感悟：决定一个系统走势是多因素构成，而非单一因素决定。

Posted 2020-10-11

例如癌症，医生常说抽烟致癌，不要抽烟，但实际生活中抽烟长寿的人不少，我的姨婆九十多岁了，每日抽烟喝酒，身体也不错。决定癌症的因素很多，例如遗传，饮食，起居时间，居住环境，化工污染等等。下图转自一份医学研究，说明没有任何食物百分之百致癌或抑制癌症。

 

 什么人容易患癌症？当诸多不利因素累积，超过一定量后，患癌症概率大。我们假设一个数据挖掘的分类器cancer，分类器由六个因素组成，当六个因素得分总和超过3时为癌症，得分总和小于3时为非癌症。

1表示是，0表示否。 抽烟=1分，非均衡饮食=1分，喝酒=1分，睡眠不足7小时=1分，环境污染=1分，情绪抑郁=1分；反之亦然不抽烟=0分，不喝酒=0分，睡眠充足=0分，环境无污染=0分，情绪良好=0分。张三抽烟，非均衡饮食，抽烟，喝酒，睡眠不足，环境污染，情绪良好，总分为1+1+1+1+1+0=5分，总得分大于3，分类器判断张三患癌症概率高。李四不抽烟，不喝酒，睡眠充足，环境无污染，情绪不好，总分为0+0+0+0+0+1=1分，总得分小于3，分类器判断李四患癌症概率低（例子只是假设，方便大家理解分类器原理）。

根据分类器原理，我们用python来可视化细胞生死，模拟生命。从一个随机初始化的二维方形网格开始，网格中的每一个细胞状态可能是生或死，由其相邻8个细胞决定。在这个规则下可以使用卷积进行计算，我们需要scipy工具完成卷积计算。

Anaconda下展示，生成闪烁的动态细胞图，细胞生死会不停变化，直到停止。

 

程序调用了python的pygame,numpy,scipy三个模块。Pygame用于写游戏；numpy用于矩阵运算；scipy是numpy的高级版本，用于更高级的自然科学应用，例如信号处理，傅里叶分析。

此函数用于 绘制十字架。

def draw_cross(pixar):

   (posx,posy)=pygame.mouse.get_pos()

   pixar[posx,:]=1

   pixar[:,posy]=1

此函数用于随机初始化网格

def random_init(n):

   return np.random.random_integers(0,1,(n,n)) 

所有代码最终汇集于文章末尾。

（放大可视化的细胞集合图，每一个细胞状态可能是生或死，由其相邻8个细胞决定）

 

代码来自Ivan Idris物理博士的分享，经本人测试，可以完美运行，如果有问题可以发邮件给我[email protected]

运行环境：

Python2.7 +Windows32位

源码分享：

# -*- coding: utf-8 -*-

import os,pygame

from pygame.locals import*

import numpy as np

from scipy import ndimage

def get_pixar(arr,weights):

   states=ndimage.convolve(arr,weights,mode=‘wrap‘)

   bools=(states==13)|(states==12)|(states==3)

   return bools.astype(int)

#绘制十字架

def draw_cross(pixar):

   (posx,posy)=pygame.mouse.get_pos()

   pixar[posx,:]=1

   pixar[:,posy]=1

 #随机初始化网格  

def random_init(n):

   return np.random.random_integers(0,1,(n,n))

def draw_pattern(pixar,pattern):

   print pattern

   if pattern=="glider":

      coords=[(0,1),(1,2),(2,0),(2,1),(2,2)]

   elif pattern=="block":

      coords=[(3,3),(3,2),(2,3),(2,2)]

   elif pattern=="exploder":

      coords=[(0,1),(1,2),(2,0),(2,1),(2,2),(3,4)]

   elif pattern=="fpentomino":

      coords=[(2,3),(3,2),(4,2),(3,3),(3,4)]

   pos=pygame.mouse.get_pos()

   xs=np.arange(0,pos[0],10)

   ys=np.arange(0,pos[1],10)

   for x in xs:

      for y in ys:

         for i,j in coords:

            pixar[x+i,y+j]=1

def main():

    pygame.init()

    N=400

    pygame.display.set_mode((N,N))

    pygame.display.set_caption("cell simulization")

    screen=pygame.display.get_surface()

    pixar=random_init(N)

    weights=np.array([[1,1,1],[1,10,1],[1,1,1]])

    cross_on=False

    while True:

       pixar=get_pixar(pixar,weights)

       if cross_on:

          draw_cross(pixar)

       pygame.surfarray.blit_array(screen,pixar*255**3)

       pygame.display.flip()

       for event in pygame.event.get():

          if event.type ==QUIT:

             return

          if event.type ==MOUSEBUTTONDOWN:

             cross_on=not_cross_on

          if event.type ==KEYDOWN:

             if event.key==ord(‘r‘):

                pixar=random_init(N)

                print "Random init"

             if event.key==ord("g"):

                draw_pattern(pixar,‘glider‘)

             if event.key==ord("b"):

                draw_pattern(pixar,‘block‘)

             if event.key==ord("e"):

                draw_pattern(pixar,‘exploder‘)

             if event.key==ord("f"):

                draw_pattern(pixar,‘fpentomino‘)

main()        

End.