В качестве входных данных вы получаете изображение в оттенках серого. Ваша задача - найти в игре «Жизнь» Конвея статический или зацикленный узор, максимально приближенный к исходному изображению.

Ваш вывод может быть либо неподвижным изображением, либо цикличной анимацией в каком-либо формате, который можно преобразовать в gif. Размеры выходного изображения должны совпадать с размерами входных данных и содержать только черные и белые пиксели.

Если выходные данные являются анимацией, каждый кадр должен быть сгенерирован из предыдущего в соответствии с правилами игры жизни, с одной ячейкой на пиксель. Анимация должна зацикливаться, причем первый кадр генерируется из последнего кадра по тем же правилам.

Если вывод является неподвижным изображением, применение правил игры жизни должно привести к тому же самому изображению. Это означает, что ни в одной «живой» ячейке не может быть более трех или менее двух «живых» соседей, а в «мертвой» ячейке не может быть ровно три «живых» соседа. (Обратите внимание, что это в основном то же самое, что и анимация, как описано выше, но только с одним кадром.)

Дополнительные правила и разъяснения:

• Вы (или ваша программа) можете выбрать, будут ли «живые» клетки представлены белыми, а «мертвые» - черными или наоборот. То есть вы можете либо жестко закодировать это, либо ваша программа может выбрать его на основе входного изображения. (Но это должно быть одинаковым для каждого кадра анимации.)

• Граничные условия должны быть периодическими, то есть ячейки в крайнем правом столбце имеют соседей в крайнем левом столбце и т. Д.

• Для анимации частота кадров зависит от вас (или вашей программы); Я полагаю, что высокая скорость кадров будет хорошо работать для аппроксимации серых пикселей.

• Пожалуйста, опубликуйте в своем ответе как минимум два результата. Если вы можете публиковать результаты из всех входных изображений ниже, это предпочтительно.

• Допустимо уменьшать размер тестовых изображений, если это необходимо для получения картинок с достаточно маленьким размером файла. Если вы хотите сделать ссылку и на файлы большего размера, это нормально. Если вы хотите похвастаться, не стесняйтесь найти некоторые исходные файлы с более высоким разрешением.

• Пожалуйста, постарайтесь избегать слишком большого количества контролируемых параметров в вашем коде - лучше всего, если ваша программа использует только изображение. Исключение составляют случаи, когда вы хотите иметь параметр для управления количеством кадров анимации, так как это повлияет на размер файла.

• Вы можете использовать внешние программы, чтобы изменить формат входных и выходных файлов и / или скомпилировать выходные кадры в анимацию, если хотите. (Это не проблема обработки формата файла.)

• Это конкурс популярности , поэтому победит ответ с наибольшим количеством голосов.

Вот подборка тестовых изображений, в основном взятых из других вопросов на этом сайте. (Возможно, я добавлю дополнительные «бонусные» входные изображения позже.)

Просто для начала, вот очень глупая попытка ссылки в Python 2, в которой используется тот факт, что блок из четырех квадратов является стабильной структурой в игре жизни. Он просто изменяет масштаб входного изображения в 4 раза, а затем рисует блок, если соответствующий пиксель темнее, чем 0,5.

from skimage import io
from skimage import transform
import sys

img = io.imread(sys.argv[1],as_grey=True)

source = transform.resize(img, [i/4 for i in img.shape])

img[:]=1
for x in xrange(source.shape[0]):
    for y in xrange(source.shape[1]):
        if source[x,y]<0.5:
            img[x*4, y*4] = 0
            img[x*4+1, y*4] = 0
            img[x*4, y*4+1] = 0
            img[x*4+1, y*4+1] = 0

io.imsave(sys.argv[2], img)

Вот некоторые выводы из примера кода. Я уверен, что гораздо лучшие результаты возможны.

питон

import sys, random, itertools
from PIL import Image

filename, cutoff = sys.argv[1], int(sys.argv[2]) if len(sys.argv) > 2 else 128

# load command-line arg as image
src = Image.open(sys.argv[1]).convert("L") # grayscale
(w, h), src = src.size, src.load()
# flatten
src = bytearray(src[x, y] for y in range(h) for x in range(w))
size = len(src)
neighbour_offsets = (-w-1,-w,-w+1,-1,1,w-1,w,w+1)    

shapes = set()
max_shape_x, max_shape_y = 0, 0
for shape in (((1, 1), (1, 1), "b"), # block
    ((0,1,1,0),(1,0,0,1),(0,1,1,0), "h"), # hive
    ((0,0,1,0),(0,1,0,1),(1,0,0,1),(0,1,1,0), "l"), # loaf
    ((0,1,0),(1,0,1),(0,1,0), "t"), # tub
    ((1,1,0),(1,0,1),(0,1,0), "B"), # boat
    ((1,1,0),(1,0,1),(0,1,1), "s"), # ship
    ((1,1,0,1,1),(0,1,0,1,0),(0,1,0,1,0),(1,1,0,1,1), "I"), # II
    ((0,0,0,1,1),(0,0,0,0,1),(0,0,0,1,0),(1,0,1,0,0),(1,1,0,0,0), "c"), # canoe sinking
    ((1,1,0,0),(1,0,0,1),(0,0,1,1), "a"), # aircraft carrier
    ((0,1,1,0,0),(1,0,0,1,0),(0,1,0,0,1),(0,0,1,1,0), "m"), # mango
    ((0,1,1,0),(1,0,0,1),(1,0,0,1),(0,1,1,0), "p"), # pond
    ((0,0,0,1,1),(0,0,1,0,1),(0,0,1,0,0),(1,0,1,0,0),(1,1,0,0,0), "i"), # integral
    ((1,1,0,1),(1,0,1,1), "S"), # snake
    ((1,1,0,0),(1,0,1,0),(0,0,1,0),(0,0,1,1), "f"), # fish hook
    ):
    X, Y = len(shape[0]), len(shape)-1
    max_shape_x, max_shape_y = max(X, max_shape_x), max(Y, max_shape_y)
    shapes.add(((X, Y), tuple(y*w+x for y in range(Y) for x in range(X) if shape[y][x]), shape[:-1], shape[-1]))
    shapes.add(((X, Y), tuple(y*w+x for y in range(Y) for x in range(X-1,-1,-1) if shape[y][x]), shape[:-1], shape[-1]))
    shapes.add(((X, Y), tuple(y*w+x for y in range(Y-1,-1,-1) for x in range(X) if shape[y][x]), shape[:-1], shape[-1]))
    shapes.add(((X, Y), tuple(y*w+x for y in range(Y-1,-1,-1) for x in range(X-1,-1,-1) if shape[y][x]), shape[:-1], shape[-1]))

def torus(i, *indices):
    if len(indices) == 1:
        return (i + indices[0]) % size
    return [(i + n) % size for n in indices]

def iter_neighbours(i):
    return torus(i, *neighbour_offsets)

def conway(src, dest):
    for i in range(size):
        alive = count_alive(src, i)
        dest[i] = (alive == 2 or alive == 3) if src[i] else (alive == 3)

def calc_score(i, set):
    return 255-src[i] if not set else src[i]

def count_alive(board, i, *also):
    alive = 0
    for j in iter_neighbours(i):
        if board[j] or (j in also):
            alive += 1
    return alive

def count_dead(board, i, *also):
    dead = 0
    for j in iter_neighbours(i):
        if (not board[j]) and (j not in also):
            dead += 1
    return dead

def iter_alive(board, i, *also):
    for j in iter_neighbours(i):
        if board[j] or (j in also):
            yield j

def iter_dead(board, i, *also):
    for j in iter_neighbours(i):
        if (not board[j]) and (j not in also):
            yield j

def check(board):
    for i in range(size):
        alive = count_alive(board, i)
        if board[i]:
            assert alive == 2 or alive == 3, "alive %d has %d neighbours %s" % (i, alive, list(iter_alive(board, i)))
        else:
            assert alive != 3, "dead %d has 3 neighbours %s" % (i, list(iter_alive(board, i)))

dest = bytearray(size)

if False:
    # turn into contrast
    for i in range(size):
        mx = max(src[i], max(src[j] for j in iter_neighbours(i)))
        mn = min(src[i], min(src[j] for j in iter_neighbours(i)))
        dest[i] = int((0.5 * src[i]) + (128 * (1 - float(src[i] - mn) / max(1, mx - mn))))
    src, dest = dest, bytearray(size)

try:
    checked, bad, score_cache = set(), set(), {}
    next = sorted((calc_score(i, True), i) for i in range(size))
    while next:
        best, best_score = None, sys.maxint
        current, next = next, []
        for at, (score, i) in enumerate(current):
            if score > cutoff:
                break
            if best and best_score < score:
                break
            if not dest[i] and not count_alive(dest, i):
                do_nothing_score = calc_score(i, False)
                clean = True
                for y in range(-max_shape_y-1, max_shape_y+2):
                    for x in range(-max_shape_x-1, max_shape_x+2):
                        if dest[torus(i, y*w+x)]:
                            clean = False
                            break
                    if not clean:
                        break
                any_ok = False
                for (X, Y), shape, mask, label in shapes:
                    for y in range(Y):
                        for x in range(X):
                            if mask[y][x]:
                                pos, ok = torus(i, -y*w-x), True
                                if (pos, label) in bad:
                                    continue
                                if clean and (pos, label) in score_cache:
                                    score = score_cache[pos, label]
                                else:
                                    paint = torus(pos, *shape)
                                    for j in paint:
                                        for k in iter_alive(dest, j, *paint):
                                            if count_alive(dest, k, *paint) not in (2, 3):
                                                ok = False
                                                break
                                        if not ok:
                                            break
                                        for k in iter_dead(dest, j, *paint):
                                            if count_alive(dest, k, *paint) == 3:
                                                ok = False
                                                break
                                        if not ok:
                                            break
                                    if ok:
                                        score = 0
                                        any_ok = True
                                        for x in range(X):
                                            for y in range(Y):
                                                score += calc_score(torus(pos, y*w+x), mask[y][x])
                                            score /= Y*X
                                        if clean:
                                            score_cache[pos, label] = score
                                    else:
                                        bad.add((pos, label))
                                if ok and best_score > score and do_nothing_score > score:
                                    best, best_score = (pos, shape, label), score
                if any_ok:
                    next.append((score, i))
        if best:
            pos, shape, label = best
            shape = torus(pos, *shape)
            sys.stdout.write(label)
            sys.stdout.flush()
            for j in shape:
                dest[j] = True
            check(dest)
            next += current[at+1:]
        else:
            break
except KeyboardInterrupt:
    pass
print

if True:
    check(dest)
    anim = False
    while dest != src:
        if anim:
            raise Exception("animation!")
        else:
            anim = True
        sys.stdout.write("x"); sys.stdout.flush()
        conway(dest, src)
        dest, src = src, dest
        check(dest)

# canvas
out = Image.new("1", (w, h))
out.putdata([not i for i in dest])

# tk UI
Tkinter = None
try:
    import Tkinter
    from PIL import ImageTk
    root = Tkinter.Tk()
    root.bind("<Button>", lambda event: event.widget.quit())
    root.geometry("%dx%d" % (w, h))
    show = ImageTk.PhotoImage(out)
    label = Tkinter.Label(root, image=show)
    label.pack()
    root.loop()
except Exception as e:
    print "(no Tkinter)", e
    Tkinter = False

if len(sys.argv) > 3:
    out.save(sys.argv[3])

if not Tkinter:
    out.show()

Пожалуйста, косите:

Код маркируется на самых белых пикселях с наилучшим подходящим стандартным натюрмортом . Есть аргумент об отсечении, так что вы можете решить, где пойдет округление до черно-белого порога. Я экспериментировал с живым белым, и результат во многом такой же.

Джава

Подход, основанный на обнаружении кромок. Требуется этот текстовый файл в рабочем каталоге.

import java.awt.Color;
import java.awt.image.BufferedImage;
import java.io.File;
import java.util.*;

import javax.imageio.ImageIO;


public class StillLifer{
    private static List<boolean[][]>patterns=new ArrayList<>();
    private static boolean[][] copy(boolean[][]b,int x,int y){
        boolean[][]r=new boolean[6][6];
        for(int i=0;i<6;i++){
            for(int j=0;j<6;j++){
                r[i][j]=b[y+i][x+j];
            }
        }
        return r;
    }
    private static void paste(boolean[][]from,boolean[][]to,int x,int y){
        for(int i=0;i<from.length;i++)for(int j=0;j<from[0].length;j++){
            to[y+i][x+j]=from[i][j];
        }
    }
    private static boolean[][]findClosest(boolean[][]b){
        boolean[][]c=null;
        int d=999999;
        for(boolean[][]k:patterns){
            int d2=editDistance(b,k);
            if(d2<d){
                c=k;
                d=d2;
            }
        }
        return c;
    }
    private static boolean[][]decode(String s){
        char[]a=s.toCharArray();
        boolean[][]r=new boolean[6][6];
        int k=0;
        for(int i=0;i<6;i++){
            for(int j=0;j<6;j++){
                r[i][j]=a[k++]=='1';
            }
        }
        return r;
    }
    private static class EdgeDetectEntry{
        int l;
        int x;
        int y;
        public EdgeDetectEntry(int m,int x,int y){
            this.l=m;
            this.x=x;
            this.y=y;
        }
    }
    private static Random rand;
    private static int w,h;
    private static BufferedImage img;
    private static boolean[][]grid;
    private static File file;
    private static int editDistance(boolean[][]from,boolean[][]to){
        int w=from.length;
        int h=from[0].length;
        int k=0;
        for(int x=0;x<w;x++){
            for(int y=0;y<h;y++){
                k+=from[y][x]^to[y][x]?1:0;
            }
        }
        return k;
    }
    private static int colorDistance(Color from,Color to){
        return from.getRed()-to.getRed();
    }
    private static int edgeDetectWeight(int x,int y){
        int k=0;
        Color c=new Color(img.getRGB(x, y));
        for(int x2=Math.max(0,x-1);x2<Math.min(w,x+2);x2++){
            for(int y2=Math.max(0,y-1);y2<Math.min(h,y+2);y2++){
                int l=colorDistance(c,new Color(img.getRGB(x2, y2)));
                k+=l*l;
            }
        }
        return k;
    }
    private static void save() throws Exception{
        int bk=Color.BLACK.getRGB();
        int wt=Color.WHITE.getRGB();
        for(int x=0;x<w;x++){
            for(int y=0;y<h;y++){
                img.setRGB(x,y,grid[y][x]?wt:bk);
            }
        }
        String k=file.getName().split("\\.")[0];
        ImageIO.write(img,"png",new File(k="out_"+k+".png"));
    }
    private static String rle(boolean[][]grid){
        StringBuilder st=new StringBuilder();
        for(boolean[]row:grid){
            for(int j=0;j<row.length;j++){
                int k=1;
                for(;j<row.length-1&&row[j]==row[j+1];j++)k++;
                if(k!=1)st.append(Integer.toString(k,36));
                st.append(row[j]?'@':'-');
            }
        }
        return st.toString();
    }
    private static int getVal(boolean[][]grid,int x,int y){
        if(x<0)x+=w;
        if(y<0)y+=h;
        if(x==w)x=0;
        if(y==h)y=0;
        return grid[y][x]?1:0;
    }
    private static boolean newState(boolean[][]grid,int x,int y,String rule){
        String[]r=rule.split("/");
        int k=0;
        for(int a=-1;a<=1;a++)for(int b=-1;a<=1;a++)k+=(a|b)==0?0:getVal(grid,x+a,y+b);
        String s=Integer.toString(k);
        return grid[y][x]?r[1].contains(s):r[0].contains(s);
    }
    private static boolean[][] next(boolean[][]grid,String rule){
        boolean[][]r=new boolean[h][w];
        for(int x=0;x<w;x++){
            for(int y=0;y<h;y++){
                r[y][x]=newState(grid,x,y,rule);
            }
        }
        return r;
    }
    private static void loadPatterns() throws Exception{
        Scanner reader=new Scanner(new File("lib.txt"));
        while(reader.hasNext()){
            String line=reader.nextLine();
            if(line.startsWith("--"))continue;
            patterns.add(decode(line));
        }
        reader.close();
    }
    public static void main(String[]a) throws Exception{
        loadPatterns();
        Scanner in=new Scanner(System.in);
        img=ImageIO.read(file=new File(in.nextLine()));
        in.close();
        w=img.getWidth();
        h=img.getHeight();
        grid=new boolean[h][w];
        final int npix=w*h;
        rand=new Random(npix*(long)img.hashCode());
        List<EdgeDetectEntry> list=new ArrayList<>();
        for(int x=0;x<w;x++){
            for(int y=0;y<h;y++){
                list.add(new EdgeDetectEntry(edgeDetectWeight(x,y),x,y));
            }
        }
        list.sort((one,two)->{int k=two.l-one.l;if(k>0)return 1;if(k<0)return -1;return 0;});
        for(int i=Math.max(Math.min(3,npix),npix/5);i>0;i--){
            EdgeDetectEntry e=list.get(i);
            grid[e.y][e.x]=rand.nextDouble()<0.9;
        }
        grid=next(grid,"/2345678");
        boolean[][]d=new boolean[h][w];
        for(int i=0;i<w/6;i++){
            for(int j=0;j<h/6;j++){
                paste(findClosest(copy(grid,i*6,j*6)),d,i*6,j*6);
            }
        }
        grid=d;
        assert(rle(next(grid,"3/23")).equals(rle(grid)));
        save();
    }
}

Некоторые результаты:

C ++

Прямой подход к пикселизации с использованием среднего значения каждой сетки 8x8 для выбора выходной сетки 8x8 («цветная текстура»). Каждая выходная сетка 8x8 имеет 2 ячейки сверху и справа. Сетки были разработаны в диапазоне от 4 натюрмортов до 18 натюрмортов в оставшихся 6х6 пикселях.

Программа действует как фильтр от двоичного PGM до двоичного PBM. По умолчанию изображения «темные»; черный - это смерть, а белый - это жизнь; -iинвертирует это -g [value]добавляет гамму, которая используется для предварительного взвешивания средних перед выбором цветовых текстур.

#include <iostream>
#include <vector>
#include <string>
#include <sstream>
#include <cmath>

// colors 4 through 18 have 4 through 18 live cells
// colors 1-3 are repetitions of 0 or 4 used
// as artificially weighted bins
unsigned char gol_colors[]={
      0,  0,  0,  0,  0,  0,  0,  0 // Color  0
   ,  0,  0,  0,  0,  0,  0,  0,  0 // Color  1
   ,  0,  0,  0, 16, 40, 16,  0,  0 // Color  2
   ,  0,  0,  0, 16, 40, 16,  0,  0 // Color  3
   ,  0,  0,  0, 16, 40, 16,  0,  0 // Color  4
   ,  0,  0,  0, 24, 40, 16,  0,  0 // Color  5
   ,  0,  0,  0, 16, 40, 80, 32,  0 // Color  6
   ,  0,  0,  0, 48, 72, 40, 16,  0 // Color  7
   ,  0,  0,  8, 20,  8, 64,160, 64 // Color  8
   ,  0,  0,  8, 20,  8, 64,160, 96 // Color  9
   ,  0,  0, 12, 20,  8, 64,160, 96 // Color 10
   ,  0,  0, 12, 20,  8,192,160, 96 // Color 11
   ,  0,  0,204,204,  0,  0, 48, 48 // Color 12
   ,  0,  0,204,204,  0,192,160, 64 // Color 13
   ,  0,  0,  0,108,168,168,108,  0 // Color 14
   ,  0,  0, 96,144,104, 40,172,192 // Color 15
   ,  0,  0,204,204,  0,  0,204,204 // Color 16
   ,  0,  0,216,216,  0,216,212,  8 // Color 17
   ,  0,  0,204,164, 40, 80,148,204 // Color 18
};

enum { gol_bins = sizeof(gol_colors)/(sizeof(*gol_colors))/8 };

bool inverted=false;

bool applygamma=false;
double gammasetting=0.0;

unsigned int corrected(unsigned int i, unsigned int r) {
   return static_cast<unsigned int>(r*std::pow(i/static_cast<double>(r), gammasetting));
}

int main(int argc, char** argv) {
   std::vector<unsigned short> pgm_data;
   unsigned pgm_width;
   unsigned pgm_height;
   unsigned pgm_vpp;

   std::vector<unsigned char> pbm_data;
   unsigned pbm_width;
   unsigned pbm_height;

   unsigned int doublings=0;

   std::vector<std::string> args(argv+1, argv+argc);
   for (unsigned int i=0, e=args.size(); i<e; ++i) {
      if (args[i]=="-i") { inverted=true; continue; }
      if (args[i]=="-g") {
         if (i+1==e) continue;
         std::stringstream ss;
         ss << args[++i];
         if (ss >> gammasetting) applygamma = true;
         continue;
      }
   }

   std::string line;
   std::getline(std::cin, line);
   if (line!="P5") return 1;
   enum { nothing, have_w, have_h, have_bpp } readstate = nothing;
   while (std::cin) {
      std::getline(std::cin, line);
      if (line.empty()) continue;
      if (line[0]=='#') continue;
      std::stringstream ss; ss << line;
      for(;;) {
         switch (readstate) {
         case nothing: if (ss >> pgm_width) readstate = have_w; break;
         case have_w:  if (ss >> pgm_height) readstate = have_h; break;
         case have_h:  if (ss >> pgm_vpp) readstate = have_bpp; break;
         }
         if (readstate==have_bpp) break;
         if (ss) continue;
         break;
      }
      if (readstate==have_bpp) break;
   }
   if (readstate!=have_bpp) return 1;
   // Fill pgm data
   pgm_data.resize(pgm_width*pgm_height);
   for (unsigned i=0, e=pgm_width*pgm_height; i<e; ++i) {
      int v = std::cin.get();
      if (v==std::char_traits<char>::eof()) return 1;
      pgm_data[i] = static_cast<unsigned int>(std::char_traits<char>::to_char_type(v))&0xFFU;
   }
   pbm_width  = pgm_width/8*8;
   pbm_height = pgm_height/8*8;
   pbm_data.resize(pbm_width*pbm_height/8);
   for (unsigned x=0, xe=pbm_width/8; x<xe; ++x) {
      for (unsigned y=0, ye=pbm_height/8; y<ye; ++y) {
         // Calculate the average of this 8x8 area
         unsigned int total=0;
         for (unsigned int xd=0; xd<8; ++xd) {
            for (unsigned int yd=0; yd<8; ++yd) {
               unsigned int c = x+xd+(y+yd)*pgm_width;
               unsigned int pv = pgm_data[x*8+xd+(y*8+yd)*pgm_width];
               // Apply gamma prior to averaging
               if (applygamma) pv=corrected(pv, pgm_vpp);
               total += pv;
            }
         }
         total /= 64;
         // Invert average if inverting colors (white on black)
         if (inverted) total=pgm_vpp-total;
         total *= gol_bins;
         total /= (pgm_vpp+1);
         // Fill 8x8 areas with gol color texture
         for (unsigned int yd=0; yd<8; ++yd) {
            pbm_data[x+(y*8+yd)*pbm_width/8] = gol_colors[total*8+yd];
         }
      }
   }
   // Now, write a pbm
   std::cout
      << "P4\n"
      << "# generated by pgm2gol\n"
      << pbm_width << " " << pbm_height << "\n";
   for (unsigned i=0, e=pbm_data.size(); i<e; ++i) {
      unsigned char data=pbm_data[i];
      if (!inverted) { data=pbm_data[i]^0xFF; }
      std::cout.put(data);
   }
}

Выбранные результаты (примечание: все pbm были преобразованы в png с использованием сторонней программы для загрузки):

Эшер, гамма 2,2

Мона Лиза, гамма 2,2

Океан, гамма 2.2 инвертированный

Щенок, гамма 2.2

Предательство изображений, гамма 2,2 перевернутая

Мона Лиза гамма 2.2, инвертированная, для сравнения