【リスト3-1】 シェルピンスキのギャスケットを描く
from tkinter import *
root=Tk();root.title("Cell Automaton 1D")
canvas=Canvas(root, width=280, height=258)
canvas.pack()

MAXLOOP=256; NLOOP=MAXLOOP+2
Cells=[[0 for i in range(NLOOP)] for j in range(2)]

def procDraw():
    global NLOOP, MAXLOOP, Cells, canvas
    for i in range(NLOOP): Cells[0][i]=0; Cells[1][i]=0
    Cells[0][1]=1
    canvas.create_rectangle(1,1,1,1, fill="red", outline="")
    k2=0
    for i in range(2, MAXLOOP+1):
        k1=k2; k2=1-k2  #現時刻，次時刻の添字切り替え
        for j in range(1, i+2):
            if       Cells[k1][j-1] and Cells[k1][j]    : Cells[k2][j]=0
            elif not Cells[k1][j-1] and  Cells[k1][j]   : Cells[k2][j]=1
            elif     Cells[k1][j-1] and not Cells[k1][j]: Cells[k2][j]=1
            else:    Cells[k2][j]=0
            if Cells[k2][j]!=0:
                canvas.create_rectangle(j,i,j,i, fill="red", outline="")
#メイン処理
procDraw()


【リスト3-2】 一次元自己増殖モデル
from tkinter import *
root=Tk();root.title("Cell Automaton 1D 拡張")
canvas=Canvas(root, width=280, height=138)
canvas.pack()

MAXLOOP=256; NLOOP=MAXLOOP+2
Cells=[[0 for i in range(NLOOP)] for j in range(2)]
Ctab=("#FFFFFF", "#0000FF", "#007700", "#FF0000","#770077")

FN=0 # 式のタイプ(0～2) 
MD=2 # 法 2～5

def procDraw():
    global NLOOP, MAXLOOP, Cells, canvas, FN, MD
    for i in range(NLOOP): Cells[0][i]=0; Cells[1][i]=0
    j1=int(MAXLOOP/2); j2=j1; i=1
    Cells[0][j1]=1; k1=0; k2=0
    C=Ctab[Cells[k1][j1]]

    canvas.create_rectangle(i,j1,i,j1, fill=C, outline="")

    while j1>1 and j2<MAXLOOP:
        i+=1; j1-=1; j2+=1; k1 = k2; k2=1-k2
        for j in range(j1,j2+1):
            if   FN==0 : V = Cells[k1][j-1]+Cells[k1][j+1]
            elif FN==1 : V = Cells[k1][j-1]+Cells[k1][j]+Cells[k1][j+1]
            else : V = Cells[k1][j-1]+ 2*Cells[k1][j]+Cells[k1][j+1]
            Cells[k2][j]= V % MD

            if Cells[k2][j]!=0:
                C=Ctab[ Cells[k2][j]]
                canvas.create_rectangle(j,i,j,i, fill=C, outline="")

#メイン処理
procDraw()
root.mainloop()

3.2　二次元セルオートマトン
　
【リスト3-3】 二次元セルオートマトン
from tkinter import *
import time
#■配列の宣言
def array2(N1,N2): return [[0 for j in range(N2)]for k in range(N1)]
def array3(N1,N2,N3): return [array2(N2,N3)for k in range(N1)]
#■セルの初期設定
def initdt(N): A=array3(2,31,31); A[0][15][15]=N-1; return A
#■セルオートマトンの実行
def execCell(A, i1, i2, Mod):
    for i in range(1, 30):
        for j in range(1,30):
            T=(A[i1][i][j-1]+A[i1][i][j+1]+A[i1][i-1][j]+A[i1][i+1][j])
            A[i2][i][j]=T % Mod
#■セルの位置決めとＩＤの設定
def drawCell(canvas,A, k):
    x2=0; CID=array2(31,31)
    for i in range(1,30):
        x1=x2; x2=x1+10; y2=0
        for j in range(1,30):
            y1=y2; y2=y1+10
            CID[i][j]=canvas.create_rectangle(x1,y1,x2,y2,fill='black')
    return CID
#■セルの色設定
def modifyCell(canvas,A, k,CID):
    CL=['black','#FFFF00','#ff0000','#00ff00','#0000FF']
    for i in range(1,30):
        for j in range(1,30):
            canvas.itemconfig(CID[i][j], fill=CL[A[k][i][j]])
            canvas.itemconfig(CID[i][j], outline=CL[A[k][i][j]])
#■Tk初期設定
def initTk():
    tk=Tk(); tk.title("2D Cell Automaton"); tk.resizable(0,0)
    return tk
#■待ち処理等
def wait():
    tk.update_idletasks(); tk.update(); time.sleep(0.2)
#■画面キャプチャ用
def leftMouseDown(event):
    global canvas, A,k,CID
    modifyCell(canvas,A,k,CID); execCell(A,k,1-k,5); k=1-k
#■実行メイン
A=initdt(5); root=initTk()
canvas=Canvas(root,width=290,height=290,highlightthickness=0)
canvas.pack(); root.update()
CID=drawCell(canvas,A,0); k=0
#以下画面キャプチャのとき以下2行のコメントを外す
#canvas.bind("<Button-1>",leftMouseDown)
#root.mainloop()
while 1:
    # 一回ごとの処理
    modifyCell(canvas,A,k,CID); execCell(A,k,1-k,5)
    wait(); k=1-k

3.3　ライフゲーム

【リスト3-4】 ライフゲーム
from tkinter import *
import time, random
#■配列の宣言
def array2(N1,N2): return [[0 for j in range(N2)]for k in range(N1)]
def array3(N1,N2,N3): return [array2(N2,N3)for k in range(N1)]
#■セルの初期設定
def initdt():
    A=array3(2,31,31)
    for i in range(300):
        x=int(random.random()*30+1); y=int(random.random()*30+1)
        A[0][x][y]=1
    return A
#■セルオートマトンの実行
def execCell(A,i1, i2, Mod):
    for i in range(1, 30):
        for j in range(1,30):
            count=0
            for ii in range(i-1,i+2):
                for jj in range(j-1, j+2):
                    if (ii!=i or jj!=j) and (A[i1][ii][jj]!=0): count+=1
            if A[i1][i][j]!=0:
                if(count==2 or count==3): A[i2][i][j]=1
                else: A[i2][i][j]=0
            else :
                if count==3:  A[i2][i][j]=1
                else: A[i2][i][j]=0
#■セルの位置決めとＩＤの設定
def drawCell(canvas,A, k):
    x2=0; CID=array2(31,31)
    for i in range(1,30):
        x1=x2; x2=x1+10; y2=0
        for j in range(1,30):
            y1=y2; y2=y1+10
            CID[i][j]=canvas.create_rectangle(x1,y1,x2,y2,fill='white')
    return CID
#■セルの色設定
def modifyCell(canvas,A, k,CID):
    CL=['white','#007700'] # ,'#ff0000','#00ff00','#0000FF']
    for i in range(1,30):
        for j in range(1,30):
            canvas.itemconfig(CID[i][j], fill=CL[A[k][i][j]])
            canvas.itemconfig(CID[i][j], outline=CL[A[k][i][j]])
    for i in range(1,30):
        for j in range(1,30):
            canvas.itemconfig(CID[i][j], fill=CL[A[k][i][j]])
            canvas.itemconfig(CID[i][j], outline=CL[A[k][i][j]])
#■Tk初期設定
def initTk():
    tk=Tk(); tk.title("2D Cell Automaton")
    tk.resizable(0,0)
    return tk
#■待ち処理等
def wait(): root.update_idletasks(); root.update(); time.sleep(0.2)
#■画面キャプチャ用
def leftMouseDown(event):
    global canvas, A,k,CID
    modifyCell(canvas,A,k,CID); execCell(A,k,1-k,5)
    k=1-k
#■実行メイン
A=initdt(); root=initTk()
canvas=Canvas(root,width=290,height=290,highlightthickness=0)
canvas.pack(); root.update()
CID=drawCell(canvas,A,0); k=0
#画面キャプチャのとき以下2行のコメントを外す
#canvas.bind("<Button-1>",leftMouseDown)
#root.mainloop()
while 1:
    # 一回ごとの処理
    modifyCell(canvas,A,k,CID); execCell(A,k,1-k,5)
    wait(); k=1-k

3.4　食物連鎖

【リスト3-5】 食物連鎖
# -*- coding: UTF-8 -*-
#----------------------------------------
#■ N巴の食物連鎖(food chain of N cycles)
#----------------------------------------
from tkinter import *
from tkinter import messagebox
import random,math, time
#■配列として用いるリスト宣言
def array(N1, N2=0, N3=0):
    if N2 == 0 and N3==0:return [0 for i in range(N1)]
    elif N3 == 0: return [[0 for i in range(N2)] for j in range(N1)]
    else: return [[[0 for i in range(N3)] for j in range(N2)] for k in range(N1)]
#■共通データ
MAX = 101 # セル数+1
MD  = 8   # サイクル数
EP  = 0.5 #  敵に食べられる確率。EP=1にすると幾何学模様に近くなります。
dt=array(2,MAX+1,MAX+1)     # 計算用セルデータ
#        0        　 1        　2       3         
cTab=("#FF0000","#0000FF","#FFFF00","#FF00FF",
　　　"#FFFFFF","#007755","#FF7700","#770077",
　　　"#770000","#000077","#777700","#007700",
　　　"#777777","#00FF77","#FF77FF","#FF0077")
hist=array(201)             # 履歴格納用配列
avg4=array(201)             # 20回平均格納用
dspArea=array(MAX+1,MAX+1)  # 表示セル用配列
MAXMAX=(MAX-1)*(MAX-1)      # 全体個体数
avrN=MAXMAX/MD              # 平均個体数
avLine=MAXMAX/40+30         # グラフ表示平均位置         
cur=0                       # 現在のセルを示す
Vline=199                   # 200回毎のグラフ位置を示す縦線の位置
for i in range(MAX+1):      # 計算用セルデータの初期設定
    for j in range(MAX+1):
        dt[cur][i][j]= int(random.random() * MD + 1)
for i in range(201):        # 履歴、20回平均初期設定
    hist[i]=avrN;avg4[i]=avrN
#■個体数をグラフ表示する生物1の個体数のカウント
def count1():
    C=0
    for i in range(MAX):
        for j in range(MAX):
            if dt[cur][i][j]==1: C+=1
    return C
#■履歴データ設定
def setHist(V):             
    for i in range(1,200):
              hist[i-1]=hist[i]; avg4[i-1]=avg4[i]
    hist[199]=V 	    # 値の登録
    av=0		    # 過去20回の平均値計算と平均値登録
    j=199
    for i in range(20): av+=hist[j]; j-=1
    avg4[199]= int(float(av)/20.0+0.5)
#■グラフ表示用XY座標設定    
def setHistXY(hist, i): 
    global avrN, avLine
    return [i+20, avLine-(hist[i]-avrN)/50]
#■最初の表示
def initDraw():
    global canvas, MAX,HSgraph, AVgraph, Vline, VlineX,txtDsp
    canvas.delete("DT")
    for i in range(1,MAX):
        for j in range(1,MAX):
            X=i*2+20; Y=j*2+10
            dspArea[i][j]=canvas.create_rectangle(X, Y, X+2, Y+2,
                                                  fill=cTab[dt[cur][i][j]-1],
                                                  outline="", tag="DT")
    # 生物1の個体数変化の表示
    V=count1(); setHist(V)
    canvas.create_rectangle(20,220,220,340,
                            fill="#FFFFFF", outline='black',width=2, tag="DT")
    # 過去4回平均
    XY=[]
    for i in range(200): XY.append(setHistXY(avg4, i))
    AVgraph=canvas.create_line(XY, fill="#007700", tag="DT")
  
    # 履歴表示
    XY=[]
    for i in range(200): XY.append(setHistXY(hist, i))
    HSgraph=canvas.create_line(XY, fill=cTab[0], tag="DT")
    
    # 3,000, 5,000, 7,000の線を表示
    canvas.create_line(20,320,220,320, fill="#000077", tag="DT")
    canvas.create_line(20,280,220,280, fill="#000077", tag="DT")
    canvas.create_line(20,240,220,240, fill="#000077", tag="DT")
    VlineX = canvas.create_line(Vline+20,240,Vline+20, 340, fill="#000077", tag="DT")
    Vline-=1
    if Vline<0 : Vline=199
        
    # 数値表示
    txtDsp=canvas.create_text(120, 230, text="%d 個体数変化(赤) 20回平均(緑) %d" % (V, avg4[199]),
                              font=('sans-serif', '8'), tag="DT")
#■2回目以降のセル表示(セルの色変更)
def draw():
    global canvas, MAX,HSgraph, AVgraph, Vline, VlineX,txtDsp
    for i in range(1,MAX):
        for j in range(1,MAX):
            X=i+20; Y=j+10
            CC=cTab[dt[cur][i][j]-1] # 以下の1行の判定でかなり速くなる
            if CC != canvas.itemcget(dspArea[i][j], option='fill'):
                canvas.itemconfig(dspArea[i][j], fill=CC)
#■2回目以降のグラフ表示(表示が変わる部分のみ）
def drawGraph():
    global canvas, MAX,HSgraph, AVgraph, Vline, VlineX,txtDsp
    V=count1(); setHist(V)
    XY=[] # 過去4回平均
    for i in range(200): XY.append(setHistXY(avg4, i))
    canvas.delete(AVgraph)
    AVgraph=canvas.create_line(XY, fill="#007700", tag="DT")
    XY=[] # 履歴表示
    for i in range(200): XY.append(setHistXY(hist, i))
    canvas.delete(HSgraph)
    HSgraph=canvas.create_line(XY, fill=cTab[0], tag="DT")
    canvas.coords(VlineX, Vline+20,240,Vline+20, 340) #区切り
    Vline-=1
    if Vline<0 : Vline=199
    canvas.itemconfig(txtDsp, # 数値表示
　　　　　　　　　　　text="%d 個体数変化(赤) 20回平均(緑) %d" % 
　　　　　　　　　　　(V, avg4[199]))
#■食物連鎖のシミュレーション    
def simChain():
    global cur
    nxt=1-cur
    for i in range(1,MAX):
        for j in range(1,MAX):
            dt[nxt][i][j]=dt[cur][i][j]
            if random.random()< EP : 
                for k in range(1,MD+1):
                    KF = k + 1
                    if k== MD: KF = 1
                    if dt[cur][i][j]==k :
                        if(dt[cur][i  ][j-1]==KF or dt[cur][i  ][j+1]==KF or
                           dt[cur][i-1][j ]==KF or dt[cur][i+1][j  ]==KF) : 
                               dt[nxt][i][j]=KF
    cur=nxt
#■メイン処理        
root=Tk();root.title("N巴の食物連鎖(N= %d)" % MD )
canvas=Canvas(root, width=260,height=400)
canvas.pack(); simChain();initDraw();root.update()
while True:
    simChain(); draw(); drawGraph()
    time.sleep(0.01)
    root.update()