實(shí)例2：井字棋

井字棋是一種在3 * 3格子上進(jìn)行的連珠游戲，又稱井字游戲。井字棋的游戲有兩名玩家，其中一個玩家畫圈，另一個玩家畫叉，輪流在3 * 3格子上畫上自己的符號，最先在橫向、縱向、或斜線方向連成一條線的人為勝利方。如圖1所示為畫圈的一方為勝利者。

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圖1 井字棋

本實(shí)例要求編寫程序，實(shí)現(xiàn)具有人機(jī)交互功能的井字棋。

實(shí)例目標(biāo)

1. 理解面向?qū)ο蟮乃枷?/li>
2. 能獨(dú)立設(shè)計類
3. 掌握類的繼承和父類方法的重寫

實(shí)例分析

根據(jù)實(shí)例描述的井字棋游戲的規(guī)則，下面模擬一次游戲的流程如圖2所示。

?

圖2 井字棋游戲流程

圖2中的描述的游戲流程如下：

1. 重置棋盤數(shù)據(jù)，清理之前一輪的對局?jǐn)?shù)據(jù)，為本輪對局做好準(zhǔn)備。
2. 顯示棋盤上每個格子的編號，讓玩家熟悉落子位置。
3. 根據(jù)系統(tǒng)隨機(jī)產(chǎn)生的結(jié)果確定先手玩家（先手使用X）。
4. 當(dāng)前落子一方落子。
5. 顯示落子后的棋盤。
6. 判斷落子一方是否勝利？若落子一方取得勝利，修改玩家得分，本輪對局結(jié)束，跳轉(zhuǎn)至第（9）步。
7. 判斷是否和棋？若出現(xiàn)和棋，本輪對局結(jié)束，跳轉(zhuǎn)至第（9）步。
8. 交換落子方，跳轉(zhuǎn)至第（4）步，繼續(xù)本輪游戲。
9. 顯示玩家當(dāng)前對局比分。

以上流程中，落子是游戲中的核心功能，如何落子則是體現(xiàn)電腦智能的關(guān)鍵步驟，實(shí)現(xiàn)智能落子有策略可循的。按照井字棋的游戲規(guī)則：當(dāng)玩家每次落子后，玩家的棋子在棋盤的水平、垂直或者對角線任一方向連成一條直線，則表示玩家獲勝。因此，我們可以將電腦的落子位置按照優(yōu)先級分成以下三種：

（1）必勝落子位置

我方在該位置落子會獲勝。一旦出現(xiàn)這種情況，顯然應(yīng)該毫不猶豫在這個位置落子。

（2）必救落子位置

對方在該位置落子會獲勝。如果我方暫時沒有必勝落子位置，那么應(yīng)該在必救落子位置落子，以阻止對方獲勝。

（3）評估子力價值

評估子力價值，就是如果在該位置落子獲勝的幾率越高，子力價值就越大；獲勝的幾率越低，子力價值就越小。

如果當(dāng)前的棋盤上，既沒有必勝落子位置，也沒有必救落子位置，那么就應(yīng)該針對棋盤上的每一個空白位置尋找子力價值最高的位置落子。

要編寫一個評估子力價值的程序，需要考慮諸多因素，這里我們選擇了一種簡單評估子力價值的方式——只考慮某個位置在空棋盤上的價值，而不考慮已有棋子以及落子之后的盤面變化。下面來看一下在空棋盤上不同位置落子的示意圖，如圖3所示。

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圖3 棋盤落子示意圖

觀察圖3不難發(fā)現(xiàn)，玩家在空棋盤上落子的位置可分為以下3種情況：

1. 中心點(diǎn)，這個位置共有4個方向可能和其它棋子連接成直線，獲勝的幾率最高。
2. 4個角位，這4個位置各自有3個方向可能和其它棋子連接成直線，獲勝幾率中等。
3. 4個邊位，這4個位置各自有2個方向可能和其它棋子連接成直線，獲勝幾率最低。

綜上所述，如果電腦在落子時，既沒有必勝落子位置，也沒有必救落子位置時，我們就可以讓電腦按照勝率的高低來選擇落子位置，也就是說，若棋盤的中心點(diǎn)沒有棋子，則選擇中心點(diǎn)作為落子位置；若中心點(diǎn)已有棋子，而角位沒有棋子，則隨機(jī)選擇一個沒有棋子的角位作為落子位置；若中心點(diǎn)和四個角位都有棋子，而邊位沒有棋子，則隨機(jī)選擇一個沒有棋子的邊位作為落子位置。

井字棋游戲一共需要設(shè)計4個類，不同的類創(chuàng)建的對象承擔(dān)不同的職責(zé)，分別是：

（1）游戲類（Game）：負(fù)責(zé)整個游戲流程的控制，是該游戲的入口。

（2）棋盤類（Board）：負(fù)責(zé)顯示棋盤、記錄本輪對局?jǐn)?shù)據(jù)、以及判斷勝利等和對弈相關(guān)的處理工作。

（3）玩家類（Player）：負(fù)責(zé)記錄玩家姓名、棋子類型和得分、以及實(shí)現(xiàn)玩家在棋盤上落子。

（4）電腦玩家類（AIPlayer）：是玩家類的子類。在電腦玩家類類中重寫玩家類的落子方法，在重寫的方法中實(shí)現(xiàn)電腦智能選擇落子位置的功能。

設(shè)計后的類圖如圖4所示。

?

圖4 類結(jié)構(gòu)圖

本實(shí)例中涉及到多個類，為保證程序具有清晰的結(jié)構(gòu)，可以將每個類的相關(guān)代碼分別放置到與其同名的py文件中。另外，由于Player和AIPlayer類具有繼承關(guān)系，可以將這兩個類的代碼放置到player.py文件中。

代碼實(shí)現(xiàn)

本實(shí)例的實(shí)現(xiàn)過程如下所示。

1. 創(chuàng)建項目

使用PyCharm創(chuàng)建一個名為“井字棋V1.0”的文件夾，在該文件夾下分別創(chuàng)建3個py文件，分別為board.py、game.py與player.py，此時程序的目錄結(jié)構(gòu)如圖5所示。

?

圖5 井字棋文件目錄

由于棋盤類是井字棋游戲的重點(diǎn)，因此我們先開發(fā)Board類。

1. 設(shè)計Board類

（1）屬性

井字棋的棋盤上共有9個格子落子，落子也是有位置可循的，因此這里使用列表作為棋盤的數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)，列表中的元素則是棋盤上的棋子，它有以下三種取值：

1. " " 表示沒有落子，是初始值；
2. "X" 表示玩家在該位置下了一個X的棋子；
3. "O" 表示玩家在該位置下了一個O的棋子。

其中列表中的元素為" "的位置才允許玩家落子。為了讓玩家明確可落子的位置，需要增加可落子列表。根據(jù)圖4中設(shè)計的類圖，在board.py文件中定義Board類，并在該類的構(gòu)造方法中添加屬性board_data和movable_list，具體代碼如下。

class Board(object):

??? """棋盤類"""

??? def __init__(self):

??????? self.board_data = [" "] * 9? ????????# 棋盤數(shù)據(jù)

??????? self.movable_list = list(range(9))? # 可移動列表

（2）show_board()方法

show_board()方法實(shí)現(xiàn)創(chuàng)建一個九宮格棋盤的功能。游戲過程中顯示的棋盤分為兩種情況，一種是新一輪游戲開始前顯示的有索引的棋盤，讓玩家明確棋盤格子與序號的對應(yīng)關(guān)系；另一種是游戲中顯示當(dāng)前落子情況的棋盤，會在玩家每次落子后展示。在Board類中添加show_board()方法，并在該方法中傳遞一個參數(shù)show_index，用于設(shè)置是否在棋盤中顯示索引（默認(rèn)為False，表示不顯示索引），具體代碼如下。

def show_board(self, show_index=False):

??? """顯示棋盤

??? :param show_index: True 表示顯示索引 / False 表示顯示數(shù)據(jù)

??? """

??? 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)

（3）move_down ()方法

move_down ()方法實(shí)現(xiàn)在指定的位置落子的功能，該方法接收兩個參數(shù)，分別是表示落子位置的index和表示落子類型（X或者O）的chess，接收的這些參數(shù)都是落子前需要考慮的必要要素，具體代碼如下。

def move_down(self, index, chess):

??? """在指定位置落子

??? :param index: 列表索引

??? :param chess: 棋子類型 X 或 O

??? """

??? # 1. 判斷 index 是否在可移動列表中

??? if index not in self.movable_list:

??????? print("%d 位置不允許落子" % index)

??????? return

??? # 2. 修改棋盤數(shù)據(jù)

??? self.board_data[index] = chess

??? # 3. 修改可移動列表

??? self.movable_list.remove(index)

以上代碼首先判斷落子位置是否可以落子，如果可以就將棋子添加到board_data列表的對應(yīng)位置，并從movable_list列表中刪除。

（4）is_draw ()方法

is_draw ()方法實(shí)現(xiàn)判斷游戲是否平局的功能，該方法會查看可落子索引列表中是否有值，若沒有值表示棋盤中的棋子已經(jīng)落滿了，說明游戲平局，具體代碼如下。

def is_draw(self):

??? """是否平局"""

??? return not self.movable_list

（5）is_win ()方法

is_draw ()方法實(shí)現(xiàn)判斷游戲是否勝利的功能，該方法會先定義方向列表，再遍歷方向列表判斷游戲是否勝利，勝利則返回True，否則返回False，具體代碼如下。

def is_win(self, chess, ai_index=-1):

?? ?"""是否勝利

??? :param chess: 玩家的棋子

??? :param ai_index: 預(yù)判索引，-1 直接判斷當(dāng)前棋盤數(shù)據(jù)

??? """

??? # 1. 定義檢查方向列表

??? 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. 定義局部變量記錄棋盤數(shù)據(jù)副本

??? data = self.board_data.copy()

??? # 判斷是否預(yù)判勝利

??? if ai_index > 0:

??????? data[ai_index] = chess

??? # 3. 遍歷檢查方向列表判斷是否勝利

??? 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參數(shù)的默認(rèn)值為-1，表示無需進(jìn)行預(yù)判，即提示玩家最有利的落子位置；若該參數(shù)不為-1時，表示需要進(jìn)行預(yù)判。

（6）reset_board ()方法

reset_board ()方法實(shí)現(xiàn)清空棋盤的功能，該方法中會先清空movable_list，再將棋盤上的數(shù)據(jù)全部置為初始值，最后往movable_list中添加0~8的數(shù)字，具體代碼如下。

def reset_board(self):

??? """重置棋盤"""

??? # 1. 清空可移動列表數(shù)據(jù)

??? self.movable_list.clear()

??? # 2. 重置數(shù)據(jù)

??? for i in range(9):

??????? self.board_data[i] = " "

??????? self.movable_list.append(i)

1. 設(shè)計Player類

根據(jù)圖4中設(shè)計的類圖，在player.py文件中定義Player類，分別在該類中添加屬性和方法，具體內(nèi)容如下。

（1）屬性

在Player類中添加name、score、chess屬性，具體代碼如下。

import board

import random

class Player(object):

??? """玩家類"""

??? def __init__(self, name):

??????? self.name = name? ???# 姓名

??????? self.score = 0? ?????# 成績

??????? self.chess = None? ?# 棋子

（2）move()方法

move()方法實(shí)現(xiàn)玩家在指定位置落子的功能，該方法中會先提示用戶棋盤上可落子的位置，之后使棋盤根據(jù)用戶選擇的位置重置棋盤數(shù)據(jù)后進(jìn)行顯示，具體代碼如下。

def move(self, chess_board):

??? """在棋盤上落子

??? :param chess_board:

??? """

??? # 1. 由用戶輸入要落子索引

??? index = -1

??? while index not in chess_board.movable_list:

??????? try:

?? ?????????index = int(input("請 “%s” 輸入落子位置 %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)

1. 設(shè)計AIPlayer類

根據(jù)圖4中設(shè)計的類圖，在player.py文件中定義繼承自Player類的子類AIPlayer。AIPlayer類中重寫了父類的move()方法，在該方法中需要增加分析中的策略，使得計算機(jī)玩家變得更加聰明，具體代碼如下。

class AIPlayer(Player):

??? """智能玩家"""

??? def move(self, chess_board):

??????? """在棋盤上落子

??????? :param chess_board:

??????? """

??????? print("%s 正在思考落子位置..." % self.name)

??? ????# 1. 查找我方必勝落子位置

??????? for index in chess_board.movable_list:

??????????? if chess_board.is_win(self.chess, index):

??????????????? print("走在 %d 位置必勝?。?！" % index)

??????????????? chess_board.move_down(index, self.chess)

??????????????? return

??????? # 2. 查找地方必勝落子位置-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("敵人走在 %d 位置必輸，火速堵上！" % index)

?????????????? ?chess_board.move_down(index, self.chess)

??????????????? return

??????? # 3. 根據(jù)子力價值選擇落子位置

??????? index = -1

??????? # 沒有落子的角位置列表

??????? corners = list(set([0, 2, 6, 8]).intersection(

chess_board.movable_list))

??????? # 沒有落子的邊位置列表

??????? 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)

1. 設(shè)計Game類

根據(jù)圖4中設(shè)計的類圖，在game.py文件中定義Game類，分別在該類中添加屬性和方法，具體內(nèi)容如下。

（1）屬性

在Game類中添加chess_board、human、computer屬性，具體代碼如下。

import random

import board

import player

class Game(object):

??? """游戲類"""

??? def __init__(self):

??????? self.chess_board = board.Board()? ????????# 棋盤對象

??????? self.human = player.Player("玩家")? ??????# 人類玩家對象

??????? self.computer = player.AIPlayer("電腦")? # 電腦玩家對象

（2）random_player()方法

random_player()方法實(shí)現(xiàn)隨機(jī)生成先手玩家的功能，該方法中會先隨機(jī)生成0和1兩個數(shù)，選到數(shù)字1的玩家為先手玩家，然后再為兩個玩家設(shè)置棋子類型，即先手玩家為“X”，對手玩家為“O”，具體代碼如下。

def random_player(self):

??? """隨機(jī)先手玩家

??? :return: 落子先后順序的玩家元組

??? """

??? # 隨機(jī)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)

??? # 設(shè)置玩家棋子

??? players[0].chess = "X"

??? players[1].chess = "O"

??? print("根據(jù)隨機(jī)抽取結(jié)果 %s 先行" % players[0].name)

??? return players

（3）play_round ()方法

play_round ()方法實(shí)現(xiàn)一輪完整對局的功能，該方法的邏輯可按照實(shí)例分析的一次流程完成，具體代碼如下。

def play_round(self):

?? ?"""一輪完整對局"""

??? # 1. 顯示棋盤落子位置

??? self.chess_board.show_board(True)

??? # 2. 隨機(jī)決定先手

??? current_player, next_player = self.random_player()

??? # 3. 兩個玩家輪流落子

??? while True:

??????? # 下子方落子

??????? current_player.move(self.chess_board)

??????? # 顯示落子結(jié)果

? ??????self.chess_board.show_board()

??????? # 是否勝利？

??????? if self.chess_board.is_win(current_player.chess):

??????????? print("%s 戰(zhàn)勝 %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 戰(zhàn)成平局" % (current_player.name,

next_player.name))

??????????? break

??????? # 交換落子方

??????? current_player, next_player = next_player, current_player

??? # 4. 顯示比分

??? print("[%s] 對戰(zhàn) [%s] 比分是 %d : %d" % (self.human.name,

??????????????????????????????????????? self.computer.name,

??????????????????????????????????????? self.human.score,

??????????????????????????????????????? self.computer.score))

從上述代碼可以看出，大部分的功能都是通過游戲中各個對象訪問屬性或調(diào)用方法實(shí)現(xiàn)的，這正好體現(xiàn)了類的封裝性的特點(diǎn)，即每個類分工完成各自的任務(wù)。

（4）start ()方法

start ()方法實(shí)現(xiàn)循環(huán)對局的功能，該方法中會在每輪對局結(jié)束之后詢問玩家是否再來一局，若玩家選擇是，則重置棋盤數(shù)據(jù)后開始新一輪對局；若玩家選擇否，則會退出游戲，具體代碼如下。

def start(self):

??? """循環(huán)開始對局"""

??? while True:

??????? # 一輪完整對局

??????? self.play_round()

??????? # 詢問是否繼續(xù)

??????? is_continue = input("是否再來一盤（Y/N）？").upper()

??????? # 判斷玩家輸入

??????? if is_continue != "Y":

??????????? break

??????? # 重置棋盤數(shù)據(jù)

??????? self.chess_board.reset_board()

最后在game.py文件中通過Game類對象調(diào)用start()方法啟動井字棋游戲，具體代碼如下。

if __name__ == '__main__':

??? Game().start()

代碼測試

運(yùn)行程序，對戰(zhàn)一局游戲的結(jié)果如下所示：

?????? |?????? |

?? 0?? |?? 1?? |?? 2

?????? |?????? |

-----------------------

?????? |?????? |

?? 3?? |?? 4?? |?? 5

?????? |?????? |

-----------------------

?????? |?????? |

?? 6?? |?? 7?? |?? 8

?????? |?????? |

根據(jù)隨機(jī)抽取結(jié)果 電腦 先行

電腦 正在思考落子位置...

?????? |?????? |

?????? |?????? |???

?????? |?????? |

-----------------------

?????? |?????? |

?????? |?? X?? |???

?????? |?????? |

-----------------------

?????? |?????? |

?????? |?????? |???

?????? |?????? |

請 “玩家” 輸入落子位置 [0, 1, 2, 3, 5, 6, 7, 8]：0

?????? |?????? |

?? O?? |?????? |???

?????? |?????? |

-----------------------

?????? |?????? |

?????? |?? X?? |???

?????? |?????? |

-----------------------

?????? |?????? |

?????? |?????? |???

?????? |?????? |

電腦 正在思考落子位置...

?????? |?????? |

?? O?? |?????? |???

?????? |?????? |

-----------------------

?????? |?????? |

?????? |?? X?? |???

?????? |?????? |

-----------------------

?????? |?????? |

?? X?? |?????? |???

?????? |?????? |

請 “玩家” 輸入落子位置 [1, 2, 3, 5, 7, 8]：2

?????? |?????? |

?? O?? |?????? |?? O

?????? |?????? |

-----------------------

?????? |?????? |

?????? |?? X?? |???

?????? |?????? |

-----------------------

?????? |?????? |

?? X?? |?????? |???

?????? |?????? |

電腦 正在思考落子位置...

敵人走在 1 位置必輸，火速堵上！

?????? |?????? |

?? O?? |?? X?? |?? O

???? ??|?????? |

-----------------------

?????? |?????? |

?????? |?? X?? |???

?????? |?????? |

-----------------------

?????? |?????? |

?? X?? |?????? |???

?????? |?????? |

請 “玩家” 輸入落子位置 [3, 5, 7, 8]：7

?????? |?????? |

?? O?? |?? X?? |?? O

?????? |?????? |

-----------------------

?????? |?????? |

?????? |?? X?? |???

?????? |?????? |

-----------------------

?????? |?????? |

?? X?? |?? O?? |???

?????? |?????? |

電腦 正在思考落子位置...

?????? |?????? |

?? O?? |?? X?? |?? O

?????? |?????? |

-----------------------

????? ?|?????? |

?????? |?? X?? |???

?????? |?????? |

-----------------------

?????? |?????? |

?? X?? |?? O?? |?? X

?????? |?????? |

請 “玩家” 輸入落子位置 [3, 5]：5

?????? |?????? |

?? O?? |?? X?? |?? O

?????? |?????? |

-----------------------

?????? |?????? |

?????? | ??X?? |?? O

?????? |?????? |

-----------------------

?????? |?????? |

?? X?? |?? O?? |?? X

?????? |?????? |

電腦 正在思考落子位置...

?????? |?????? |

?? O?? |?? X?? |?? O

?????? |?????? |

-----------------------

?????? |?????? |

?? X?? |?? X?? |?? O

?????? |?????? |

-----------------------

?????? |?????? |

?? X?? |?? O?? |?? X

?????? |?????? |

電腦 和 玩家 戰(zhàn)成平局

[玩家] 對戰(zhàn) [電腦] 比分是 0 : 0

是否再來一盤（Y/N）？n文章來源地址http://www.zghlxwxcb.cn/news/detail-758156.html

到了這里，關(guān)于井字棋--課后程序(Python程序開發(fā)案例教程-黑馬程序員編著-第7章-課后作業(yè))的文章就介紹完了。如果您還想了解更多內(nèi)容，請在右上角搜索TOY模板網(wǎng)以前的文章或繼續(xù)瀏覽下面的相關(guān)文章，希望大家以后多多支持TOY模板網(wǎng)！