用三段140字符以内的代码生成一张1024×1024的图片

Kyle McCormick 在 StackExchange 上发起了一个叫做 Tweetable Mathematical Art 的比赛，参赛者需要用三条推这么长的代码来生成一张图片。具体地说，参赛者需要用 C++ 语言编写 RD 、 GR 、 BL 三个函数，每个函数都不能超过 140 个字符。每个函数都会接到 i 和 j 两个整型参数（0 ≤ i, j ≤ 1023），然后需要返回一个 0 到 255 之间的整数，表示位于 (i, j) 的像素点的颜色值。举个例子，如果 RD(0, 0) 和 GR(0, 0) 返回的都是 0 ，但 BL(0, 0) 返回的是 255 ，那么图像的最左上角那个像素就是蓝色。参赛者编写的代码会被插进下面这段程序当中（我做了一些细微的改动），最终会生成一个大小为 1024×1024 的图片。

// 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);
 }

　　我选了一些自己比较喜欢的作品，放在下面和大家分享。

　　首先是一个来自 Martin Büttner 的作品：

　　它的代码如下：

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);
 }

　　同样是来自 Martin Büttner 的作品：

　　这是目前暂时排名第一的作品。它的代码如下：

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];
 }

　　下面这张图片仍然出自 Martin Büttner 之手：

　　难以想象， Mandelbrot 分形图形居然可以只用这么一点代码画出：

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 也制作了一个 Mandelbrot 集的图片，与刚才不同的是，该图描绘的是 Mandelbrot 集在某处局部放大后的结果：

　　它的代码如下：

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);
 }

　　这是 Manuel Kasten 的另一作品：

　　生成这张图片的代码很有意思：函数依靠 static 变量来控制绘画的进程，完全没有用到 i 和 j 这两个参数！

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;
 }

　　这是来自 githubphagocyte 的作品：

　　它的代码如下：

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;
 }

　　这是来自 githubphagocyte 的另一个作品：

　　这是一张使用 diffusion-limited aggregation 模型得到的图片，程序运行起来要耗费不少时间。代码很有意思：巧妙地利用宏定义，打破了函数与函数之间的界限，三段代码的字数限制便能合在一起使用了。

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];
 }

　　最后这张图来自 Eric Tressler ：

　　这是由 logistic 映射得到的 Feigenbaum 分岔图。和刚才一样，对应的代码也巧妙地利用了宏定义来节省字符：

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;
 }