(Python)Google Colabでライフゲームをmp4出力
前書き
本記事のプログラムでは、Google Colabolatory上でPythonによるライフゲームを実行します。 得られる出力をmp4動画としてGoogleドライブ上に保存します。
ライフゲーム（Conway’s Game of Life）について詳しくは以下の記事をご参照ください。 以下の記事ではgifによる出力を行っています。
方法
以下ではPython, numpy, matplotlibを用いた、Google Colaboratory上でのライフゲームの作り方について一例を示します。
プログラムの流れは以下の通りです。
- プロットの設定
- X, Yの範囲を指定
- Zとしてランダムな整数値を用意
- 以下をフレーム数分ループ
- 次世代としてZをコピー
- pcolormeshとしてプロット
- 次世代のZについてイベント処理
- アニメーションとして書き出す
- mp4ファイルとしてセーブ
作業前にドライブをマウントします。
from google.colab import drive
drive.mount('/gdrive')
実行後に得られるURLからページを進んでいき、許可するためのキーを取得してボックスに貼り付けます。
結果
matplotlibではColormapsとしてカラーバリエーションが選べます（参考：Choosing Colormaps in Matplotlib — Matplotlib 3.4.2 documentation）。
# two species, multiple colors, mp4
import matplotlib.pyplot as plt
import numpy as np
from matplotlib.animation import FuncAnimation as fca
fig, axs = plt.subplots(2, 2, figsize=(3, 3))
axs[0, 0].axis("off")
axs[0, 1].axis("off")
axs[1, 0].axis("off")
axs[1, 1].axis("off")
X, Y = np.mgrid[0:51, 0:51]
Z = np.random.randint(0, 2, X.shape)
def plot(frame):
Zn = Z # 次世代(Zのコピー)
mesh = axs[0, 0].pcolormesh(X, Y, Zn, cmap="inferno")
mesh = axs[0, 1].pcolormesh(X, Y, Zn, cmap="viridis")
mesh = axs[1, 0].pcolormesh(X, Y, Zn, cmap="cividis")
mesh = axs[1, 1].pcolormesh(X, Y, Zn, cmap="gnuplot")
for i in range(len(Z)): # 行数ループ
if i == len(Z)-1: continue #プロット端はスキップ
else:
for j in range(len(Z)): # 列数ループ
if (j == len(Z)-1): continue #プロット端はスキップ
sr = (Z[i-1, j-1] + Z[i-1, j] + Z[i-1, j+1] +
Z[i, j-1] + Z[i, j+1] +
Z[i+1, j-1] + Z[i+1, j] + Z[i+1, j+1]) # surround cell sum
nc = Z[i, j] # now cell
if (sr == 2 and nc == 0): Zn[i, j] = 1 # 誕生
elif (sr == 3 and nc == 0): Zn[i, j] = 1
elif (sr == 6 and nc == 1): Zn[i, j] = 2 # 変異
elif (sr == 8 and nc == 1): Zn[i, j] = 2
elif (sr == 10 and nc == 1): Zn[i, j] = 2
elif (sr <= 3 and nc == 1): Zn[i, j] = 0 # 過疎
elif (sr <= 6 and nc == 2): Zn[i, j] = 0
elif (sr >= 10 and nc == 1): Zn[i, j] = 0 # 過密
elif (sr >= 12 and nc == 2): Zn[i, j] = 0
else: pass
a = fca(fig, plot, frames=500)
a.save("/gdrive/My Drive/lg_one-species.mp4", writer="ffmpeg", fps=10)
今回は以下の配置で４種のカラーマップを試しました。
| inferno | viridis |
|---|---|
| cividis | gnuplot |
最後の三行でプロットや出力ファイルの設定を行っています。 ffmpegを指定することでビデオファイルの編集が可能となります。
今回の設定では、
- frames = 500
- fps = 10
なので50秒の動画が出来上がります。
Youtubeに投稿してみました。
画質に関しては改善の余地があります。
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