanvang simulatie, in procenten (dus 0 ≤ DENSITY ≤ 100).
MIN-BIRTH	Zie boven.
MAX-BIRTH	Zie boven.
MIN-STAY	Zie boven.
MAX-STAY	Zie boven.

Randvoorwaarden

Fig. 2: Voorbeeld van een omgeving, met cellen in straal 0 wit, cellen in straal 1 geel, cellen in straal 2 oranje, cellen in straal 3 rood, cellen in straal 4 magenta, cellen in straal 5 violet, en cellen in straal 6 blauw.

Hier staat wat moet.* Bij afwijking van randvoorwaarden worden punten in mindering gebracht. Het voldoen aan de randvoorwaarden levert in ieder geval het cijfer zes op. Om een cijfer hoger dan een zes te halen dien je één of meer extra features te hebben geïmplementeerd.

1. Kleur. Levende cellen bezitten een kleur die op één of andere manier de leeftijd weerspiegelt, jonge cellen zijn bijvoorbeeld erg licht, en oudere cellen zijn erg donker. Andere kleurcodes kunnen ook. Raadpleeg Netlogo's sectie over kleuren, en Netlogo's sectie over kleurprimitieven.
2. Exporteren parameters. De negen parameters moeten makkelijk als een rij van negen getallen kunnen worden afgedrukt. De volgorde is daarbij essentieel. Voorbeeld: 60 60 12 6 30 31 42 38 46 betekent: max-pxcor = 60, max-pycor = 60, max-age = 12, radius = 6, density = 30, etc. Het nut hiervan is dat parameterinstellingen makkelijk aan iemand anders zijn door te geven.
3. Importeren parameters. De parameters moeten makkelijk zijn te importeren. (Gebruik daarvoor indien nodig de aanwijzingen.)

Extra

Extra punten kunnen worden verdient door het aanbrengen van één of meer van de volgende features.

1. Automatische herstart bij extinctie. Een maatregel die ervoor zorgt dat de simulatie blijft runnen, en bijvoorbeeld als demo kan worden gebruikt. Laat je de simulatie elke keer met dezelfde parameters herstarten? Zo nee, met welke parameters dan wel en waarom?.
2. Bijhouden van beste parametersettings. Een systeem, in welke vorm dan ook, om de meest interessante parameter settings snel op te slaan, evt. samen met beschrijving van gedrag.
3. Variatie op omgevingsdefinitie. Experimenteer met vierkante omgevingen, of met een gedifferentieerde weging van buren, bv. door

   sum [ age / ((distance myself) ^ 2) ] of ...
   

   Zorg wel wel voor dat dergelijke uitbreidingen met een switch ook weer makkelijk uit te zetten zijn.
4. Andere uitbreidingen.

Aanwijzingen

1. Importeren parameters. Het makkelijk kunnen importeren van parameters is een randvoorwaarde. Dat kan bijvoorbeeld als volgt. Creëer een inputwidget genaamd “parameters,” en een button, genaamd “import-parameters”. Gebruik verder

   to import-parameters
     run (word "set-parameters " parameters)
   end
   
   to set-parameters [ x y n r d mib mab mis mas ]
     resize-world    (0 - x) x (0 - y) y
     set-patch-size  300.0 / y
     set max-age     n
     set radius      r
     set density     d
     set min-birth   mib
     set max-birth   mab
     set min-stay    mis
     set max-stay    mas
   end
   

2. Bewaren van interessante parameterinstellingen. Interessante parameterinstellingen kunnen worden vermeld in de documentatie. Super-interessante parameterinstellingen kun je wegstoppen onder een speciale button. Als deze button wordt ingedrukt worden meteen alle bijbehorende parameters ingesteld. Het is sympathiek om bij een interessante parameterinstelling te vermelden waarom deze parameterinstelling speciaal is en wat er gebeurt,---al is het vaak moeilijk abstract gedrag van een cellulaire automaat te omschrijven. Het geven van een feitelijke omschrijving van het zichtbare gedrag kan natuurlijk altijd.

Nakijkmodel

Het volgende nakijkmodel zal worden gebruikt.

   ------------------------------------------------------

    1. kwaliteit GUI
    2. werkt
    3. werkt correct
    4. zinvol kleurschema
    5. efficiëntie (denk aan het definiëren en uitlezen van omgevingen)
    6. code-organisatie
    7. export / import parameters
    8. documentatie (in code, in tab, *.png)

   ----- cijfer acht ------------------------------------

    9. extra feature
   10. "

   ----- cijfer tien ------------------------------------

Wijzigingen

04 maart 2019

De parametervolgorde in de functie to set-parameters onder het kopje “Aanwijzingen” is in overeenstemming gebracht met de parametervolgorde zoals die in de rest van het document wordt gebruikt.

Appendix: omgevingen

Spelen met de Netlogo app Gauss' circle problem kan helpen te begrijpen dat niet zo maar omgevingen met elke gewenste oppervlakte kunnen worden gemaakt. [Als klikken niet resulteert in een download, probeer dan rechts-klik of <Ctrl>-klik en kies vervolgens Save of Download.] Het gegeven dat niet zo maar omgevingen met elke gewenste oppervlakte kunnen worden gemaakt heeft te maken met Gauss' cirkelprobleem. Dit probleem houdt zich bezig met de vraag hoeveel roosterpunten er binnen een cirkel met straal r liggen. De eerste geslaagde poging tot een oplossing kwam van Carl Friedrich Gauss, vandaar de naam.

Op een iets andere manier illustreert onderstaand overzicht hoe verschillende stralen verschillende omgevingen voortbrengen. Cellen binnen straal r = 0 + ε zijn wit, cellen binnen straal r = 1 + ε zijn geel, cellen binnen straal r = 2 + ε zijn oranje, cellen in straal r = 3 + ε zijn rood, etc. De verschillen zijn het best te zien in de contouren.

ε = 0.00	ε = 0.05	ε = 0.10	ε = 0.15	ε = 0.20
ε = 0.25	ε = 0.30	ε = 0.35	ε = 0.40	ε = 0.45
ε = 0.50	ε = 0.55	ε = 0.60	ε = 0.65	ε = 0.70
ε = 0.75	ε = 0.80	ε = 0.85	ε = 0.90	ε = 0.95
Fig. 3: Cellen binnen straal 0+ε zijn wit, cellen binnen straal 1+ε zijn geel, cellen binnen straal 2+ε zijn oranje, cellen binnen straal 3+ε zijn rood, etc.

Appendix: twee voorbeeldanimaties