import java.awt.*;     // Needed for window and graphics (explained in COMP1406)
import javax.swing.*;  // Needed for window and graphics (explained in COMP1406)

// This application displays an image
public class FireSpreadSimulation {
    // This variable stores the panel that displays the fire
    // (This is a topic discussed in COMP1406 course)
    public static TerrainPanel   terrainPanel;

    // These are the codes that indicate what is at each position in the array
    public static final byte GRASS  = 1;
    public static final byte TREES  = 2;
    public static final byte WATER  = 3;
    public static final byte FIRE   = 4;
    public static final byte BURNED = 0;
    
    // This is the 170 x 102 cell terrain where each cell corresponds to 
    // a terrain type as is shown with the above 5 possible byte codes.
    public static String[] terrainData = {
        "11111111111111111111111111111111111111111111111111111111111111111111111111111111111111112211111122222112222222222222221111111111111221121221112211111111111111111111111111",
        "11111111111111111111111111111111111111111111111111111111111111111111111111111111111111111111111112221111222222222222221111111111111221121111111111111111111111111111111111",
        "11111111111111111111111111111111111111111111111111111111111111111111111111111111111111111111111111111111222222222222221111111111111211111111111111111111111111111111111111",
        "11111111111111111111111111111111111111111111111111111111111111111111111111111111111111111111111111111111222222221222221111111111111211111111111111111111111111111111111111",
        "11111111111111111111111111111111111111111111111111111111111111111111111111111111111111111111111111111111222222221122211111111111111211111111111111111111111111111111111111",
        "11111111111111111111111111111111111111111111111111111111111111111111111111111111111111111111111111111111111111111122211111111111111211111111111111111111111111111111111111",
        "11111111111111111111111111111111111111111111111111111111111111111111111111111111111111111111111111111111111111111111111111111111111211111111111111111111111111111111111111",
        "11111111111111111111111111111111111111111111111111111111111111111111111111111111111111111111111111111111111111111111111111111111111211111111111111111111111111111111111111",
        "11111111111111111111111111111111111111111111111111111111111111111111111111111111111111111111111111111111111111111111111111111111111211111111111111111111111111111111111111",
        "11111111111111111111111111111111111111111111111111111111112111111111111111111111111111111111111111111111111111111111111111111111111211111111111111111111111111111111111111",
        "11111111111111111111111111111111111111111111111111111111111111111111111111111111111111111111111111111111111111111111111111111111111211111111111111111111111111111111111111",
        "11111111111111111111111111111111111111111111111111111111113331111111111111111111111111111111111111111111111111111111111111111111111211111111111111111111111111111111111111",
        "11111111111111111111111111111111111111111111111111111111311333331111111111111111111111111111111111111111111111111111111111111111111211111111111111111111111111111111111111",
        "11111111111111111111111111111111111111111111111111111113111333333333333331111111111111111111111111111111111111111111111111111111111211111111111111111111111111111111111111",
        "11111111111111111111111111111111111111111111111111111111113333333333333333111111111111111111111111111111111111111111111111111111111211111111111111111111111111111111111111",
        "11111111111111111112211111111111111111111111111111131111333333333333333333111111111111111111111111111111111111111111111111111111111211111111111111111111111111111111111111",
        "11111111111111111111121111111111111111111111111111331133333333333333333333311111111111111111111111111111111111111111111111111111111211111111111111111111111111111111111111",
        "11111111111111111111112211111111111111111111111111331333333333333333333333311111111111111111111111111111111111111111111111111111111211111111111111111111111111111111111111",
        "11111111111111111111111111111111111111111111111113333333333333333333333333311111111111111111111111111111111111111111111111111111111211111111111111111111111111111111111111",
        "11111111111111111111111111111111111111111111111133333113333333333333333333331111111111111111111111111111111111111111111111111111111211111111111111111111111111111111111111",
        "11111111111111111111111111111111111111111112111333111113333333333333333333333111111111111111111111111111111111111111111111111111111211111111111111111111111111111111111111",
        "11111111111111111111111111111111111111111111133331113333333333333333333333333331113333111111111111111111111111111111111111111111111211111111111111111111111111111111111111",
        "11111111111111111111111111111111111111111113333331133333333333333333333333333333333331111111111111111111111111111111111111111111111211111111111111111111111111111111111111",
        "11111111111111111111111111111111111111113333333333333333333333333333333333333333333331111111111111111111111111111111111111111111111211111111111111111111111111111111111111",
        "11111111111111111111111111111111111113333333333333333333333333333333333333333333333331111111111111111111111111111111111111111111112221111111111111111111111111111111111111",
        "11111111111111111111111111111111111133333333333333333333333111333333333333333333333331111111111111111111111111111111111111111111112221111111111111111111111111111111111111",
        "11111111111111111111111111111111113333333333333333333333111111333333333333333333333333311111111111111111111111111111111111111111111221111111111111111111111111111111111111",
        "11111111111111111111111111111111133333333333333333333331111133333333333333333333333333331111111111111111111111111111111111111111111221111111111111111111111111111111111111",
        "11111111111111111111111111111111333333333333333333333111211333333333333333333333333333331111111111111111111111111111111111111111111121111111111111111111111111111111111111",
        "11111111111111111111111111111113333333333333333333331111113333333333333333333333333333311111111111111111111111111111111111111111111121111111111111111111111111111111111111",
        "11111111111111111111111111111333333333333333333333111111133333333333333333333333333333311111111111111111111111111111111111111111111112111111111111111111111111111111111111",
        "11111111111111111111111111113333331111333333333331111111311133333333333333333333333333311111111111111111111111111111111111111111111112111111111111111111111111111111111111",
        "11111111111111111111111111333331111113333333111111111111111111133333333333333333333333333111111111111111111111111111111111111111111111111111111111111111111111111111111111",
        "11111111111111111111111111311111111133333311111111111111111111113333333333333333311113333111111111111111111111111111111111111111111111121111111111111111111111111111111111",
        "11111111111111111111111111111111111111331111111111111111111111111333333333111111112213333111111111111111111111111111111111111111111111121111111111111111111111111111111111",
        "11111111111111111111111111111111111111112111111111111111111111111131133111111111111213331111111111111111111111111111111111111111111111111111111111111111111111111111111111",
        "11111111111111111111111111111111111111111111111111111111111111111111111111111111111111111111111111111111111111111111111111111111111111111211111111111111111111111121111111",
        "11111111111111111111111111111111111111111111111111111111111111111111111111111111222111221221111111121111111111111111111111111111122111111122211111111111111111111121111111",
        "11111111111111111111111111111111111111111111111111111111111111111111111111121111111111111111133311111111111112221111111111111111122211111111211222211111111111111121111111",
        "11111111111111111111111111111111111111111111111111111111111111111111111111111111111111111122133333333333333111111111111111111112211111111111111111222211111111111121111111",
        "11111111111111111111112111111111111111111111111111111111111111111111212112222211333111211122111111333333333333333111112222222221111111111111111111112222111111111211111111",
        "11111111111111111111111111111111111111111111111111111111111111111111221121111111333331113313111111333333333333333331111111221111111111111111111111112222222111112211111111",
        "11111111111111111112111111111111111111111111111111111111112111111121111111333333333333313333333333333333333333333333333331121111111111111111111111111122222221111111211111",
        "11111111111111111122111111111111111111111111111111111111111122111111111111333333133331111113333333333333333333333333333333122111111111111111111111111112222221111211111112",
        "11111111111111111121111111111111111111111111111111111111111122111113333133333333133311121111333333333333333333333333333333111211111111111111111111111122222222112211222222",
        "11111111111111111121111111111111111111111111111111111111111122112133333333333333133311212221133333333333333333333333333333311211111111111111111111111112222222222222222222",
        "11111111111111111111111111111111111111111111111111111111111122112133333333333333333311121111111133333333333333333333333333331111111111111111111111111111122222222222222222",
        "11111111111111111112111111111111111111111111111111111111111122221333113333333333333111111111111111333333333333333333333333331111111111111111111111111111111122222222222222",
        "11111111111111111112111111111111111111111111111111111111111122213331133333333333331221111111111112133333333333333111333333333311111111111111111111111111111122222222222222",
        "11111111111111111112111111111111111111111111111111111111111112113311333333333331331221111111111121113333333333333311133333333331211111111111111111111111111112222222222222",
        "11111111111111111112111111111111111111111111111111111111111222133111333333333311311211111111111121113333333333333331133333333331111111111111111111111111111112222222222222",
        "11111111111111111112111111111111111111111111111111111111111221133113333333331111111111111111111111133333333333333331111333333333111111111111111111111111111112222222222222",
        "11111111111111111122111111111111111111111111111111111111111213311133333333331111111111111111111112113333333333333333121133333331311111111111111111111111111112222222222222",
        "11111111111111111122111111111111111111111111111111111111111133112133333333311111111111111111111111113333333333333333111133333311111111111111111111111111111222222222222222",
        "11111111111111111112111111111111111111111111111111111111111131121333333333111211111111111111111111113333333333333333311111133331111111111111111111111111112222222222222222",
        "11111111111111111111221111111111111111111111111111111111122111211333333333111111111111111111111112213333333333333333111112111331211111111111111111111122222222222222222222",
        "11111111111111111111111111111111111111111111111111111111112121113333333333111111111111111111111111213333333333333331111111111111211111111111111111211221122222222211222211",
        "11111111111111111111111122111111111111111111111111111111111111113333333333111111111111111111111111113333333333333311211111111111211111111111111111222222222222221111222211",
        "11111111111111111111111112211111111111111111111111111111111111113333333331121111111111111111111111133333333333333311111111111112111111111111111112222222222222131112222111",
        "11111111111111111111111111211111111111111111111111111111111111113333333331121111111111111111111121333333333333333111111111111111211121111111111112221111121113312222221111",
        "11111111111111111111111111112211111111111111111111111111111111113333333311211111111111111111122211333333333333333111111111111111111111111111122122212222113333312222211111",
        "11111111111111111111111111111122111111111111111111111111111111133333333311111111111111111111121133331111133333333111111111111111111111112222221111331112113333331111111111",
        "11111111111111111111111111111112111111111111111111111111111111333333333311211111111111111111211333112212113333333111111111111111111112221111133333333311133333311211111111",
        "11111111111111111111111111111112111111111111111111111111111111333333333332211111111111112111211333122111113333333111111111111111111222113333333333333333333333312111111111",
        "11111111111111111111111111111112111111111111111111111111111111333333333311111111111111111222111331122211213333333111111111111111112211333333333333333333333333332111111111",
        "11111111111111111111111111111112211111111111111111111111111111333333333311111111111111111222221111211111213333333111111111111111122133333333333333333333333333332111111111",
        "22222222222112222221122211122222211111111111111111111111111111333333333311111111111111111222222222111111213333333111111111111111121333333333333333333333333331112211111111",
        "11111111111111111111111111111111211111111111111111111111111113333333333331111111111111111122222221111111113333331111111111111111211333333331111111333333333112222221111111",
        "11111111111111111111111111111111211111111111111111111111111113333333333331111111111111111111122221111111113333331111111111111111213333311112222222111111111122222222211111",
        "11111111111111111111111111111111211111111111111111111111111113333333333331112111111111112211111111111112211333111111111111111111221111222222222222222222222222222222222211",
        "11111111111111111111111111111111211111111111111111111111111113333333333333111111111111111111111111111111111331121111111111111111122222221122211111222222222222222222221211",
        "11111111111111111111111111111111211111111111111111111111111213333333333333111211111111111111111211111111121112211111111111111111111122111222111111111112122222111111111111",
        "11111111111111111111111111111111111111111111111111111111111113333333333333122111111111111111111111111111222211121111111111111112211111121111111112111111122211111111111111",
        "11111111111111111111111111111111111111111111111111111111111221333333333333112112111111111111111111111111111221121111111122111111311333331111111111111111122211111111111111",
        "11111111111111111111111111111111112221111111111111111111111121333333333333112112111111111111111111111122112222111221111121111333333333331111111111111111122111111111111111",
        "11111111111111111111111111111111111111111111111111111111111121333333333333112111111111111111111111111121311112212111333331111333333333111111111111111111111111111111111111",
        "11111111111111111111111111111111111122221122222222222111222221333333333333121111111111111111111111122111311122221113333333333333333331111111111111111111111111111111111111",
        "11111111111111111111111111111111111112221111111111111111122221333333333333121111111111111111111111122113331122111333333333333333333111111111111111111111111111111111111111",
        "11111111111111111111111111111111111111121111111111111111111111333333333331111111111111111111111112111111111221113333333333333333331111111111111111111111111111111111111111",
        "11111111111111111111111111111111111111222111111111111111111121333333333331211111111111111111111112111122222211333333333333333333111111111111111111111111111111111111111111",
        "11111111111111111111111111111111111111112211111111111111111111333333333311111111111111111111111112221122221133333333333333333111111111111111111111111111111111111111111111",
        "11111111111111111111111111111111111111112211111111111111111112133333333311111111111111111111111112211111111333333333333333311111111111111111111111111111111111111111111111",
        "11111111111111111111111111111111111111112211111111111111111112133333333122111111111111111111111211113333333333333333333311111111111111111111111111111111111111111111111111",
        "11111111111111111111111111111111111111122211111111111111111112113333331122111111111111111111111122133333333333333333311111221111111111111111111111111111111111111111111122",
        "11111111111111111111111111111111111111122221111111111111121112213333112222222222221112221222222222133333333333333333111111111111111111111111111111111111111111111111111112",
        "11111111111111111111111111111111211111222122221111111122122112221111111211111111111111111111111122211133333333333311111111111111111111111111111111111111111111111111111112",
        "11111111111111111111111111111112111122222122121111111222212111122211111211111111111111111111111111222111133333333111111111111111111111111111111111111111111111111111111111",
        "11111111111111111111111111111122222222212122111111112211212211121121111111111111111111111111111111212211111111211111111111121111111111111111111111111111111111111111111111",
        "11111111111111111111111111111112222111111111111222222222222211121111111111111111111111111111111111111122111111111111111111111111111111111111111111111111111111111111111111",
        "11111111111111111111111111111111222111111111111222222211222211121111111111111111111111111111111111111111111111111111111111111111111111111111111111111112112111111111111111",
        "11111111111111111111111111111111122111111111111222211111211211221111111111111111111111121111111111111111111111111111111111121111111111111111111111111111122111111111111111",
        "11111111111111111111111111111111122211111111112211111111111221221111111111111111111111121111111111111111111111111111111111111111111111111111111111121111122111111111111122",
        "11111111111111111111111111111111122111111111112211111111111221221111111111111111111111111111111111111111111111111111111111111111111111111111111111111111222111111111111222",
        "11111111111111111111111111111111122111111111222211111111111221121111111111111111111111111111111111111111111111111111111111111111111111111111111111111112222111111111211222",
        "11111111111111111111111111211112221111112111222111111111111221121111111111111111111111111111111111111111111111111111111111121111111111111111111111111111111111111111222222",
        "11111111111111111111122222222222221111122111221111111111111221121111111111111111111111111111111111111111111111111111111111221111111111111111111111122212211111121111222222",
        "11111111112211112222222222222222111111222222222111111111111111121111111211111111111111111111111111111111111111111111111111221111111111111111111111112212221111112222222222",
        "11111111111111111111111111122222122111222222222111111111111111121111121111111111111111111111111111111111111111111111111111221111111111111111111111111111221122222222222222",
        "11111111111111111111111111112222122211122222222211111111111111221111211111111111111111111111111111111111111111111111111111221111111111111111111111111111222222222222222222",
        "11111111111111111111111111212222122221222222222222111111111111222111111111111111111111111111111111111111111111111111111111221111111111111111111111111222222222122222222222",
        "11111111111111111111111111212222112222222222222222111111111111222211111111111111111111111111111111111111111111111111111111211111111111111111111111111112222222222222222222",
        "11111111111111111111111111112222111122222222222222111111111111222111111111111111111111111111111111111111111111111111111111211111111111111111111111112111222222222222222222"
    };
    
    // These variables store the width and height of the terrain 
    public static int terrainWidth = terrainData[0].length();
    public static int terrainHeight = terrainData.length;
    
    // This is the terrain itself, which is made from the above String array.
    public static byte[][] terrain = new byte[terrainHeight][terrainWidth];
    
    
    // This code represets the active border of all fires
    public static int[]    borderX;       // points along the border of the fire
    public static int[]    borderY;       // points along the border of the fire
    public static float[]  borderCost;    // points along the border of the fire
    public static int      borderSize;    // # points along the border of the fire
    
    public static void startSimulation() {
        // Fill up the terrain array
        for (int i=0; i<terrainHeight; i++) {
            for (int j=0; j<terrainWidth; j++) {
                terrain[i][j] = (byte)(terrainData[i].charAt(j) - 48);
            }
        }
        
        // Create an array to store the "border" of the fire as it spreads outwards
        borderX = new int[1000]; 
        borderY = new int[1000]; 
        borderCost = new float[1000]; 
        
        // To start, will will begin with 3 small fires
        borderX[0] = 85;
        borderY[0] = 70;
        borderCost[0] = 0;
        borderX[1] = 120; 
        borderY[1] = 30; 
        borderCost[1] = 0; 
        borderX[2] = 20;
        borderY[2] = 20;
        borderCost[2] = 0;
        borderSize = 3;
        terrain[70][85] = FIRE;
        terrain[20][20] = FIRE;
        terrain[30][120] = FIRE;
         
        // Now simulate the fire until it cannot spread any further
        while(borderSize > 0) {
            terrainPanel.repaint(); // This code redraws the window
            spreadFire();           // This code simulates the fire spreading
            try{ Thread.sleep(1); } catch(Exception e){};
        }
    }
    
    // Function that determines if a cell can be burned
    public static boolean isBurnable(int y, int x) {
        return (terrain[y][x] == GRASS) || (terrain[y][x] == TREES);
    }
    
    // Simulate the spreading of the fire in each direction from the oldest fire point
    public static void spreadFire() {
        // Grab the last border point (after sorted).  It should be the oldest
        // border of the fires ... which should be processed first
        int pX = borderX[borderSize-1];
        int pY = borderY[borderSize-1];
        float pCost = borderCost[borderSize-1];
        
        // Extingush the fire at this location by marking the terrain as burned
        terrain[pY][pX] = BURNED;
        borderSize--;
        
        // Now we will check all around this extinguished pixel to spread
        // the fire outwards in all 8 directions, if possible
        
        // Check left
        if ((pX > 0) && isBurnable(pY,pX-1)) {
            terrain[pY][pX-1] = FIRE;
            borderX[borderSize] = pX-1;
            borderY[borderSize] = pY;
            borderCost[borderSize] = pCost + 1 + (int)(Math.random()*3);
            borderSize++;
        }
        
        // Check right
        if ((pX < terrainWidth-1) && isBurnable(pY,pX+1)) {
            terrain[pY][pX+1] = FIRE;
            borderX[borderSize] = pX+1;
            borderY[borderSize] = pY;
            borderCost[borderSize] = pCost + 1 + (int)(Math.random()*3);
            borderSize++;
        }
        
        // Check up
        if ((pY > 0) && isBurnable(pY-1,pX)) {
            terrain[pY-1][pX] = FIRE;
            borderX[borderSize] = pX;
            borderY[borderSize] = pY-1;
            borderCost[borderSize] = pCost + 1 + (int)(Math.random()*3);
            borderSize++;
        }
        
        // Check down
        if ((pY < terrainHeight-1) && isBurnable(pY+1,pX)) {
            terrain[pY+1][pX] = FIRE;
            borderX[borderSize] = pX;
            borderY[borderSize] = pY+1;
            borderCost[borderSize] = pCost + 1 + (int)(Math.random()*3);
            borderSize++;
        }
        
        // Check left/up diagonal
        if ((pX > 0) && (pY > 0) && isBurnable(pY-1,pX-1)) {
            terrain[pY-1][pX-1] = FIRE;
            borderX[borderSize] = pX-1;
            borderY[borderSize] = pY-1;
            borderCost[borderSize] = pCost + 1.414f + (int)(Math.random()*3);
            borderSize++;
        }
        
        // Check right/up diagonal
        if ((pX < terrainWidth-1) && (pY > 0) && isBurnable(pY-1,pX+1)) {
            terrain[pY-1][pX+1] = FIRE;
            borderX[borderSize] = pX+1;
            borderY[borderSize] = pY-1;
            borderCost[borderSize] = pCost + 1.414f + (int)(Math.random()*3);
            borderSize++;
        }
        
        // Check left/down diagonal
        if ((pX > 0) && (pY < terrainHeight-1) && isBurnable(pY+1,pX-1)) {
            terrain[pY+1][pX-1] = FIRE;
            borderX[borderSize] = pX-1;
            borderY[borderSize] = pY+1;
            borderCost[borderSize] = pCost + 1.414f + (int)(Math.random()*3);
            borderSize++;
        }
        
        // Check right/down diagonal
        if ((pX < terrainWidth-1) && (pY<terrainHeight-1) && isBurnable(pY+1,pX+1)) {
            terrain[pY+1][pX+1] = FIRE;
            borderX[borderSize] = pX+1;
            borderY[borderSize] = pY+1;
            borderCost[borderSize] = pCost + 1.414f + (int)(Math.random()*3);
            borderSize++;
        }
        // Now that we have extended the fire along the border, 
        // re-sort so that we process the one that is the "oldest"
        BubbleSort();
    }
    
    // BubbleSort algorithm to sort all border points.   Most of the points are
    // already sorted, but we just added a few new ones by expanding one fire point.
    // These (up to 8) new points need to be in the correct spot in the sorted list.
    public static void BubbleSort() {
        for (int p=borderSize-1; p>=0; p--) {
            boolean madeSwap = false;
            for (int i=0; i<=p-1; i++) { 
                if (borderCost[i] < borderCost[i+1]) {
                    int tempX = borderX[i+1];
                    int tempY = borderY[i+1];
                    float tempCost = borderCost[i+1];
                    borderX[i+1] = borderX[i];
                    borderY[i+1] = borderY[i];
                    borderCost[i+1] = borderCost[i];
                    borderX[i] = tempX;
                    borderY[i] = tempY;
                    borderCost[i] = tempCost;
                    madeSwap = true;
                }
            }
            if (!madeSwap) return;
        }
    }

    // The main method simply creates a window with a TerrainPanel and then starts the simulation
    public static void main(String args[]) {
        JFrame frame = new JFrame("Fire Spread Simulation");
        frame.add(terrainPanel = new TerrainPanel(terrain));
        frame.setDefaultCloseOperation(JFrame.EXIT_ON_CLOSE);
        frame.pack(); // Makes size according to panel's preference
        frame.setVisible(true);
        
        startSimulation();
    }
}