• 感悟:决定一个系统走势是多因素构成,而非单一因素决定。


    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231469242@qq.com

    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.

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