Java meets Python - 第6回 配列と別れる50の方法(3) ライフゲーム

よろずプログラマーのためのPython導入ガイド (8)

ライフゲームのルール：要求仕様

　ライフゲームは、生命が誕生し、次々と進化を遂げ、やがて自然淘汰されていく過程を表現します。ルールは簡単。過疎でも過密でもその生命は生き残れません。

生命の誕生

　死滅したセルの周囲に3つのセルが生存していると、次世代では新たに生命が誕生します。

生命の存続

　生存するセルの周囲に2～3のセルが生存していると、次世代でもその生命は存続します。

生命の死滅

　上記以外の場合、次世代でその生命は死滅します。

　ライフゲームはそのルール自体も進化しており、いくつかの変種が存在します。変種ルールは「23/3」などと表記して、その違いを区別します。左側の数「2」と「3」は「生存」に必要な数を、右側の数「3」は「誕生」に必要な数をそれぞれ表します。例えばルール「23/36」では、元の条件に加えて、死滅した生命体の周囲に6つの生命体が生存する場合でも、次の世代で新たに生命が誕生します。

《読者への課題》要求仕様の変更

　新しいルールに対処するためには、付録のコードのどこを修正しますか。また、このコードを最初からどのように記述しておけば、この仕様変更にも柔軟に対処できたかを考えてみてください。

　生命が存続する状態には、4つのパターン（固定型、振動型、移動型、繁殖型）に分類されます。

生命が存続する4つパターン

　固定型は、その形を変えず同じ場所に留まります。振動型は、一定の周期を経て元の形に戻ります。移動型は、一定の周期を繰り返しながら移動します。繁殖型は（マス目が無限なら）増殖を繰り返します。

　次に示すパターンは、タマゴ倶楽部スタッフが発見した事例（振動型）の一つで、ボタンを押すたびに面白い表情（156世代目：レッサーパンダ？）が楽しめます。

レッサーパンダ？

例外の隘路

　先の連載第2回で紹介したように、配列の添字が範囲を超えると例外が発生します。伝統的な問題解決の手法では、この例外を捕捉するのに try 文を利用します。

添字が範囲を超えると例外

　Java で記述したコードの断片は、次のようになるでしょう。

int neighbors() {
    int count = 0;
    for (int i = y-1; i <= y+1; i++) {
        for (int j = x-1; j <= x+1; j++) {
            try {
                if (cells[i][j])
                    count++;
            }
            catch (ArrayIndexOutOfBoundsException e) {
                ...
            }
        }
    }
    return count;
}

　ここで着目して欲しいのは、配列の添字が範囲内にあるかを判定せずに、例外として処理していることです。理想世界のライフゲームは無限に広がりますが、現実世界の記憶容量は有限です。有限である境界を超えると、実行時に例外を生成します。そのため、伝統的な手法では、このtry文は「必要悪」とされてきました。

諸悪の根源は何処に

　このプログラムは、意図したように動作します。動かないプログラムより、動くプログラムの方が望ましいのは確かです。しかし、問題がないわけではありません。例えば、「マス目の数を増やしたい」という仕様変更があったとします。ここでは、マス目の初期値 48×48 を変更するだけで、柔軟に対処できるようなコードを記述してあります。しかし、例外が発生するのを想定してtry文が必要になるという不条理には、納得がいきません。利用者は、開発者の都合に左右されたくないのです。

　この不条理を避けて、見通しの良いコードを記述するにはどうすればよいでしょう。諸悪の根源は何でしょうか。伝統的な手法では、ゲーム盤を表現するのに2次元配列を利用しました。「配列」さえ利用しなければ、この問題を回避できるかもしれません。もしかすると、自分が招いた問題を、自分で解決する羽目に陥っていたのでしょうか。これは、確かめてみるだけの価値がありそうです。