基于Python实现四子棋游戏【100011748】

# 1. 实验介绍 ## 1.1 实验内容 实验利用 Python 模拟 AI 和玩家进行四子棋游戏，利用游戏实验 Pygame 库，为游戏提供界面和操作支持。AI 算法借用蒙特卡洛搜索树思想。通过设置 AI 的难度系数，即 AI 所能考虑到的未来棋子的可能走向，从而选择出最佳的方案和玩家对抗。难度系数越大，AI 搜索范围越广，它所能做出的决定越明智。 游戏最终效果截图：  ## 1.2 实验知识点 - Pygame 的基础操作 - 蒙特卡洛搜索树 ## 1.3 实验环境 - Python2.7 - gedit ## 1.4 适合人群 本课程难度一般，属于初级课程，适合具有 Python 基础并对 Pygame 有所了解的用户学习。 ## 1.5 代码获取 你可以通过下面命令将代码下载到实验楼环境中，作为参照对比进行学习。 ```c++ $ wget http://labfile.oss.aliyuncs.com/courses/746/fourinrow.py ``` # 2. 四子棋游戏 四子棋游戏是在 7*6 的格子中。轮流从格子最上方落下棋子。棋子会落在该列格子中最下面的空格子里。先将四个棋子连成一条线（水平直线，竖直直线，或倾斜直线）者获胜，游戏结束。 # 3. 项目文件结构  # 4. 实验步骤 ## 4.1 开发准备 在 Code 目录下进行创建工程文件 Fourinrow，在终端执行命令 ```c++ cd Code && mkdir Fourinrow ``` 下载本次实验所需的图片资源到 Fourinrow 文件下 ```c++ $ cd Fourinrow $ wget http://labfile.oss.aliyuncs.com/courses/746/images.zip $ unzip images.zip ```  安装依赖包 ```c++ $ sudo apt-get update $ sudo apt-get install python-pygame ``` ## 4.2 游戏流程  ## 4.3 初始化变量 用到的变量包括，棋盘的宽度，长度（可以修改，设计不同规格的棋盘），难度系数，棋子大小以及一些设计坐标变量的设定。 在 FourinRow.py 文件中输入如下代码： ```c++ import random, copy, sys, pygame from pygame.locals import * BOARDWIDTH = 7 # 棋子盘的宽度栏数 BOARDHEIGHT = 6 # 棋子盘的高度栏数 assert BOARDWIDTH >= 4 and BOARDHEIGHT >= 4, 'Board must be at least 4x4.' #python assert断言是声明其布尔值必须为真的判定，如果发生异常就说明表达示为假。 #可以理解assert断言语句为raise-if-not，用来测试表示式，其返回值为假，就会触发异常。 DIFFICULTY = 2 # 难度系数，计算机能够考虑的移动级别 #这里2表示，考虑对手走棋的7种可能性及如何应对对手的7种走法 SPACESIZE = 50 # 棋子的大小 FPS = 30 # 屏幕的更新频率，即30/s WINDOWWIDTH = 640 # 游戏屏幕的宽度像素 WINDOWHEIGHT = 480 # 游戏屏幕的高度像素 XMARGIN = int((WINDOWWIDTH - BOARDWIDTH * SPACESIZE) / 2)#X边缘坐标量，即格子栏的最左边 YMARGIN = int((WINDOWHEIGHT - BOARDHEIGHT * SPACESIZE) / 2)#Y边缘坐标量，即格子栏的最上边 BRIGHTBLUE = (0, 50, 255)#蓝色 WHITE = (255, 255, 255)#白色 BGCOLOR = BRIGHTBLUE TEXTCOLOR = WHITE RED = 'red' BLACK = 'black' EMPTY = None HUMAN = 'human' COMPUTER = 'computer' ``` 除此之外我们还需要定义一些 pygame 的全局变量。这些全局变量在之后的各个模块中会被多次调用。其中很多是存储载入图片的变量，准备工作有点长，请大家耐心一点哦。 ```c++ #初始化pygame的各个模块 pygame.init() #初始化了一个Clock对象 FPSCLOCK = pygame.time.Clock() #创建游戏窗口 DISPLAYSURF = pygame.display.set_mode((WINDOWWIDTH, WINDOWHEIGHT)) #游戏窗口标题 pygame.display.set_caption(u'four in row') #Rect(left,top,width,height)用来定义位置和宽高 REDPILERECT = pygame.Rect(int(SPACESIZE / 2), WINDOWHEIGHT - int(3 * SPACESIZE / 2), SPACESIZE, SPACESIZE) #这里创建的是窗口中左下角和右下角的棋子 BLACKPILERECT = pygame.Rect(WINDOWWIDTH - int(3 * SPACESIZE / 2), WINDOWHEIGHT - int(3 * SPACESIZE / 2), SPACESIZE, SPACESIZE) #载入红色棋子图片 REDTOKENIMG = pygame.image.load('4row_red.png') #将红色棋子图片缩放为SPACESIZE REDTOKENIMG = pygame.transform.smoothscale(REDTOKENIMG, (SPACESIZE, SPACESIZE)) #载入黑色棋子图片 BLACKTOKENIMG = pygame.image.load('4row_black.png') #将黑色棋子图片缩放为SPACESIZE BLACKTOKENIMG = pygame.transform.smoothscale(BLACKTOKENIMG, (SPACESIZE, SPACESIZE)) #载入棋子面板图片 BOARDIMG = pygame.image.load('4row_board.png') #将棋子面板图片缩放为SPACESIZE BOARDIMG = pygame.transform.smoothscale(BOARDIMG, (SPACESIZE, SPACESIZE)) #载入人胜利时图片 HUMANWINNERIMG = pygame.image.load('4row_humanwinner.png') #载入AI胜时图片 COMPUTERWINNERIMG = pygame.image.load('4row_computerwinner.png') #载入平局提示图片 TIEWINNERIMG = pygame.image.load('4row_tie.png') #返回一个Rect实例 WINNERRECT = HUMANWINNERIMG.get_rect() #游戏窗口中间位置坐标 WINNERRECT.center = (int(WINDOWWIDTH / 2), int(WINDOWHEIGHT / 2)) #载入操作提示图片 ARROWIMG = pygame.image.load('4row_arrow.png') #返回一个Rect实例 ARROWRECT = ARROWIMG.get_rect() #操作提示的左位置 ARROWRECT.left = REDPILERECT.right + 10 #将操作提示与下方红色棋子实例在纵向对齐 ARROWRECT.centery = REDPILERECT.centery ``` 至此我们完成了前期的准备工作。 ## 4.4 棋盘设计 初始时，将棋盘二维列表清空，然后根据玩家和 AI 的走法将棋盘相应位置设定颜色。 ```python def drawBoard(board, extraToken=None): #DISPLAYSURF 是我们的界面，在初始化变量模块中有定义 DISPLAYSURF.fill(BGCOLOR)#将游戏窗口背景色填充为蓝色 spaceRect = pygame.Rect(0, 0, SPACESIZE, SPACESIZE)#创建Rect实例 for x in range(BOARDWIDTH): #确定每一列中每一行中的格子的左上角的位置坐标 for y in range(BOARDHEIGHT): spaceRect.topleft = (XMARGIN + (x * SPACESIZE), YMARGIN + (y * SPACESIZE)) #x =0,y =0时，即第一列第一行的格子。 if board[x][y] == RED:#如果格子值为红色 #则在在游戏窗口的spaceRect中画红色棋子 DISPLAYSURF.blit(REDTOKENIMG, spaceRect) elif board[x][y] == BLACK: #否则画黑色棋子 DISPLAYSURF.blit(BLACKTOKENIMG, spaceRect) # extraToken 是包含了位置信息和颜色信息的变量 # 用来显示指定的棋子 if extraToken != None: if extraToken['color'] == RED: DISPLAYSURF.blit(REDTOKENIMG,(extraToken['x'], extraToken['y'], SPACESIZE, SPACESIZE)) elif extraToken['color'] == BLACK: DISPLAYSURF.blit(BLACKTOKENIMG, (extraToken['x'], extraToken['y'], SPACESIZE, SPACESIZE)) # 画棋子面板 for x in range(BOARDWIDTH): for y in range(BOARDHEIGHT): spaceRect.topleft = (XMARGIN + (x * SPACESIZE), YMARGIN + (y * SPACESIZE)) DISPLAYSURF.blit(BOARDIMG, spaceRect) # 画游戏窗口中左下角和右下角的棋子 DISPLAYSURF.blit(REDTOKENIMG, REDPILERECT) # 左边的红色棋子 DISPLAYSURF.blit(BLACKTOKENIMG, BLACKPILERECT) # 右边的黑色棋子 def getNewBoard(): board = [] for x in range(BOARDWIDTH): board.append([EMPTY] * BOARDHEIGHT) return board #返回board列表，其值为BOARDHEIGHT数量的None ```