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プログラミング、3DCGとその他いろいろについて

ブーリアンネットワーク・モルフ(ブーリアンネットワークの育種)デモプログラム

ブーリアンネットワークを育種しよう!

ブーリアンネットワークで遊べるプログラムを作ってみました。
ブーリアンネットワークは、複雑系業界のカウフマンさんの考えたシミュレーションです。
以前もブーリアンネットワークのプログラムは作った気がしますが、今回はもうちょっと遊べるよう変えました。


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かんがんL-system その2 描画

前回かんたんなL-systemのプログラムを書きました。
しかしその実行結果はわけがわからないものでした。

ABAABABAABAABABAABABA
というふうに、文字だけで、おもしろくありません。
L-systemはやはり描画してこそでしょう。

ソースコード

Algae.cs

using System;
using System.Collections.Generic;

namespace LSystem.Algae
{
    public class Algae
    {
        public AlgaeCell Root = new AlgaeCell { IsBig = false };
        public List<AlgaeCell> Cells = new List<AlgaeCell>();

        public Algae()
        {
            Cells.Add(Root);
        }

        public void Develop()
        {
            foreach (var cell in Cells)
            {
                cell.Update();
            }

            var newCells = new List<AlgaeCell>();

            foreach (var cell in Cells)
            {
                newCells.Add(cell);

                if (cell.CreatedChildren)
                {
                    newCells.Add(cell.Child1);
                    newCells.Add(cell.Child2);
                }
            }

            this.Cells = newCells;
        }

        public void ForEachTerminal(Action<AlgaeCell> executedInTerminal)
        {
            ForEachTerminal(executedInTerminal, Root);
        }

        public void ForEachTerminal(Action<AlgaeCell> executedInTerminal, AlgaeCell cell)
        {
            if (cell.HasChildren)
            {
                ForEachTerminal(executedInTerminal, cell.Child1);
                ForEachTerminal(executedInTerminal, cell.Child2);
            }
            else
            {
                executedInTerminal(cell);
            }
        }
    }

    public class AlgaeCell
    {
        public bool IsBig;
        public AlgaeCell Child1;
        public AlgaeCell Child2;

        public bool HasChildren
        {
            get { return Child1 != null; }
        }

        public bool CreatedChildren { get; private set; }

        public void Update()
        {
            CreatedChildren = false;

            if (HasChildren)
            {
                return;
            }

            if (IsBig)
            {
                this.Child1 = new AlgaeCell
                {
                    IsBig = true
                };
                this.Child2 = new AlgaeCell
                {
                    IsBig = false
                };
                CreatedChildren = true;
            }
            else
            {
                IsBig = true;
            }
        }
    }
}


MainWindow.xaml.cs

using System.Windows;
using System.Windows.Media;
using System.Windows.Shapes;

namespace LSystem.Algae
{
    public partial class MainWindow : Window
    {
        Algae algae = new Algae();

        public MainWindow()
        {
            InitializeComponent();
        }

        private void Button_Click(object sender, RoutedEventArgs e)
        {
            algae.Develop();

            Title = getText(algae.Root);
            canvas.Children.Clear();
            draw(algae.Root, new Vector(300, 100), 0);
        }

        private string getText(AlgaeCell cell)
        {
            var text = "";
            algae.ForEachTerminal((c) => text += c.IsBig ? "A" : "B");
            return text;
        }

        private void draw(AlgaeCell cell, Vector position, double angle)
        {
            var transform = new TransformGroup();
            transform.Children.Add(
                new ScaleTransform(cell.IsBig ? 1 : 0.5, cell.IsBig ? 1 : 0.5)
                );
            transform.Children.Add(new RotateTransform(angle));
            var endPosition = position 
                + transform.Value.Transform(new Vector(0, 100));

            var line = new Line
            {
                X1 = position.X,
                Y1 = position.Y,
                X2 = endPosition.X,
                Y2 = endPosition.Y,
                Stroke = cell.IsBig ? Brushes.Green : Brushes.LightGreen,
                StrokeThickness = 5
            };
            canvas.Children.Add(line);

            if (cell.HasChildren)
            {
                draw(
                    cell.Child1,
                    endPosition,
                    angle + 8
                    );
                draw(
                    cell.Child2,
                    endPosition,
                    angle - 8
                    );
            }
        }
    }
}

MainWindow.xaml

<Window x:Class="LSystem.Algae.MainWindow"
        xmlns="http://schemas.microsoft.com/winfx/2006/xaml/presentation"
        xmlns:x="http://schemas.microsoft.com/winfx/2006/xaml"
        Title="MainWindow" Height="350" Width="525">
    <Grid>

        <Canvas x:Name="canvas">

        </Canvas>
        <Button Height="24" VerticalAlignment="Bottom" HorizontalAlignment="Right" Width="58" Margin="0,0,10,10" Click="Button_Click">Next</Button>
    </Grid>
</Window>

実行結果

このプログラムを実行するとこうなります:

おお!!

なんとなく、藻類のように見えなくもないような気がしますね。
ただ、再帰で適当に描いたのとたいして変わりないじゃないかと言われると困りますが。

本来L-systemは文字とその変換だけでプログラムはすむはずなのですが、
ここではイメージというかフレイバーというかそういったものにこだわったソースコードにしてみました。
それにしては成長しきった細胞がいきなり現れたりという変な感じはしますが……

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かんたんL-system その1 文字だけ

L-systemというアルゴリズムがあります。
これを使うと植物の形が描けます。
やってみましょう。

Program.cs

class Program
{
    static void Main()
    {
        var text = "A";
        System.Console.WriteLine(text);

        for (int i = 0; i < 10; i++)
        {
            var newText = "";

            for (int textIndex = 0; textIndex < text.Length; textIndex++)
            {
                switch(text[textIndex])
                {
                    case 'A':
                        newText += "AB";
                        break;
                    case 'B':
                        newText += "A";
                        break;
                }

            }

            text = newText;
            System.Console.WriteLine(text);
        }
    }
}
結構簡単なプログラムですね。
ディスプレイが小さくても一画面に収まりそうです。

結果

A
AB
ABA
ABAAB
ABAABABA
ABAABABAABAAB
ABAABABAABAABABAABABA
ABAABABAABAABABAABABAABAABABAABAAB
ABAABABAABAABABAABABAABAABABAABAABABAABABAABAABABAABABA
ABAABABAABAABABAABABAABAABABAABAABABAABABAABAABABAABABAABAABABAABAABABAABABAABAABABAABAAB
ABAABABAABAABABAABABAABAABABAABAABABAABABAABAABABAABABAABAABABAABAABABAABABAABAABABAABAABABAABABAABAABABAABABAABAABABAABAABABAABABAABAABABAABABA

さて……文字列が表示されました。
何でしょう?この結果は。
私たちは植物を描こうとしていたはずでしたが…?

実はこのプログラムはL-systemのエッセンスを実装しただけであって、見た目はダメです。
植物の形にするにはきちんと体裁を整えなければなりません。
では続きは次回。

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かんたん!制限付きボルツマンマシン実装 実数(0から1)バージョン (C#)訂正その2、 0と1を反転 [Deep Learningシリーズ]

0と1を反転すると…

ここで制限(制約)付きボルツマンマシン(Restricted Boltzmann Machine : RBM)を実装しましたが、いくつか難点があります。
これが私の実装のバグのせいなのか制限付きボルツマンマシンそのものの特性のせいなのかはわかりませんが、データに0に近い値が多い場合、0と1を入れ替えると、つまりデータに1に近い値が多くなると、上手く学習しないのです。


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