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井字棋是一种在3 * 3格子上进行的连珠游戏#xff0c;又称井字游戏。井字棋的游戏有两名玩家#xff0c;其中一个玩家画圈#xff0c;另一个玩家画叉#xff0c;轮流在3 * 3格子上画上自己的符号#xff0c;最先在横向、纵向、或斜线方向连成一条…实例2井字棋
井字棋是一种在3 * 3格子上进行的连珠游戏又称井字游戏。井字棋的游戏有两名玩家其中一个玩家画圈另一个玩家画叉轮流在3 * 3格子上画上自己的符号最先在横向、纵向、或斜线方向连成一条线的人为胜利方。如图1所示为画圈的一方为胜利者。 图1 井字棋
本实例要求编写程序实现具有人机交互功能的井字棋。
实例目标
理解面向对象的思想能独立设计类掌握类的继承和父类方法的重写
实例分析
根据实例描述的井字棋游戏的规则下面模拟一次游戏的流程如图2所示。 图2 井字棋游戏流程
图2中的描述的游戏流程如下
重置棋盘数据清理之前一轮的对局数据为本轮对局做好准备。显示棋盘上每个格子的编号让玩家熟悉落子位置。根据系统随机产生的结果确定先手玩家先手使用X。当前落子一方落子。显示落子后的棋盘。判断落子一方是否胜利若落子一方取得胜利修改玩家得分本轮对局结束跳转至第9步。判断是否和棋若出现和棋本轮对局结束跳转至第9步。交换落子方跳转至第4步继续本轮游戏。显示玩家当前对局比分。
以上流程中落子是游戏中的核心功能如何落子则是体现电脑智能的关键步骤实现智能落子有策略可循的。按照井字棋的游戏规则当玩家每次落子后玩家的棋子在棋盘的水平、垂直或者对角线任一方向连成一条直线则表示玩家获胜。因此我们可以将电脑的落子位置按照优先级分成以下三种
1必胜落子位置
我方在该位置落子会获胜。一旦出现这种情况显然应该毫不犹豫在这个位置落子。
2必救落子位置
对方在该位置落子会获胜。如果我方暂时没有必胜落子位置那么应该在必救落子位置落子以阻止对方获胜。
3评估子力价值
评估子力价值就是如果在该位置落子获胜的几率越高子力价值就越大获胜的几率越低子力价值就越小。
如果当前的棋盘上既没有必胜落子位置也没有必救落子位置那么就应该针对棋盘上的每一个空白位置寻找子力价值最高的位置落子。
要编写一个评估子力价值的程序需要考虑诸多因素这里我们选择了一种简单评估子力价值的方式——只考虑某个位置在空棋盘上的价值而不考虑已有棋子以及落子之后的盘面变化。下面来看一下在空棋盘上不同位置落子的示意图如图3所示。 图3 棋盘落子示意图
观察图3不难发现玩家在空棋盘上落子的位置可分为以下3种情况
中心点这个位置共有4个方向可能和其它棋子连接成直线获胜的几率最高。4个角位这4个位置各自有3个方向可能和其它棋子连接成直线获胜几率中等。4个边位这4个位置各自有2个方向可能和其它棋子连接成直线获胜几率最低。
综上所述如果电脑在落子时既没有必胜落子位置也没有必救落子位置时我们就可以让电脑按照胜率的高低来选择落子位置也就是说若棋盘的中心点没有棋子则选择中心点作为落子位置若中心点已有棋子而角位没有棋子则随机选择一个没有棋子的角位作为落子位置若中心点和四个角位都有棋子而边位没有棋子则随机选择一个没有棋子的边位作为落子位置。
井字棋游戏一共需要设计4个类不同的类创建的对象承担不同的职责分别是
1游戏类Game负责整个游戏流程的控制是该游戏的入口。
2棋盘类Board负责显示棋盘、记录本轮对局数据、以及判断胜利等和对弈相关的处理工作。
3玩家类Player负责记录玩家姓名、棋子类型和得分、以及实现玩家在棋盘上落子。
4电脑玩家类AIPlayer是玩家类的子类。在电脑玩家类类中重写玩家类的落子方法在重写的方法中实现电脑智能选择落子位置的功能。
设计后的类图如图4所示。 图4 类结构图
本实例中涉及到多个类为保证程序具有清晰的结构可以将每个类的相关代码分别放置到与其同名的py文件中。另外由于Player和AIPlayer类具有继承关系可以将这两个类的代码放置到player.py文件中。
代码实现
本实例的实现过程如下所示。
创建项目
使用PyCharm创建一个名为“井字棋V1.0”的文件夹在该文件夹下分别创建3个py文件分别为board.py、game.py与player.py此时程序的目录结构如图5所示。 图5 井字棋文件目录
由于棋盘类是井字棋游戏的重点因此我们先开发Board类。
设计Board类
1属性
井字棋的棋盘上共有9个格子落子落子也是有位置可循的因此这里使用列表作为棋盘的数据结构列表中的元素则是棋盘上的棋子它有以下三种取值 表示没有落子是初始值X 表示玩家在该位置下了一个X的棋子O 表示玩家在该位置下了一个O的棋子。
其中列表中的元素为 的位置才允许玩家落子。为了让玩家明确可落子的位置需要增加可落子列表。根据图4中设计的类图在board.py文件中定义Board类并在该类的构造方法中添加属性board_data和movable_list具体代码如下。
class Board(object): 棋盘类 def __init__(self): self.board_data [ ] * 9 # 棋盘数据 self.movable_list list(range(9)) # 可移动列表
2show_board()方法
show_board()方法实现创建一个九宫格棋盘的功能。游戏过程中显示的棋盘分为两种情况一种是新一轮游戏开始前显示的有索引的棋盘让玩家明确棋盘格子与序号的对应关系另一种是游戏中显示当前落子情况的棋盘会在玩家每次落子后展示。在Board类中添加show_board()方法并在该方法中传递一个参数show_index用于设置是否在棋盘中显示索引默认为False表示不显示索引具体代码如下。
def show_board(self, show_indexFalse): 显示棋盘 :param show_index: True 表示显示索引 / False 表示显示数据 for i in (0, 3, 6): print( | |) if show_index: print( %d | %d | %d % (i, i 1, i 2)) else: print( %s | %s | %s % (self.board_data[i], self.board_data[i 1], self.board_data[i 2])) print( | |) if i ! 6: print(- * 23)
3move_down ()方法
move_down ()方法实现在指定的位置落子的功能该方法接收两个参数分别是表示落子位置的index和表示落子类型X或者O的chess接收的这些参数都是落子前需要考虑的必要要素具体代码如下。
def move_down(self, index, chess): 在指定位置落子 :param index: 列表索引 :param chess: 棋子类型 X 或 O # 1. 判断 index 是否在可移动列表中 if index not in self.movable_list: print(%d 位置不允许落子 % index) return # 2. 修改棋盘数据 self.board_data[index] chess # 3. 修改可移动列表 self.movable_list.remove(index)
以上代码首先判断落子位置是否可以落子如果可以就将棋子添加到board_data列表的对应位置并从movable_list列表中删除。
4is_draw ()方法
is_draw ()方法实现判断游戏是否平局的功能该方法会查看可落子索引列表中是否有值若没有值表示棋盘中的棋子已经落满了说明游戏平局具体代码如下。
def is_draw(self): 是否平局 return not self.movable_list
5is_win ()方法
is_draw ()方法实现判断游戏是否胜利的功能该方法会先定义方向列表再遍历方向列表判断游戏是否胜利胜利则返回True否则返回False具体代码如下。
def is_win(self, chess, ai_index-1): 是否胜利 :param chess: 玩家的棋子 :param ai_index: 预判索引-1 直接判断当前棋盘数据 # 1. 定义检查方向列表 check_dirs [[0, 1, 2], [3, 4, 5], [6, 7, 8], [0, 3, 6], [1, 4, 7], [2, 5, 8], [0, 4, 8], [2, 4, 6]] # 2. 定义局部变量记录棋盘数据副本 data self.board_data.copy() # 判断是否预判胜利 if ai_index 0: data[ai_index] chess # 3. 遍历检查方向列表判断是否胜利 for item in check_dirs: if (data[item[0]] chess and data[item[1]] chess and data[item[2]] chess): return True return False
注意is_win()方法的ai_index参数的默认值为-1表示无需进行预判即提示玩家最有利的落子位置若该参数不为-1时表示需要进行预判。
6reset_board ()方法
reset_board ()方法实现清空棋盘的功能该方法中会先清空movable_list再将棋盘上的数据全部置为初始值最后往movable_list中添加0~8的数字具体代码如下。
def reset_board(self): 重置棋盘 # 1. 清空可移动列表数据 self.movable_list.clear() # 2. 重置数据 for i in range(9): self.board_data[i] self.movable_list.append(i)
设计Player类
根据图4中设计的类图在player.py文件中定义Player类分别在该类中添加属性和方法具体内容如下。
1属性
在Player类中添加name、score、chess属性具体代码如下。
import board
import random
class Player(object): 玩家类 def __init__(self, name): self.name name # 姓名 self.score 0 # 成绩 self.chess None # 棋子
2move()方法
move()方法实现玩家在指定位置落子的功能该方法中会先提示用户棋盘上可落子的位置之后使棋盘根据用户选择的位置重置棋盘数据后进行显示具体代码如下。
def move(self, chess_board): 在棋盘上落子 :param chess_board: # 1. 由用户输入要落子索引 index -1 while index not in chess_board.movable_list: try: index int(input(请 “%s” 输入落子位置 %s % (self.name, chess_board.movable_list))) except ValueError: pass # 2. 在指定位置落子 chess_board.move_down(index, self.chess)
设计AIPlayer类
根据图4中设计的类图在player.py文件中定义继承自Player类的子类AIPlayer。AIPlayer类中重写了父类的move()方法在该方法中需要增加分析中的策略使得计算机玩家变得更加聪明具体代码如下。
class AIPlayer(Player): 智能玩家 def move(self, chess_board): 在棋盘上落子 :param chess_board: print(%s 正在思考落子位置... % self.name) # 1. 查找我方必胜落子位置 for index in chess_board.movable_list: if chess_board.is_win(self.chess, index): print(走在 %d 位置必胜 % index) chess_board.move_down(index, self.chess) return # 2. 查找地方必胜落子位置-我方必救位置 other_chess O if self.chess X else X for index in chess_board.movable_list: if chess_board.is_win(other_chess, index): print(敌人走在 %d 位置必输火速堵上 % index) chess_board.move_down(index, self.chess) return # 3. 根据子力价值选择落子位置 index -1 # 没有落子的角位置列表 corners list(set([0, 2, 6, 8]).intersection(
chess_board.movable_list)) # 没有落子的边位置列表 edges list(set([1, 3, 5, 7]).intersection(
chess_board.movable_list)) if 4 in chess_board.movable_list: index 4 elif corners: index random.choice(corners) elif edges: index random.choice(edges) # 在指定位置落子 chess_board.move_down(index, self.chess)
设计Game类
根据图4中设计的类图在game.py文件中定义Game类分别在该类中添加属性和方法具体内容如下。
1属性
在Game类中添加chess_board、human、computer属性具体代码如下。
import random
import board
import player
class Game(object): 游戏类 def __init__(self): self.chess_board board.Board() # 棋盘对象 self.human player.Player(玩家) # 人类玩家对象 self.computer player.AIPlayer(电脑) # 电脑玩家对象
2random_player()方法
random_player()方法实现随机生成先手玩家的功能该方法中会先随机生成0和1两个数选到数字1的玩家为先手玩家然后再为两个玩家设置棋子类型即先手玩家为“X”对手玩家为“O”具体代码如下。
def random_player(self): 随机先手玩家 :return: 落子先后顺序的玩家元组 # 随机到 1 表示玩家先手 if random.randint(0, 1) 1: players (self.human, self.computer) else: players (self.computer, self.human) # 设置玩家棋子 players[0].chess X players[1].chess O print(根据随机抽取结果 %s 先行 % players[0].name) return players
3play_round ()方法
play_round ()方法实现一轮完整对局的功能该方法的逻辑可按照实例分析的一次流程完成具体代码如下。
def play_round(self): 一轮完整对局 # 1. 显示棋盘落子位置 self.chess_board.show_board(True) # 2. 随机决定先手 current_player, next_player self.random_player() # 3. 两个玩家轮流落子 while True: # 下子方落子 current_player.move(self.chess_board) # 显示落子结果 self.chess_board.show_board() # 是否胜利 if self.chess_board.is_win(current_player.chess): print(%s 战胜 %s % (current_player.name, next_player.name)) current_player.score 1 break # 是否平局 if self.chess_board.is_draw(): print(%s 和 %s 战成平局 % (current_player.name,
next_player.name)) break # 交换落子方 current_player, next_player next_player, current_player # 4. 显示比分 print([%s] 对战 [%s] 比分是 %d : %d % (self.human.name, self.computer.name, self.human.score, self.computer.score))
从上述代码可以看出大部分的功能都是通过游戏中各个对象访问属性或调用方法实现的这正好体现了类的封装性的特点即每个类分工完成各自的任务。
4start ()方法
start ()方法实现循环对局的功能该方法中会在每轮对局结束之后询问玩家是否再来一局若玩家选择是则重置棋盘数据后开始新一轮对局若玩家选择否则会退出游戏具体代码如下。
def start(self): 循环开始对局 while True: # 一轮完整对局 self.play_round() # 询问是否继续 is_continue input(是否再来一盘Y/N).upper() # 判断玩家输入 if is_continue ! Y: break # 重置棋盘数据 self.chess_board.reset_board()
最后在game.py文件中通过Game类对象调用start()方法启动井字棋游戏具体代码如下。
if __name__ __main__: Game().start()
代码测试
运行程序对战一局游戏的结果如下所示 | | 0 | 1 | 2 | |
----------------------- | | 3 | 4 | 5 | |
----------------------- | | 6 | 7 | 8 | |
根据随机抽取结果 电脑 先行
电脑 正在思考落子位置... | | | | | |
----------------------- | | | X | | |
----------------------- | | | | | |
请 “玩家” 输入落子位置 [0, 1, 2, 3, 5, 6, 7, 8]0 | | O | | | |
----------------------- | | | X | | |
----------------------- | | | | | |
电脑 正在思考落子位置... | | O | | | |
----------------------- | | | X | | |
----------------------- | | X | | | |
请 “玩家” 输入落子位置 [1, 2, 3, 5, 7, 8]2 | | O | | O | |
----------------------- | | | X | | |
----------------------- | | X | | | |
电脑 正在思考落子位置...
敌人走在 1 位置必输火速堵上 | | O | X | O | |
----------------------- | | | X | | |
----------------------- | | X | | | |
请 “玩家” 输入落子位置 [3, 5, 7, 8]7 | | O | X | O | |
----------------------- | | | X | | |
----------------------- | | X | O | | |
电脑 正在思考落子位置... | | O | X | O | |
----------------------- | | | X | | |
----------------------- | | X | O | X | |
请 “玩家” 输入落子位置 [3, 5]5 | | O | X | O | |
----------------------- | | | X | O | |
----------------------- | | X | O | X | |
电脑 正在思考落子位置... | | O | X | O | |
----------------------- | | X | X | O | |
----------------------- | | X | O | X | |
电脑 和 玩家 战成平局
[玩家] 对战 [电脑] 比分是 0 : 0
是否再来一盘Y/Nn
