Отчёт

REPORT.md

@@ -0,0 +1,124 @@
+# Лабораторная работа: Клеточные автоматы
+
+# Университет ИТМО
+**Студент:** Владимиров Владислав Александрович  
+**Группа:** P3322\
+**Дата:** 15.05.2026
+
+## Цель работы
+
+Изучение принципов функционирования и приобретение навыков программной реализации клеточных автоматов как дискретных вычислительных моделей.
+
+## Диаграмма классов
+
+```
+AppState
+ |-- config: AppConfig
+ |-- action: UiAction?
+
+AppConfig (serializable)
+ |-- mode: AutomatonMode
+ |-- gridWidth: Int
+ |-- gridHeight: Int
+ |-- simulationSpeed: Int
+ |-- probability: Double
+ |-- oneDimensionalRule: OneDimensionalRule
+ |-- killAtBoundary: Boolean
+
+AutomatonMode: GAME_OF_LIFE | ONE_DIMENSIONAL
+OneDimensionalRule: RULE_30 | RULE_90 | RULE_110 | RULE_184
+
+GameOfLife
+ |-- width: Int
+ |-- height: Int
+ |-- killAtBoundary: Boolean
+ |-- initialize(probability): void
+ |-- step(): Int
+ |-- getGrid(): Array<Array<Boolean>>
+ |-- getLiveCellCount(): Int
+ |-- toggleCell(x, y): void
+
+OneDimensionalCA
+ |-- width: Int
+ |-- rule: OneDimensionalRule
+ |-- initialize(centerPosition): void
+ |-- initializeRandom(probability): void
+ |-- step(): BooleanArray
+ |-- getGenerations(count): List<BooleanArray>
+
+PatternClassifier
+ |-- classifyPatterns(Array<Array<Boolean>>): List<PatternInfo>
+
+ExperimentRunner
+ |-- runExperiments(width, height): List<ExperimentResult>
+ |-- generateGraph(results, outputPath): void
+```
+
+Взаимодействие: `Main.kt` -> `MainScreen` -> `Sidebar` + `GameOfLifeView` | `OneDimensionalView`. Конфигурация сохраняется в `config.json` через `ConfigRepository`.
+
+## Визуализация эволюции автоматов
+
+### Одномерный клеточный автомат (Rule 30, 90, 110)
+
+Правило 30 генерирует хаотичный паттерн. Правило 90 создаёт фрактальный треугольник Серпинского. Правило 110 демонстрирует универсальные вычислительные свойства.
+
+#### Rule 30
+![img.png](img.png)
+#### Rule 90
+![img_1.png](img_1.png)
+#### Rule 110
+![img_2.png](img_2.png)
+
+### Game of Life (Двумерный клеточный автомат)
+
+Начальное заполнение: случайное (p = 0.3), поле 50x50, 100 поколений.
+![img_3.png](img_3.png)
+#### Стабилизация за 429 поколений
+![gameoflifeend.png](gameoflifeend.png)
+**Выявленные паттерны:**
+
+| Тип | Название | Классификация |
+|-----|----------|---------------|
+| Block (2x2) | Блок | Устойчивая фигура |
+| Beehive (3x3, 6 клеток) | Улей | Устойчивая фигура |
+| Loaf (3x3, 5 клеток) | Буханка | Устойчивая фигура |
+| Boat (3x2, 5 клеток) | Лодка | Устойчивая фигура |
+| Glider (5 клеток) | Глайдер | Движущаяся фигура |
+
+Глайдер перемещается по диагонали со скоростью c/4 (один шаг по диагонали каждые 4 поколения). Блок, улей, буханка и лодка остаются неизменными во всех поколениях. Бликер (3 клетки в линию, периодичность 2) — пример периодической фигуры.
+
+## Результаты экспериментов
+
+### Таблица времени стабилизации
+
+| Плотность (p) | Среднее время стабилизации (поколений) |
+|---------------|----------------------------------------|
+| 0.10 | 460 |
+| 0.15 | 580 |
+| 0.20 | 618 |
+| 0.25 | 634 |
+| 0.30 | 621 |
+| 0.35 | 642 |
+| 0.40 | 622 |
+| 0.45 | 632 |
+| 0.50 | 639 |
+
+Количество запусков на каждую плотность: 100. Размер поля: 50x50. Условие стабилизации: 10 поколений без изменения популяции (или циклические изменения между двумя значениями).
+
+### График
+
+![stabilization_graph.png](stabilization_graph.png)
+
+График сохранён в файл `stabilization_graph.png`.
+
+## Анализ результатов
+
+При низкой плотности (p = 0.10) система стабилизируется быстро (460 поколений) из-за вымирания изолированных клеток. Большинство конфигураций умирает в первые 100-200 поколений.
+
+Хаотическая фаза наблюдается при плотности p = 0.25-0.35, где время стабилизации достигает 620-640 поколений. При этих плотностях образуется максимальное количество взаимодействующих структур (глайдеры, ружья, блоки), что затягивает стабилизацию.
+
+При высокой плотности (p = 0.45-0.50) время стабилизации остаётся высоким (630-640), однако причина отличается: образуются крупные устойчивые и периодические структуры (улей, блоки), которые переходят в стабильную фазу без вымирания. Система не "вымирает", а кристаллизуется в насыщенный паттерн.
+
+Максимальное время стабилизации: p = 0.35 (642 поколения) и 0.5. Минимальное: p = 0.10 (460 поколений).
+
+Исходный код доступен тут вот -> https://git.illegalfiles.icu/vlad.os/systems-lab2