中国MOOC_面向对象程序设计——Java语言_期末考试编程题_1细胞自动机

期末考试编程题

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这是期末考试的编程题

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1

细胞自动机（30分）

题目内容：

这是细胞自动机的非图形版本。细胞自动机是指在一个二维网格内，每一个网格是一个细胞。每个细胞有活和死两种状态。

初始时刻，有些细胞是活的，有些细胞是死的。自动机的每一步，根据每个细胞周围8个格子内的其他细胞的生存情况决定这个细胞下一步是否存活。具体的规则如下：

• 如果该细胞现在是活的，并且周围8个格子中有2或3个活着的细胞，则继续存活；如果周围8个格子中的活着的细胞数量少于2个或多于3个，则死亡；

• 如果该细胞现在是死的，并且周围8个格子中正好有3个活着的细胞，则细胞复活。

• 位于整个网格边缘和顶角的细胞，它的周围细胞可能少于8个。即越过网格的边界不再有细胞。

• 每个细胞的生死变化，都不会影响当前这一步周围的细胞，只会在下一步表现出来。

提示：课程中的代码与上一句描述不同。

输入格式:

首先输入两个正整数，范围为[3,102]，依次表示网格的宽度和高度。

然后输入多组正整数，依次表示一个活着的细胞的网格位置，每组数字中，第一个表示行号，第二个表示列号，均从0开始编号。

最后，以“-1 -1”表示不再有活着的细胞。-1 -1不是有效的位置。

然后，以一个正整数，范围为[1,10000]，表示要求细胞自动机执行的步数。

输出格式：

输出一个正整数，表示执行完毕后，剩下的活着的细胞的数量。

输入样例：

3 3

1 1 1 2 0 1 2 1

-1 -1

1

输出样例：

7

时间限制：500ms内存限制：32000kb

import java.util.Scanner;

public class CellMachine {
	static Scanner in = new Scanner(System.in);
	static int width = 0;// 宽度
	static int height = 0;// 高度
	static int[][] field_old;// 旧的网格
	static int[][] field_new;// 新的网格
	static int times;// 步数

	public static void main(String[] args) {
		// 首先输入两个正整数，范围为[3,102]，依次表示网格的宽度和高度。
		width = in.nextInt();
		height = in.nextInt();

		// 初始化数组
		initial();

		// 然后，以一个正整数，范围为[1,10000]，表示要求细胞自动机执行的步数。
		times = in.nextInt();

		// 细胞自动机执行
		run(times);

		System.out.println(count(field_old));// 输出一个正整数，表示执行完毕后，剩下的活着的细胞的数量。
	}

	// 初始化数组
	public static void initial() {
		field_old = new int[height][width];
		field_new = new int[height][width];

		for (int i = 0; i < field_old.length; i++) {
			for (int j = 0; j < field_old[i].length; j++) {
				field_old[i][j] = 0;
				field_new[i][j] = 0;
			}
		}

		// 然后输入多组正整数，依次表示一个活着的细胞的网格位置，每组数字中，第一个表示行号，第二个表示列号，均从0开始编号。
		while (true) {
			int i = in.nextInt();
			int j = in.nextInt();

			if (i == -1 && j == -1) {
				break;// 最后，以“-1 -1”表示不再有活着的细胞。-1 -1不是有效的位置。
			}

			field_old[i][j] = 1;
			field_new[i][j] = 1;
		}
	}

	// 细胞自动机执行
	public static void run(int times) {
		int number = 0;

		for (int i = 0; i < times; i++) {
			for (int j = 0; j < field_old.length; j++) {
				for (int k = 0; k < field_old[j].length; k++) {
					number = getNeighbour(j, k);// 计算周围活着的细胞

					if (field_old[j][k] == 1 && (number == 2 || number == 3)) {
						field_new[j][k] = 1;
					} else {
						field_new[j][k] = 0;
					}

					if (field_old[j][k] == 0 && number == 3) {
						field_new[j][k] = 1;
					}
				}
			}

			for (int j = 0; j < field_new.length; j++) {
				for (int k = 0; k < field_new[j].length; k++) {
					field_old[j][k] = field_new[j][k];// 把新的复制到旧的
				}
			}
		}
	}

	// 计算周围活着的细胞
	public static int getNeighbour(int i, int j) {
		int number = 0;

		if (i == 0 && j == 0) {// 左上角
			number = field_old[i][j + 1] + field_old[i + 1][j + 1] + field_old[i + 1][j];
		} else if (i == 0 && j == width - 1) {// 右上角
			number = field_old[i][j - 1] + field_old[i + 1][j - 1] + field_old[i + 1][j];
		} else if (i == height - 1 && j == 0) {// 左下角
			number = field_old[i - 1][j] + field_old[i - 1][j + 1] + field_old[i][j + 1];
		} else if (i == height - 1 && j == width - 1) {// 右下角
			number = field_old[i - 1][j] + field_old[i - 1][j - 1] + field_old[i][j - 1];
		} else if (i == 0) {// 首行其他
			number = field_old[i][j - 1] + field_old[i + 1][j - 1] + field_old[i + 1][j] + field_old[i + 1][j + 1]
					+ field_old[i][j + 1];
		} else if (i == height - 1) {// 末行其他
			number = field_old[i][j - 1] + field_old[i - 1][j - 1] + field_old[i - 1][j] + field_old[i - 1][j + 1]
					+ field_old[i][j + 1];
		} else if (j == 0) {// 最左其他
			number = field_old[i - 1][j] + field_old[i - 1][j + 1] + field_old[i][j + 1] + field_old[i + 1][j + 1]
					+ field_old[i + 1][j];
		} else if (j == width - 1) {// 最右其他
			number = field_old[i - 1][j] + field_old[i - 1][j - 1] + field_old[i][j - 1] + field_old[i + 1][j - 1]
					+ field_old[i + 1][j];
		} else {// 其他
			number = field_old[i - 1][j - 1] + field_old[i - 1][j] + field_old[i - 1][j + 1] + field_old[i][j + 1]
					+ field_old[i + 1][j + 1] + field_old[i + 1][j] + field_old[i + 1][j - 1] + field_old[i][j - 1];
		}

		return number;
	}

	// 剩下的活着的细胞的数量
	public static int count(int[][] field) {
		int number = 0;

		for (int i = 0; i < field.length; i++) {
			for (int j = 0; j < field[i].length; j++) {
				if (field[i][j] == 1) {
					number++;
				}
			}
		}

		return number;
	}
}