C'è un problema molto importante negli automi cellulari chiamato problema di maggioranza :

Il problema di maggioranza, o compito di classificazione della densità, è il problema di trovare regole autonome cellulari unidimensionali che eseguano accuratamente il voto di maggioranza.

...

Data una configurazione di automi cellulari a due stati con un totale di celle i + j, i cui sono nello stato zero e j dei quali si trovano in uno stato, una soluzione corretta al problema di voto deve infine impostare tutte le celle su zero se i> j e alla fine deve impostare tutte le celle su una se i <j. Lo stato finale desiderato non è specificato se i = j.

Sebbene sia stato dimostrato che nessun automa cellulare può risolvere il problema principale in tutti i casi, ci sono molte regole che possono risolverlo nella maggior parte dei casi. L'automa di Gacs-Kurdyumov-Levin ha una precisione di circa il 78% con condizioni iniziali casuali. La regola GKL non è complicata:

• Raggio di 3, il che significa che il nuovo stato della cellula dipende da 7 celle precedenti: se stessa, le 3 celle a destra e le 3 celle a sinistra.
• Se una cella è attualmente O, il suo nuovo stato è la maggior parte di se stesso, la cella alla sua sinistra e la cella 3 si sposta alla sua sinistra.
• Se una cella è attualmente 1, il suo nuovo stato è la maggior parte di se stesso, la cella alla sua destra e la cella 3 si sposta alla sua destra.

Ecco un esempio:

0 1 0 1 1 1 0 1 1 0 1 0 0 1
0 1 1 1 1 1 1 1 0 0 1 1 0 0
0 1 1 1 1 1 1 1 1 0 1 0 0 0
0 1 1 1 1 1 1 1 0 1 0 1 0 0
0 1 1 1 1 1 1 0 1 0 1 0 1 0
0 1 1 1 1 1 0 1 0 1 0 1 1 1
1 1 1 1 1 0 1 0 1 1 1 1 1 1
1 1 1 1 0 1 1 1 1 1 1 1 1 1
1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1

In questo esempio, l'automa cellulare ha calcolato correttamente che 8> 6. Altri esempi richiedono periodi di tempo più lunghi e, nel frattempo, producono alcuni schemi interessanti. Di seguito sono riportati due esempi che ho trovato casualmente.

0 0 1 1 1 1 1 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 1 1 0 0 0 0 1 1 0 1 1 1 1 0 1 0 0 1 1 1
1 0 0 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 0 1 1 0 0 1 0 0 0 1 0 0 0 0 1 0 0 1 0 0 0 1 0 0 1 1

Portandolo al livello successivo

Per quanto ha dimostrato la mia ricerca su Internet, quasi tutte le ricerche accademiche sul problema della maggioranza sono state condotte con CA a 2 stati. In questa sfida, estenderemo il problema principale alle CA a 3 stati . Chiamerò questo il problema della pluralità . La pluralità , o maggioranza relativa, si riferisce alla condizione in cui una delle opzioni ha più voti di ciascuna delle alternative, ma non necessariamente la maggioranza di tutti i voti.

Dichiarazione problema

1. Esiste un automa cellulare 1D a 3 stati con raggio 3.
2. Ci sono 151 celle con una condizione al contorno circolare.
3. A queste celle viene dato uno stato iniziale casuale, a condizione che 1 dei 3 stati abbia una pluralità rigorosa. "Casuale" indica una distribuzione uniforme indipendente per ogni cella.
4. L'accuratezza di una regola è la percentuale di (iniziali) condizioni iniziali casuali in cui tutte le celle si sincronizzano allo stato corretto (quello con pluralità) entro 10000 generazioni .
5. L'obiettivo è trovare una regola con elevata precisione,

Casi limite di pluralità: qualsiasi configurazione con 50/50/51 è una configurazione iniziale valida (poiché esiste una pluralità rigorosa), mentre qualsiasi configurazione con 51/51/49 non è valida (poiché non esiste una pluralità rigorosa).

Lo spazio di ricerca è 3 ^ 3 ^ 7 (~ 3e1043), molto al di fuori della portata di qualsiasi ricerca esaustiva. Ciò significa che dovrai risolvere altre tecniche, come gli algoritmi genetici, per risolvere questo problema. Ci vorrà anche un po 'di ingegneria umana.

La regola della generazione 10000 è soggetta a modifiche, a seconda della durata / accuratezza delle regole che le persone trovano. Se è troppo basso per consentire ragionevoli tassi di convergenza, allora posso aumentarlo. In alternativa, posso abbassarlo per fare da pareggio.

vincente

Il vincitore è la persona che presenta la regola CA radius-3 con la massima precisione tra tutti i concorrenti.

La tua richiesta deve includere ...

• Una descrizione della regola (usando il codice Wolfram se necessario)
• Il tasso di precisione e la dimensione del campione
• Una spiegazione di dimensioni ragionevoli di come hai scoperto la regola, inclusi i programmi che hai scritto per risolverlo o qualsiasi ingegneria "manuale". (Questa è la parte più interessante, dal momento che tutto il resto è solo numeri grezzi.)

Lavoro precedente

• Un articolo di Juille e Pollack , che descrive come hanno evoluto una regola a 2 stati con una precisione dell'86%.
• Questo documento utilizzava r = 3, 149 celle, CA a 2 stati. Non ha tentato di risolvere il problema della maggioranza, tuttavia, ma invece di trovare regole che si traducono rapidamente in un modello tutto 1sommato alternato 0. Nonostante queste differenze, sospetto che molte tecniche saranno simili.
• Un documento (non molto utile perché è dietro un paywall) di Wolz e de Oliviera che detengono attualmente il record di 2 stati

Sorta di GKL più arrampicata in collina, 61.498%

• Se una cella è uno 0, guarda le celle 3 a sinistra, 1 a sinistra e se stessa. Imposta il valore alla maggioranza. Se è un pareggio, rimani come sei.

• Se una cella è un 1, guarda le celle 3 a destra, 1 a destra e se stessa. Imposta il valore alla maggioranza. Se è un pareggio, rimani come sei.

• Se una cella è un 2, guarda le celle 2 a sinistra, 2 a destra e 3 a destra. Imposta il valore alla maggioranza. Se è un pareggio, rimani come sei.

Ho ottenuto 59453 su 100000 totali, 59.453%

Alcune mutazioni e arrampicate in collina hanno portato a 61498/100000 = 61,498%.

Probabilmente proverò un po 'di più e posterò qualche informazione in più in seguito.

"Basta lanciare i 2 e fare GKL" - 55.7%

Non è così facile indovinare quale sarebbe una buona regola, quindi ho cercato almeno di trovare qualcosa che segnasse sopra 1/3. La strategia è cercare di ottenere la risposta giusta quando lo stato della maggioranza è 0 o 1 e accettare la perdita se è 2. Ha segnato il 56,5% su 100.000 prove, che è in qualche modo leggermente migliore di quanto ci si aspetterebbe dal moltiplicare il 78% ( punteggio di GKL) * 2/3 (frazione del tempo in cui la risposta è 0 o 1) = 52%.

Più concretamente, la strategia è la seguente:

• Se la cella è 0 o 1, prendi la maggior parte delle 3 celle come nella strategia GKL, ma ignorando tutti i vicini che sono 2. Se è un pareggio, lascia invariata la cella.
• Se la cella è 2, scegli quale è più numeroso di 0 o 1 nell'intero quartiere. Se è un pareggio, scegli il valore più a sinistra che è 0 o 1. Se tutti i vicini sono 2, resta 2.

Ho usato questo codice per testare:

#include <iostream>
#include <algorithm>
#include <string.h>
#include <random>
#include <cassert>

#define W 151
#define S 3
#define R 3

typedef int state;

struct tape {
    state s[R+W+R];
    state& operator[](int i) {
        return s[i + R];
    }
    template<typename Rule> void step(Rule r) {
        for(int i = 0; i < R; i++) s[i] = s[W + i];
        for(int i = 0; i < R; i++) s[R + W + i] = s[R + i];
        for(int i = 0; i < W; i++) {
            s[i] = r(s + R + i);
        }
        memmove(s + R, s, W * sizeof(*s));
    }

    state unanimous() {
        state st = (*this)[0];
        for(int i = 1; i < W; i++) {
            if((*this)[i] != st)
                return -1;
        }
        return st;
    }
};

std::ostream& operator<<(std::ostream& s, tape& t) {
    for (int i = 0; i < W; i++)
        s << t[i];
    return s;
}

state randomize(tape& t) {
    static std::mt19937 rg(390332);
    begin:
    int c[S]{};
    for(int i = 0; i < W; i++) {
        state s = rg() % S;
        c[s]++;
        t[i] = s;
    }
    state* smax = std::max_element(c, c + R);
    int nmaj = 0;
    for (int n : c) nmaj += n == *smax;
    if (nmaj > 1) goto begin;
    return smax - c;
}

template<bool PrintSteps, typename Rule> int simulate(Rule r, int trials, int giveup) {
    int successes = 0;
    for(state s = 0; s < S; s++) {
        state t[2 * R + 1];
        for(int i = 0; i <= 2 * R; i++) t[i] = s;
        assert(r(t + R) == s);
    }
    while(trials--) {
        tape tp;
        state desired = randomize(tp);
        int steps = giveup;
        while(steps--) {
            tp.step(r);
            state u = tp.unanimous();
            if(~u) {
                bool correct = u == desired;
                if(PrintSteps) {
                    std::cout << correct << ' ' << giveup - steps << '\n';
                }
                successes += correct;
                break;
            }
        }
    }
    return successes;
}


struct ixList {
    int n;
    int i[2 * R + 1];
};



state rule_justTossOutThe2sAndDoGKL(const state* t) {
    const ixList ixl[] = {
        { 3,{ -3, -1, 0 } },
        { 3,{ 0, 1, 3 } },
        { 6,{ -3, -2, -1, 1, 2, 3 } } 
    };
    int c[S]{};
    for (int i = 0; i < ixl[*t].n; i++)
        c[t[ixl[*t].i[i]]]++;
    if (c[0] > c[1]) return 0;
    if (c[1] > c[0]) return 1;
    if (*t < 2) return *t;
    for (int i = -R; i <= R; i++)
        if (t[i] < 2) return t[i];
    return 2;
}

int main()
{
    int nt = 100000;
    int ns = simulate<false>(rule_justTossOutThe2sAndDoGKL, nt, 10000);

    std::cout << (double)ns / nt << '\n';
    return 0;
}

"Basta rubare ciò che è meglio ed evolverlo", bleh

Modifica: nel suo stato attuale questa risposta, piuttosto che trovare schemi migliori, trova un campione casuale migliore.

Questa risposta codifica / decodifica le soluzioni enumerando tutti gli stati come numeri ternari (prima la cifra meno significativa). La soluzione per il 59,2%:

000000000010010010000000000000000000000000000000000000000000010000010000110000000
000000000010010010000000000111111101111111111111111111000011000010011011000011010
000000000012010011001000000021111111111120111211111111000000000000011010000010000
000011000010022110000000202000000002000000000020000000001010000000011011000011010
020000000010010010001000000111101111111111111111111111010011000011111111010011010
000000000010010010000000000111111111101111111111112111000011010110111011010011011
000000000010010010000000000010000000000000000100002011000000000100011010020010000
000020020010010010000200000111102111111111111111111101000011010010111011000011011
000100000010010010000000000121111111111111111111111111000210000012011011002011010
000000000010010110000000000111112112111111111001111111000010000010011011000011010
000000000010010120000200000111211111111111111111110111110011010011100111010011011
000000000010010010000000000011111111111111111111111111000011010010111211210012020
010000000010010010020100020111110111111111111111111110010111010011011111010111011
002000000010010010000000000111110111111111211111111111001111111111111111111111111
000000000110010010000000000111111111111111211111111111010111011111111111011111011
001000000010010010000000000011111101111111111111110111000011010010111011010011010
001000000010010110000000000111111111111111102111110111010111011111111111011111101
000000000210010010000000000111111111111111111111011111010011010011111111010111011
000000000010010010000000000112111111111111111111101011000000000000011010000010000
000000000010010010000000000111111111111111111111111111000011010010111011010011011
000200000012010010000000000111111111111112111111111111000010000210011211001011010
000000000010010211000002000111111111111111111111111111000001010010111011010011010
000021200010210010000101100111111111111211111110110211010111021111111101010111111
000000000010010010000000000111111111111101111111111111010011010111111111010110021
000200000010010010000000010111111111101111111121112111000210001010011011000011010
000000000010010010000000000111111111111111111111111111210011010021111111010111011
000020000010010010000000000111111111111111111111111111000011010010121011010011012

Questa risposta si è evoluta dal 55,7% di feersum, utilizzando il seguente codice. Questo codice richiede libop , che è la mia libreria personale solo di intestazione C ++. È molto facile da installare, basta farlo git clone https://github.com/orlp/libopnella stessa directory in cui hai salvato il programma. Suggerisco di compilare g++ -O2 -m64 -march=native -std=c++11 -g. Per uno sviluppo veloce suggerisco anche di precompilare libop eseguendo il comando sopra libop/op.h.

#include <cstdint>
#include <algorithm>
#include <iostream>
#include <cassert>
#include <random>

#include "libop/op.h"

constexpr int MAX_GENERATIONS = 500;
constexpr int NUM_CELLS = 151;

std::mt19937_64 rng;

double worst_best_fitness;

// We use a system with okay-ish memory density. We represent the ternary as a
// 2-bit integer. This means we have 32 ternaries in a uint64_t.
//
// There are 3^7 possible states, requiring 4374 bits. We store this using 69
// uint64_ts, or little over half a kilobyte.

// Turn 7 cells into a state index, by encoding as ternary.
int state_index(const int* cells) {
    int idx = 0;
    for (int i = 0; i < 7; ++i) {
        idx *= 3;
        idx += cells[6-i];
    }
    return idx;
}

// Get/set a ternary by index from a 2-bit-per-ternary encoded uint64_t array.
int get_ternary(const uint64_t* a, size_t idx) {
    return (a[idx/32] >> (2*(idx % 32))) & 0x3;
}

void set_ternary(uint64_t* a, size_t idx, int val) {
    assert(val < 3);
    int shift = 2*(idx % 32);
    uint64_t shifted_val = uint64_t(val) << shift;
    uint64_t shifted_mask = ~(uint64_t(0x3) << shift);
    a[idx/32] = (a[idx/32] & shifted_mask) | shifted_val;
}


struct Rule {
    uint64_t data[69];
    double cached_fitness;

    Rule(const char* init) {
        cached_fitness = -1;
        for (auto i : op::range(69)) data[i] = 0;
        for (auto i : op::range(2187)) set_ternary(data, i, init[i] - '0');
    }

    double fitness(int num_tests = 1000);

    Rule* random_mutation(int num_mutate) const {
        auto new_rule = new Rule(*this);

        auto r = op::range(2187);
        std::vector<int> indices;
        op::random_sample(r.begin(), r.end(),
                          std::back_inserter(indices), num_mutate, rng);

        for (auto idx : indices) {
            set_ternary(new_rule->data, idx, op::randint(0, 2, rng));
        }

        new_rule->cached_fitness = -1;
        return new_rule;
    }

    int new_state(const int* cells) const {
        return get_ternary(data, state_index(cells));
    }

    void print_rule() const {
        for (auto i : op::range(2187)) {
            std::cout << get_ternary(data, i);
            if (i % 81 == 80) std::cout << "\n";
        }
    }
};


struct Automaton {
    uint64_t state[5];
    int plurality, generation;

    Automaton() : generation(0) {
        for (auto i : op::range(5)) state[i] = 0;

        int strict = 0;
        while (strict != 1) {
            int votes[3] = {};
            for (auto i : op::range(NUM_CELLS)) {
                int vote = op::randint(0, 2, rng);
                set_ternary(state, i, vote);
                votes[vote]++;
            }

            // Ensure strict plurality.
            plurality = std::max_element(votes, votes + 3) - votes;
            strict = 0;
            for (auto i : op::range(3)) strict += (votes[i] == votes[plurality]);
        }
    }

    void print_state() {
        for (int i = 0; i < 151; ++i) std::cout << get_ternary(state, i);
        std::cout << "\n";
    }

    bool concensus_reached() {
        int target = get_ternary(state, 0);
        for (auto i : op::range(NUM_CELLS)) {
            if (get_ternary(state, i) != target) return false;
        }

        return true;
    }

    void next_state(const Rule& rule) {
        uint64_t new_state[5] = {};

        std::vector<int> cells;
        for (auto r : op::range(-3, 4)) {
            cells.push_back(get_ternary(state, (r + NUM_CELLS) % NUM_CELLS));
        }

        for (auto i : op::range(NUM_CELLS)) {
            set_ternary(new_state, i, rule.new_state(cells.data()));
            cells.erase(cells.begin());
            cells.push_back(get_ternary(state, (i + 4) % NUM_CELLS));
        }

        for (auto i : op::range(5)) state[i] = new_state[i];
        generation++;
    }
};


double Rule::fitness(int num_tests) {
    if (cached_fitness == -1) {
        cached_fitness = 0;
        int num_two = 0;
        for (auto test : op::range(num_tests)) {
            Automaton a;
            while (a.generation < MAX_GENERATIONS && !a.concensus_reached()) {
                a.next_state(*this);
            }

            if (a.generation < MAX_GENERATIONS &&
                get_ternary(a.state, 0) == a.plurality &&
                a.plurality == 2) num_two++;

            cached_fitness += (a.generation < MAX_GENERATIONS &&
                               get_ternary(a.state, 0) == a.plurality);

            if (cached_fitness + (num_tests - test) < worst_best_fitness) break;
        }

        if (num_two) std::cout << cached_fitness << " " << num_two << "\n";

        cached_fitness;
    }

    return cached_fitness;
}



int main(int argc, char** argv) {
    std::random_device rd;
    rng.seed(42); // Seed with rd for non-determinism.

    const char* base = 
        "000000000010010010000000000000000000000000000000000000000000000000010000000000000"
        "000000000010010010000000000111111111111111111111111111000010000010011011000011010"
        "000000000010010010000000000111111111111111111111111111000000000000011010000010000"
        "000000000010010010000000000000000000000000000000000000000010000010011011000011010"
        "000000000010010010000000000111111111111111111111111111010011010011111111010111011"
        "000000000010010010000000000111111111111111111111111111000011010010111011010011011"
        "000000000010010010000000000000000000000000000000000000000000000000011010000010000"
        "000000000010010010000000000111111111111111111111111111000011010010111011010011011"
        "000000000010010010000000000111111111111111111111111111000010000010011011000011010"
        "000000000010010010000000000111111111111111111111111111000010000010011011000011010"
        "000000000010010010000000000111111111111111111111111111010011010011111111010111011"
        "000000000010010010000000000111111111111111111111111111000011010010111011010011010"
        "000000000010010010000000000111111111111111111111111111010011010011111111010111011"
        "000000000010010010000000000111111111111111111111111111011111111111111111111111111"
        "000000000010010010000000000111111111111111111111111111010111011111111111011111111"
        "000000000010010010000000000111111111111111111111111111000011010010111011010011010"
        "000000000010010010000000000111111111111111111111111111010111011111111111011111111"
        "000000000010010010000000000111111111111111111111111111010011010011111111010111011"
        "000000000010010010000000000111111111111111111111111111000000000000011010000010000"
        "000000000010010010000000000111111111111111111111111111000011010010111011010011011"
        "000000000010010010000000000111111111111111111111111111000010000010011011000011010"
        "000000000010010010000000000111111111111111111111111111000011010010111011010011010"
        "000000000010010010000000000111111111111111111111111111010111011111111111011111111"
        "000000000010010010000000000111111111111111111111111111010011010011111111010111011"
        "000000000010010010000000000111111111111111111111111111000010000010011011000011010"
        "000000000010010010000000000111111111111111111111111111010011010011111111010111011"
        "000000000010010010000000000111111111111111111111111111000011010010111011010011012"
    ;

    // Simple best-only.
    std::vector<std::unique_ptr<Rule>> best_rules;
    best_rules.emplace_back(new Rule(base));
    worst_best_fitness = best_rules.back()->fitness();
    while (true) {
        const auto& base = *op::random_choice(best_rules.begin(), best_rules.end(), rng);
        std::unique_ptr<Rule> contender(base->random_mutation(op::randint(0, 100, rng)));

        // Sort most fit ones to the beginning.
        auto most_fit = [](const std::unique_ptr<Rule>& a, const std::unique_ptr<Rule>& b) {
            return a->fitness() > b->fitness();
        };

        if (contender->fitness() >= best_rules.back()->fitness()) {
            std::cout << contender->fitness();
            double contender_fitness = contender->fitness();
            best_rules.emplace_back(std::move(contender));
            std::sort(best_rules.begin(), best_rules.end(), most_fit);
            if (best_rules.size() > 5) best_rules.pop_back();
            std::cout << " / " << best_rules[0]->fitness() << "\n";
            worst_best_fitness = best_rules.back()->fitness();

            if (contender_fitness == best_rules.front()->fitness()) {
                best_rules.front()->print_rule();
            }
        }
    }

    return 0;
}

Codificato a mano, 57.541%

Questo in realtà guarda solo alle 5 celle sopra di esso. Probabilmente potrebbe essere migliorato aumentando la portata che osserva. Ha funzionato con 100.000 casi di test.

Algoritmo:

If above == 0:
   if to the left there are only 2s or there is a 1 separated by 2s
       next state = 2
   else
       next state = 0
If above == 1:
   if to the right there are only 2s or there is a 0 separated by 2s
       next state = 2
   else
       next state = 1
If above == 2:
   ignore 0s to the left if the 0 is left of a 1 on the left
   ignore 1s to the right if the 1 is right of a 0 on the right
   if the closest 0 on the left is closer than the closest 1 on the right
       next state = 0
   else if the closest 1 on the right is closer than the closest 0 on the left
       next state = 1
   else
       next state = 2

Gene:

000000000222222222000222222222222222222222222222222222000000000222222222000222222
000000000222222222000222222111111111111111111111111111000222222111111111111111111
000000000222222222000222222222222222222222222222222222000000000222222222000222222
000000000222222222000222222222222222222222222222222222000000000222222222222222222
000000000222222222000222222111111111111111111111111111222111111111111111111111111
000000000222222222000222222111111111111111111111111111000000000111111111222111111
000000000222222222000222222222222222222222222222222222000000000222222222000222222
000000000222222222000222222111111111111111111111111111000222222111111111111111111
000000000222222222000222222222222222222222222222222222000000000222222222000222222
000000000222222222000222222222222222222222222222222222000000000222222222000222222
000000000222222222000222222111111111111111111111111111000222222111111111111111111
000000000222222222000222222222222222222222222222222222000000000222222222000222222
000000000222222222000222222222222222222222222222222222000000000222222222222222222
000000000222222222000222222111111111111111111111111111222111111111111111111111111
000000000222222222000222222111111111111111111111111111000000000111111111222111111
000000000222222222000222222222222222222222222222222222000000000222222222000222222
000000000222222222000222222111111111111111111111111111000222222111111111111111111
000000000222222222000222222222222222222222222222222222000000000222222222000222222
000000000222222222000222222222222222222222222222222222000000000222222222000222222
000000000222222222000222222111111111111111111111111111000222222111111111111111111
000000000222222222000222222222222222222222222222222222000000000222222222000222222
000000000222222222000222222222222222222222222222222222000000000222222222222222222
000000000222222222000222222111111111111111111111111111222111111111111111111111111
000000000222222222000222222111111111111111111111111111000000000111111111222111111
000000000222222222000222222222222222222222222222222222000000000222222222000222222
000000000222222222000222222111111111111111111111111111000222222111111111111111111
000000000222222222000222222222222222222222222222222222000000000222222222000222222

Codice di prova:

import java.lang.Math.*
import java.util.*

const val RADIUS = 3;
const val STATES = 3;
const val DIAMETER = 2 * RADIUS + 1
const val TAPE_LENGTH = 151

val CODE_SIZE = pow(STATES.toDouble(), DIAMETER.toDouble()).toInt()

const val GRADE_RUNS = 100000
const val GRADE_MAX_TIME = 10000


operator fun IntArray.inc() : IntArray {
    val next = this.clone()
    var i = 0
    while (i < size) {
        if (this[i] == STATES - 1) {
            next[i] = 0
        } else {
            next[i]++
            break
        }
        i++
    }
    return next
}
val IntArray.index : Int
    get() {
        var total = 0
        for (i in (size - 1) downTo 0) {
            total *= STATES
            total += this[i]
        }
        return total
    }

interface IRule {
    operator fun get(states : IntArray) : Int
}

fun IntArray.equalsArray(other: IntArray) = Arrays.equals(this, other)

class Rule : IRule {

    constructor(rule : IRule) {
        val start = IntArray(DIAMETER)
        var current = start.clone()

        code = IntArray(CODE_SIZE)
        try {
            do {
                code[current.index] = rule[current]
                current++
            } while (!current.equalsArray(start));
        } catch (e : Throwable) {
            println(Arrays.toString(code))
            println(Arrays.toString(current))
            throw e
        }
    }
    constructor(code : IntArray) {
        this.code = IntArray(CODE_SIZE) { if (it < code.size) code[it] else 0 }
    }

    val code : IntArray

    override fun get(states: IntArray) : Int {
        return code[states.index]
    }

    override fun toString() : String {
        val b = StringBuilder()
        for (i in 0 until CODE_SIZE) {
            if (i > 0 && i % pow(STATES.toDouble(), RADIUS.toDouble() + 1).toInt() == 0) {
                b.append('\n')
            }
            b.append(code[i])
        }
        return b.toString()
    }

    fun grade() : Double {
        var succeeded = 0
        for (i in 0 until GRADE_RUNS) {
            if (i % (GRADE_RUNS / 100) == 0) {
                println("${i/(GRADE_RUNS / 100)}% done grading.")
            }
            var tape : Tape
            do {
                tape = Tape()
            } while (tape.majority() == -1);
            val majority = tape.majority()
            val beginning = tape
            var j = 0
            while (j < GRADE_MAX_TIME && !tape.allTheSame()) {
                tape = tape.step(this)
                j++
            }
            if (tape.stabilized(this) && tape.majority() == majority) {
                succeeded++
            }/* else if (beginning.majority() != 2) {
                println(beginning.majority())
                tape = beginning
                for (j in 1..100) {
                    println(tape)
                    tape = tape.step(this)
                }
                println(tape)
            }*/
        }
        return succeeded.toDouble() / GRADE_RUNS
    }

}

fun getRandomState() : Int {
    return (random() * STATES).toInt()
}

class Tape(val tape : IntArray) {

    constructor() : this(IntArray(TAPE_LENGTH) { getRandomState() } )

    fun majority() : Int {
        val totals = IntArray(STATES)

        for (cell in tape) {
            totals[cell]++
        }

        var best = -1
        var bestScore = -1

        for (i in 0 until STATES) {
            if (totals[i] > bestScore) {
                best = i
                bestScore = totals[i]
            } else if (totals[i] == bestScore) {
                best = -1
            }
        }

        return best
    }

    fun allTheSame() : Boolean {
        for (i in 1 until TAPE_LENGTH) {
            if (this[i] != this[0]) {
                return false
            }
        }
        return true
    }

    operator fun get(index: Int) = tape[((index % TAPE_LENGTH) + TAPE_LENGTH) % TAPE_LENGTH]

    fun step(rule : IRule) : Tape {
        val nextTape = IntArray ( TAPE_LENGTH )

        for (i in 0 until TAPE_LENGTH) {
            nextTape[i] = rule[IntArray(DIAMETER) { this[i + it - RADIUS] }]
        }

        return Tape(nextTape)
    }

    fun stabilized(rule : IRule) = allTheSame() && majority() == step(rule).majority()

    override fun toString() : String {
        val b = StringBuilder()
        for (cell in tape) {
            b.append(cell)
        }
        return b.toString()
    }

}

fun main(args : Array<String>) {
    val myRule = Rule(object : IRule {
        override fun get(states: IntArray): Int {
            if (states[3] == 0) {
                if (states[2] == 1) {
                    return 2
                } else if (states[2] == 0) {
                    return 0
                } else if (states[1] == 1) {
                    return 2
                } else if (states[1] == 0) {
                    return 0
                } else {
                    return 2
                }
            } else if (states[3] == 1) {
                if (states[4] == 0) {
                    return 2
                } else if (states[4] == 1) {
                    return 1
                } else if (states[5] == 0) {
                    return 2
                } else if (states[5] == 1) {
                    return 1
                } else {
                    return 2
                }
            } else {
                if (states[2] == 0) {
                    if (states[4] != 1) {
                        return 0
                    }
                } else if (states[4] == 1) {
                    return 1
                }
                if (states[1] == 0 && states[2] != 1) {
                    if (states[5] != 1) {
                        return 0
                    }
                } else if (states[5] == 1 && states[4] != 0) {
                    return 1
                }
                return 2
            }
        }

    })
    var tape = Tape()
    println(myRule.grade())
}

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