Make interval a CLI argument.
[cellular-automata.git] / polymorphism / 001 / src / polymorphism.ml
index cb65462..d63386a 100644 (file)
@@ -1,6 +1,45 @@
 open Core.Std
 
 
+let (|-) g f x = f (g x)
+
+
+module Terminal : sig
+  type color = [ `green
+               | `red
+               | `white
+               ]
+
+  val string_with_color : string -> color -> string
+
+  val clear : unit -> unit
+
+  val reset : unit -> unit
+end = struct
+  type color = [ `green
+               | `red
+               | `white
+               ]
+
+  let ansi_code_clear = "\027[2J"    (* Clear screen *)
+  let ansi_code_reset = "\027[1;1H"  (* Reset cursor position *)
+
+  let string_of_color = function
+    | `green -> "\027[0;32m"
+    | `red   -> "\027[1;31m"
+    | `white -> "\027[1;37m"
+
+  let string_with_color s c =
+    sprintf "%s%s\027[0m" (string_of_color c) s
+
+  let clear () =
+    print_string ansi_code_clear
+
+  let reset () =
+    print_string ansi_code_reset
+end
+
+
 module type MATRIX = sig
   module Point : sig
     type t = {r : int; k : int}
@@ -107,25 +146,36 @@ module Matrix : MATRIX = struct
 end
 
 
-module Msg = struct
-  type t = string
-end
+module PhenoType : sig
+  type t
 
+  val create : char -> Terminal.color option -> t
 
-module State = struct
-  type t = string
-end
+  val to_string : t -> string
+end = struct
+  type t = { color     : Terminal.color option
+           ; character : char
+           }
 
+  let create character color =
+    {color; character}
 
-module PhenoType = struct
-  type t = string
+  let to_string = function
+    | {color=None; character} ->
+      String.of_char character
+    | {color=Some c; character} ->
+      Terminal.string_with_color (String.of_char character) c
 end
 
 
 module Cell = struct
-  type t = { msg   : Msg.t
+  module State = struct
+    type t = Alive of char
+           | Dead
+  end
+
+  type t = { state : State.t
            ; pheno : PhenoType.t
-           ; state : State.t
            }
 end
 
@@ -133,100 +183,159 @@ end
 module type RULE = sig
   val create : unit -> Cell.t
 
-  val transition : state:State.t -> inputs:Msg.t list -> Cell.t
+  val transition : self:Cell.State.t
+                -> neighbors:Cell.State.t list
+                -> Cell.t
 end
 
 
-module Conway : RULE = struct
-  type state = D | A
+module Life : RULE = struct
+  module State : sig
+    type t = D | A
+
+    val of_int : int -> t
+
+    val to_int : t -> int
+
+    val to_cell : t -> Cell.t
 
-  let state_of_string : (string -> state) = function
-    | "D" -> D
-    | "A" -> A
-    | _   -> assert false
+    val of_cell_state : Cell.State.t -> t
+  end = struct
+    type t = D | A
 
-  let state_of_int : (int -> state) = function
-    | 0 -> D
-    | 1 -> A
-    | _ -> assert false
+    let of_int = function
+      | 0 -> D
+      | 1 -> A
+      | _ -> assert false
 
-  let int_of_state : (state -> int) = function
-    | D -> 0
-    | A -> 1
+    let to_int = function
+      | D -> 0
+      | A -> 1
 
-  let string_of_state : (state -> string) = function
-    | D -> "D"
-    | A -> "A"
+    let to_pheno = function
+      | D -> PhenoType.create ' ' None
+      | A -> PhenoType.create 'o' (Some `white)
 
-  let msg_of_state : (state -> Msg.t) =
-    string_of_state
+    let of_cell_state = function
+      | Cell.State.Dead      -> D
+      | Cell.State.Alive 'A' -> A
+      | Cell.State.Alive _   -> D  (* Foreign cell *)
 
-  let pheno_of_state : (state -> PhenoType.t) = function
-    | D -> " "
-    | A -> "o"
+    let to_cell_state = function
+      | D -> Cell.State.Dead
+      | A -> Cell.State.Alive 'A'
 
-  let int_of_msg msg =
-    msg |> state_of_string |> int_of_state
+    let to_cell t =
+      { Cell.state = t |> to_cell_state
+      ; Cell.pheno = t |> to_pheno
+      }
+  end
 
   let next state ~live_neighbors =
     match state with
-    | A when live_neighbors < 2 -> D
-    | A when live_neighbors < 4 -> A
-    | A when live_neighbors > 3 -> D
-    | D when live_neighbors = 3 -> A
-    | A -> A
-    | D -> D
-
-  let cell_of_state s =
-    { Cell.msg   = s |> msg_of_state
-    ; Cell.pheno = s |> pheno_of_state
-    ; Cell.state = s |> string_of_state
-    }
+    | State.A when live_neighbors < 2 -> State.D
+    | State.A when live_neighbors < 4 -> State.A
+    | State.A when live_neighbors > 3 -> State.D
+    | State.D when live_neighbors = 3 -> State.A
+    | State.A -> State.A
+    | State.D -> State.D
 
   let create () =
-    Random.int 2 |> state_of_int |> cell_of_state
+    Random.int 2 |> State.of_int |> State.to_cell
 
-  let live_neighbors inputs =
-    inputs |> List.map ~f:int_of_msg |> List.fold_left ~init:0 ~f:(+)
+  let live_neighbors neighbors =
+    neighbors |> List.map ~f:(State.of_cell_state |- State.to_int)
+              |> List.fold_left ~init:0 ~f:(+)
 
-  let transition ~state ~inputs =
-    state
-    |> state_of_string
-    |> next ~live_neighbors:(live_neighbors inputs)
-    |> cell_of_state
+  let transition ~self ~neighbors =
+    self |> State.of_cell_state
+         |> next ~live_neighbors:(live_neighbors neighbors)
+         |> State.to_cell
 end
 
 
-module Terminal : sig
-  type color = [ `green
-               | `red
-               ]
+module ForestFire : RULE = struct
+  module State : sig
+    type t = E | T | B
 
-  val string_with_color : string -> color -> string
+    val is_burning : t -> bool
 
-  val clear : unit -> unit
+    val of_int : int -> t
 
-  val reset : unit -> unit
-end = struct
-  type color = [ `green
-               | `red
-               ]
+    val to_int : t -> int
 
-  let ansi_code_clear = "\027[2J"    (* Clear screen *)
-  let ansi_code_reset = "\027[1;1H"  (* Reset cursor position *)
+    val to_cell : t -> Cell.t
 
-  let string_of_color = function
-    | `green -> "\027[0;32m"
-    | `red   -> "\027[1;31m"
+    val of_cell_state : Cell.State.t -> t
+  end = struct
+    type t = E | T | B
 
-  let string_with_color s c =
-    sprintf "%s%s\027[0m" (string_of_color c) s
+    let is_burning = function
+      | E -> false
+      | T -> false
+      | B -> true
 
-  let clear () =
-    print_string ansi_code_clear
+    let of_int = function
+      | 0 -> E
+      | 1 -> T
+      | 2 -> B
+      | _ -> assert false
 
-  let reset () =
-    print_string ansi_code_reset
+    let to_int = function
+      | E -> 0
+      | T -> 1
+      | B -> 2
+
+    let to_pheno = function
+      | E -> PhenoType.create ' ' None
+      | T -> PhenoType.create 'T' (Some `green)
+      | B -> PhenoType.create '#' (Some `red)
+
+    let of_cell_state = function
+      | Cell.State.Dead      -> E
+      | Cell.State.Alive 'T' -> T
+      | Cell.State.Alive 'B' -> B
+      | Cell.State.Alive _   -> E  (* Foreign cell *)
+
+    let to_cell_state = function
+      | E -> Cell.State.Dead
+      | T -> Cell.State.Alive 'T'
+      | B -> Cell.State.Alive 'B'
+
+    let to_cell t =
+      { Cell.state = t |> to_cell_state
+      ; Cell.pheno = t |> to_pheno
+      }
+  end
+
+  let create () =
+    Random.int 3 |> State.of_int |> State.to_cell
+
+  let f = 0.000001  (* Probability of spontaneous ignition *)
+  let p = 0.1       (* Probability of spontaneous growth *)
+
+  let is_probable p =
+    (Random.float 1.0) <= p
+
+  let next state ~burning_neighbors =
+    match state, burning_neighbors with
+    | State.E, _ when is_probable p         -> State.T
+    | State.E, _                            -> State.E
+    | State.T, 0 when is_probable f         -> State.B
+    | State.T, _ when burning_neighbors > 0 -> State.B
+    | State.T, _                            -> State.T
+    | State.B, _                            -> State.E
+
+  let burning_neighbors neighbors =
+    neighbors |> List.map ~f:State.of_cell_state
+              |> List.filter ~f:State.is_burning
+              |> List.map ~f:State.to_int
+              |> List.fold_left ~init:0 ~f:(+)
+
+  let transition ~self ~neighbors =
+    self |> State.of_cell_state
+         |> next ~burning_neighbors:(burning_neighbors neighbors)
+         |> State.to_cell
 end
 
 
@@ -252,9 +361,8 @@ end = struct
 
   let create ~rows:rs ~columns:ks ~interval ~rules =
     let n = List.length rules in
-    let i = Random.int n in
     let init () =
-      let rule = List.nth_exn rules i in
+      let rule = List.nth_exn rules (Random.int n) in
       let module Rule = (val rule : RULE) in
       { rule
       ; data = Rule.create ()
@@ -267,7 +375,7 @@ end = struct
     }
 
   let cell_to_string cell =
-    cell.data.Cell.pheno
+    PhenoType.to_string cell.data.Cell.pheno
 
   let print t =
     Terminal.reset ();
@@ -283,8 +391,8 @@ end = struct
           let neighbors = Matrix.get_neighbors t.grid point in
           let data =
             Rule.transition
-              ~state:data.Cell.state
-              ~inputs:(List.map neighbors ~f:(fun cell -> cell.data.Cell.msg))
+              ~self:data.Cell.state
+              ~neighbors:(List.map neighbors ~f:(fun c -> c.data.Cell.state))
           in
           {rule; data}
       )
@@ -298,12 +406,12 @@ end = struct
 end
 
 
-let main () =
+let main interval () =
   Random.self_init ();
   let rows, columns = Or_error.ok_exn Linux_ext.get_terminal_size () in
-  let interval = 0.1 in
   let rules =
-    [ (module Conway : RULE)
+    [ (module Life : RULE)
+    ; (module ForestFire : RULE)
     ]
   in
   Automaton.loop (Automaton.create ~rows:(rows - 3) ~columns ~interval ~rules)
@@ -311,7 +419,11 @@ let main () =
 
 let spec =
   let summary = "Polymorphic Cellular Automata" in
-  let spec = Command.Spec.empty in
+  let spec = Command.Spec.(empty
+    +> flag "-i" (optional_with_default 0.1 float)
+             ~doc:" Induced interval between generations."
+    )
+  in
   Command.basic ~summary spec main
 
 
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