兰顿蚂蚁：从无序到有序的巨大征程

1. 问题

在一个1000*1000格子的棋盘上，有一只蚂蚁(ant)，蚂蚁的爬行规则是：（1）如果蚂蚁地点的棋盘是白色的，则蚂蚁将地点格子设置为黑色，并向右边爬行一个格子。（2）如果蚂蚁地点的棋盘是黑色的，则蚂蚁将地点格子设置为白色，并向左边爬行一个格子。问：请表现蚂蚁爬行10000次后，棋盘的样子。
2. 思索

首先，我们需要创建一个棋盘类（Board）和一个蚂蚁类（Ant）。棋盘类包含一个二维数组表示棋盘的状态，以及一个方法用于表现棋盘。蚂蚁类包含蚂蚁当前的位置和爬行方法。
解析：

• 创建棋盘类（Board），包含一个二维数组表示棋盘状态，以及一个方法用于表现棋盘。
  
• 创建蚂蚁类（Ant），包含蚂蚁当前的位置.方向，和爬行方法 move。
  
• 在主函数中，创建一个1000*1000的棋盘实例和一个蚂蚁实例。
  
• 让蚂蚁爬行10000次。
  
• 表现爬行后的棋盘状态。
  

3. 代码

3.1 设计 Board类 和 Ant 类， 代码如下：

1. import matplotlib.pyplot as plt
2. import numpy as np
4. class Board:
5.     def __init__(self, size):
6.         self.size = size
7.         # 创建初始棋盘，设置为全0的格子： 注意： 0 表示 白色，1表示 黑色
8.         self.board = np.zeros((size, size))
9.         
10.     def display(self):
11.         # Create the figure and axes
12.         fig, ax = plt.subplots()
13.         # Display the array as an image using imshow
14.         # cmap='gray' sets the colormap to grayscale
15.         # imshow 似乎 0 表示黑的，1 表示白色，因此，我这里用函数 np.logical_not()取反了一下
16.         plt.imshow(np.logical_not(self.board), cmap='gray')  
17.         # Set axis labels and title (optional)
18.         ax.set_xlabel("X-axis")
19.         ax.set_ylabel("Y-axis")
20.         ax.set_title("Footprint of Ant on 2D World")
21.         # Display the plot
22.         plt.show()
23.                
24.                
25. class Ant:
26.     def __init__(self, board):
27.         # 假定初始在 棋盘中央
28.         self.x = board.size // 2
29.         self.y = board.size // 2
30.         # 假定初始方向朝上， 90度
31.         self.direction = 90
32.         
33.     def climb_one(self, board):
34.         if self.direction == 0 :       # right， 向右边爬行一格
35.             self.x = self.x + 1
36.         elif self.direction == 270:    # down，  向下爬行一格
37.             self.y = self.y - 1            
38.         elif self.direction == 180:    # left,   向左爬行一格
39.             self.x = self.x - 1
40.         elif self.direction == 90:     # up,     向上爬行一格
41.             self.y = self.y + 1  
42.         # 处理一下跑出边界问题：
43.         #    如果小于0, 则移动到最大值处， PS: 这样设置是有部分道理的，因为小于0 时候，direction是向左 或 向上的，
44.         #                                 移动到最大值时候，ant 方向向内
45.         #    如果大于最大值，则移动到0 处
46.         if self.x == -1 :
47.             self.x = board.size - 1
48.         if self.y == -1 :
49.             self.y = board.size - 1
50.         if self.x == board.size - 1 :
51.             self.x = 0
52.         if self.y == board.size - 1 :
53.             self.y = 0
54.                        
55.     def move(self, board):
56.         if board.board[self.x][self.y] == 0:  # 原来是白色0
57.             # Step 1： 脚下格子设置为黑色1
58.             board.board[self.x][self.y] = 1   
59.             # Step 2： 右转
60.             self.direction = (self.direction - 90) % 360
61.             # Step 3：爬行一格
62.             self.climb_one(board)
63.         else:   # 原来是黑色1
64.             # Step 1： 脚下格子设置为白色0
65.             board.board[self.x][self.y] = 0
66.             # Step 2：左 转
67.             self.direction = (self.direction + 90) % 360
68.             # Step 3：爬行一格
69.             self.climb_one(board)
70.                        
71.                        

复制代码

3.2 测试代码

1. def run():
2.     board = Board(250)       # 棋盘大小设置
3.     ant = Ant(board)
4.    
5.     for _ in range(1000000):   # 蚂蚁爬行次数
6.         ant.move(board)
7.    
8.     print("moving ......")
9.     board.display()
11. if __name__ == '__main__':
12.     run()
13.        
14.        

复制代码

4 结果展示

4.1 蚂蚁初始方向头朝上，棋盘 100* 100 ， 爬行 15000次

4.2 蚂蚁初始方向头朝上，棋盘 100* 100 ， 爬行 1000次

4.3 蚂蚁初始方向头朝上，棋盘 1000* 1000 ， 爬行 50000次

4.4 蚂蚁初始方向头朝右，棋盘 250* 250 ， 爬行 50000次

4.5 蚂蚁初始方向头朝右，棋盘 250* 250 ， 爬行 100W次

免责声明：如果侵犯了您的权益，请联系站长，我们会及时删除侵权内容，谢谢合作！更多信息从访问主页：qidao123.com:ToB企服之家，中国第一个企服评测及商务社交产业平台。