多維陣列 15:細菌的繁殖與擴散 python

本人為 python 小白，寫這題的程式碼有兩個原因。一是：我第一次做這道題沒有什麼思路，但百度到的都是 C++ 的解法，所以打算寫一個 python 的程式碼。二是：我打算把思路過程寫下來，這樣我以後也可以更好理解自己當時的想法。
（由於筆者接觸 python 不久，所以寫的程式碼有些冗長而且不知道如何優化，還望閱者諒解。如有錯誤，懇請指正。）

題目描述：

在邊長為9的正方形培養皿中，正中心位置有m個細菌。假設細菌的壽命僅一天，但每天可繁殖10個後代，而且這10個後代，有兩個分佈在原來的單元格中，其餘的均勻分佈在其四周相鄰的八個單元格中。求經過n(1≤n≤4)天后，細菌在培養皿中的分佈情況。

輸入格式：

輸入為兩個整數，第一個整數m表示中心位置細菌的個數（2 ≤ m ≤ 30），第二個整數n表示經過的天數（1 ≤ n ≤ 4）。

輸出格式：

輸出九行九列整數矩陣，每行的整數之間用空格分隔。整個矩陣代表n天后細菌在培養皿上的分佈情況。

輸入樣例：

2 1

輸出樣例：

0 0 0 0 0 0 0 0 0
0 0 0 0 0 0 0 0 0
0 0 0 0 0 0 0 0 0
0 0 0 2 2 2 0 0 0
0 0 0 2 4 2 0 0 0
0 0 0 2 2 2 0 0 0
0 0 0 0 0 0 0 0 0
0 0 0 0 0 0 0 0 0
0 0 0 0 0 0 0 0 0

簡單的思路分析

因為細菌的壽命只有一天，所以可以認為後一天的表格為全是 0 ，再加上剛繁殖的細菌。所以我的想法是用兩個列表，一個記錄前一天培養皿的狀態，一個恆為零，是用來加上剛繁殖的細菌輸出答案的。
然後分析細菌的繁殖與分佈位置。我們發現新繁殖的細菌分佈在以原先細菌為中心的 3*3 的格子中。根據題目的描述，如果設原先細菌的數量為 count ，那麼此時的表格應為：

[count count count]
[count 2*count count]
[count count count]

因為繁殖一次後有兩個分佈在原來的單元格，所以繁殖一次後原先的單元裡有的細菌數量有 2*count 個。

程式碼實現

box = [[0, 0, 0, 0, 0, 0, 0, 0, 0],
       [0, 0, 0, 0, 0, 0, 0, 0, 0,],
       [0, 0, 0, 0, 0, 0, 0, 0, 0,],
       [0, 0, 0, 0, 0, 0, 0, 0, 0,],
       [0, 0, 0, 0, 0, 0, 0, 0, 0,],
       [0, 0, 0, 0, 0, 0, 0, 0, 0,],
       [0, 0, 0, 0, 0, 0, 0, 0, 0,],
       [0, 0, 0, 0, 0, 0, 0, 0, 0,],
       [0, 0, 0, 0, 0, 0, 0, 0, 0,]
       ]

box1 = box

num, days = map(int, input().split())

box1[4][4] = num

# step 記錄細菌所在的位置
step = [[4, 4]]

while days > 0:
    box = [[0, 0, 0, 0, 0, 0, 0, 0, 0],
       [0, 0, 0, 0, 0, 0, 0, 0, 0,],
       [0, 0, 0, 0, 0, 0, 0, 0, 0,],
       [0, 0, 0, 0, 0, 0, 0, 0, 0,],
       [0, 0, 0, 0, 0, 0, 0, 0, 0,],
       [0, 0, 0, 0, 0, 0, 0, 0, 0,],
       [0, 0, 0, 0, 0, 0, 0, 0, 0,],
       [0, 0, 0, 0, 0, 0, 0, 0, 0,],
       [0, 0, 0, 0, 0, 0, 0, 0, 0,]
       ]
    
    for j, i in step:
        count = box1[j][i]
        box[j][i] += 2 * count
        # 原先細菌周圍的八個位置細菌數量都增加 count 個
        for new_x, new_y in [[j-1, i-1], [j-1, i], [j-1, i+1], [j, i-1], [j, i+1], [j+1, i-1], [j+1, i], [j+1, i+1]]:
                box[new_x][new_y] += count
                
   # 用 list1 作為過渡的列表，避免下面的迴圈無法退出
    list1 = []
    for j, i in step:
        for new_x, new_y in [[j-1, i-1], [j-1, i], [j-1, i+1], [j, i-1], [j, i+1], [j+1, i-1], [j+1, i], [j+1, i+1]]:
        # if 語句避免將重複的位置加入列表
            if [new_x, new_y] not in list1 and [new_x, new_y] not in step:
                list1.append([new_x, new_y])
    
    for i in list1:
            step.append(i)
        
    box1 = box
    
    days -= 1


for i in box:
    s = ""
    for j in i:
        s += str(j) + " "
    print(s.rstrip())