python-应用-实现2048

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本篇文章是利用python 实现2048小游戏
目的：为了提高自己的编程思路

环境：win8+python3.6+curses模块 Pycharm
适用人群：python入门+想用python做点事情的朋友们

大家可能都玩过2048，我记得那时候还蛮火的。不过那个时候我还没有接触编程，根本想不到自己今天还会写代码。。

正文

游戏规则：玩家通过 w s a d 控制数字移动方向，达成 2048 这个数字即获胜。

每次可以选择一个方向移动，数字便会朝这个方向移动，如果遇到相同数字就相加，遇到不同数字或者边界就停止移动。同时会在空白的地方生成 2 或者 4 的随机数字。通过不断相撞、相加，最后达成 2048 这个数字。

编程思路：

1.首先想象一下游戏的几个状态：

状态1：初始化状态(也就是刚开始游戏）
状态2：游戏中(Game ing……)
状态3：你赢了(Win)
状态4：你输了(Game Over)

2.用户行为

用户通过行为(action)改变来完成一个游戏状态到另一个游戏状态的该表，比如用户上移，下移，左移，右移，重置和退出。

3.由一个状态转化到另一个状态

分析一下从一个状态到下一个状态的所有可能性：
1.当上一个状态是初始化(Init)状态时，下一个状态肯定是游戏中(Game ing…)的状态。

2.当上一个状态为游戏中(Game ing…)的状态时，下一个状态要根据用户的输入来判断，如用户输入Restart,则下一个状态返回为初始化状态(Init)，如用户输入Exit的时候，下一个状态转换为退出游戏(Exit),

用户还可以上下左右移动，这时候下一个状态可能是你输了(Game Over)或者你赢了(Win)，再或者继续游戏。

3.当上一个状态为你输了(Game Over)，用户输入Restart，下一个状态可能为初始化(Init)状态，用户输入Exit的时候，下一个状态转换为退出游戏(Exit)。

4.当上一个状态为你赢了(Win)，用户输入Restart，下一个状态可能为初始化(Init)状态，用户输入Exit的时候，下一个状态转换为退出游戏(Exit)。

其中3和4神似，可以合并起来得到not_game的功能。

上述文字用图表示如下：

! [ 图片来自实验楼] ( http://m.qpic.cn/psc?/V10c1VbY1Y4Fvm/3pY6KhS62k*1Vm7UATlxq*dT9N4M9SFdcoa2exyDwTjMQRzdwgQxzI3eywPjhcCPWMtBAbo8u2e.zNSVqh5WGr9RvKTwx9YMevj37h84A.s!/b&bo=ZgKCAQAAAAADF9U!&rf=viewer_4&t=5 )

另外除非用户按代表退出的按键(Exit)或者游戏被玩死了,否则游戏一直被挂起。

根据以上分析，下面可以初略的搭建程序大致的框架：

def main(stdscr):
    def init():
        # 重置游戏棋盘
        game_field.reset()
        return 'Game'

    def game():
        # 画出 GameOver 或者 Win 的界面
        game_field.draw(stdscr)
        # 读取用户输入得到action，判断是重启游戏还是结束游戏
        action = get_user_action(stdscr)

        if action =='Restart':
            return 'Init'
        if action=='Exit':
            return 'Exit'
        if game_field.move(action):
            if game_field.is_win():
                return 'Win'
            if game_field.is_gameover():
                return 'Gameover'
        return 'Game'

    def not_game(state):
        # 画出 GameOver 或者 Win 的界面
        game_field.draw(stdscr)
        # 读取用户输入得到action，判断是重启游戏还是结束游戏
        action = get_user_action(stdscr)
        responses = defaultdict(lambda:state)
        responses['Restart'], responses['Exit'] = 'Init','Exit'
        return responses[action]

# 游戏盘的四种状态
    state_actions={
        'Init':init,
        'Win':lambda:not_game('Win'),
        'Gameover':lambda:not_game('Gameover'),
        'Game':game
    }

    game_field = GameField(win=2048)
    state = 'Init'
    while state!='Exit':
        state = state_actions[state]()

4.丰富框架
大体的骨架搭好了，下面让它完善起来。

分为两类：
第一类，把它叫做通用工具类。

这两个操作主要是用户在操作游戏之后对棋盘状态的变化以及修改，拥有这两个函数能够节省不少的代码量。

def transpose(field):
    return [list(row) for row in zip(*field)]

def invert(field):
    return [row[::-1] for row in field]

如下为用户输入函数：

actions = ['Up', 'Left', 'Down', 'Right', 'Restart', 'Exit']
# 分别用 W（上），A（左），S（下），D（右），R（重置），Q（退出），进行输入来操作游戏，这里考虑到大写锁定键锁定的情况：
letter_codes = [ord(c) for c in 'WASDRQwasdrq']
actions_dict = dict(zip(letter_codes, actions*2))

def get_user_action(keyboard):
    char = 'N'
    #阻塞＋循环，直到获得用户有效输入才返回对应行为：
    while char not in actions_dict:
        char = keyboard.getch()
    return actions_dict[char]

第二大类：棋盘类
包含重置棋盘、棋盘走一步、判断输赢、绘制游戏界面、随机生成一个 2 或者 4、判断能否移动的功能。

重置棋盘

#重置棋盘
def reset(self):
    if self.score>self.highscore:
        self.highscore = self.score
    self.score = 0
    self.field = [[0 for i in range(self.width)] for j in range(self.height)]
    self.spawn()
    self.spawn()

棋盘走一步

def move(self,direction):
    #一行相左合并
    def move_row_left(row):
        def tighten(row): #把零散的非零单元挤到一块
            new_row = [i for i in row if i!=0]
            new_row+=[0 for i in range(len(row)-len(new_row))]
            return new_row
        def merge(row):
            pair=False
            new_row=[]
            for i in range(len(row)):
                if pair:
                    # 合并后，加入乘 2 后的元素在 0 元素后面
                    new_row.append(2*row[i])
                    self.score+=2*row[i]
                    pair=False
                else:
                    if i+1<len(row) and row[i]==row[i+1]:
                        pair=True
                        # 不能合并，新列表中加入该元素
                        new_row.append(0)
                    else:
                        new_row.append(row[i])
            assert len(new_row)==len(row)
            return new_row
        # 先挤到一块再合并再挤到一块
        return tighten(merge(tighten(row)))

    # 创建 moves 字典，把不同的棋盘操作作为不同的 key，对应不同的方法函数
    moves={}
    moves['Left'] = lambda filed:[move_row_left(row) for row in filed]
    moves['Right'] = lambda filed:invert(moves['Left'](invert(filed)))
    moves['Up'] = lambda field:transpose(moves['Left'](transpose(field)))
    moves['Down'] = lambda field:transpose((moves['Right'](transpose(field))))

    if direction in moves:
        if self.move_is_possible(direction):
            self.field = moves[direction](self.field)
            #生成一个随机2或者4
            self.spawn()
            return True
        else:
            return False

判断输赢

# 判断输赢
def is_win(self):
    return any(any(i>=self.win_value for i in row) for row in self.field)

def is_gameover(self):
    return not any(self.move_is_possible(move) for move in actions)

绘制游戏界面

def draw(self, screen):
     help_string1 = '(W)Up (S)Down (A)Left (D)Right'
     help_string2 = '     (R)Restart (Q)Exit'
     gameover_string = '           GAME OVER'
     win_string = '          YOU WIN!'
     def cast(string):
         screen.addstr(string+'\n')

     # 绘制水平分割线
     def draw_hor_separator():
         line = '+'+('+------' * self.width + '+')[1:]
         # defaultdict传入为函数时，可以实现value为某个常量，使用lambda可以使得代码更为简洁
         separator = defaultdict(lambda: line)
         #hasattr(object, name) 判断object对象中是否存在name属性
         # python中的函数是一种对象，它有属于对象的属性。函数还可以自定义自己的属性。注意，属性是和对象相关的，和作用域无关。
         if not hasattr(draw_hor_separator,'counter'):
             draw_hor_separator.counter=0
         cast(separator[draw_hor_separator.counter])
         draw_hor_separator.counter+=1

     def draw_row(row):
         cast(''.join('|{: ^5} '.format(num) if num > 0 else '|      ' for num in row) + '|')

     screen.clear()

     cast('SCORE: ' + str(self.score))
     if 0 != self.highscore:
         cast('HGHSCORE: ' + str(self.highscore))

     for row in self.field:
         draw_hor_separator()
         draw_row(row)
     draw_hor_separator()

     if self.is_win():
         cast(win_string)
     else:
         if self.is_gameover():
             cast(gameover_string)
         else:
             cast(help_string1)
     cast(help_string2)

随机生成一个 2 或者 4

def spawn(self):
    new_element = 4 if randrange(100) > 89 else 2
    (i, j) = choice([(i, j) for i in range(self.width) for j in range(self.height) if self.field[i][j] == 0])
    self.field[i][j] = new_element

判断能否移动

# 判断是否能移动
    def move_is_possible(self, dictions):
        def row_is_left_moveable(row):
            def change(i):
                # 当左边有空位（0），右边有数字时，可以向左移动
                if row[i] == 0 and row[i + 1] != 0:
                    return True
                # 当左边有一个数和右边的数相等时，可以向左合并
                if row[i] != 0 and row[i + 1] == row[i]:
                    return True

            return any(change(i) for i in range(len(row) - 1))

        check = {}
        # 判断矩阵每一行有没有可以左移动的元素
        check['Left'] = lambda field: any(row_is_left_moveable(row) for row in field)
        # 判断矩阵每一行有没有可以右移动的元素。这里只用进行判断，所以矩阵变换之后，不用再变换复原
        check['Right'] = lambda field: check['Left'](invert(field))

        check['Up'] = lambda field: check['Left'](transpose(field))

        check['Down'] = lambda field: check['Right'](transpose(field))

        if dictions in check:
            return check[dictions](self.field)
        else:
            return False

附录：

• 附所有源代码

#!user/bin/env/python3
# -*- coding:utf-8 -*-
from collections import defaultdict
from random import randrange, choice
import curses

actions = ['Up', 'Left', 'Down', 'Right', 'Restart', 'Exit']
# 分别用 W（上），A（左），S（下），D（右），R（重置），Q（退出），进行输入来操作游戏，这里考虑到大写锁定键锁定的情况：
letter_codes = [ord(c) for c in 'WASDRQwasdrq']
actions_dict = dict(zip(letter_codes, actions*2))

def get_user_action(keyboard):
    char = 'N'
    #阻塞＋循环，直到获得用户有效输入才返回对应行为：
    while char not in actions_dict:
        char = keyboard.getch()
    return actions_dict[char]

def transpose(field):
    return [list(row) for row in zip(*field)]

def invert(field):
    return [row[::-1] for row in field]

class GameField(object):
    def __init__(self,height=4, width=4, win=2048):
        self.height = height
        self.width = width
        self.win_value =win #过关分数
        self.score = 0      #当前分数
        self.highscore =0   #最高分数
        self.reset()        #棋盘重置

    #重置棋盘
    def reset(self):
        if self.score>self.highscore:
            self.highscore = self.score
        self.score = 0
        self.field = [[0 for i in range(self.width)] for j in range(self.height)]
        self.spawn()
        self.spawn()

    def move(self,direction):
        #一行相左合并
        def move_row_left(row):
            def tighten(row): #把零散的非零单元挤到一块
                new_row = [i for i in row if i!=0]
                new_row+=[0 for i in range(len(row)-len(new_row))]
                return new_row
            def merge(row):
                pair=False
                new_row=[]
                for i in range(len(row)):
                    if pair:
                        # 合并后，加入乘 2 后的元素在 0 元素后面
                        new_row.append(2*row[i])
                        self.score+=2*row[i]
                        pair=False
                    else:
                        if i+1<len(row) and row[i]==row[i+1]:
                            pair=True
                            # 不能合并，新列表中加入该元素
                            new_row.append(0)
                        else:
                            new_row.append(row[i])
                assert len(new_row)==len(row)
                return new_row
            # 先挤到一块再合并再挤到一块
            return tighten(merge(tighten(row)))

        # 创建 moves 字典，把不同的棋盘操作作为不同的 key，对应不同的方法函数
        moves={}
        moves['Left'] = lambda filed:[move_row_left(row) for row in filed]
        moves['Right'] = lambda filed:invert(moves['Left'](invert(filed)))
        moves['Up'] = lambda field:transpose(moves['Left'](transpose(field)))
        moves['Down'] = lambda field:transpose((moves['Right'](transpose(field))))

        if direction in moves:
            if self.move_is_possible(direction):
                self.field = moves[direction](self.field)
                #生成一个随机2或者4
                self.spawn()
                return True
            else:
                return False

    # 判断输赢
    def is_win(self):
        return any(any(i>=self.win_value for i in row) for row in self.field)

    def is_gameover(self):
        return not any(self.move_is_possible(move) for move in actions)

    def draw(self, screen):
        help_string1 = '(W)Up (S)Down (A)Left (D)Right'
        help_string2 = '     (R)Restart (Q)Exit'
        gameover_string = '           GAME OVER'
        win_string = '          YOU WIN!'
        def cast(string):
            screen.addstr(string+'\n')

        # 绘制水平分割线
        def draw_hor_separator():
            line = '+'+('+------' * self.width + '+')[1:]
            # defaultdict传入为函数时，可以实现value为某个常量，使用lambda可以使得代码更为简洁
            separator = defaultdict(lambda: line)
            #hasattr(object, name) 判断object对象中是否存在name属性
            # python中的函数是一种对象，它有属于对象的属性。函数还可以自定义自己的属性。注意，属性是和对象相关的，和作用域无关。
            if not hasattr(draw_hor_separator,'counter'):
                draw_hor_separator.counter=0
            cast(separator[draw_hor_separator.counter])
            draw_hor_separator.counter+=1

        def draw_row(row):
            cast(''.join('|{: ^5} '.format(num) if num > 0 else '|      ' for num in row) + '|')

        screen.clear()

        cast('SCORE: ' + str(self.score))
        if 0 != self.highscore:
            cast('HGHSCORE: ' + str(self.highscore))

        for row in self.field:
            draw_hor_separator()
            draw_row(row)
        draw_hor_separator()

        if self.is_win():
            cast(win_string)
        else:
            if self.is_gameover():
                cast(gameover_string)
            else:
                cast(help_string1)
        cast(help_string2)

    # 随机生成一个 2 或者 4
    def spawn(self):
        new_element = 4 if randrange(100) > 89 else 2
        (i, j) = choice([(i, j) for i in range(self.width) for j in range(self.height) if self.field[i][j] == 0])
        self.field[i][j] = new_element

    # 判断是否能移动
    def move_is_possible(self, dictions):
        def row_is_left_moveable(row):
            def change(i):
                # 当左边有空位（0），右边有数字时，可以向左移动
                if row[i] == 0 and row[i + 1] != 0:
                    return True
                # 当左边有一个数和右边的数相等时，可以向左合并
                if row[i] != 0 and row[i + 1] == row[i]:
                    return True

            return any(change(i) for i in range(len(row) - 1))

        check = {}
        # 判断矩阵每一行有没有可以左移动的元素
        check['Left'] = lambda field: any(row_is_left_moveable(row) for row in field)
        # 判断矩阵每一行有没有可以右移动的元素。这里只用进行判断，所以矩阵变换之后，不用再变换复原
        check['Right'] = lambda field: check['Left'](invert(field))

        check['Up'] = lambda field: check['Left'](transpose(field))

        check['Down'] = lambda field: check['Right'](transpose(field))

        if dictions in check:
            return check[dictions](self.field)
        else:
            return False


def main(stdscr):
    def init():
        # 重置游戏棋盘
        game_field.reset()
        return 'Game'

    def game():
        # 画出 GameOver 或者 Win 的界面
        game_field.draw(stdscr)
        # 读取用户输入得到action，判断是重启游戏还是结束游戏
        action = get_user_action(stdscr)

        if action =='Restart':
            return 'Init'
        if action=='Exit':
            return 'Exit'
        if game_field.move(action):
            if game_field.is_win():
                return 'Win'
            if game_field.is_gameover():
                return 'Gameover'
        return 'Game'

    def not_game(state):
        # 画出 GameOver 或者 Win 的界面
        game_field.draw(stdscr)
        # 读取用户输入得到action，判断是重启游戏还是结束游戏
        action = get_user_action(stdscr)
        responses = defaultdict(lambda:state)
        responses['Restart'], responses['Exit'] = 'Init','Exit'
        return responses[action]

# 游戏盘的四种状态
    state_actions={
        'Init':init,
        'Win':lambda:not_game('Win'),
        'Gameover':lambda:not_game('Gameover'),
        'Game':game
    }

    curses.use_default_colors()

    game_field = GameField(win=2048)
    state = 'Init'
    while state!='Exit':
        state = state_actions[state]()

curses.wrapper(main)

• curses包的安装：
  问题：windows系统如果直接用pip install下载会报错
  解决办法：
  去网址下载http://www.lfd.uci.edu/~gohlke/pythonlibs/#curses(如果点击下载出现file not find，请fq下载)

在下载目录运行如下命令：
pip install –upgrade curses-2.2+utf8-cp36-cp36m-win_amd64.whl

• 可视化游戏网址：https://play2048.co/

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