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课程编号：
A0801051010
《Python 程序设计》实验报告
姓 名
学 号
班 级
指 导 教 师
实 验 名 称
《Python 程序设计》综合实验开发与总结
开 设 学 期
开 设 时 间
报 告 日 期
评 定 成 绩
评 定 人
评 定 日 期
东北大学软件学院
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目录
一．实验目的.....................................................................................................................................3
二．实验内容.....................................................................................................................................3
三．实验环境 Experiment Environment.......................................................................................... 3
四．实验过程与分析.........................................................................................................................4
4.1 基础实验..............................................................................................................................4
1. 问题描述及分析............................................................................................................4
2. 关键算法设计................................................................................................................4
3. 实现结果........................................................................................................................6
4.2 数据分析实验..................................................................................................................... 8
4.2.1 分析数据特征间的关系以及各个特征的分布与分散状况.................................. 8
4.2.2 使用分组聚合方法进行数据分析........................................................................ 14
4.2.3 数据预处理.............................................................................................................18
4.2.4 数据分析.................................................................................................................24
五．实验总结...................................................................................................................................31
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一．实验目的
在基础实验中，能熟练运用 Python 语言的基本语法、控制语句、函数、面向对象、GUI 等开
发一个应用类游戏。为后续 Python 学习打下扎实基础。
在数据分析实验中，能熟练运用 Python 列表、字典、集合、数组等数据结构以及索引和切片等
查询操作解决实际问题，熟练掌握 Python 读写数据文件的方法，熟练使用 Matplotlib 数据可视化工
具，熟练使用 pandas 数据分析库函数，基本掌握使用 scikit-learn 库多种机器学习算法进行数据分析
的过程，了解 Python 程序的调试方法，运用 Python 编写程序解决实际应用问题。
二．实验内容
1. 基础实验
设计一个带有图形用户界面的人机对战井字棋游戏。
游戏在九宫方格内进行，如果一方抢先于某方向（横、竖、斜）连成 3 子，则获取胜利。游戏
界面，首先询问哪个玩家先走，然后根据玩家落子位置，显示棋盘状态。最终根据游戏规则，评判
哪个玩家获胜。
2. 数据分析实验
分析 1996- -2015 年人口数据特征间的关系以及各个特征的分布与分散状况
读取并查看 P2P 网络贷款数据主表的基本信息，使用分组聚合方法进一步分析用户信息更新
表和登录信息表
插补用户用电量数据缺失值，合并线损、用电量趋势与线路告警数据，标准化建模专家样本
数据
使用 sklearn 处理 wine 和 wine_quality 数据集，构建基于 wine 数据集的 K-Means 聚类模型、
SVM 分类模型、回归模型
三．实验环境 Experiment Environment
操作系统：Windows 10
编译软件：PyCharm 2019.3.1
Anaconda3 2019.10 (Python 3.7.4 64-bit)
Spyder 3.3.6
Python IDLE 3.7
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四．实验过程与分析
4.1 基础实验
1.
问题描述及分析
设计一个带有图形用户界面的人机对战井字棋游戏。游戏在九宫方格内进行，如果一方抢先于
某方向（横、竖、斜）连成 3 子，则获取胜利。游戏界面，首先询问哪个玩家先走，然后根据玩家
落子位置，显示棋盘状态。最终根据游戏规则，评判哪个玩家获胜。
该问题的重点与难点在于：如何在图形界面中实现下棋功能，如何判断当前棋盘中是否有赢家，
以及电脑如何选择下棋位置。前者可以通过在每一次下棋之后，遍历棋盘中获胜的路线来判断某一
路线中的三个下棋点是否为同一玩家的棋子，若相同，则该玩家获胜，游戏结束；若不存在这样的
情况，则此时没有玩家获胜，游戏继续。后者可以通过一个估价函数，来帮助电脑判断当前的下棋
位置，判断的优先级依次为：赢得游戏、不能输（平局）、随机下棋。
2.
关键算法设计
·关键点 1：在图形界面中实现下棋功能。
代码如下：
def peo_go(po):
# 玩家走棋
if the_chess[po] == 0:
the_chess[po] = who
update_chess()
if is_win(the_chess, who) == who:
tips.set('你赢了！')
elif count_zero(the_chess) == 0:
tips.set("平局！")
else:
ai_go(who * -1)
def ai_go(w):
# 机器走棋
if count_zero(the_chess) < 9:
po = is_danger(the_chess, 1)
if po != -1:
the_chess[po] = w
update_chess()
elif not constraint(w):
pass
else:
the_chess[ \
get_next_o( \
the_chess, -1)] = w
update_chess()
if is_win(the_chess, -1) == -1:
tips.set("你输了！")
if count_zero(the_chess) == 0:
tips.set("平局！")
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代码中省略了按钮事件代码及调用代码的语句，按钮事件利用 tkinter 中的 bind()函数绑定事件，
并联系到 peo_go 函数。在 peo_go 函数中，局部变量 po 表示点击下棋的位置（0~8），the_chess 表
示当前的棋盘。
这里以玩家先下为例，如果 po 指向的位置为 0（没有下过子），则将该位置的数值改为 who 的
值，同时通过 update_chess()函数更新图形界面上的棋盘。此时，如果玩家下棋后达成胜利条件，则
显示“你赢了”，否则如果此时没有可以落子的地方了，就显示“平局”，如果条件都不满足，则
说明游戏还未结束，切换至电脑操作（在玩家操作过程中不可能出现落子后玩家输的情况）。
机器走棋部分中，首先判断当前剩余空格是否小于 9，如果是，那么判断拟下棋点下完后是否
会让自己陷入危险状态(is_danger()函数的功能)，如果陷入(po != -1)，那么就落子在该位置来化解危
机，否则，根据 evaluation 函数（具体功能在关键点 3 中介绍）的优先级判断来落子，同时更新棋盘。
落子后，判断此时电脑（-1）是否达到获胜条件，如果达到，那么玩家输了，显示提示信息；如果
此时没有空格可以下子，则游戏以平局结束（在电脑操作的过程中不可能出现落子后玩家获胜的情
况）。
·关键点 2：判断当前棋盘中是否有赢家。
代码如下：
def is_win(now_chess, who):
temp = now_chess[:]
for chess in win_chess:
if (temp[chess[0]] == who) and \
(temp[chess[1]] == who) and \
(temp[chess[2]] == who):
return who
return 0
代码中 now_chess 为当前棋盘的情况（3*3 二维数组），who 代表要判断的游戏方（在程序中以
整数 1 代表此位置为人类玩家下棋位置，-1 代表机器下棋位置，每次交换下棋方后对 who 取反，即
可达到交换玩家的目的）。如果在 for 循环中没有执行到 return 语句，则说明此时场上没有一方获胜，
否则，返回要判断的游戏方代表数字，即该方获胜。
