分布与并行计算—生命游戏（Java）

生命游戏其实是一个零玩家游戏，它包括一个二维矩形世界，这个世界中的每个方格居住着一个活着的或死了的细胞。一个细胞在下一个时刻生死取决于相邻八个方格中活着的或死了的细胞的数量。如果相邻方格活着的细胞数量过多，这个细胞会因为资源匮乏而在下一个时刻死去；相反，如果周围活细胞过少，这个细胞会因太孤单而死去。
具体规则如下：

1）如果一个细胞周围有3个细胞为生（一个细胞周围共有8个细胞），则该细胞为生（即该细胞若原先为死，则转为生，若原先为生，则保持不变） 。
2） 如果一个细胞周围有2个细胞为生，则该细胞的生死状态保持不变；
3） 在其它情况下，该细胞为死（即该细胞若原先为生，则转为死，若原先为死，则保持不变）
在程序中，使用0代表死，1代表生。

串行模式

public class lifegame {public static List<String> readTxt(String fileName){List<String> list=new ArrayList<>();try { // 防止文件建立或读取失败，用catch捕捉错误并打印，也可以throw/* 读入TXT文件 */File filename = new File(fileName); // 要读取以上路径的input。txt文件InputStreamReader reader = new InputStreamReader(new FileInputStream(filename)); // 建立一个输入流对象readerBufferedReader br = new BufferedReader(reader); // 建立一个对象，它把文件内容转成计算机能读懂的语言String line = "";line = br.readLine();while (line != null) {list.add(line);line = br.readLine();}} catch (Exception e) {e.printStackTrace();}return list;}public static void writeTxt(String content){try { // 防止文件建立或读取失败，用catch捕捉错误并打印，也可以throw/* 读入TXT文件 */File writename = new File("output.txt"); // 相对路径，如果没有则要建立一个新的output。txt文件writename.createNewFile(); // 创建新文件BufferedWriter out = new BufferedWriter(new FileWriter(writename));out.write(content); // \r\n即为换行out.flush(); // 把缓存区内容压入文件out.close(); // 最后记得关闭文件} catch (Exception e) {e.printStackTrace();}}public boolean[][] world;public int len;int times;public lifegame(List<String> list) {int n=Integer.parseInt(list.get(0));world=new boolean[n][n];this.len=n;this.times=Integer.parseInt(list.get(1));System.out.println(len);for(int i=2;i<list.size();i++){String[] temp=list.get(i).split(",");int x=Integer.parseInt(temp[0]),y=Integer.parseInt(temp[1]);world[x][y]=true;}System.out.println(list.get(0)+times);}public  void print(){for(int i=0;i<len;i++){for(int j=0;j<len;j++)if(world[i][j])System.out.print(1);else System.out.print(0);System.out.println();}System.out.println();}private int[][] dir=new int[][]{{0,1},{0,-1},{1,0},{-1,0},{1,1},{-1,-1},{-1,1},{1,-1}};public  void change(){int[][] count=new int[len][len];for(int i=0;i<len;i++)for(int j=0;j<len;j++)count[i][j]=count(i,j);for(int i=0;i<len;i++)for(int j=0;j<len;j++)if(count[i][j]==3){world[i][j]=true;}else if(count[i][j]!=2)world[i][j]=false;}public  int count(int x,int y){int ret=0;for(int[] c:dir){int nextX=c[0]+x,nextY=c[1]+y;if(nextX>=0&&nextX<len&&nextY>=0&&nextY<len){ret+=world[nextX][nextY]?1:0;}}return ret;}public static void main(String[] args){lifegame on=new lifegame(readTxt("input.txt"));for(int i=0;i<on.times;i++){on.change();}StringBuilder stringBuilder=new StringBuilder();for(int i=0;i<on.len;i++)for(int j=0;j<on.len;j++){if(on.world[i][j]){stringBuilder.append(i).append(',').append(j).append("\r\n");}}writeTxt(stringBuilder.toString());}
}

并行模式

public class lifegame2 {public static List<String> readTxt(String fileName){List<String> list=new ArrayList<>();try { // 防止文件建立或读取失败，用catch捕捉错误并打印，也可以throw/* 读入TXT文件 */File filename = new File(fileName); // 要读取以上路径的input。txt文件InputStreamReader reader = new InputStreamReader(new FileInputStream(filename)); // 建立一个输入流对象readerBufferedReader br = new BufferedReader(reader); // 建立一个对象，它把文件内容转成计算机能读懂的语言String line = "";line = br.readLine();while (line != null) {list.add(line);line = br.readLine();}} catch (Exception e) {e.printStackTrace();}return list;}public static void writeTxt(String content){try { // 防止文件建立或读取失败，用catch捕捉错误并打印，也可以throw/* 读入TXT文件 */File writename = new File("output.txt"); // 相对路径，如果没有则要建立一个新的output。txt文件writename.createNewFile(); // 创建新文件BufferedWriter out = new BufferedWriter(new FileWriter(writename));out.write(content); // \r\n即为换行out.flush(); // 把缓存区内容压入文件out.close(); // 最后记得关闭文件} catch (Exception e) {e.printStackTrace();}}int[][] count;private boolean[][] world;int len;public int times;public int getTimes() {return times;}public lifegame2(List<String> list) {int n=Integer.parseInt(list.get(0));world=new boolean[n][n];count=new int[n][n];this.len=n;this.times=Integer.parseInt(list.get(1));System.out.println(len);for(int i=2;i<list.size();i++){String[] temp=list.get(i).split(",");int x=Integer.parseInt(temp[0]),y=Integer.parseInt(temp[1]);world[x][y]=true;}System.out.println(list.get(0)+times);}public  void print(){for(int i=0;i<len;i++){for(int j=0;j<len;j++)if(world[i][j])System.out.print(1);else System.out.print(0);System.out.println();}System.out.println();}public  String excute(int c){ExecutorService executorService= Executors.newFixedThreadPool(c);for(int j=0;j<times;j++){CountDownLatch countDownLatch=new CountDownLatch(c);Thread[] threads = new Thread[10];for(int i=0;i<len;i+=len/c){excuteThread cur=new excuteThread(count,i,i+len/c-1,world,countDownLatch);executorService.execute(cur);}try {countDownLatch.await();} catch (InterruptedException e) {e.printStackTrace();}for(int i=0;i<len;i++)for(int k=0;k<len;k++)if(count[i][k]==3){world[i][k]=true;}else if(count[i][k]!=2)world[i][k]=false;System.out.printf("第%d轮结束\n",j);}executorService.shutdown();while (!executorService.isTerminated()){}StringBuilder stringBuilder=new StringBuilder();for(int i=0;i<len;i++)for(int j=0;j<len;j++){if(world[i][j]){stringBuilder.append(i).append(',').append(j).append("\r\n");}}return stringBuilder.toString();}public static void main(String[] args){lifegame2 on=new lifegame2(readTxt("input.txt"));long s=System.currentTimeMillis();String t=on.excute(4);System.out.println(((double) (System.currentTimeMillis()-s))/1000);writeTxt(t);}
}
public class excuteThread implements  Runnable{int[][] count;int l,r,len;boolean[][] world;CountDownLatch countDownLatch;public excuteThread(int [][] count,int l,int r,boolean[][] world,CountDownLatch countDownLatch) {len=count.length;this.count=count;this.l=l;this.r=r;this.countDownLatch=countDownLatch;this.world=world;}@Overridepublic void run() {System.out.println("线程"+l*4/len+"开始");for(int i=0;i<len;i++)for(int j=l;j<=r;j++)count[i][j]=count(i,j);System.out.println("线程"+l*4/len+"结束");countDownLatch.countDown();}private int[][] dir=new int[][]{{0,1},{0,-1},{1,0},{-1,0},{1,1},{-1,-1},{-1,1},{1,-1}};public  int count(int x,int y){int ret=0;for(int[] c:dir){int nextX=c[0]+x,nextY=c[1]+y;if(nextX>=0&&nextX<len&&nextY>=0&&nextY<len){ret+=world[nextX][nextY]?1:0;}}return ret;}
}

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