你應該知道這些有意思的代碼

Kyle McCormick 在 StackExchange 上發起了一個叫作 Tweetable Mathematical Art 的比賽，參賽者須要用三條推這麼長的代碼來生成一張圖片。具體地說，參賽者須要用 C++ 語言編寫 RD 、 GR 、 BL 三個函數，每一個函數都不能超過 140 個字符。每一個函數都會接到 i 和 j 兩個整型參數（0 ≤ i, j ≤ 1023），而後須要返回一個 0 到 255 之間的整數，表示位於 (i, j) 的像素點的顏色值。舉個例子，若是 RD(0, 0) 和 GR(0, 0) 返回的都是 0 ，但 BL(0, 0) 返回的是 255 ，那麼圖像的最左上角那個像素就是藍色。參賽者編寫的代碼會被插進下面這段程序當中（我作了一些細微的改動），最終會生成一個大小爲 1024×1024 的圖片。

// NOTE: compile with g++ filename.cpp -std=c++11
 
#include <iostream>
#include <cmath>
#include <cstdlib>
#define DIM 1024
#define DM1 (DIM-1)
#define _sq(x) ((x)*(x)) // square
#define _cb(x) abs((x)*(x)*(x)) // absolute value of cube
#define _cr(x) (unsigned char)(pow((x),1.0/3.0)) // cube root
 
unsigned char GR(int,int);
unsigned char BL(int,int);
 
unsigned char RD(int i,int j){
   // YOUR CODE HERE
}
unsigned char GR(int i,int j){
   // YOUR CODE HERE
}
unsigned char BL(int i,int j){
   // YOUR CODE HERE
}
 
void pixel_write(int,int);
FILE *fp;
int main(){
    fp = fopen("MathPic.ppm","wb");
    fprintf(fp, "P6\n%d %d\n255\n", DIM, DIM);
    for(int j=0;j<DIM;j++)
        for(int i=0;i<DIM;i++)
            pixel_write(i,j);
    fclose(fp);
    return 0;
}
void pixel_write(int i, int j){
    static unsigned char color[3];
    color[0] = RD(i,j)&255;
    color[1] = GR(i,j)&255;
    color[2] = BL(i,j)&255;
    fwrite(color, 1, 3, fp);
}

我選了一些本身比較喜歡的做品，放在下面和你們分享。

首先是一個來自 Martin Büttner 的做品：

它的代碼以下：

unsigned char RD(int i,int j){
return (char)(_sq(cos(atan2(j-512,i-512)/2))*255);
}
 
unsigned char GR(int i,int j){
return (char)(_sq(cos(atan2(j-512,i-512)/2-2*acos(-1)/3))*255);
}
 
unsigned char BL(int i,int j){
return (char)(_sq(cos(atan2(j-512,i-512)/2+2*acos(-1)/3))*255);
}

一樣是來自 Martin Büttner 的做品：

這是目前暫時排名第一的做品。它的代碼以下：

unsigned char RD(int i,int j){
#define r(n)(rand()%n)
static char c[1024][1024];return!c[i][j]?c[i][j]=!r(999)?r(256):RD((i+r(2))%1024,(j+r(2))%1024):c[i][j];
}
 
unsigned char GR(int i,int j){
static char c[1024][1024];return!c[i][j]?c[i][j]=!r(999)?r(256):GR((i+r(2))%1024,(j+r(2))%1024):c[i][j];
}
 
unsigned char BL(int i,int j){
static char c[1024][1024];return!c[i][j]?c[i][j]=!r(999)?r(256):BL((i+r(2))%1024,(j+r(2))%1024):c[i][j];
}

下面這張圖片仍然出自 Martin Büttner 之手：

不可思議， Mandelbrot 分形圖形竟然能夠只用這麼一點代碼畫出：

unsigned char RD(int i,int j){
float x=0,y=0;int k;for(k=0;k++<256;){float a=x*x-y*y+(i-768.0)/512;y=2*x*y+(j-512.0)/512;x=a;if(x*x+y*y>4)break;}return log(k)*47;
}
 
unsigned char GR(int i,int j){
float x=0,y=0;int k;for(k=0;k++<256;){float a=x*x-y*y+(i-768.0)/512;y=2*x*y+(j-512.0)/512;x=a;if(x*x+y*y>4)break;}return log(k)*47;
}
 
unsigned char BL(int i,int j){
float x=0,y=0;int k;for(k=0;k++<256;){float a=x*x-y*y+(i-768.0)/512;y=2*x*y+(j-512.0)/512;x=a;if(x*x+y*y>4)break;}return 128-log(k)*23;
}

Manuel Kasten 也製做了一個 Mandelbrot 集的圖片，與剛纔不一樣的是，該圖描繪的是 Mandelbrot 集在某處局部放大後的結果：

它的代碼以下：

unsigned char RD(int i,int j){
double a=0,b=0,c,d,n=0;
while((c=a*a)+(d=b*b)<4&&n++<880)
{b=2*a*b+j*8e-9-.645411;a=c-d+i*8e-9+.356888;}
return 255*pow((n-80)/800,3.);
}
 
unsigned char GR(int i,int j){
double a=0,b=0,c,d,n=0;
while((c=a*a)+(d=b*b)<4&&n++<880)
{b=2*a*b+j*8e-9-.645411;a=c-d+i*8e-9+.356888;}
return 255*pow((n-80)/800,.7);
}
 
unsigned char BL(int i,int j){
double a=0,b=0,c,d,n=0;
while((c=a*a)+(d=b*b)<4&&n++<880)
{b=2*a*b+j*8e-9-.645411;a=c-d+i*8e-9+.356888;}
return 255*pow((n-80)/800,.5);
}

這是 Manuel Kasten 的另外一做品：

生成這張圖片的代碼頗有意思：函數依靠 static 變量來控制繪畫的進程，徹底沒有用到 i 和 j 這兩個參數！

unsigned char RD(int i,int j){
static double k;k+=rand()/1./RAND_MAX;int l=k;l%=512;return l>255?511-l:l;
}
 
unsigned char GR(int i,int j){
static double k;k+=rand()/1./RAND_MAX;int l=k;l%=512;return l>255?511-l:l;
}
 
unsigned char BL(int i,int j){
static double k;k+=rand()/1./RAND_MAX;int l=k;l%=512;return l>255?511-l:l;
}

這是來自 githubphagocyte 的做品：

它的代碼以下：

unsigned char RD(int i,int j){
float s=3./(j+99);
float y=(j+sin((i*i+_sq(j-700)*5)/100./DIM)*35)*s;
return (int((i+DIM)*s+y)%2+int((DIM*2-i)*s+y)%2)*127;
}
 
unsigned char GR(int i,int j){
float s=3./(j+99);
float y=(j+sin((i*i+_sq(j-700)*5)/100./DIM)*35)*s;
return (int(5*((i+DIM)*s+y))%2+int(5*((DIM*2-i)*s+y))%2)*127;
}
 
unsigned char BL(int i,int j){
float s=3./(j+99);
float y=(j+sin((i*i+_sq(j-700)*5)/100./DIM)*35)*s;
return (int(29*((i+DIM)*s+y))%2+int(29*((DIM*2-i)*s+y))%2)*127;
}

這是來自 githubphagocyte 的另外一個做品：

這是一張使用 diffusion-limited aggregation 模型獲得的圖片，程序運行起來要耗費很多時間。代碼頗有意思：巧妙地利用宏定義，打破了函數與函數之間的界限，三段代碼的字數限制便能合在一塊兒使用了。

unsigned char RD(int i,int j){
#define D DIM
#define M m[(x+D+(d==0)-(d==2))%D][(y+D+(d==1)-(d==3))%D]
#define R rand()%D
#define B m[x][y]
return(i+j)?256-(BL(i,j))/2:0;
}
 
unsigned char GR(int i,int j){
#define A static int m[D][D],e,x,y,d,c[4],f,n;if(i+j<1){for(d=D*D;d;d--){m[d%D][d/D]=d%6?0:rand()%2000?1:255;}for(n=1
return RD(i,j);
}
 
unsigned char BL(int i,int j){
A;n;n++){x=R;y=R;if(B==1){f=1;for(d=0;d<4;d++){c[d]=M;f=f<c[d]?c[d]:f;}if(f>2){B=f-1;}else{++e%=4;d=e;if(!c[e]){B=0;M=1;}}}}}return m[i][j];
}

最後這張圖來自 Eric Tressler ：

這是由 logistic 映射獲得的 Feigenbaum 分岔圖。和剛纔同樣，對應的代碼也巧妙地利用了宏定義來節省字符：

unsigned char RD(int i,int j){
#define A float a=0,b,k,r,x
#define B int e,o
#define C(x) x>255?255:x
#define R return
#define D DIM
R BL(i,j)*(D-i)/D;
}
 
unsigned char GR(int i,int j){
#define E DM1
#define F static float
#define G for(
#define H r=a*1.6/D+2.4;x=1.0001*b/D
R BL(i,j)*(D-j/2)/D;
}
 
unsigned char BL(int i,int j){
F c[D][D];if(i+j<1){A;B;G;a<D;a+=0.1){G b=0;b<D;b++){H;G k=0;k<D;k++){x=r*x*(1-x);if(k>D/2){e=a;o=(E*x);c[e][o]+=0.01;}}}}}R C(c[j][i])*i/D;
}

如何執行代碼生成圖片

由於個人電腦原來沒有C++ 11 ，因此編譯不經過。先安裝g++ 11，使用下面命令

sudo add-apt-repository ppa:ubuntu-toolchain-r/test
  sudo apt-get update
  sudo apt-get install gcc-4.8
  sudo apt-get install g++-4.8

再切換到gcc-4.8，表示使用c++11

sudo update-alternatives --install /usr/bin/gcc gcc /usr/bin/gcc-4.6 60 --slave /usr/bin/g++ g++ /usr/bin/g++-4.6
sudo update-alternatives --install /usr/bin/gcc gcc /usr/bin/gcc-4.8 40 --slave /usr/bin/g++ g++ /usr/bin/g++-4.8
sudo update-alternatives --config gcc

使用g++ --version 查看版本

g++ (Ubuntu 4.8.4-1ubuntu15~12.04.1) 4.8.4
Copyright (C) 2013 Free Software Foundation, Inc.
This is free software; see the source for copying conditions.  There is NO

編譯 && 執行

g++ p.cpp -std=c++11 && ./a.out

查看結果使用python 把ppm格式轉換成 bmp格式

from PIL import Image
img = Image.open('MathPic.ppm')
img.save('a.bmp')
img.show()

—————END—————