PowershellでLifeGameを作ってみた

はじめに

ライフゲームは、有名な生命の淘汰、繁栄を模したセルオートマトン。単純なアルゴリズムにも関わらず複雑で有機的な振る舞いが非常に興味深くずっと眺めていられます。振動子とか移動体とか控えめに言って大好きです。
普段作業効率化目的の Powershell スクリプトばっかり書いているのでちょっと毛色の違う実装も作ってみたいと思いPowershellでライフゲームを作成してみました。
スクリプトはGitHub - lifegame.ps1にも置いてます。

ところでライフゲームに興味のある人は次のシリーズの動画が面白いので是非。

ライフゲームの世界１【複雑系】
ライフゲームの世界２【複雑系】

実装

$DebugPreference = "Continue"
$RANDOM = New-Object -TypeName 'Random'
$Live = "※"
$Dead = "　"

function Make-Board(){
  1..$height | % { $script:CURRENT += ( (Get-Line).ToString() ); }
  $script:CURRENT += "GENERATION:  $GENERATION"
  $RUI.CursorPosition = New-Object System.Management.Automation.Host.Coordinates -ArgumentList  $width, $height
}

function Get-Line(){
   1..$width | % { $line += (Get-Cell) }
   return $line
}

function Get-Cell(){
   if( $RANDOM.NextDouble() -lt 0.5){ 
        $cell = $script:Dead
   }else{
        $cell = $script:Live
   }
   return $cell
}

function Get-Key(){
  while($RUI.KeyAvailable){
    $t = $RUI.ReadKey('NoEcho,IncludeKeyDown,IncludeKeyUp')
    if($key.KeyDown)
    {
        return $true
    }
  }
}

function Display-Board(){
  $RUI.SetBufferContents($ZERO, $RUI.NewBufferCellArray($script:CURRENT, 'White', 'Black'))
  #Get-ScreenCapture $script:GENERATION　#世代ごとの画面キャプチャを取得する
}

#LifeGameの処理を実装
#誕生：死んでいるセルに隣接する生きたセルがちょうど3つあれば、次の世代が誕生する。
#生存:生きているセルに隣接する生きたセsルが2つか3つならば、次の世代でも生存する。
#過疎:生きているセルに隣接する生きたセルが1つ以下ならば、過疎により死滅する。
#過密:生きているセルに隣接する生きたセルが4つ以上ならば、過密により死滅する。
#枠外のセルは、死んでいるセルとみなす
function Update-NextGeneration()
{
    $BASE = $script:CURRENT
    $NEXT =@()
    $i = 0
    $ife = 0
    while($i -lt $height){
        $j = 0
        $line = ""
        while($j -lt $width){
           $cell = $BASE[$i][$j]
           $score = Evaluate-Cell $i $j
           $result = $cell
           #$log = "x:"+$j+" y:"+$i+" Score:"+$score+" -"
           #$log >> re.txt
           if($cell -match $script:Live){
           #生きている場合
               #生存
               if(($score -eq 2) -or ($score -eq 3)){
                   $result = $script:Live
               }else{
               #過疎or過密
                $result = $script:Dead
               }
           }

           #死んでいる場合
           if($cell -match $script:Dead){
                if($score -eq 3){
                    #誕生
                    $result = $script:Live
                }else{
                    $result =$script:Dead
                }
           }
           if($result -match $script:Live){$life +=1 }
           $line += $result
           $j += 1
        }
        $NEXT += $line
        $i += 1
    }
    $script:GENERATION += 1
    $NEXT += "GENERATION:  $script:GENERATION"
    $script:CURRENT　= $NEXT
}

 function Evaluate-Cell([int]$rNum, [int]$cNum){
    $score = 0
    $iy = -1
    while($iy -le 1){
        $y = $rNum + $iy
        $ix = -1
        while($ix -le 1){
            $x = $cNum + $ix
            $tgr = $script:CURRENT[$y][$x]
            #Write-Host "x:", $x,"y:", $y
            if( ($x -lt 0) -or ($y -lt 0) -or ($x -ge $width) -or ($y -ge $height)){
                #範囲外のため未処理
                $score += 0
            }elseif( ($x -eq $cNum) -and ($y -eq $rNum)){
                #自身のため未処理
                $score += 0
            }else{
                if($tgr -match $script:Live){
                    $score += 1
                }else{
                    $score += 0
                }
            }

            $ix += 1          
        }
        $iy += 1
    }
    return $score
}

#画面キャプチャ
function Get-ScreenCapture($name)
{   
    begin {
        Add-Type -AssemblyName System.Drawing, System.Windows.Forms
        $jpegCodec = [Drawing.Imaging.ImageCodecInfo]::GetImageEncoders() | 
            Where-Object { $_.FormatDescription -eq "JPEG" }
    }
    process {
        Start-Sleep -Milliseconds 200

        #Alt+PrintScreenを送信
        [Windows.Forms.Sendkeys]::SendWait("%{PrtSc}")        

        Start-Sleep -Milliseconds 200

        #クリップボードから画像を取得
        $bitmap = [Windows.Forms.Clipboard]::GetImage()    

        #画像保存
        $ep = New-Object Drawing.Imaging.EncoderParameters  
        $ep.Param[0] = New-Object Drawing.Imaging.EncoderParameter ([System.Drawing.Imaging.Encoder]::Quality, [long]100)
        $screenCapturePathBase = "${pwd}\${name}"
        $c = 0
        while (Test-Path "${screenCapturePathBase}_${c}.jpg") {
            $c++
        }
        $bitmap.Save("${screenCapturePathBase}_${c}.jpg", $jpegCodec, $ep)
    }
}

# MAIN
$ZERO   = New-Object System.Management.Automation.Host.Coordinates -ArgumentList 0, 0
Clear-Host

# Board Size
$height = 30
$width = $height

$RUI = $host.UI.RawUI
$GENERATION = 0   # 世代

$CURRENT = @()   # 表示する画面文字列
Make-Board         # 初期化
Display-Board
Write-Host " "
Write-Host "Runnning..."
Start-Sleep -millisecond 250 #wait time

while($true){
  Update-NextGeneration
  Start-Sleep -millisecond 250 #wait time
  Display-Board
}

最後に

世代ごとに画面保存したいなとか思ってたら長くなってしまいましたが、普段あんまりPowershellで書かない画面描画やkeyイベントの処理も触れれたので良かったと思います。行38, 60,61は、スクリーンショット保存とログ出力なのでコメント外すとCurrent Directoryにファイル出力されるはず。