代碼本色：用編程模擬自然系統

基本介紹

• 書名：代碼本色：用編程模擬自然系統
• 作者：[美] Daniel Shiffman
• ISBN：978-7-115-36947-5
• 出版社：人民郵電出版社 
• 出版時間：2015-01

內容介紹

《代碼本色：用編程模擬自然系統》適合遊戲設計師、好學的程式設計師、物理學愛好者及所有對計算機模擬和互動編程感興趣的人學習參考。

目　錄

第0章　引言　1

0.1　隨機遊走　 1

0.2　隨機遊走類　2

0.3　機率和非均勻分布　6

0.4　隨機數的常態分配　9

0.5　自定義分布的隨機數　12

0.6　Perlin噪聲(一種更平滑的算法)　14

0.6.1　映射噪聲　16

0.6.2　二維噪聲　18

0.7　前進　21

第 1章　向量　23

1.1　向量　24

1.2　Processing中的向量　26

1.3　向量的加法　28

1.4　更多的向量運算　31

1.4.1　向量的減法　32

1.4.2　向量加減法的運算律　33

1.4.3　向量的乘法　34

1.4.4　更多的向量運算律　36

1.5　向量的長度　36

1.6　單位化向量　38

1.7　向量的運動：速度　39

1.8　向量的運動：加速度　43

1.9　靜態函式和非靜態函式　47

1.10　加速度的互動　49

第 2章　力　54

2.1　力和牛頓運動定律　54

2.1.1　牛頓第 一運動定律　54

2.1.2　牛頓第三運動定律　55

2.1.3　牛頓第三運動定律(從Processing的角度表述)　56

2.2　力和Processing的結合：將牛頓第 二運動定律作為一個函式　57

2.3　力的累加　58

2.4　處理質量　59

2.5　製造外力　61

2.6　地球引力和力的建模　65

2.7　摩擦力　67

2.8　空氣和流體阻力　70

2.9　引力　75

2.10　萬有引(斥)力　83

第3章　振盪　86

3.1　角度　86

3.2　角運動　88

3.3　三角函式　92

3.4　指向運動的方向　93

3.5　極坐標系和笛卡兒坐標系　96

3.6　振盪振幅和周期　98

3.7　帶有角速度的振盪　101

3.8　波　104

3.9　三角函式和力：鐘擺　107

3.10　彈力　114

第4章　粒子系統　122

4.1　為什麼需要粒子系統　122

4.2　單個粒子　123

4.3　使用ArrayList　127

4.4　粒子系統類　132

4.5　由系統組成的系統　134

4.6　繼承和多態的簡介　136

4.7　繼承基礎　138

4.8　用繼承實現粒子類　142

4.9　多態基礎　144

4.10　用多態實現粒子系統　145

4.11　受力作用的粒子系統　147

4.12　帶排斥對象的粒子系統　151

4.13　圖像紋理和加法混合　156

第5章　物理函式館　160

5.1　Box2D及其適用性　161

5.2　獲取Processing中的Box2D　162

5.3　Box2D基礎　163

5.3.1　SETUP　164

5.3.2　DRAW　164

5.3.3　Box2D世界的核心元素　164

5.4　生活在Box2D的世界　165

5.5　創建一個Box2D物體　167

5.5.1　第 1步：定義一個物體　167

5.5.2　第 2步：設定物體的定義　168

5.5.3　第3步：創建物體　168

5.5.4　第4步：為物體的初始狀態設定其他屬性　169

5.6　三要素：物體、形狀和夾具　169

5.6.1　第 1步：定義形狀　169

5.6.2　第 2步：創建夾具　169

5.6.3　第3步：用夾具將形狀連線到物體上　170

5.7　Box2D和Processing的結合　171

5.7.1　第 1步：在主程式(即setup()和draw()函式)中添加Box2D　173

5.7.2　第 2步：建立Processing盒子對象和Box2D物體對象之間的聯繫　173

5.8　固定的Box2D對象　176

5.9　彎曲的邊界　177

5.9.1　第 1步：定義一個物體　177

5.9.2　第 2步：定義形狀　177

5.9.3　第3步：配置形狀　177

5.9.4　第4步：使用夾具將形狀連線到物體上　178

5.10　複雜的形狀　180

5.11　Box2D關節　186

5.11.1　步驟1：確保有兩個物體　189

5.11.2　步驟2：定義關節　189

5.11.3　步驟3：配置關節的屬性　190

5.11.4　步驟4：創建關節　190

5.12　回到力的話題　195

5.13　碰撞事件　196

5.13.1　步驟1：Contact對象，你能否告訴我哪兩個物體發生了碰撞　198

5.13.2　步驟2：夾具對象，你能否告訴我你連線在哪個物體上　198

5.13.3　步驟3：物體，你能否告訴我你連線在哪個粒子對象上　198

5.14　小插曲：積分法　200

5.15　toxiclibs的Verlet Physics物理庫　202

5.15.1　獲取toxiclibs　203

5.15.2　VerletPhysics的核心元素　203

5.15.3　toxiclibs中的向量　203

5.15.4　構建toxiclibs的物理世界　204

5.16　toxiclibs中的粒子和彈簧　205

5.17　整合代碼：一個簡單的互動式彈簧　207

5.18　相連的系統I：繩子　209

5.19　相連的系統II：力導向圖　211

5.20　吸引和排斥行為　214

第6章　自治智慧型體　218

6.1　內部的力　218

6.2　車輛和轉向　219

6.3　轉向力　220

6.4　到達行為　226

6.5　你的意圖：所需速度　229

6.6　流場　231

6.7　點乘　236

6.8　路徑跟隨　239

6.9　多段路徑跟隨　246

6.10　複雜系統　250

6.11　群體行為(不要碰到對方)　251

6.12　結合　256

6.13　群集　257

6.14　算法效率(為什麼程式跑得這么慢)　263

6.15　**後的幾個注意事項：最佳化技巧　265

6.15.1　長度的平方(或距離的平方)　266

6.15.2　正弦餘弦查詢表　266

6.15.3　創建不必要的PVector對象　267

第7章　細胞自動機　270

7.1　什麼是細胞自動機　270

7.2　初等細胞自動機　271

7.3　如何編寫初等細胞自動機　276

7.4　繪製初等CA　281

7.5　Wolfram分類　283

7.6　生命遊戲　285

7.7　編寫生命遊戲　288

7.8　面向對象的細胞實現　292

7.9　傳統CA的變化　294

第8章　分形　297

8.1　什麼是分形　298

8.2　遞歸　300

8.3　用遞歸函式實現康托爾集　304

8.4　科赫曲線和ArrayList技術　306

8.5　樹　313

8.6　L系統　320

第9章　代碼的進化　327

9.1　遺傳算法：啟發自真實現象　327

9.2　為什麼使用遺傳算法　328

9.3　達爾文的自然選擇　330

9.4　遺傳算法，第 一部分：創建種群　330

9.5　遺傳算法，第 二部分：選擇　332

9.6　遺傳算法，第三部分：繁殖　334

9.7　創建種群的代碼　336

9.7.1　第 1步：初始化種群　336

9.7.2　第 2步：選擇　338

9.7.3　第3步：繁殖　340

9.8　遺傳算法：整合代碼　342

9.9　遺傳算法：創建自己的遺傳算法　345

9.9.1　第 1點：更改變數　345

9.9.2　第 2點：適應度函式　346

9.9.3　第3點：基因型和表現型　348

9.10　力的進化：智慧型火箭　350

9.11　智慧型火箭：整合代碼　354

9.12　互動式選擇　360

9.13　生態系統模擬　363

9.13.1　基因型和表現型　366

9.13.2　選擇和繁殖　367

第 10章　神經網路　371

10.1　人工神經網路：導論和套用　372

10.2　感知器　374

10.3　用感知器進行簡單的模式識別　376

10.4　實現感知器　377

10.5　轉向感知器　383

10.6　還記得這是個“網路”嗎　388

10.7　神經網路圖　390

10.8　實現前饋動畫　394

10.9　結語　400

參考文獻　401

索引　404