Initial commit of WolframAutomata hack. Basic functionality is in place; program...
authorAaron Taylor <ataylor@subgeniuskitty.com>
Sat, 13 Mar 2021 00:07:29 +0000 (16:07 -0800)
committerAaron Taylor <ataylor@subgeniuskitty.com>
Sat, 13 Mar 2021 00:07:29 +0000 (16:07 -0800)
hacks/WolframAutomata/WolframAutomata.c [new file with mode: 0644]

diff --git a/hacks/WolframAutomata/WolframAutomata.c b/hacks/WolframAutomata/WolframAutomata.c
new file mode 100644 (file)
index 0000000..174e7d1
--- /dev/null
@@ -0,0 +1,227 @@
+/* (c) 2021 Aaron Taylor <ataylor at subgeniuskitty dot com>   */
+/* See LICENSE.txt file for copyright and license details.     */
+
+
+/* TODO: Write description explaining that this simulates all 1D NN CAs, and explain briefly what all those terms imply. */
+/* TODO: Explain things like the topology of the space. */
+/* TODO: Explain how the numbering for a CA expands to the actual rules. */
+/* TODO: Briefly explain the four different classes of behavior and their implications. */
+/* TODO: Include a link to Wikipedia. */
+/* TODO: I suppose a lot of this stuff goes in the README instead. */
+/* TODO: Explain the data structures in detail. */
+/* TODO: Explain all the options, like the various starting conditions. */
+
+
+/* TODO: Check manpage for all functions I use and ensure my includes are correct. I don't want to depend on picking up includes via screenhack.h. */
+/* TODO: Verify everything in this file is C89. Get rid of things like '//' comments, pack all my declarations upfront, no stdint, etc. */
+/* TODO: Tabs -> Spaces before each commit. */
+
+#include "screenhack.h"
+
+// Command line options
+//             directory to output XBM files of each run (and call an external command to convert to PNGs?)
+//             number of generations to simulate
+//             delay time (speed of simulation)
+//             foreground and background color
+//             display info overlay with CA number and start conditions?
+//             which ruleset number to use? Or random? Or random from small set of hand-selected interesting examples?
+//             which starting population to use? Or random? Or one bit in middle? Or one bit on edge?  (For random: Can I allow specifying a density like 25%, 50%, 75%?)
+
+struct state {
+       /* Various X resources */
+       Display * dpy;
+       Window    win;
+       GC        gc;
+
+       // TODO: Explain that this holds the whole evolution of the CA and the actual displayed visualization is simply a snapshot into this pixmap.
+       Pixmap    evolution_history;
+       size_t    num_generations;
+
+       // TODO: Explain all of these.
+       int delay_microsec; // per generation
+       unsigned long fg, bg;
+       int xlim, ylim, ypos; // explain roughly how and where we use these. Note: I'm not thrilled xlim/ylim since they are actually the width of the display, not the limit of the index (off by one). Change those names.
+       Bool display_info;
+       // TODO: Add an option for 'pixel size', so the user can define 1x1 or 2x2 or 3x3 or ... pixels. But then I need to deal with leftover pixels.
+
+       Bool * current_generation;
+       uint8_t ruleset;
+};
+
+static void *
+WolframAutomata_init(Display * dpy, Window win)
+{
+       struct state * state = calloc(1, sizeof(*state)); // TODO: Check calloc() call
+       XGCValues gcv;
+       XWindowAttributes xgwa;
+
+       state->dpy = dpy;
+       state->win = win;
+
+       XGetWindowAttributes(state->dpy, state->win, &xgwa);
+       state->xlim = xgwa.width;
+       state->ylim = xgwa.height;
+       state->ypos = 0; // TODO: Explain why.
+
+       state->fg = gcv.foreground = get_pixel_resource(state->dpy, xgwa.colormap, "foreground", "Foreground");
+       state->bg = gcv.background = get_pixel_resource(state->dpy, xgwa.colormap, "background", "Background");
+       state->gc = XCreateGC(state->dpy, state->win, GCForeground, &gcv);
+
+       state->delay_microsec = get_integer_resource(state->dpy, "delay", "Integer");
+       if (state->delay_microsec < 0) state->delay_microsec = 0;
+
+       // TODO: These should be command-line options, but I need to learn how the get_integer_resource() and similar functions work first.
+       state->display_info = True;
+       state->ruleset = 30;
+       state->num_generations = 10000; // TODO: Enforce that this is >1 in order to hold the seed generation and at least one pass through WolframAutomata_draw(), which is where we check for a full pixmap.
+
+       state->current_generation = calloc(1, (sizeof(*(state->current_generation))*(state->xlim))); // TODO: Check calloc() call TODO: Can't recall precedence; can I eliminate any parenthesis?
+       // TODO: Make the starting state a user-configurable option. At least give the user some options like 'random', 'one-middle', 'one edge', etc.
+       //       Ideally accept something like a list of integers representing starting pixels to be "on".
+       state->current_generation[state->xlim-1] = True;
+
+       state->evolution_history = XCreatePixmap(state->dpy, state->win, state->xlim, state->num_generations, xgwa.depth);
+       // Pixmap contents are undefined after creation. Explicitly set a black
+       // background by drawing a black rectangle over the entire pixmap.
+       XSetForeground(state->dpy, state->gc, state->bg);
+       XFillRectangle(state->dpy, state->evolution_history, state->gc, 0, 0, state->xlim, state->num_generations);
+       XSetForeground(state->dpy, state->gc, state->fg);
+       // TODO: Need to draw starting generation on pixmap and increment state->ypos.
+
+       return state;
+}
+
+// TODO: function decorations?
+// TODO: Explain why this santizes the index for accessing current_generation (i.e. it creates a circular topology).
+size_t
+sindex(struct state * state, int index)
+{
+       while (index < 0) {
+               index += state->xlim;
+       }
+       while (index >= state->xlim) {
+               index -= state->xlim;
+       }
+       return (size_t) index;
+}
+
+// TODO: function decorations?
+// TODO: At least give a one-sentence explanation of the algorithm since this function is the core of the simulation.
+Bool
+calculate_cell(struct state * state, int cell_id)
+{
+       uint8_t cell_pattern = 0;
+       int i;
+       for (i = -1; i < 2; i++) {
+               cell_pattern = cell_pattern << 1;
+               if (state->current_generation[sindex(state, cell_id+i)] == True) {
+                       cell_pattern |= 1;
+               }
+       }
+       if ((state->ruleset >> cell_pattern) & 1) {
+               return True;
+       } else {
+               return False;
+       }
+}
+
+// TODO: function decorations?
+void
+render_current_generation(struct state * state)
+{
+       size_t xpos;
+    for (xpos = 0; xpos < state->xlim; xpos++) {
+               if (state->current_generation[xpos] == True) {
+                       XFillRectangle(state->dpy, state->evolution_history, state->gc, xpos, state->ypos, 1, 1);
+               }
+       }
+}
+
+static unsigned long
+WolframAutomata_draw(Display * dpy, Window win, void * closure)
+{
+// TODO: Mark these basic sections of the function
+//draw()
+//     calculate (and store) new generation
+//     draw new generation as line of pixels on pixmap
+//     calculate current 'viewport' into pixmap
+//     display on screen
+//  check for termination condition
+
+    struct state * state = closure;
+    int xpos;
+       int window_y_offset;
+
+       Bool new_generation[state->xlim];
+    for (xpos = 0; xpos < state->xlim; xpos++) {
+               new_generation[xpos] = calculate_cell(state, xpos);
+       }
+    for (xpos = 0; xpos < state->xlim; xpos++) {
+               state->current_generation[xpos] = new_generation[xpos];
+       }
+       render_current_generation(state);
+
+       // Was this the final generation of this particular simulation? If so, give
+       // the user a moment to bask in the glory of our output and then start a
+       // new simulation.
+       if (state->ypos < state->num_generations-1) {
+               state->ypos++;
+       } else {
+               // TODO: Wait for a second or two, clear the screen and do a new iteration with suitably changed settings.
+               // Note: Since we can't actually loop or sleep here, we need to add a flag to the state struct to indicate that we're in an 'admiration timewindow' (and indicate when it should end)
+               while (1) continue;
+       }
+
+       // Calculate the vertical offset of the current 'window' into the history
+       // of the CA. After the CA's evolution extends past what we can display, have
+       // the window track the current generation and most recent history.
+       if (state->ypos < state->ylim) {
+               window_y_offset = 0;
+       } else {
+               window_y_offset = state->ypos - (state->ylim - 1);
+       }
+
+       // Render everything to the display.
+       XCopyArea(state->dpy, state->evolution_history, state->win, state->gc, 0, window_y_offset, state->xlim, state->ylim, 0, 0);
+       // TODO: Print info on screen if display_info is true. Will need fonts/etc. Do I want to create a separate pixmap for this during the init() function and then just copy the pixmap each time we draw the screen in draw()?
+
+    return state->delay_microsec;
+}
+
+static const char * WolframAutomata_defaults[] = {
+    ".background:    black",
+    ".foreground:    white",
+    "*delay:    2500",
+    0
+};
+
+static XrmOptionDescRec WolframAutomata_options[] = {
+    { "-delay",        ".delay",    XrmoptionSepArg, 0 },
+    { 0, 0, 0, 0 }
+};
+
+static Bool
+WolframAutomata_event(Display * dpy, Window win, void * closure, XEvent * event)
+{
+    return False;
+}
+
+static void
+WolframAutomata_free(Display * dpy, Window win, void * closure)
+{
+    struct state * state = closure;
+    XFreeGC(state->dpy, state->gc);
+       XFreePixmap(state->dpy, state->evolution_history);
+       free(state->current_generation);
+    free(state);
+}
+
+static void
+WolframAutomata_reshape(Display * dpy, Window win, void * closure, unsigned int w, unsigned int h)
+{
+       WolframAutomata_free(dpy, win, closure);
+       WolframAutomata_init(dpy, win);
+}
+
+XSCREENSAVER_MODULE ("1D Nearest-Neighbor Cellular Automata", WolframAutomata)
+