前提: 本文实现 AI 贪吃蛇自行对战, 加上人机对战, 文章末尾附上源代码以及各位大佬的链接, 还有一些实现步骤, 读者可再次基础上自行添加电脑 VS 电脑和玩家 VS 玩家(其实把人机对战写完, 这 2 个都没什么了, 思路都一样)
大佬 Coco2d 制作: http://www.waitingfy.com/html5/snake/
实现效果:
具体功能:
1. 智能模式: 电脑自己玩(自己吃食物)
2. 人机对战: 电脑和人操作(在上步的基础上加一个键盘控制的贪吃蛇即可)
实现环境:
Pycharm + Python3.6 + Curses + Win10
具体过程:
一: 配置环境:
Curses: 参考链接 (Cp 后面代表本地 Python 环境, 别下错了)
(Stack Overflow 真的是个非常好的地方)
二:
1. 灵感来源 + 参考链接:
http://www.hawstein.com/posts/snake-ai.html (Chrome 有时候打不开, Firefox 可以打开)
网上基本都是这篇博客的转载(本人和通过 Wechat 和该大佬取得了联系[此人超级厉害])
https://blog.csdn.net/fox64194167/article/details/19965069 (这个就更厉害了, Coco2d 制作: 分为人机对战, AI 模式, AI 打 AI, 人人对战)
2. 算法思路:
A * 算法: https://www.cnblogs.com/21207-iHome/p/6048969.html(本人之前接触过, 当时讲课老师说是自动寻路算法, 我感觉和 BFS+DFS 一样, 结果没想到居然是 A * 算法)
BFS+DFS(略)
第一步是能制作一个基本的贪吃蛇, 熟悉 Curses 的相关环境(最好别对蛇和食物使用特殊字符, 在 Windows 环境下会导致像素延迟, 非常丑)
- #curses 官方手册: https://docs.python.org/3.5/library/curses.html#module-curses
- #curses 参考手册: https://blog.csdn.net/chenxiaohua/article/details/2099304
具体思路:
熟悉 Curses 中相关指令后基本就没什么了, 保证按的下一个键不导致蛇死亡, 保证蛇吃食物后食物不在蛇身上, 保证蛇碰到自己和边框就死亡, 如果按其他键, 会导致头被插入 2 次, 从而让蛇死亡.(具体见代码分析)
- #!/usr/bin/env python
- # -*- coding: utf-8 -*-
- # @Time : 2018/11/5 17:08
- # @Author : Empirefree
- # @File : 贪吃蛇 - 01.py
- # @Software: PyCharm Community Edition
- #curses 官方手册: https://docs.python.org/3.5/library/curses.html#module-curses
- #curses 参考手册: https://blog.csdn.net/chenxiaohua/article/details/2099304
- # 基本思路: while 循环, 让蛇一直右走(直到按键, 如果按了其他键就会导致蛇头被重复插入 1 次到 snake 中,
- # 继而第二次循环就会退出), 蛇是每次自动增长, 但是每次没吃到食物就会 pop 尾部(snake 放在 dict 中, 类似链表), 按键检查就是只能按方向键
- # 按方向键也存在判别是否出错(按了 up 后又按 down), 然后对于死亡情况就是碰到周围和自己
- # 1. 蛇的移动和吃食物后的变化
- # 2. 按键: 按其他键和方向键
- # 3. 死亡判断
- import curses
- import random
- # 开启 curses
- def Init_Curse():
- global s
- s = curses.initscr()
- curses.curs_set(0) #能见度光标, 写错了哇
- curses.noecho()
- curses.cbreak() #立即得到响应
- s.keypad(True) #特殊处理键位, 返回 KEY_LEFT
- #关闭并回到终端
- def Exit_Curse():
- curses.echo()
- curses.nocbreak()
- s.keypad(False)
- curses.endwin()
- def Start_Game():
- # 窗口化操作
- y, x = s.getmaxyx() # curses 中是 y,x
- w = curses.newwin(y, x, 0, 0)
- w.keypad(1)
- w.timeout(100)
- # 初始化蛇的位置, 并用 dict 存储
- snake_x = int(x / 4)
- snake_y = int(y / 2)
- snake = [[snake_y, snake_x], [snake_y, snake_x - 1], [snake_y, snake_x - 2]]
- # 初始化食物
- food_pos = [int(y / 2), int(x / 2)]
- w.addch(food_pos[0], food_pos[1], '@') # 用 @显示食物字元
- key = curses.KEY_RIGHT # 得到右方向键
- # 开始, 为什么我感觉 True 比 1 看的爽一些
- while True:
- next_key = w.getch() # 等待输入, 传回整数
- print(next_key, 'QAQ')
- # 防止 Error
- if next_key != -1:
- if key == curses.KEY_RIGHT and next_key != curses.KEY_LEFT \
- or key == curses.KEY_LEFT and next_key != curses.KEY_RIGHT \
- or key == curses.KEY_DOWN and next_key != curses.KEY_UP \
- or key == curses.KEY_UP and next_key != curses.KEY_DOWN:
- key = next_key
- # 蛇死亡, 当蛇头碰到蛇身或墙壁
- if snake[0][0] in [0, y] or snake[0][1] in [0, x] or snake[0] in snake[1:]:
- # print(snake[0], snake[1]) 按下其他键就会导致, new_head 被插入 2 次, 从而退出
- curses.endwin()
- print('!!! 游戏结束!!!')
- quit()
- #按键移动
- tempy = snake[0][0]
- tempx = snake[0][1]
- new_head = [tempy, tempx]
- if key == curses.KEY_RIGHT:
- new_head[1] += 1
- elif key == curses.KEY_LEFT:
- new_head[1] -= 1
- elif key == curses.KEY_UP:
- new_head[0] -= 1
- elif key == curses.KEY_DOWN:
- new_head[0] += 1
- snake.insert(0, new_head) #保留蛇头, 根据按键更新蛇头
- #食物位置
- if snake[0] == food_pos:
- food_pos = None
- while food_pos is None:
- new_food = [random.randint(1, y - 1), random.randint(1, x - 1)]
- if new_food not in snake:
- food_pos = new_food
- w.addch(food_pos[0], food_pos[1], '@') #再次添加食物, 保证食物不在蛇上
- else:
- tail = snake.pop() #dict 直接 pop 尾部
- w.addch(tail[0], tail[1], ' ')
- w.addch(snake[0][0], snake[0][1], 'Q')
- if __name__ == '__main__':
- Init_Curse()
- Start_Game()
- print('QAQ')
- Exit_Curse()
基本贪吃蛇
3. 代码剖析:
[红色为代码所需函数]
(蛇每走一步, 就更新 snake 距离 food 的 board 距离, 涉及 board_rest(更新每个非 snake 元素距离 food 的距离)和 board_refresh(本文这里采用 BFS 算法)), 寻找到 best_move, 然后让蛇移动即可
如果吃的到食物(find_safe_way):----> 放出虚拟蛇(virtual_shortest_move)(防止蛇吃完食物就被自己绕死)
如果虚拟蛇吃完食物还可以找到 蛇尾(出的去)(is_tail_inside)
直接吃食物(choose_shortest_safe_move)
反之, 出不去:
就跟着尾巴走 (follow_tail) 就好比一直上下绕, 就绝对不会死, 但是蛇就完全没有灵性
如果吃不到食物
跟着尾巴(走最远的路(choose_longest_safe_move)), 四个方向走(如果是 A * 算法需要将 8 个方向改成 4 个方向)
如果上诉方法都不行, 就涉及到 any_possible_move, 挑选距离最小的走(这里就会涉及到将自己吃死, 有待改进)
(通过以上方法, 就可以制造一个基本 AI 贪吃蛇了, 当然, 还有很多细节方面东西需要考虑)
报错:
- win = curses.newwin(HEIGHT, WIDTH, 0, 0)
- _curses.error: curses function returned NULL
原因: Pycharm 下面(或者 cmd,exe 太小, 需要拉大点)
- #!/usr/bin/env python
- # -*- coding: utf-8 -*-
- # @Time : 2018/11/16 14:26
- # @Author : Empirefree
- # @File : 贪吃蛇 - 03.py
- # @Software: PyCharm Community Edition
- import curses
- from curses import KEY_RIGHT, KEY_LEFT, KEY_UP, KEY_DOWN
- from random import randint
- # 必须要弄成全局哇, 不然需要用到的数据太多了
- # 1. 初始化界面
- # 2. 更新地图, 判断是否可以吃到食物
- # 3. 如果可以吃到, 放出虚拟蛇 (这里又设计到地图更新(board_reset), 记录距离(board_refresh) 操作)
- # 3.1 虚拟蛇若吃食物距离蛇尾有路径(直接吃), 否则, 追蛇尾
- # 3.2 若吃不到, 则追蛇尾
- # 4. 更新 best_move, 改变距离
- ###########################################################################################
- #作者:
- print('**************************************************************************')
- print('*****************!!! 欢迎使用 AI 贪吃蛇 !!!*************************')
- print('***************** 作者: 胡宇乔 *********************')
- print('***************** 工具: Pycharm *********************')
- print('***************** 时间: 2018/11/16 14:26 ********************')
- print('***************** (按 Esc 结束贪吃蛇游戏) **********************')
- print('**************************************************************************')
- # 场地
- HEIGHT, WIDTH = map(int, input('请输入长度长宽[20 40]:').split())
- FIELD_SIZE = HEIGHT * WIDTH
- #蛇和食物
- HEAD = 0
- FOOD = 0
- UNDEFINED = (HEIGHT + 1) * (WIDTH + 1)
- SNAKE = 2 * UNDEFINED
- # 四个方向的移动
- LEFT = -1
- RIGHT = 1
- UP = -WIDTH
- DOWN = WIDTH
- # 错误码
- ERR = -1111
- # 用一维数组来表示二维的东西
- # board 表示蛇运动的矩形场地
- # 初始化蛇头在 (1,1) 的地方, 第 0 行, HEIGHT 行, 第 0 列, WIDTH 列为围墙, 不可用
- # 初始蛇长度为 1
- board = [0] * FIELD_SIZE
- snake = [0] * (FIELD_SIZE + 1)
- snake[HEAD] = 1 * WIDTH + 1
- snake_size = 1
- # tmpsnake 即虚拟蛇
- tmpboard = [0] * FIELD_SIZE
- tmpsnake = [0] * (FIELD_SIZE + 1)
- tmpsnake[HEAD] = 1 * WIDTH + 1
- tmpsnake_size = 1
- # food: 食物位置(0~FIELD_SIZE-1), 初始在(3, 3)
- # best_move: 运动方向
- food = 3 * WIDTH + 3
- best_move = ERR
- # 运动方向数组
- mov = [LEFT, RIGHT, UP, DOWN]
- # 接收到的键 和 分数
- key = KEY_RIGHT
- score = 1 # 分数也表示蛇长
- #cueses 初始化
- curses.initscr()
- win = curses.newwin(HEIGHT, WIDTH, 0, 0)
- win.keypad(1)
- curses.noecho()
- curses.curs_set(0)
- win.border(0)
- win.nodelay(1)
- win.addch(food // WIDTH, food % WIDTH, '@')
- ###########################################################################################
- #判断是否为空(可走)
- def is_cell_free(idx, psize, psnake):
- return not (idx in psnake[:psize])
- # 检查某个位置 idx 是否可向 move 方向运动
- def is_move_possible(idx, move):
- flag = False
- if move == LEFT:
- flag = True if idx % WIDTH> 1 else False
- elif move == RIGHT:
- flag = True if idx % WIDTH <(WIDTH - 2) else False
- elif move == UP:
- flag = True if idx> (2 * WIDTH - 1) else False # 即 idx/WIDTH> 1
- elif move == DOWN:
- flag = True if idx <(FIELD_SIZE - 2 * WIDTH) else False # 即 idx/WIDTH < HEIGHT-2
- return flag
- # 计算出 board 中每个非 SNAKE 元素到达食物的路径长度, 并判断是否可以找到食物
- def board_reset(psnake, psize, pboard):
- for i in range(FIELD_SIZE):
- if i == food:
- pboard[i] = FOOD
- elif is_cell_free(i, psize, psnake): # 该位置为空
- pboard[i] = UNDEFINED
- else: # 该位置为蛇身
- pboard[i] = SNAKE
- # 广度优先搜索遍历整个 board,
- # 计算出 board 中每个非 SNAKE 元素到达食物的路径长度
- def board_refresh(pfood, psnake, pboard):
- queue = []
- queue.append(pfood)
- inqueue = [0] * FIELD_SIZE
- found = False
- # while 循环结束后, 除了蛇的身体,
- # 其它每个方格中的数字代码从它到食物的路径长度
- while len(queue) != 0:
- idx = queue.pop(0)
- if inqueue[idx] == 1: continue
- inqueue[idx] = 1
- for i in range(4):
- if is_move_possible(idx, mov[i]):
- if idx + mov[i] == psnake[HEAD]:
- found = True
- if pboard[idx + mov[i]] < SNAKE: # 如果该点不是蛇的身体
- if pboard[idx + mov[i]]> pboard[idx] + 1:
- pboard[idx + mov[i]] = pboard[idx] + 1
- if inqueue[idx + mov[i]] == 0:
- queue.append(idx + mov[i])
- return found
- #蛇头开始, 根据蛇的 4 个领域选择最远路径(安全一点)
- def choose_shortest_safe_move(psnake, pboard):
- best_move = ERR
- min = SNAKE
- for i in range(4):
- if is_move_possible(psnake[HEAD], mov[i]) and pboard[psnake[HEAD] + mov[i]] <min:
- min = pboard[psnake[HEAD] + mov[i]]
- best_move = mov[i]
- return best_move
- # 从蛇头开始, 根据 board 中元素值,
- # 从蛇头周围 4 个领域点中选择最远路径
- def choose_longest_safe_move(psnake, pboard):
- best_move = ERR
- max = -1
- for i in range(4):
- if is_move_possible(psnake[HEAD], mov[i]) and pboard[psnake[HEAD] + mov[i]] < UNDEFINED and pboard[psnake[HEAD] + mov[i]]> max:
- max = pboard[psnake[HEAD] + mov[i]]
- best_move = mov[i]
- return best_move
- # 检查是否可以追着蛇尾运动, 即蛇头和蛇尾间是有路径的
- # 为的是避免蛇头陷入死路
- # 虚拟操作, 在 tmpboard,tmpsnake 中进行
- def is_tail_inside():
- global tmpboard, tmpsnake, food, tmpsnake_size
- tmpboard[tmpsnake[tmpsnake_size - 1]] = 0 # 虚拟地将蛇尾变为食物(因为是虚拟的, 所以在 tmpsnake,tmpboard 中进行)
- tmpboard[food] = SNAKE # 放置食物的地方, 看成蛇身
- result = board_refresh(tmpsnake[tmpsnake_size - 1], tmpsnake, tmpboard) # 求得每个位置到蛇尾的路径长度
- for i in range(4): # 如果蛇头和蛇尾紧挨着, 则返回 False. 即不能 follow_tail, 追着蛇尾运动了
- if is_move_possible(tmpsnake[HEAD], mov[i]) and tmpsnake[HEAD] + mov[i] == tmpsnake[
- tmpsnake_size - 1] and tmpsnake_size> 3:
- result = False
- return result
- # 让蛇头朝着蛇尾运行一步
- # 不管蛇身阻挡, 朝蛇尾方向运行
- def follow_tail():
- global tmpboard, tmpsnake, food, tmpsnake_size
- tmpsnake_size = snake_size
- tmpsnake = snake[:]
- board_reset(tmpsnake, tmpsnake_size, tmpboard) # 重置虚拟 board
- tmpboard[tmpsnake[tmpsnake_size - 1]] = FOOD # 让蛇尾成为食物
- tmpboard[food] = SNAKE # 让食物的地方变成蛇身
- board_refresh(tmpsnake[tmpsnake_size - 1], tmpsnake, tmpboard) # 求得各个位置到达蛇尾的路径长度
- tmpboard[tmpsnake[tmpsnake_size - 1]] = SNAKE # 还原蛇尾
- return choose_longest_safe_move(tmpsnake, tmpboard) # 返回运行方向(让蛇头运动 1 步)
- # 在各种方案都不行时, 随便找一个可行的方向来走(1 步),
- def any_possible_move():
- global food, snake, snake_size, board
- best_move = ERR
- board_reset(snake, snake_size, board)
- board_refresh(food, snake, board)
- min = SNAKE
- for i in range(4):
- if is_move_possible(snake[HEAD], mov[i]) and board[snake[HEAD] + mov[i]] < min:
- min = board[snake[HEAD] + mov[i]]
- best_move = mov[i]
- return best_move
- #虚拟蛇蛇移动
- def shift_array(arr, size):
- for i in range(size, 0, -1):
- arr[i] = arr[i - 1]
- #产生新食物
- def new_food():
- global food, snake_size
- cell_free = False
- while not cell_free:
- w = randint(1, WIDTH - 2)
- h = randint(1, HEIGHT - 2)
- food = h * WIDTH + w
- cell_free = is_cell_free(food, snake_size, snake)
- win.addch(food // WIDTH, food % WIDTH, '@')
- # 真正的蛇在这个函数中, 朝 pbest_move 走 1 步
- def make_move(pbest_move):
- global key, snake, board, snake_size, score
- shift_array(snake, snake_size)
- snake[HEAD] += pbest_move
- # 按 esc 退出, getch 同时保证绘图的流畅性, 没有它只会看到最终结果
- win.timeout(10)
- event = win.getch()
- key = key if event == -1 else event
- if key == 27: return
- p = snake[HEAD]
- win.addch(p // WIDTH, p % WIDTH, '*')
- # 如果新加入的蛇头就是食物的位置
- # 蛇长加 1, 产生新的食物, 重置 board(因为原来那些路径长度已经用不上了)
- if snake[HEAD] == food:
- board[snake[HEAD]] = SNAKE # 新的蛇头
- snake_size += 1
- score += 1
- if snake_size < FIELD_SIZE: new_food()
- else: # 如果新加入的蛇头不是食物的位置
- board[snake[HEAD]] = SNAKE # 新的蛇头
- board[snake[snake_size]] = UNDEFINED # 蛇尾变为空格
- win.addch(snake[snake_size] // WIDTH, snake[snake_size] % WIDTH, ' ')
- #虚拟蛇最短移动
- def virtual_shortest_move():
- global snake, board, snake_size, tmpsnake, tmpboard, tmpsnake_size, food
- tmpsnake_size = snake_size
- tmpsnake = snake[:] # 如果直接 tmpsnake=snake, 则两者指向同一处
- tmpboard = board[:] # board 中已经是各位置到达食物的路径长度了, 不用再计算
- board_reset(tmpsnake, tmpsnake_size, tmpboard)
- food_eated = False
- while not food_eated:
- board_refresh(food, tmpsnake, tmpboard)
- move = choose_shortest_safe_move(tmpsnake, tmpboard)
- shift_array(tmpsnake, tmpsnake_size)
- tmpsnake[HEAD] += move # 在蛇头前加入一个新的位置
- # 如果新加入的蛇头的位置正好是食物的位置
- # 则长度加 1, 重置 board, 食物那个位置变为蛇的一部分(SNAKE)
- if tmpsnake[HEAD] == food:
- tmpsnake_size += 1
- board_reset(tmpsnake, tmpsnake_size, tmpboard) # 虚拟运行后, 蛇在 board 的位置
- tmpboard[food] = SNAKE
- food_eated = True
- else: # 如果蛇头不是食物的位置, 则新加入的位置为蛇头, 最后一个变为空格
- tmpboard[tmpsnake[HEAD]] = SNAKE
- tmpboard[tmpsnake[tmpsnake_size]] = UNDEFINED
- # 如果蛇与食物间有路径, 则调用本函数
- def find_safe_way():
- global snake, board
- safe_move = ERR
- # 虚拟地运行一次, 因为已经确保蛇与食物间有路径, 所以执行有效
- # 运行后得到虚拟下蛇在 board 中的位置, 即 tmpboard, 见 label101010
- virtual_shortest_move() # 该函数唯一调用处
- if is_tail_inside(): # 如果虚拟运行后, 蛇头蛇尾间有通路, 则选最短路运行(1 步)
- return choose_shortest_safe_move(snake, board)
- safe_move = follow_tail() # 否则虚拟地 follow_tail 1 步, 如果可以做到, 返回 true
- return safe_move
- if __name__ == '__main__':
- while key != 27:
- win.border(0)
- win.addstr(0, 2, '分数:' + str(score) + ' ')
- win.timeout(10)
- # 接收键盘输入, 同时也使显示流畅
- event = win.getch()
- key = key if event == -1 else event
- # 重置矩阵
- board_reset(snake, snake_size, board)
- # 如果蛇可以吃到食物, board_refresh 返回 true
- # 并且 board 中除了蛇身(=SNAKE), 其它的元素值表示从该点运动到食物的最短路径长
- if board_refresh(food, snake, board):
- best_move = find_safe_way() # find_safe_way 的唯一调用处
- else:
- best_move = follow_tail()
- if best_move == ERR:
- best_move = any_possible_move()
- # 上面一次思考, 只得出一个方向, 运行一步
- if best_move != ERR:
- make_move(best_move)
- else:
- break
- curses.endwin()
- print("\n 得分:" + str(score))
贪吃蛇 - 02
在以上基础上, 还需要引入第一步制造的基本贪吃蛇
细节: 1. 键盘蛇加入后如何与蛇抢分 (只需要 return 即可, 但是 new_food() 里面是需要更改的)
- # 产生新食物
- def new_food():
- global food, snake_size, myfood
- cell_free = False
- while not cell_free:
- food1 = [random.randint(1, HEIGHT - 2), random.randint(1, WIDTH - 2)]
- w = randint(1, WIDTH - 2)
- h = randint(1, HEIGHT - 2)
- myfood = [h, w]
- food = h * WIDTH + w
- if (is_cell_free(food, snake_size, snake) and [w, h] not in snake1):
- cell_free = True
- win.addch(food // WIDTH, food % WIDTH, '@')
2. 一直没说, 由于蛇加入后很多变量都需要 global, 导致变量看起来非常麻烦(读者要有心理准备)
3.curses 里面的 win.timeout()是控制蛇的速度
好像就没什么了, 想起来了在更. 我没加入 2 条蛇不能彼此碰撞(读者也可以弄成 2 个地图, 然后看 AI 蛇和你自己的蛇如何操作跑, 我是放在了一个地图里面)
当然还有很多很多细节, 不过主要思路写下来了. 其余就靠分析代码自行研究了.
最终源代码: https://pan.baidu.com/s/1TaPIja8FVpyFZRbvjuvEvA 提取码: ff6f
来源: https://www.cnblogs.com/meditation5201314/p/9985495.html