CATA — Cellular Automata Toolkit

Framework C# per simulazione, visualizzazione e sperimentazione di automi cellulari. Sviluppato come supporto alla tesi triennale.

Requisiti

• .NET 8 SDK (dotnet --version)
• Terminale con supporto ANSI (per LiveDemo)

Build

cd code/CATA
dotnet build

Per build con output pulito:

dotnet build -c Release

Test

dotnet test

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Programmi

LiveDemo — simulazione in tempo reale nel terminale

Visualizza l'evoluzione dell'automa in tempo reale direttamente nel terminale.

dotnet run --project Programs/LiveDemo -- [opzioni]

Modalità disponibili:

Modalità	Descrizione
--mode 1d	CA 1D Wolfram, una riga per generazione (scrolling)
--mode 2d	CA 2D in-place (Game of Life di default)
--mode density	CA 2D con vicinato adattivo alla densità locale
--mode meta2d	CA gerarchico: A 2D, B 2D; visualizzati affiancati

Opzioni comuni:

Opzione	Default	Descrizione
--rule N	30	Numero regola Wolfram (modalità 1d/2d con --meta)
--meta	off	Abilita meta-regola gerarchica (B=CA 1D)
--cells N	auto	Larghezza griglia 1D (default = larghezza terminale)
--size N	auto	Lato griglia 2D (default = altezza terminale)
--fps N	10	Passi al secondo

Tasti durante l'esecuzione:

Tasto	Effetto
R	Randomizza la griglia
+ / →	Regola successiva (in modalità meta/meta2d)
- / ←	Regola precedente (in modalità meta/meta2d)
Ctrl+C	Esci

Esempi:

# CA 1D Wolfram regola 30
dotnet run --project Programs/LiveDemo -- --mode 1d --rule 30

# CA 1D con meta-regola gerarchica (B=CA con regola 110)
dotnet run --project Programs/LiveDemo -- --mode 1d --meta --rule 110

# Game of Life 2D
dotnet run --project Programs/LiveDemo -- --mode 2d

# Game of Life 2D con meta-regola gerarchica
dotnet run --project Programs/LiveDemo -- --mode 2d --meta --rule 30

# CA 2D con vicinato adattivo alla densità
dotnet run --project Programs/LiveDemo -- --mode density

# CA gerarchico 2D (A e B entrambi griglie 2D)
dotnet run --project Programs/LiveDemo -- --mode meta2d --size 40

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GenerateFigures — genera le figure per la tesi

Produce tutte le immagini PNG utilizzate nella tesi.

dotnet run --project Programs/GenerateFigures -- [opzioni]

Opzioni:

Opzione	Default	Descrizione
--output <dir>	results	Cartella di output
--seed N	42	Seme per la generazione casuale

Figure prodotte:

File	Contenuto
rule30.png	CA elementare Wolfram regola 30
rule110.png	CA elementare Wolfram regola 110
meta89.png	Meta-regola gerarchica con Wolfram 89
meta110.png	Meta-regola gerarchica con Wolfram 110
meta30.png	Meta-regola gerarchica con Wolfram 30 (caotico)
meta73.png	Meta-regola gerarchica con Wolfram 73 (complesso)
meta2d_30.png	Meta-regola 2D; A=50×50, B guidato da Wolfram 30
density_adapt.png	Meta-regola con vicinato adattivo alla densità
life.png	Game of Life dopo 26 passi

Rigenerare gli asset della tesi:

dotnet run --project Programs/GenerateFigures -- --output ../../assets --seed 42

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WolframDemo — immagine CA 1D

dotnet run --project Programs/WolframDemo -- --rule 30 --steps 300 --cells 300

Output: results/wolfram_30.png

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MetaRules — immagine meta-regola 1D

dotnet run --project Programs/MetaRules -- --rule 89 --steps 200

Output: results/meta89.png

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Plot2D — immagine Game of Life

dotnet run --project Programs/Plot2D -- --steps 26 --size 100

Output: results/gol.png

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Struttura del codice

CATA/
├── Simulation/          # Libreria core
│   └── src/
│       ├── Container/   # Array<T>, Grid2D<T>, BoundaryCondition
│       ├── Rule/        # WolframRule, TotalisticRule, MetaRule, Model1DRule, Model2DRule,
│       │                # DensityNeighborhoodMetaRule, …
│       └── Model.cs     # Loop di simulazione
├── Visualization/       # ChartHelper (PNG heatmap via SkiaSharp)
├── Tests/               # Test unitari (xUnit)
└── Programs/
    ├── LiveDemo/        # Visualizzatore in tempo reale
    ├── GenerateFigures/ # Batch figura tesi
    ├── WolframDemo/     # Singola figura 1D
    ├── MetaRules/       # Singola figura meta-regola
    └── Plot2D/          # Singola figura 2D

Condizioni al contorno

Grid2D<T> e Array<T> supportano tre modalità via BoundaryCondition:

Valore	Comportamento
Fixed (default)	Indici fuori range → DefaultValue
Periodic	Wrap toroidale (modulo)
Reflective	Riflessione speculare al bordo

var grid = new Grid2D<State>(50, 50, defaultState, BoundaryCondition.Periodic);