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  • 井字棋游戏目的
    2022-06-17 08:34:53

    1.可行性分析:

    井字棋游戏设计对于为初学者来说,是个比较适合和有研究意义的题目。“井字棋”游戏(又叫“三子棋”),或是一字棋,是一款十分经典的益智小游戏,想必很多玩家都有玩过。“井字棋”的棋盘很简单,是一个3×3的格子,很像中国文字中的“井”字,所以得名“井字棋”。“井字棋”游戏的规则与“五子棋”十分类似,“五子棋”的规则是一方首先五子连成一线就胜利;“井字棋”是一方首先三子连成一线就胜利。虽然这只是个很简单的小游戏,但作为初学者的我们认识项目设计的技巧与结构及其概念的理解,封装性、继承派生、多肽的理解及实现,是比较好的课题。对我们以后的大型程序的设计奠定了基础。我认为是个很好的、有可研究性的设计项目。
    2.需求分析:

    该软件的设计主要是实现简单的三字棋,能做到玩家与玩家之间的对弈其次,从程序的设计过程中理解实现程序的方法和理念,学会怎么样做到面向对象设计,理解面向对象的概念及结构的封装性和实用性,能为以后的设计奠定一些良好的基础。

    3.此节说明软件的性能要求:

    精度:本程序中按照系统给出的提示,输入数字,实现程序的功能。应该注意,
    输入的一定只能是数字,若输入字母或其他,则出错。
    时间特性:由于本程序并不是很庞大,故响应时间短,显示结果迅速。
    故障处理要求:只有在非法输入是,出现死循环,此时应该退出程序,重新输入。运行环境规定运行的软件环境:
    windows 7、windows10
    运行该软件所需要的硬设备:PC机一台。

    4.性能:

    1.程序耗费电脑内存和CPU 开销很小。

    2.游戏界面比较美观,亲近,方便大众接受。
     

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    • 案例目的

    本章案例研究,通过井字棋游戏案例帮助读者深入了解,使用数据结构和算法实现游戏,人工智能井字棋游戏包括较为复杂的计算机人工智能落子算法,判断输赢算法等,通过把不同功能定义为独立的函数,可以减少程序的复杂性。

    • 案例内容

    井字棋,英文名叫Tic-Tac-Toe,是一种在3*3格子上进行的连珠游戏,和五子棋类似,由于棋盘一般不画边框,格线排成井字故得名。游戏需要的工具仅为纸和笔,然后由分别代表O和X的两个游戏者轮流在格子里留下标记(一般来说先手者为X),任意三个标记形成一条直线,则为获胜。

    表 1棋谱类型("+"是指“眼”)

    A型(O胜)

    B型(X胜)

    C型(O胜)

     

     

     

    三、  

    ~ 实验环境

    Pycharm、Anaconda

    四、设计实现

    4.1 设计思路

            棋盘采用包含3*3个元素的列表来表示,board[o]到board[8]存储代表棋子的字符串,字符串中可以包含"X"、"O"、或者数字0到8(表示未落子)。

    程序的流程如下:

            (1)初始化棋盘;

            (2)询问玩家选择棋子:棋子X先走,棋子0后走;

            (3)显示棋盘及落子布局(调用函数display_board() ) ;

            (4)循环轮流落子:

                    (4-1)如果玩家落子,则询问落子位置(调用函数getPlayerMove() ,然后判断玩家是否获胜(调用函数isWinner() ) ,如果获胜,显示棋盘(调用函数display_board()),输出信息,break跳出循环;

                    (4-2)如果计算机人工智能(AI)落子,则根据计算机人工智能(AI)落子算法计算落子位置,然后判断AI是否获胜(调用函数isWinner()),如果AI获胜,则显示棋盘(调用函数display_board()),输出信息, break跳出循环;

                    (4-3)判断是否平局(调用函数isTie()),如果平局,则显示棋盘(调用函数display_board()),输出信息,break跳出循环;否则继续轮流落子。

    计算机人工智能(AI)落子算法如下:

            (1)如果某位置落子可以获胜,则选择该位置;

            (2)否则,如果某个位置玩家下一步落子可以获胜,则选择该位置;

            (3)否则,按中心(4)、角(0、2、6、8)、边(1、3、5、7)顺序选择空的位置。

    判断输赢规则如下:如果三条横线((0,1,2),(3,4,5),(6,7,8))、三条竖线((0,3,6),(1,4,7),(2,5,8))、两条对角线((0,4,8),(2,4,6))共八种情况的三个位置的棋子相同,则该棋子方赢棋。如果全部位置落子,则平局。

     图 1 井字棋流程

    4.2 代码实现

    def display_board(b): 
    
        """显示棋盘""" 
    
        print("\t{0}|{1}|{2}".format(b[0], b[1], b[2])) 
    
        print("\t_|_|_") 
    
        print("\t{0}|{1}|{2}".format(b[3], b[4], b[5])) 
    
        print("\t_|_|_") 
    
        print("\t{0}|{1}|{2}".format(b[6], b[7], b[8])) 
    
     
    
    def legal_moves(board): 
    
        """返回可下棋的位置列表""" 
    
        moves = [] 
    
        for i in range(9): 
    
            if board[i] in list("012345678"): 
    
                moves.append(i) 
    
        return moves 
    
     
    
     
    
    def getPlayerMove(board): 
    
        """询问并确定玩家(player)选择落子位置,无效位置时重复询问""" 
    
        move = 9  # 初始值9为错误的位置 
    
        while move not in legal_moves(board): 
    
            move = int(input("请选择落子位置(0-8):")) 
    
        return move 
    
     
    
     
    
    def getComputerMove(board, computerLetter, playerLetter): 
    
        """计算人工智能AI的落子位置, Tic Tac Toe AI核心算法""" 
    
        boardcopy = board.copy()  # 拷贝棋盘,不影响原来 
    
        # 规则1:判断如果某位置落子可获胜,则选择该位置 
    
        for move in legal_moves(boardcopy): 
    
            boardcopy[move] = computerLetter 
    
            if isWinner(boardcopy, computerLetter):  # 判断是否获胜 
    
                return move 
    
            boardcopy[move] = str(move) 
    
     
    
        # 规则2:某个位置玩家下一步落子可获胜,则选择该位置 
    
        for move in legal_moves(boardcopy): 
    
            boardcopy[move] = playerLetter 
    
            if isWinner(boardcopy, playerLetter):  # 判断是否获胜 
    
                return move 
    
            boardcopy[move] = str(move) 
    
        # 规则2:中心(4)、角(0、2、6、8)、边(1、3、5、7)顺序选择空的位置 
    
        for move in (4, 0, 2, 6, 8, 1, 3, 5, 7): 
    
            if move in legal_moves(board): 
    
                return move 
    
     
    
     
    
    def isWinner(board, letter): 
    
        """判断所给的棋子是否获胜""" 
    
        WAYS_TO_WIN = {(0, 1, 2), (3, 4, 5), (6, 7, 8), (0, 3, 6), (1, 4, 7), (2, 5, 8), 
    
                       (0, 4, 8), (2, 4, 6)} 
    
        for r in WAYS_TO_WIN: 
    
            if board[r[0]] == board[r[1]] == board[r[2]]: 
    
                return True 
    
        return False 
    
     
    
     
    
    def isTie(board): 
    
        """判断是否平局""" 
    
        for i in list("012345678"): 
    
            if i in board: 
    
                return False 
    
        return True 
    
     
    
     
    
    def tic_tac_toe(): 
    
        """井字棋""" 
    
        # 初始化棋盘为['0', '1', '2', '3', '4', '5', '6', '7', '8'] 
    
        board = list("012345678") 
    
        # 询问玩家选择棋子:棋子X先走,棋子O后走 
    
        playerLetter = input("请选择棋子X或O(X先走,O后走):") 
    
        if playerLetter in ("X", "x"): 
    
            turn = "player"  # 玩家先走 
    
            computerLetter = "O" 
    
        else: 
    
            turn = "computer" 
    
            computerLetter = "X" 
    
            playerLetter = "O" 
    
        print("{}先走!".format(turn)) 
    
     
    
        while True:  # 循环轮流落子 
    
            display_board(board) 
    
            if turn == 'player':  # 玩家落子 
    
                move = getPlayerMove(board)  # 询问落子位置 
    
                board[move] = playerLetter  # 落子 
    
                if isWinner(board, playerLetter):  # 判断是否获胜 
    
                    display_board(board) 
    
                    print('恭喜玩家获胜!') 
    
                    break 
    
                else: 
    
                    turn = "computer" 
    
            else:  # 计算机落子 
    
                # 计算机落子位置 
    
                move = getComputerMove(board, computerLetter, playerLetter) 
    
                print("计算机人工智能AI落子位置:", move) 
    
                board[move] = computerLetter  # 落子 
    
                if isWinner(board, computerLetter):  # 判断是否获胜 
    
                    display_board(board) 
    
                    print('计算机人工智能AI获胜!') 
    
                    break 
    
                else: 
    
                    turn = "player" 
    
                    # 判断是否平局 
    
            if isTie(board): 
    
                display_board(board) 
    
                print('平局!') 
    
                break 
    
     
    
     
    
    if __name__ == '__main__': 
    
        tic_tac_toe() 

    4.3 测试结果

              

     

    展开全文
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  • 井字棋是一个经典的小游戏,在九宫格上玩家轮流画OXO,当每列或每行或是两个对角成一线时便是获胜。今天就用Python编写一个井字棋游戏,与电脑对战。程序执行画面如下图所示:程序提供了两种人工智能选择,一个是强...

    井字棋是一个经典的小游戏,在九宫格上玩家轮流画OXO,当每列或每行或是两个对角成一线时便是获胜。

    今天就用Python编写一个井字棋小游戏,与电脑对战。

    程序执行画面如下图所示:

    程序提供了两种人工智能选择,一个是强人工智能另一个是弱人工智能,选择强人工智能,如果计算机先下,玩家可以说是没有赢的可能,因此特地弄出一个弱人工智能选项,一来增加游戏的趣味,一来可以比较这两者在程序设计上的差异。选择弱人工智能,玩家通常可以简单的获胜。

    游戏一开始还须得选择O或X,然后会随机选择玩家先下或是计算机先下。

    整个程序最主要的核心在于如何决定计算机如何落子,也就是人工智能实现的部分,这部分的程序落在底下程序,function:getComputerMove(self,board) 是实现强人工智能的方法。他有几个判断步骤,首先:

    第一步骤:程序代码165~170 ,先判断该次落子"计算机"是否有获胜的可能,用循环寻访所有

    可落子地方,若有可获胜的可能则在该地方落子

    第二步骤:程序代码172~178 ,先判断该次落子"玩家"是否有获胜的可能,用循环寻访所有

    可落子地方,若"玩家"有可获胜的可能则在该地方落子,目的是为了阻止玩家获胜

    若上述两个动作都不成立,则接着判断以下步骤落子

    第三步骤:程序代码180~183,[1,3,7,9]代表着在九宫格的四个角的编号,此段程序在此四个角落随机选择一地方下子

    第四步骤:程序代码185~187,[5]代表着在九宫格的中间位置的编号,此段程序判断中间位置是否可落子

    第五步骤:程序代码189~190,[2,4,6,8]代表着在九宫格的四个边的编号,此段程序在此四个边落随机选择一地方下子

    透过判断以上五个步骤的落子选择ˊ,可以让计算机无论是先手或是后手都可以处于不败之地。

    底下程序,function:getComputerMove_2(self,board) 则是实现弱人工智能的方法,其实也就是改变上述强人工智能的方法,只保留第一步骤规则,其余落子则是随机选择。

    另一个重要的程序片段如下266~276,用来判断是否胜出,也就是判断每列或每行或是对角线是否有相同的O或X即可获胜。

    这是一个小游戏的范例,或许也称不上人工智能,主要是拿来练习Python程序的应用。

    作者:Ashing Tsai

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  • 但是环境类中的4个函数都是空的,本文将描述怎么实现那4个函数,实现一个完整的井字棋游戏的环境。游戏规则:两个玩家在3x3的棋盘上,一方执X,一方执O。哪方先下的连续3个子(不管在对角,竖直还是水平方向)为胜。...

    上文已经描述了怎么创建和注册一个自定义的gym环境。但是环境类中的4个函数都是空的,本文将描述怎么实现那4个函数,实现一个完整的井字棋游戏的环境。

    游戏规则:两个玩家在3x3的棋盘上,一方执X,一方执O。哪方先下的连续3个子(不管在对角,竖直还是水平方向)为胜。(类似五子棋)。赢得一方将会获得+100的奖励。

    完整的环境代码访问GitHub。

    其中,step函数已经指定了双方下棋的规则,也就是说这个程序不是依靠某个强化学习算法来下棋,而是靠固定规则。因为本系列文章的目的就是要说明如何自定义环境,而不是应用强化学习算法。

    def step(self,target):

    if self.done==1:

    print('game over')

    return [self.state,self.reward,self.done,self.add]

    elif self.state[int(target/3)][target%3] != '-':

    print('invalid step')

    return [self.state,self.reward,self.done,self.add]

    else:

    if(self.counter%2==0):

    self.state[int(target/3)][target%3]='o'

    else:

    self.state[int(target/3)][target%3]='x'

    self.counter+=1

    if(self.counter==9):

    self.done=1

    self.render()

    win=self.check()

    if(win):

    self.done=1

    print('Player ', win, 'wins. ', sep='',end='\n')

    self.add[win-1]=1

    if win==1:

    self.reward=100

    else:

    self.reward=-100

    return [self.state,self.reward,self.done,self.add]

    环境的代码已经写好了,下面我们安装并且注册环境。

    pip install -e .

    我们编写下面的代码来测试环境。

    import gym

    import gym_tictac

    env = gym.make('tictac-v0')

    for e in range(3):

    env.reset()

    print("######")

    print("EPISODE: ", e)

    print("######")

    for t in range(9):

    env.render()

    action = t

    state, reward, done, info = env.step(action)

    print("reward: ", reward)

    print("")

    env.close()

    如果输出是这样

    ######

    EPISODE: 0

    ######

    - - -

    - - -

    - - -

    o - -

    - - -

    - - -

    reward: 0

    o - -

    - - -

    - - -

    o x -

    - - -

    - - -

    reward: 0

    o x -

    - - -

    - - -

    o x o

    - - -

    - - -

    reward: 0

    o x o

    - - -

    - - -

    o x o

    x - -

    - - -

    reward: 0

    o x o

    x - -

    - - -

    o x o

    x o -

    - - -

    reward: 0

    o x o

    x o -

    - - -

    o x o

    x o x

    - - -

    reward: 0

    o x o

    x o x

    - - -

    o x o

    x o x

    o - -

    Player 1wins.

    reward: 100

    意味着环境已经正确编写并配置。

    这个环境已经足够简单了,action是固定规则,我们只是为了阐述自定义gym环境的配置。

    下文会讲述gym环境如何结合PyBullet。

    参考

    https://www.datamachinist.com/applied-reinforcement-learning/part-8-virtual-environments-for-reinforcement-learning/part-2-implementing-a-simple-gym-environment-tic-tac-toe/

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