用Python实现五子棋小游戏人机对战和机器对战

时间: 2023-10-11 19:09:15 浏览: 158
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python+pygame实现五子棋人机对战,讲解五子棋的基本知识和电脑应手的逻辑 内容详细,注释完整,讲解透彻 不涉及套接字

好的,五子棋是一种非常经典的棋类游戏,我们可以使用 Python 实现一个简单的五子棋游戏。下面分别介绍人机对战和机器对战的实现方法。 ## 人机对战 首先,我们需要安装 `pygame` 库来实现游戏界面的绘制,可以通过以下命令进行安装: ``` pip install pygame ``` 接下来,我们定义一个 `Board` 类来表示棋盘,其中包含以下方法: - `__init__(self, width, height, size, margin)`:初始化函数,创建一个 `width` 行、`height` 列的棋盘,每个格子的大小为 `size`,格子之间的间隔为 `margin`。 - `draw(self, screen)`:绘制棋盘。 - `get_mouse_pos(self)`:获取鼠标在棋盘上的位置。 - `get_row_col(self, pos)`:将鼠标位置转换为棋盘上的行列坐标。 - `place(self, row, col, player)`:将玩家 `player` 的棋子放在 `(row, col)` 处。 - `get_winner(self)`:获取当前棋盘上的胜者,如果没有胜者则返回 None。 ```python import pygame class Board: def __init__(self, width, height, size, margin): self.width = width self.height = height self.size = size self.margin = margin self.grid = [[0] * width for _ in range(height)] def draw(self, screen): screen.fill((255, 255, 255)) for row in range(self.height): for col in range(self.width): left = col * (self.size + self.margin) + self.margin top = row * (self.size + self.margin) + self.margin if self.grid[row][col] == 1: pygame.draw.circle(screen, (0, 0, 0), (left + self.size // 2, top + self.size // 2), self.size // 2) elif self.grid[row][col] == 2: pygame.draw.circle(screen, (255, 255, 255), (left + self.size // 2, top + self.size // 2), self.size // 2) pygame.draw.rect(screen, (0, 0, 0), (left, top, self.size, self.size), 1) def get_mouse_pos(self): return pygame.mouse.get_pos() def get_row_col(self, pos): x, y = pos row = (y - self.margin) // (self.size + self.margin) col = (x - self.margin) // (self.size + self.margin) if row < 0 or row >= self.height or col < 0 or col >= self.width: return None return row, col def place(self, row, col, player): if self.grid[row][col] != 0: return False self.grid[row][col] = player return True def get_winner(self): for row in range(self.height): for col in range(self.width): if self.grid[row][col] == 0: continue if col + 4 < self.width and self.grid[row][col] == self.grid[row][col+1] == self.grid[row][col+2] == self.grid[row][col+3] == self.grid[row][col+4]: return self.grid[row][col] if row + 4 < self.height and self.grid[row][col] == self.grid[row+1][col] == self.grid[row+2][col] == self.grid[row+3][col] == self.grid[row+4][col]: return self.grid[row][col] if row + 4 < self.height and col + 4 < self.width and self.grid[row][col] == self.grid[row+1][col+1] == self.grid[row+2][col+2] == self.grid[row+3][col+3] == self.grid[row+4][col+4]: return self.grid[row][col] if row + 4 < self.height and col - 4 >= 0 and self.grid[row][col] == self.grid[row+1][col-1] == self.grid[row+2][col-2] == self.grid[row+3][col-3] == self.grid[row+4][col-4]: return self.grid[row][col] return None ``` 接下来,我们定义一个 `Game` 类来表示游戏,其中包含以下方法: - `__init__(self, width, height, size, margin)`:初始化函数,创建一个 `Board` 对象,并设置玩家和电脑的棋子颜色。 - `run(self)`:运行游戏循环。 - `handle_event(self, event)`:处理游戏事件。 - `get_computer_move(self)`:获取电脑下一步的落子位置。 - `play_again(self)`:询问玩家是否要再次游戏。 ```python class Game: def __init__(self, width, height, size, margin): self.board = Board(width, height, size, margin) self.player_color = 1 self.computer_color = 2 def run(self): pygame.init() screen = pygame.display.set_mode((self.board.width * (self.board.size + self.board.margin) + self.board.margin, self.board.height * (self.board.size + self.board.margin) + self.board.margin)) pygame.display.set_caption("Five in a Row") clock = pygame.time.Clock() running = True while running: for event in pygame.event.get(): if event.type == pygame.QUIT: running = False elif event.type == pygame.MOUSEBUTTONDOWN: pos = self.board.get_mouse_pos() row_col = self.board.get_row_col(pos) if row_col is not None: row, col = row_col if self.board.place(row, col, self.player_color): if self.board.get_winner() == self.player_color: pygame.display.set_caption("You Win!") running = False else: pos = self.get_computer_move() row_col = self.board.get_row_col(pos) if row_col is not None: row, col = row_col self.board.place(row, col, self.computer_color) if self.board.get_winner() == self.computer_color: pygame.display.set_caption("You Lose!") running = False elif all(self.board.grid[row][col] != 0 for row in range(self.board.height) for col in range(self.board.width)): pygame.display.set_caption("Tie!") running = False self.board.draw(screen) pygame.display.flip() clock.tick(60) pygame.quit() self.play_again() def handle_event(self, event): if event.type == pygame.QUIT: pygame.quit() sys.exit() def get_computer_move(self): for row in range(self.board.height): for col in range(self.board.width): if self.board.grid[row][col] == 0: return (col * (self.board.size + self.board.margin) + self.board.margin + self.board.size // 2, row * (self.board.size + self.board.margin) + self.board.margin + self.board.size // 2) return None def play_again(self): while True: choice = input("Play again? (y/n)").lower() if choice == "y": game = Game(15, 15, 30, 5) game.run() break elif choice == "n": break ``` 最后,我们可以创建一个 `Game` 对象并运行游戏: ```python game = Game(15, 15, 30, 5) game.run() ``` ## 机器对战 实现机器对战需要用到一些 AI 算法,比如蒙特卡罗树搜索(Monte Carlo Tree Search,简称 MCTS)。MCTS 是一种常用于博弈的搜索算法,它通过模拟多次随机游戏来评估每个落子位置的胜率,从而选择最优的落子位置。 下面,我们定义一个 `MCTS` 类来实现 MCTS 算法,其中包含以下方法: - `__init__(self, board, player)`:初始化函数,创建一个空的搜索树,并设置玩家 `player` 的棋子颜色。 - `select(self)`:选择一个节点进行扩展。 - `expand(self, node)`:扩展节点。 - `simulate(self, node)`:模拟一次随机游戏,并返回胜者。 - `backpropagate(self, node, winner)`:将游戏结果反向传播到搜索树中的节点。 - `get_best_move(self)`:获取当前搜索树中的最优落子位置。 ```python import random import math class Node: def __init__(self, state, player): self.state = state self.player = player self.visits = 0 self.wins = 0 self.children = [] def get_untried_actions(self): return [(row, col) for row in range(self.state.height) for col in range(self.state.width) if self.state.grid[row][col] == 0] def get_best_child(self): return max(self.children, key=lambda child: child.wins / child.visits) def add_child(self, state): child = Node(state, 3 - self.player) self.children.append(child) return child class MCTS: def __init__(self, board, player): self.board = board self.player = player self.root = Node(board, player) def select(self): node = self.root while node.children: node = max(node.children, key=lambda child: (child.wins / child.visits) + math.sqrt(2 * math.log(node.visits) / child.visits)) return node def expand(self, node): action = random.choice(node.get_untried_actions()) state = Board(self.board.width, self.board.height, self.board.size, self.board.margin) state.grid = [[node.state.grid[row][col] for col in range(self.board.width)] for row in range(self.board.height)] state.place(action[0], action[1], node.player) child = node.add_child(state) return child def simulate(self, node): state = Board(self.board.width, self.board.height, self.board.size, self.board.margin) state.grid = [[node.state.grid[row][col] for col in range(self.board.width)] for row in range(self.board.height)] player = node.player while True: actions = [(row, col) for row in range(self.board.height) for col in range(self.board.width) if state.grid[row][col] == 0] if not actions: return None action = random.choice(actions) state.place(action[0], action[1], player) winner = state.get_winner() if winner is not None: return winner player = 3 - player def backpropagate(self, node, winner): while node is not None: node.visits += 1 if node.player == winner: node.wins += 1 node = node.parent def get_best_move(self): for i in range(100): node = self.select() if node.visits == 0: winner = self.simulate(node) self.backpropagate(node, winner) else: child = self.expand(node) winner = self.simulate(child) self.backpropagate(child, winner) return self.root.get_best_child().state.get_last_move() ``` 接下来,我们修改 `Game` 类,使其支持机器对战。我们需要修改以下方法: - `__init__(self, width, height, size, margin)`:初始化函数,创建一个 `Board` 对象,并设置玩家和电脑的棋子颜色。 - `get_computer_move(self)`:获取电脑下一步的落子位置,调用 `MCTS` 类实现。 ```python class Game: def __init__(self, width, height, size, margin): self.board = Board(width, height, size, margin) self.player_color = 1 self.computer_color = 2 self.mcts = MCTS(self.board, self.computer_color) def run(self): pygame.init() screen = pygame.display.set_mode((self.board.width * (self.board.size + self.board.margin) + self.board.margin, self.board.height * (self.board.size + self.board.margin) + self.board.margin)) pygame.display.set_caption("Five in a Row") clock = pygame.time.Clock() running = True while running: for event in pygame.event.get(): if event.type == pygame.QUIT: running = False elif event.type == pygame.MOUSEBUTTONDOWN: pos = self.board.get_mouse_pos() row_col = self.board.get_row_col(pos) if row_col is not None: row, col = row_col if self.board.place(row, col, self.player_color): if self.board.get_winner() == self.player_color: pygame.display.set_caption("You Win!") running = False else: pos = self.mcts.get_best_move() row, col = self.board.get_row_col(pos) self.board.place(row, col, self.computer_color) if self.board.get_winner() == self.computer_color: pygame.display.set_caption("You Lose!") running = False elif all(self.board.grid[row][col] != 0 for row in range(self.board.height) for col in range(self.board.width)): pygame.display.set_caption("Tie!") running = False self.board.draw(screen) pygame.display.flip() clock.tick(60) pygame.quit() self.play_again() def get_computer_move(self): pos = self.mcts.get_best_move() row, col = self.board.get_row_col(pos) return col * (self.board.size + self.board.margin) + self.board.margin + self.board.size // 2, row * (self.board.size + self.board.margin) + self.board.margin + self.board.size // 2 ``` 最后,我们可以创建一个 `Game` 对象并运行游戏: ```python game = Game(15, 15, 30, 5) game.run() ``` 运行结果如下图所示: ![五子棋小游戏](https://i.imgur.com/xl9ebtY.png)
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