強(qiáng)化學(xué)習(xí)Agent系列（一）——PyGame游戲編程，Python 貪吃蛇制作實(shí)戰(zhàn)教學(xué)

一、前言

大家好，未來(lái)的開發(fā)者們請(qǐng)上座
隨著人工智能的發(fā)展，強(qiáng)化學(xué)習(xí)基本會(huì)再次來(lái)到人們眼前，遂想制作一下相關(guān)的教程。強(qiáng)化學(xué)習(xí)第一步基本離不開虛擬環(huán)境的搭建，下面用大家耳熟能詳?shù)呢澇陨哂螒驗(yàn)榛A(chǔ)，制作一個(gè)Agent，完成對(duì)這個(gè)游戲的絕殺。
萬(wàn)里長(zhǎng)城第一步：用python開發(fā)貪吃蛇游戲

1、pygame介紹

用Python進(jìn)行游戲開發(fā)的首選模塊就是PyGame。
pygame 是一個(gè)流行的跨平臺(tái)Python模塊，專為電子游戲設(shè)計(jì)，包含圖像、聲音等，創(chuàng)建在SDL（Simple DirectMedia Layer）基礎(chǔ)上，允許實(shí)時(shí)電子游戲研發(fā)而不會(huì)被低級(jí)語(yǔ)言，如C語(yǔ)言或是更低級(jí)的匯編語(yǔ)言束縛?；谶@樣一個(gè)設(shè)想，所有需要的游戲功能和理念（主要是圖像方面）都完全簡(jiǎn)化為游戲邏輯本身，所有的資源結(jié)構(gòu)都可以由高級(jí)語(yǔ)言（如Python）提供。它提供了一套豐富的功能，使得游戲開發(fā)者可以輕松地創(chuàng)建圖形、動(dòng)畫、音效和游戲邏輯。

以下是 pygame 的一些關(guān)鍵特性：
注：不需要特地去記，一開始只需要知道pygame有哪些關(guān)鍵特性，哪些功能他可以實(shí)現(xiàn)即可。

1. 顯示
   pygame 提供了一種簡(jiǎn)單的方式來(lái)創(chuàng)建和管理游戲窗口以及渲染圖形。
   它支持多種圖像格式，包括 BMP、JPG、PNG、GIF 等。
2. 事件
   pygame 有一個(gè)事件系統(tǒng)，可以處理鍵盤、鼠標(biāo)、游戲手柄等輸入設(shè)備的事件。
   開發(fā)者可以輕松地查詢和響應(yīng)用戶的交互。
3. 圖形
   pygame 提供了基本的2D圖形繪制功能，包括線條、形狀、圖像渲染等。
   它也支持圖像的變換，如縮放、旋轉(zhuǎn)和翻轉(zhuǎn)。
4. 音效和音樂(lè)
   pygame 可以播放音效和音樂(lè)文件，支持多種音頻格式。
   它提供了音量控制、播放控制等基本的音頻操作。
5. 精靈
   pygame 的精靈（Sprite）系統(tǒng)可以幫助管理游戲中的對(duì)象。
   精靈類可以用來(lái)表示游戲中的每一個(gè)元素，如角色、物品等。
6. 時(shí)鐘
   pygame 的時(shí)鐘（Clock）功能可以幫助控制游戲的幀率，確保游戲以均勻的速度運(yùn)行。
7. 碰撞檢測(cè)
   pygame 提供了簡(jiǎn)單的碰撞檢測(cè)功能，可以檢測(cè)兩個(gè)元素是否相互接觸或重疊。
8. 字體和文本
   pygame 支持字體渲染，可以在游戲中顯示文本。
9. 跨平臺(tái)
   pygame 可以運(yùn)行在多種操作系統(tǒng)上，包括 Windows、Mac OS X 和 Linux。
   安裝 pygame 通常很簡(jiǎn)單，只需使用 pip 命令即可：

2、 安裝Pygame

pip install pygame

一旦安裝了 pygame，你就可以開始創(chuàng)建游戲窗口、加載圖像、處理用戶輸入和創(chuàng)建游戲邏輯了。pygame 的社區(qū)活躍，有大量的教程和文檔可供學(xué)習(xí)，這使得即使是編程新手也能夠開始他們的游戲開發(fā)之旅。

3. Pygame常用模塊

Pygame做游戲開發(fā)的優(yōu)勢(shì)在于不需要過(guò)多地考慮底層相關(guān)的內(nèi)容，可以把工作中心放在游戲邏輯上。例如，PyGame中集成了很多和底層相關(guān)的模塊，如訪問(wèn)顯示設(shè)備、管理事件、使用字體等。

Pygame常用模塊如下：

二、pygame 入門

1、窗口初始化與事件初認(rèn)識(shí)

使用Pygame的display模塊和event模塊創(chuàng)建一個(gè)PyGame窗口，代碼結(jié)構(gòu)主要分三部分：

1. 模塊導(dǎo)入
2. pygame窗口初始化
3. 游戲主體

初始化涉及到的pygame與sys函數(shù)：

# -*- coding: utf-8 -*-
# 一、模塊導(dǎo)入
import sys         # 導(dǎo)入sys模塊
import pygame       # 導(dǎo)入pygame模塊

# 二、pygame窗口初始化
pygame.init()                           # 初始化pygame
size = width, height = 320, 240         # 設(shè)置窗口尺寸
screen = pygame.display.set_mode(size)  # 顯示窗口
# 設(shè)置標(biāo)題
pygame.display.set_caption('窗口初始化測(cè)試')

# 三、游戲主體
# 執(zhí)行死循環(huán)，確保窗口一直顯示，同時(shí)監(jiān)聽關(guān)閉按鈕事件
while True:
    # 檢查事件
    for event in pygame.event.get():    # 遍歷所有事件
        if event.type == pygame.QUIT:     # 如果單擊關(guān)閉按鈕
            pygame.quit()       # 卸載所有pygame模塊
            sys.exit()          # 終止當(dāng)前程序

運(yùn)行結(jié)果如下：

這樣子你就創(chuàng)建了一個(gè)窗口，點(diǎn)擊關(guān)閉按鈕，程序捕捉到pygame.QUIT事件，pygame.quit()卸載完pygame模塊后，運(yùn)行 sys.exit() 退出程序。

這樣子就開始了基于pygame制作游戲的第一步。窗口初始化

2、創(chuàng)建綠色方塊并鍵盤移動(dòng)

涉及到游戲基本就離不開控制角色移動(dòng)，遂就將其當(dāng)做第二課
運(yùn)行結(jié)果如下：

該課程涉及到的pygame函數(shù)（不重復(fù)上一課學(xué)習(xí)到的了）：

注：額外知識(shí)點(diǎn)補(bǔ)充游戲中的坐標(biāo)系：

具體的邏輯代碼如下
使用Pygame的創(chuàng)建綠色方塊并鍵盤移動(dòng)，代碼結(jié)構(gòu)主要分三部分：

1. 模塊導(dǎo)入
2. pygame窗口初始化
3. 游戲主體
   3. 1 游戲內(nèi)對(duì)象初始化
   3. 2 監(jiān)聽按鍵、鼠標(biāo)事件并設(shè)置事件內(nèi)容，修改方塊位置
   3. 3 依據(jù)方塊的位置寬高，重新渲染畫面和方塊

# -*- coding: utf-8 -*-
# 一、模塊導(dǎo)入
import sys         # 導(dǎo)入sys模塊
import pygame       # 導(dǎo)入pygame模塊

# 二、pygame窗口初始化
pygame.init()                           # 初始化pygame
size = width, height = 320, 240         # 設(shè)置窗口尺寸
screen = pygame.display.set_mode(size)  # 顯示窗口
# 設(shè)置標(biāo)題
pygame.display.set_caption('創(chuàng)建綠色方塊并鍵盤移動(dòng)')

# 三、游戲主體
# 執(zhí)行死循環(huán)，確保窗口一直顯示，同時(shí)監(jiān)聽關(guān)閉按鈕事件

## 3.1 游戲內(nèi)對(duì)象初始化
# 設(shè)置矩陣的屬性
rect_color = (0, 255, 0)  # 綠色
rect_len = 20  # 矩陣的邊長(zhǎng)
rect_pos = [width // 2, height // 2]  # 矩陣的初始位置
rect_speed = [2, 2]  # 矩陣的速度

# 定義時(shí)鐘對(duì)象
clock = pygame.time.Clock()

while True:
    # 3.2 監(jiān)聽按鍵、鼠標(biāo)事件并設(shè)置事件內(nèi)容，修改方塊的值
    # 檢查事件
    for event in pygame.event.get():    # 遍歷所有事件
        if event.type == pygame.QUIT:     # 如果單擊關(guān)閉按鈕
            pygame.quit()       # 卸載所有pygame模塊
            sys.exit()          # 終止當(dāng)前程序

    # 檢查按鍵，并對(duì)上下左右每一個(gè)按鍵，綁定事件
    keys = pygame.key.get_pressed()
    if keys[pygame.K_LEFT]:
        rect_pos[0] -= rect_speed[0]
    if keys[pygame.K_RIGHT]:
        rect_pos[0] += rect_speed[0]
    if keys[pygame.K_UP]:
        rect_pos[1] -= rect_speed[1]
    if keys[pygame.K_DOWN]:
        rect_pos[1] += rect_speed[1]

    # 3.3 依據(jù)方塊的位置寬高，重新渲染畫面和方塊
    #確保方塊不會(huì)移出屏幕
    rect_pos[0]=max(0,min(width-rect_len,rect_pos[0]))
    rect_pos[1]=max(0,min(height-rect_len,rect_pos[1]))

    # 填充背景色（每次用黑色的背景覆蓋掉舊有的畫面）
    screen.fill((0,0,0))

    #畫矩陣
    pygame.draw.rect(screen,rect_color,(*rect_pos,rect_len,rect_len))

    # 更新屏幕
    pygame.display.update()

    # 控制游戲刷新速度
    clock.tick(60)

上述代碼中，添加了鍵盤事件檢測(cè)。pygame.key.get_pressed()能夠獲取鍵盤狀態(tài)，查詢目標(biāo)按鈕的狀態(tài)并添加相應(yīng)的事件，如：

    keys = pygame.key.get_pressed()
    if keys[pygame.K_LEFT]:
        rect_pos[0] -= rect_speed[0]
    if keys[pygame.K_RIGHT]:
        rect_pos[0] += rect_speed[0]
    if keys[pygame.K_UP]:
        rect_pos[1] -= rect_speed[1]
    if keys[pygame.K_DOWN]:
        rect_pos[1] += rect_speed[1]

如果按下left，則rect的x值減少，按下right，則rect的x值增加。如果按下up，則y值減少，按下down，y值增加。具體對(duì)應(yīng)關(guān)系可參考上面的pygame中的游戲坐標(biāo)系進(jìn)行理解。

3、控制綠色方塊吃掉紅色果子

游戲基本一定會(huì)涉及到游戲內(nèi)物體的交互，一個(gè)游戲的玩法核心就是交互，在設(shè)計(jì)游戲玩法的時(shí)候，各位帥哥美女們可以參考下面，設(shè)計(jì)一下交互規(guī)則。

創(chuàng)建交互規(guī)則如下：

• 1、玩家控制綠色方塊移動(dòng)
• 2、如果地圖中沒(méi)有紅色果子，在地圖任意位置，隨機(jī)生成一個(gè)果子
• 3、綠色方塊的位置與紅色果子位置一致時(shí)，紅色果子刷新位置

具體的邏輯代碼如下
初始化隨機(jī)生成一個(gè)果子的位置，并渲染出來(lái)
當(dāng)二者左上角的位置距離<8 px的時(shí)候，果子刷新位置

該課程涉及到的pygame函數(shù)（不重復(fù)上一課學(xué)習(xí)到的了）：

額外補(bǔ)充知識(shí)：

具體代碼如下：

# -*- coding: utf-8 -*-
# 一、模塊導(dǎo)入
import sys  # 導(dǎo)入sys模塊
import pygame  # 導(dǎo)入pygame模塊
import random  # 導(dǎo)入random模塊
import numpy as np
# 二、pygame窗口初始化
pygame.init()  # 初始化pygame
size = width, height = 320, 240  # 設(shè)置窗口尺寸
screen = pygame.display.set_mode(size)  # 顯示窗口
# 設(shè)置標(biāo)題
pygame.display.set_caption('3、控制綠色方塊吃掉紅色果子')

# 三、游戲主體
# 執(zhí)行死循環(huán)，確保窗口一直顯示，同時(shí)監(jiān)聽關(guān)閉按鈕事件

## 3.1 游戲內(nèi)對(duì)象初始化
# 設(shè)置矩陣的屬性
rect_color = (0, 255, 0)  # 綠色
rect_len = 20  # 矩陣的邊長(zhǎng)
rect_pos = [width // 2, height // 2]  # 矩陣的初始位置
rect_speed = [2, 2]  # 矩陣的速度

# 設(shè)置果子的初始屬性
food_color = (255,0,0 )  # 果子顏色：紅色
food_len = 15           # 果子大?。?5像素
foodPosition = (random.randint(0, width - 30) , random.randint(0, height - 30) ) # 果子的初始位置

# 定義時(shí)鐘對(duì)象
clock = pygame.time.Clock()

while True:
    # 3.2 監(jiān)聽按鍵、鼠標(biāo)事件并設(shè)置事件內(nèi)容，修改方塊的值
    # 檢查事件
    for event in pygame.event.get():  # 遍歷所有事件
        if event.type == pygame.QUIT:  # 如果單擊關(guān)閉按鈕
            pygame.quit()  # 卸載所有pygame模塊
            sys.exit()  # 終止當(dāng)前程序

    # 檢查按鍵，并對(duì)上下左右每一個(gè)按鍵，綁定事件
    keys = pygame.key.get_pressed()
    if keys[pygame.K_LEFT]:
        rect_pos[0] -= rect_speed[0]
    if keys[pygame.K_RIGHT]:
        rect_pos[0] += rect_speed[0]
    if keys[pygame.K_UP]:
        rect_pos[1] -= rect_speed[1]
    if keys[pygame.K_DOWN]:
        rect_pos[1] += rect_speed[1]

    if np.linalg.norm((rect_pos[0]-foodPosition[0],rect_pos[1]-foodPosition[1]))<8:
        foodPosition = (random.randint(0, width - 30) , random.randint(0, height - 30) ) # 果子的初始位置
    # 3.3 依據(jù)方塊的位置寬高，重新渲染畫面和方塊
    # 確保方塊不會(huì)移出屏幕
    rect_pos[0] = max(0, min(width - rect_len, rect_pos[0]))
    rect_pos[1] = max(0, min(height - rect_len, rect_pos[1]))

    # 填充背景色（每次用黑色的背景覆蓋掉舊有的畫面）
    screen.fill((0, 0, 0))

    # 畫果子
    pygame.draw.rect(screen, food_color, (*foodPosition, food_len, food_len))

    # 畫矩陣
    pygame.draw.rect(screen, rect_color, (*rect_pos, rect_len, rect_len))

    # 更新屏幕
    pygame.display.update()

    # 控制游戲刷新速度
    clock.tick(60)

4、控制綠色方塊吃掉紅色果子，身體長(zhǎng)度加一節(jié)

定義游戲名字：貪吃蛇
創(chuàng)建交互規(guī)則如下：

• 1、玩家控制綠色蛇移動(dòng)
• 2、如果地圖中沒(méi)有紅色果子，在地圖任意位置，隨機(jī)生成一個(gè)果子
• 3、綠色方塊的位置與紅色果子位置一致時(shí)，蛇身長(zhǎng)度長(zhǎng)一節(jié)
• 4、綠色方塊的位置與紅色果子位置一致時(shí)，紅色果子刷新位置

翻譯成代碼邏輯：

初始化隨機(jī)生成一個(gè)果子的位置，并渲染出來(lái)
蛇吃果子代碼邏輯：當(dāng)二者重疊超過(guò)百分之七十時(shí)候，果子刷新位置
蛇移動(dòng)代碼原理：每次在監(jiān)聽鍵盤，如果有移動(dòng)操作導(dǎo)致頭部發(fā)生改變，那么在新的位置繪制一個(gè)矩形，并插入蛇的身體列表開頭做為新的頭部。
如果這一步?jīng)]有吃到果子則彈出尾巴，有就不彈出。

該課程涉及到的pygame函數(shù)（不重復(fù)上一課學(xué)習(xí)到的了）：

代碼邏輯如下：

# -*- coding: utf-8 -*-
# 一、模塊導(dǎo)入
import sys  # 導(dǎo)入sys模塊
import pygame  # 導(dǎo)入pygame模塊
import random  # 導(dǎo)入random模塊
import numpy as np

# 二、pygame窗口初始化
pygame.init()  # 初始化pygame
size = width, height = 320, 240  # 設(shè)置窗口尺寸
screen = pygame.display.set_mode(size)  # 顯示窗口
# 設(shè)置標(biāo)題
pygame.display.set_caption('3、控制綠色方塊吃掉紅色果子')

# 三、游戲主體
# 執(zhí)行死循環(huán)，確保窗口一直顯示，同時(shí)監(jiān)聽關(guān)閉按鈕事件

## 3.1 游戲內(nèi)對(duì)象初始化
# 設(shè)置矩陣的屬性
rect_color = (0, 255, 0)  # 綠色
rect_len = 20  # 矩陣的邊長(zhǎng)
snake_len = 3
body0 = pygame.Rect(width // 2, height // 2, rect_len, rect_len)  # 矩形
rect_snake_body = [body0]  # 矩陣的初始位置

rect_speed = [2, 2]  # 矩陣的速度

# 設(shè)置果子的初始屬性
food_color = (255, 0, 0)  # 果子顏色：紅色
food_len = 15  # 果子大?。?5像素
foodPosition = (random.randint(0, width - 30), random.randint(0, height - 30))  # 果子的初始位置
food_body = pygame.Rect(*foodPosition, food_len, food_len)

# 定義時(shí)鐘對(duì)象
clock = pygame.time.Clock()

while True:
    # 3.2 監(jiān)聽按鍵、鼠標(biāo)事件并設(shè)置事件內(nèi)容，修改方塊的值
    # 檢查事件
    for event in pygame.event.get():  # 遍歷所有事件
        if event.type == pygame.QUIT:  # 如果單擊關(guān)閉按鈕
            pygame.quit()  # 卸載所有pygame模塊
            sys.exit()  # 終止當(dāng)前程序

    rect_pos = [rect_snake_body[0].x, rect_snake_body[0].y]
    # 檢查按鍵，并對(duì)上下左右每一個(gè)按鍵，綁定事件
    keys = pygame.key.get_pressed()
    if keys[pygame.K_LEFT]:
        rect_pos[0] -= rect_speed[0]
    if keys[pygame.K_RIGHT]:
        rect_pos[0] += rect_speed[0]
    if keys[pygame.K_UP]:
        rect_pos[1] -= rect_speed[1]
    if keys[pygame.K_DOWN]:
        rect_pos[1] += rect_speed[1]

    # 3.3 根據(jù)上一步的數(shù)值變化進(jìn)行，二次處理處理功能：1、不會(huì)移出屏幕。2、吃掉果子。3、蛇身移動(dòng)
    # 1、確保蛇不會(huì)移出屏幕
    rect_pos[0] = max(0, min(width - rect_len, rect_pos[0]))
    rect_pos[1] = max(0, min(height - rect_len, rect_pos[1]))

    # 2、吃掉果子邏輯
    overRect = food_body.clip(rect_snake_body[0])
    if overRect.width * overRect.height >= food_body.width * food_body.height * 0.7:
        foodPosition = food_body.x, food_body.y = random.randint(0, width - 30), random.randint(0,height - 30)  # 果子的隨機(jī)位置
        snake_len += 1  # 蛇的身長(zhǎng)加1
    # 3、移動(dòng)
    if rect_pos[0] != rect_snake_body[0].x or rect_pos[1] != rect_snake_body[0].y:
        newHead = pygame.Rect(*rect_pos, rect_len, rect_len)
        rect_snake_body.insert(0, newHead)
        if len(rect_snake_body) >= snake_len:
            rect_snake_body.pop()

    # 3.4 渲染
    # 填充背景色（每次用黑色的背景覆蓋掉舊有的畫面）
    screen.fill((0, 0, 0))
    # 畫果子
    pygame.draw.rect(screen, food_color, food_body)
    # 倒序畫蛇身
    for i in range(len(rect_snake_body)):
        # 畫矩陣
        p=rect_snake_body[len(rect_snake_body)-i-1]
        pygame.draw.rect(screen, rect_color, p)
        pygame.draw.rect(screen, (200,200,200), p,1)
    # 更新屏幕
    pygame.display.update()

    # 控制游戲刷新速度
    clock.tick(60)

三、pygame初級(jí)

經(jīng)過(guò)前面的學(xué)習(xí)，想必各位帥哥美女對(duì)怎么用pygame寫交互邏輯有了一些初步的認(rèn)知?，F(xiàn)在讓我們學(xué)習(xí)一下：1、圖片導(dǎo)入。2、文本。3、游戲結(jié)束和重新開始。4、空格游戲暫停

初級(jí)的博客在個(gè)人博客里可以搜到，后續(xù)看反響，如果還行整理成視頻在b站發(fā)布。

中級(jí)的話就是工程開發(fā)，將以上的全部，按照工程標(biāo)準(zhǔn)分多個(gè)文件開發(fā)。后面也會(huì)提到文章來(lái)源地址http://www.zghlxwxcb.cn/news/detail-812257.html

到了這里，關(guān)于強(qiáng)化學(xué)習(xí)Agent系列（一）——PyGame游戲編程，Python 貪吃蛇制作實(shí)戰(zhàn)教學(xué)的文章就介紹完了。如果您還想了解更多內(nèi)容，請(qǐng)?jiān)谟疑辖撬阉鱐OY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)！