home *** CD-ROM | disk | FTP | other *** search
/ C/C++ Interactive Guide / c-cplusplus-interactive-guide.iso / c_ref / csource4 / 245_01 / lca21.c < prev    next >
Encoding:
C/C++ Source or Header  |  1987-10-28  |  15.3 KB  |  568 lines
  1.  
  2. /* (2,1) Linear Cellular Automaton    */
  3.  
  4. /* Reference:                */
  5. /*                    */
  6. /*    Kenneth E. Perry            */
  7. /*    Abstract Mathematical Art        */
  8. /*    BYTE                */
  9. /*    December, 1986            */
  10. /*    pages 181-192            */
  11.  
  12. /*    Copyright (C) 1987        */
  13. /*    Harold V. McIntosh        */
  14. /*    Gerardo Cisneros S.        */
  15.  
  16. /* G. Cisneros, 4.3.87                        */
  17. /* 10 April 1987 - modified for (4,2) [HVM]            */
  18. /* 26 April 1987 - Multiple menus [HVM]                */
  19. /* 28 April 1987 - back modified to (4,1) [HVM]            */
  20. /* 28 April 1987 - version for XVI Feria de Puebla [HVM]    */
  21. /* 14 May 1987 - modified for (3,1) and general rule [HVM]    */
  22. /* 20 May 1987 - modified for (2,1) and general rule [HVM]    */
  23. /* 21 May 1987 - Wolfram rule number [HVM]            */
  24.  
  25. # include <bdos.h>
  26.  
  27. # define COLGRAF     4  /* graph resolution            */
  28. # define T80X25      3  /* text resolution            */
  29. # define WHCYMAG     1  /* color quad for normal screen        */
  30. # define AL        320  /* array length (screen width)        */
  31. # define TS         4  /* distinct sums w/totalistic rule    */
  32. # define DS         8  /* number of distinct neighborhoods    */
  33. # define KK         2  /* number of states per cell        */
  34. # define NX          5    /* number of sample rules        */
  35.  
  36. char xrule[NX][KK][KK][KK];
  37.  
  38. char ixrule[NX][DS]=
  39.  
  40.     "00110011",    /* interfaces of 2 vel    */
  41.     "00110011",
  42.     "00111011",    /* mottled background    */
  43.     "00111001",    /* (0*102211200)* still */
  44.     "11111101"    /* 2 glider on 1 bkgrnd    */
  45.  
  46.     ;
  47.  
  48. char  xx[4], rule[DS+1], ascrule[KK][KK][KK];
  49. int   binrule[KK][KK][KK], arule[DS], arr1[AL], arr2[AL];
  50. char  trule[TS]="0000";
  51.  
  52. main()
  53. {
  54. int  i, j, i0, i1, i2;
  55. int  more = 'r';
  56. char a, b, c;
  57.  
  58. for (i=0; i<NX; i++) {                    /* copy to 3-index array */
  59. i0=0; i1=0; i2=0;
  60. for (j=0; j<DS; j++) {
  61.   xrule[i][i0][i1][i2]=ixrule[i][j];
  62.   i2++;
  63.   if (i2>KK-1) {i2=0; i1++;};
  64.   if (i1>KK-1) {i1=0; i0++;};
  65.   if (i0>KK-1) {i0=0; };
  66. };};
  67.  
  68.  
  69.     videopalette(WHCYMAG);                /* white/cyan/magenta */
  70.  
  71.     tuto();
  72.     while (!kbdst()) rand();                /* wait for keypress */
  73.     kbdin();                        /* ignore it */
  74.     videomode(T80X25);
  75.     videoscroll(3,0,5,71,0,3);                /* menu on blue background */
  76.     videoscroll(19,0,24,71,0,3);
  77.     xtoasc(rand()%NX);
  78.     rule[DS]=0;
  79.     ranlin();                        /* random initial array */
  80.  
  81.     while (more!='n') {                    /* execute multiple runs */
  82.     rmenu();
  83.     lmenu();
  84.     while (0<1) {                    /* set up one run */
  85.     c=kbdin();
  86.     if (c=='g') break;                    /* go draw graph */
  87.     if (c=='q') more='n';                /* quit for good */
  88.     if (more=='n') break;
  89.     switch (c) {
  90.     case '@':                    /* numbered tot rule */
  91.         nutoto(numin(0));
  92.         totoasc();
  93.         rmenu();
  94.         videocursor(0,4,0);
  95.         break;
  96.     case '$':                    /* dozen totalistics */
  97.         j=numin(0);
  98.         for (i=0; i<12; i++) {
  99.           nutoto(j+i);
  100.           totoasc();
  101.           ranlin();
  102.           evolve(rule);
  103.           };
  104.         videomode(T80X25);
  105.         rmenu();
  106.         lmenu();
  107.         break;
  108.     case 't':                    /* totalistic rule */
  109.         xblnk();
  110.         tmenu();
  111.         edtrule();
  112.         totoasc();
  113.         for (i0=0; i0<KK; i0++) {
  114.         for (i1=0; i1<KK; i1++) {
  115.         for (i2=0; i2<KK; i2++) {
  116.         ascrule[i0][i1][i2]=trule[i0+i1+i2];
  117.         };};};
  118.         videocursor(0,4,0);
  119.         rmenu();
  120.         xmenu(totonu(0));
  121.         break;
  122.         case 'r':                    /* edit rule */    
  123.         xblnk();
  124.         edrule();
  125.         videocursor(0,4,0);
  126.         rmenu();
  127.         break;
  128.         case 'l':                    /* edit cell string */
  129.         xblnk();
  130.         edline();
  131.         videocursor(0,3,0);
  132.         lmenu();
  133.         break;
  134.         case '#':                    /* read stored rule */
  135.         xmenu(NX);
  136.         xtoasc(lim(1,numin(0),NX)-1);
  137.         rmenu();
  138.             break;
  139.     case 'D':                    /* run through samples */
  140.         for (i=0; i<NX; i++) {
  141.           xmenu(i);
  142.           xtoasc(i);
  143.           ranlin();
  144.           evolve(rule);
  145.           };
  146.         videomode(T80X25);
  147.         rmenu();
  148.         break;
  149.         case 'u':                    /* sparse init arry */
  150.         xblnk();
  151.         for (i=0; i<AL; i++) arr1[i]=0;
  152.         arr1[AL/4]=1;
  153.             arr1[AL/2]=1;
  154.             arr1[(3*AL)/4]=1;
  155.             arr1[(3*AL)/4+2]=1;
  156.         lmenu();
  157.             break;
  158.     case 'w':                    /* Wolfram rulw # */
  159.         i=numin(0);
  160.         wmenu(i);
  161.         for (i0=0; i0<KK; i0++) {
  162.         for (i1=0; i1<KK; i1++) {
  163.         for (i2=0; i2<KK; i2++) {
  164.           ascrule[i0][i1][i2]='0'+i%2;
  165.           i/=2;
  166.         };};};
  167.         rmenu();
  168.         break;
  169.     case 'x':                    /* random rule */
  170.         xblnk();
  171.         for (i0=0; i0<KK; i0++) {
  172.         for (i1=0; i1<KK; i1++) {
  173.         for (i2=0; i2<KK; i2++) {
  174.           if ((KK*(KK*i0+i1)+i2)%4 == 0) i=rand();
  175.           ascrule[i0][i1][i2]='0'+i%2;
  176.           i/=2;
  177.         };};};
  178.         rmenu();
  179.         break;
  180.     case 'y':                    /* random line */
  181.         xblnk();
  182.         ranlin();
  183.             lmenu();
  184.         break;
  185.     case 'Y':                    /* symmetrize rule */
  186.         for (i0=0; i0<KK; i0++) {
  187.         for (i1=0; i1<KK; i1++) {
  188.         for (i2=0; i2<KK; i2++) {
  189.         ascrule[i2][i1][i0]=ascrule[i0][i1][i2];      
  190.         };};};
  191.         break;
  192.     case 'B':                    /* begin barrier */
  193.         a=kbdin();
  194.         b=kbdin();
  195.         ascrule[0][a-'0'][b-'0']=a;
  196.         ascrule[1][a-'0'][b-'0']=a;
  197.         ascrule[2][a-'0'][b-'0']=a;
  198.         rmenu();
  199.         break;
  200.     case 'E':                    /* end barrier */
  201.         a=kbdin();
  202.         b=kbdin();
  203.         ascrule[a-'0'][b-'0'][0]=b;
  204.         ascrule[a-'0'][b-'0'][1]=b;
  205.         ascrule[a-'0'][b-'0'][2]=b;
  206.         rmenu();
  207.         break;
  208.     case 'L':                    /* left glider link */
  209.         a=kbdin();
  210.         b=kbdin();
  211.         c=kbdin();
  212.         ascrule[a-'0'][b-'0'][c-'0']=c;
  213.         rmenu();
  214.         break;
  215.     case 'R':                    /* left glider link */
  216.         a=kbdin();
  217.         b=kbdin();
  218.         c=kbdin();
  219.         ascrule[a-'0'][b-'0'][c-'0']=a;
  220.         rmenu();
  221.         break;
  222.     case 'S':                    /* still life link */
  223.         a=kbdin();
  224.         b=kbdin();
  225.         c=kbdin();
  226.         ascrule[a-'0'][b-'0'][c-'0']=b;
  227.         rmenu();
  228.         break;
  229.     case '=':
  230.         for (i=1; i<8;  i++) {
  231.         for (j=0; j<40; j++) arr1[40*i+j]=arr1[j];};
  232.         lmenu();
  233.         break;
  234.     case '~':
  235.         for (i=1; i<16;  i++) {
  236.         for (j=0; j<20; j++) arr1[20*i+j]=arr1[j];};
  237.         lmenu();
  238.         break;
  239.         default: break;
  240.         };
  241.     };
  242.     if (more=='n') break;
  243.     do {
  244.     evolve(rule);
  245.     videocursor(0,0,0);
  246.     scrstr("More?");
  247.     videocursor(0,0,34);
  248.     scrstr("y/n/cr");
  249.     more=kbdin();
  250.     } while (more=='\015');
  251.     videomode(T80X25);                    /* reset the screen */
  252.     if (more=='n') break;
  253.     };
  254.   videomode(T80X25);}    
  255.  
  256. /* edit the rule */
  257. edrule() {
  258. char c;
  259. int  i, i0, i1, i2;
  260.  
  261. i=6; i0=0; i1=0, i2=0;
  262.     while (0<1) {
  263.         videocursor(0,3,i);
  264.         c = kbdin();
  265.         if (c == '\015') break;                /* carriage return exits */
  266.         switch (c) {
  267.         case '0':  case '1':                /* state */
  268.         ascrule[i0][i1][i2] = c;
  269.             i2++;
  270.         if (i2>KK-1) {i2=0; i1++;};
  271.         if (i1>KK-1) {i1=0; i0++;};
  272.         if (i0>KK-1) {i2=0; };
  273.             videocattr(0,c,3,1);
  274.             if (i<6+DS) i++;
  275.             break;
  276.         case ' ': case '\315':                /* space = advance */
  277.             i2++;
  278.         if (i2>KK-1) {i2=0; i1++;};
  279.         if (i1>KK-1) {i1=0; i0++;};
  280.         if (i0>KK-1) {i2=0; };
  281.             if (i<6+DS) i++;
  282.             break;
  283.         case '\010': case '\313':            /* backspace */
  284.         if (i2!=0) i2--; else {i2=KK-1;
  285.         if (i1!=0) i1--; else {i1=KK-1;
  286.         if (i0!=0) i0--; else {i0=KK-1;
  287.         };};};
  288.             if (i>6) i--;
  289.             break;
  290.     default: break;
  291.         };
  292.     };
  293. }
  294.  
  295. /* edit totalistic rule */
  296. edtrule() {char c; int  i;
  297.     i=0;
  298.     while (i<TS) {
  299.     c=trule[i];
  300.     videocursor(0,3,56+i);
  301.         videocattr(0,c,3,1);
  302.         c = kbdin();
  303.         if (c == '\015') break;
  304.         switch (c) {
  305.           case '0': case '1':                /* state */
  306.             trule[i]=c;
  307.             videocattr(0,c,5,1);
  308.         i++;
  309.             break;
  310.           case ' ': case '\315':            /* space = advance */
  311.         i++;
  312.             break;
  313.           case '\010': case '\313':            /* backspace */
  314.             if (i!=0) i--;
  315.         break;
  316.       default: break;
  317.           };
  318.     };
  319. }
  320.  
  321. /* edit the line */
  322. edline() {
  323. char c;
  324. int  i, j, k, ii, jj;
  325.  
  326.     videocursor(0,19,0);
  327.     scrstr("insert states using 0, 1,");
  328.     videocursor(0,20,0);
  329.     scrstr("move cursor with n(north), s(south), e(east), w(west), or");
  330.     videocursor(0,21,0);
  331.     scrstr("with keyboard arrows. Space, backspace move right and left.");
  332.     videocursor(0,22,0);
  333.     scrstr("( seeks left margin, < absolutely, { up one line, [ down one line");
  334.     videocursor(0,23,0);
  335.     scrstr(") seeks right margin, > absolutely, } up one line, ] down one line");
  336.     videocursor(0,24,0);
  337.     scrstr("carriage return exits");
  338.     jj=4;
  339.     ii=1;
  340.     while (0<1) {
  341.     ii=lim(1,ii,40);
  342.     jj=lim(1,jj,8);
  343.     j=jj-1;
  344.     i=ii-1;
  345.     videocursor(0,j+9,i);
  346.     c=kbdin();
  347.     if (c == '\015') {videoscroll(19,0,24,70,0,3); break;};
  348.     switch (c) {
  349.     case '0':  case '1':        /* enter  state */
  350.        arr1[40*j+i]=c-'0'; ii++; break;
  351.     case 's': case '\012': case '\320':          jj++; break;    /* down - next line */
  352.     case 'n': case '\013': case '\310':          jj--; break;    /* up   - last line */
  353.     case 'e': case '\014': case '\315': case ' ': ii++; break;    /* space = advance  */
  354.     case 'w': case '\010': case '\313':          ii--; break;    /* backspace */
  355.     case '<': ii=1;  jj=1;  break;  /* absolute left */
  356.     case '{': ii=1;  jj--;  break;  /* left one row up */
  357.     case '(': ii=1;         break;  /* left this row */
  358.     case '[': ii=1;  jj++;  break;  /* left next row */
  359.     case '>': ii=40; jj=40; break;  /* absolute right */
  360.     case '}': ii=40; jj--;  break;  /* right one row up */
  361.     case ')': ii=40;        break;  /* right this row */
  362.     case ']': ii=40; jj++;  break;  /* right next row */
  363.     default: break;
  364.         };
  365.     videocursor(0,j+9,0);
  366.     for (k=0; k<40; k++) videoputc('0'+arr1[40*j+k],1);
  367.     };
  368. }
  369.  
  370. /* display a screen of evolution */
  371. evolve(rule) char *rule; {
  372. int i0, i1, i2, i, j;
  373.     videomode(COLGRAF);                    /* erase the screen */
  374.     videocursor(0,0,0);                    /* top text line */
  375.     scrstr("Rule: ");
  376.     scrrul();
  377.     for (i=0; i<DS; i++) {arule[i] = rule[i]-'0';};
  378.     for (i0=0; i0<KK; i0++) {
  379.     for (i1=0; i1<KK; i1++) {
  380.     for (i2=0; i2<KK; i2++) {
  381.       binrule[i0][i1][i2]=ascrule[i0][i1][i2]-'0';
  382.       };};};
  383.     for (j=8; j<200; j++) videodot(j,AL-1,2);
  384.     for (j=8; j<200; j++) {                /* evolve for 192 generations */
  385.             arr2[0] = binrule[arr1[AL-1]][arr1[0]][arr1[1]];
  386.         for (i=1; i<AL-1; i++) {
  387.             arr2[i] = binrule[arr1[i-1]][arr1[i]][arr1[i+1]];
  388.             };
  389.             arr2[AL-1] = binrule[arr1[AL-2]][arr1[AL-1]][arr1[0]];
  390.         for (i=0;  i<AL; i++) {videodot(j,i,arr1[i]); arr1[i] = arr2[i];};
  391.     if (kbdst()) {kbdin(); break;};
  392.         }
  393. }
  394.  
  395. /* generate a random line of cells in arr1 */
  396. ranlin() {int i, c;
  397. for (i=0; i<AL; i++) {
  398.   if (i%8 == 0) c=rand();
  399.   arr1[i]=c%2; c/=2;};
  400. }
  401.  
  402. /* tutorial and Help screen */
  403. tuto() {
  404.     videomode(T80X25);
  405.     videocursor(0,2,0);
  406.     scrstr("<Copyright (C) 1987 - H.V. McIntosh, G. Cisneros S.>");
  407.     videocursor(0,4,0);
  408.     scrstr("          *** LIFE in One Dimension ***");
  409.     videocursor(0,6,0);
  410.     scrstr("Two States - Black(0), Cyan(1).");
  411.     videocursor(0,8,0);
  412.     scrstr("First neighbors - one on each side, three altogether.");
  413.     videocursor(0,10,0);
  414.     scrstr("Complete transition rule - random, edited, or stored.");
  415.     videocursor(0,12,0);
  416.     scrstr("Initial Cellular Array - random, edited, or patterned.");
  417.     videocursor(0,14,0);
  418.     scrstr("Some rules are fragile and require several tries before");
  419.     videocursor(0,15,0);
  420.     scrstr("manifesting an interesting evolutionary pattern.");
  421.     videocursor(0,17,0);
  422.     scrstr("Use any key to terminate a display in progress.");
  423.     videocursor(0,21,0);
  424.     scrstr("now, press any key to continue ...");
  425. }
  426.  
  427. /* rule menu */
  428. rmenu() {
  429.     videocursor(0,0,0);
  430.     scrstr("      00001111");
  431.     videocursor(0,1,0);
  432.     scrstr("      00110011");
  433.     videocursor(0,2,0);
  434.     scrstr("      01010101");
  435.     videocursor(0,3,0);
  436.     scrstr("Rule: ");
  437.     scrrul();
  438.     if (istot()==1) {scrstr("     "); printf("%5d",totonu(0));};
  439.     videocursor(0,5,0);
  440.     scrstr("    r(rule), l(line), #nn(stored rule), g(graph), q(quit),");
  441.     videocursor(0,6,0);
  442.     scrstr("             x(random rule), y(random line), u(unit line),");
  443.     videocursor(0,7,0);
  444.     scrstr("             @nn(tot/rule), $nn(dzn tot/rules), t(ed tot/rule).");
  445.     videocursor(0,5,0);
  446.     }
  447.  
  448. /* totalistic rule menu*/
  449. tmenu() {
  450.     videocursor(0,2,50);
  451.     scrstr("      0..1");
  452.     videocursor(0,3,50);
  453.     scrstr("rule: ");
  454.     tscrrul();
  455.     videocursor(0,3,56);
  456.     }
  457.  
  458. /* line menu */
  459. lmenu() {int i, j;
  460.     for (j=0; 40*j<AL; j++) {
  461.     videocursor(0,9+j,0);
  462.     for (i=0; i<40; i++) videoputc('0'+arr1[40*j+i],1);
  463.     }
  464.     videocursor(0,5,0); }
  465.  
  466. /* display Wolfram rule number */
  467. wmenu(n) int n;
  468. {int i, nn;  
  469.     nn=sprintf(xx,"%3d",n);
  470.     videocursor(0,2,40);
  471.     for (i=0; i<nn; i++) videoputc(xx[i],1);
  472.     videocursor(0,2,40); }
  473.  
  474. /* display rule number */
  475. xmenu(n) int n;
  476. {int i, nn;  
  477.     nn=sprintf(xx,"%3d",n);
  478.     videocursor(0,1,40);
  479.     for (i=0; i<nn; i++) videoputc(xx[i],1);
  480.     videocursor(0,1,40); }
  481.  
  482. /* clear screen space for rule numbers */
  483. xblnk() {
  484.     videocursor(0,1,40);
  485.     scrstr("     ");
  486.     videocursor(0,2,40);
  487.     scrstr("     ");
  488.     videocursor(0,5,0); }
  489.  
  490. /* copy saved rule #n into active rule */
  491. xtoasc(n) int n; { int i0, i1, i2;
  492.     xmenu(n+1);
  493.     for (i0=0; i0<KK; i0++) {
  494.     for (i1=0; i1<KK; i1++) {
  495.     for (i2=0; i2<KK; i2++) {
  496.     ascrule[i0][i1][i2] = xrule[n][i0][i1][i2];        /* random sample rule */
  497.     };};}; }
  498.  
  499. /* change totalistic rule to general rule */
  500. totoasc() {
  501. int i0, i1, i2;
  502. for (i0=0; i0<KK; i0++) {
  503. for (i1=0; i1<KK; i1++) {
  504. for (i2=0; i2<KK; i2++) {
  505. ascrule[i0][i1][i2]=trule[i0+i1+i2];
  506. };};};
  507. }
  508.  
  509. /* change decimal totalistic rule to sum values */
  510. nutoto(x) int x; {int i;
  511. for (i=0; i<TS; i++) {trule[i]=x%2+'0'; x/=2;};}
  512.  
  513. /* change sum values to decimal totalistic rule */
  514. int totonu(i) int i; {int r;
  515.   if (i<TS) r=(trule[i]-'0')+2*totonu(i+1); else r=0;
  516.   return r; }
  517.  
  518. /* test whether a rule is totalistic */
  519. int istot() {int i0, i1, i2, l;
  520.     l=1;
  521.     trule[0]=ascrule[0][0][0];
  522.     trule[1]=ascrule[1][0][0];
  523.     trule[2]=ascrule[1][1][0];
  524.     trule[3]=ascrule[1][1][1];
  525.     for (i0=0; i0<KK; i0++) {
  526.     for (i1=0; i1<KK; i1++) {
  527.     for (i2=0; i2<KK; i2++) {
  528.     if (ascrule[i0][i1][i2]!=trule[i0+i1+i2]) l=0;      
  529.     };};};
  530.     return l; }
  531.  
  532. /* limit j to interval (i,k) */
  533. int lim(i,j,k) int i, j, k;
  534.     {if (i>=j) return i; if (k<=j) return k; return j;}
  535.  
  536. /* display the rule number on the screen */
  537. scrrul() {int i0, i1, i2;
  538.   for (i0=0; i0<KK; i0++) {
  539.   for (i1=0; i1<KK; i1++) {
  540.   for (i2=0; i2<KK; i2++) {
  541.   videoputc(ascrule[i0][i1][i2],1);      
  542.   };};}; }
  543.  
  544. /* display totalistic rule number by sum */
  545. tscrrul() {int i;
  546.   for (i=0; i<TS; i++) {videoputc(trule[i]); }; }
  547.  
  548. /* write a string in graphics mode */
  549. scrstr(s) char *s;
  550.   {for (; *s != '\0'; s++) videoputc(*s,1); }
  551.  
  552. /* keyboard status */
  553. int kbdst() {return(bdos(11) & 0xFF);}
  554.  
  555. /* direct keyboard input, no echo */
  556. kbdin() {int c;
  557.   if ((c = bdos(7) & 0xFF) == '\0') c = (bdos(7) & 0xFF) | 0x80;
  558.   return(c);
  559. }
  560.  
  561. /* read number from keyboard */
  562. int numin(n) int n; {char c;
  563.   c=kbdin();
  564.   if (c>='0'&&c<='9') return(numin(10*n+(c-'0'))); else return(n);
  565. }
  566.  
  567. /* end */
  568.