1. 引言
2048 这段时间火的不行啊,大家都纷纷仿造,“百家争鸣”,于是出现了各种技术版本:除了手机版本,还有C语言版、Qt版、Web版、java版、C#版等,刚好我接触Python不久,于是弄了个Python版——控制台的2048,正好熟悉下Python语法,程序运行效果如下:
图 1 Python版控制台2048运行截图
程序代码加上注释大概150行左右,利用了一些Python内置数据类型的操作节省了不少代码量。下面说说我的编写思路,最后会给出源代码。
2. 2048 实现思路
2.1 游戏规则
这个游戏可玩性很好,简单的移动方向键让数字叠加,并且获得这些数字每次叠加后的得分,当出现2048这个数字时游戏胜利。同时每次移动方向键时,都会在这个4*4的方格矩阵的空白区域随机产生一个数字2或者4,如果方格被数字填满了,那么就GameOver了。
2.2 实现思路
这个游戏的全部操作都是围绕着一个4*4的矩阵进行,每次从用户界面获取用户的操作(即移动方向),然后重新计算这个4*4矩阵的状态,最后刷新用户界面显示4*4矩阵的最新状态,不断的循环这个过程,直到出现2048或没有空白方块了,下面是一个处理流程示意图:
我写的是控制台程序,没有UI界面,因此用字符(W/S/A/D)代表方向键的输入,以数字0代表空白方格。接下来是计算部分,以向左移动为例,4*4矩阵在接收到向左移动的指令后,应该将每行的数字向左叠加, 将一行的叠加操作定义为函数 handle(list, direction),其第一个参数用来存储4*4矩阵中的某一行(列),第二个参数表示移动的方向(上下左右)。
这样当左右移动方向键时,可以这样来计算矩阵:遍历矩阵的每行,并将每行的数字沿左或右进行叠加操作。
for row in matrix:
handle(row, direction)
对于上下移动方向键时,由于矩阵是按行存储的,不能直接处理矩阵中的列,可以通过变通采用上面的函数handle()。对于矩阵中每一列,先将其拷贝到一个列表中,然后调用handle()函数对该列表进行叠加处理,最后再将叠加后的新列表拷贝回原始矩阵中其所在的列,其逻辑上等同于下面的代码操作。
for col in matrix:
handle(col, direction)
handle(row, direction)函数的作用是沿指定方向叠加一行中的数字,请看下面几个例子:
移动方向 | 移动前 | 移动后 |
handle(x, ‘left‘) |
x = [0, 2, 2, 2] |
x = [4, 2, 0, 0] |
handle(x, ‘left‘) |
x = [2, 4, 2, 2] |
x = [2, 8, 0, 0] |
handle(x, ‘right‘) | x = [2, 4, 2, 2] | x = [0, 0, 2, 8] |
实现 handle(row, direction) 函数
根据上面的介绍,实现handle函数是关键。仔细观察叠加的过程,其都是由两个子过程组成的:
(1) align(row, direction) 沿direction方向对齐列表row中的数字,例如:
x = [0, 4, 0, 2]
align(x, ‘left‘) 后 x = [4, 2, 0, 0]
在 align(x, ‘right‘) 后 x = [0, 0, 4, 2]
(2) addSame(row, direction) 查找相同且相邻的数字。如果找到,将其中一个翻倍,另一个置0
(如果direction是‘left‘将左侧翻倍,右侧置0,如果direction为‘right‘,将右侧翻倍,左侧置0),
并返回True;否则,返回False。例如:
x = [2, 2, 2, 2]
addSame(x, ‘left‘) 后 x = [4, 0, 2, 2] 返回 True
再 addSame(x, ‘left‘) 后 x = [4, 0, 4, 0] 返回 True
再 addSame(x, ‘left‘) 后 x = [4, 0, 4, 0] 返回 False
有了上面两个子函数,应该不难实现。有了这两个子函数,函数handle()就很好实现了,如下:
handle(row, direction):
align(row, direction)
result = addSame(row, direction)
while result == True:
align(row, direction)
result = addSame(row, direction)
下面结合一个实际例子再来看看handle函数的处理过程:
x = [2, 4, 2, 2]
调用 handle(x, ‘right‘),变量 x 变化过程:
align(x, ‘right‘) -> [2, 4, 2, 2]
addSame(x, ‘right‘) -> [2, 4, 0, 4] -> return True
align(x, ‘right‘) -> [0, 2, 4, 4]
addSame(x, ‘right‘) -> [0, 2, 0, 8] -> return True
align(x, ‘right‘) -> [0, 0, 2, 8]
addSame(x, ‘right‘) -> [0, 0, 2, 8] -> return False
最终得到的 x = [0, 0, 2, 8]
最主要的部分已经说完了,下面就贴出代码吧,由于代码不多就直接贴出来吧。
3. 代码
这些是全部代码,保存在单一文件中即可运行,运行环境 Python3.0+
# -*- coding:UTF-8 -*- #! /usr/bin/python3 import random v = [[0, 0, 0, 0], [0, 0, 0, 0], [0, 0, 0, 0], [0, 0, 0, 0]] def display(v, score): ‘‘‘显示界面 ‘‘‘ print(‘{0:4} {1:4} {2:4} {3:4}‘.format(v[0][0], v[0][1], v[0][2], v[0][3])) print(‘{0:4} {1:4} {2:4} {3:4}‘.format(v[1][0], v[1][1], v[1][2], v[1][3])) print(‘{0:4} {1:4} {2:4} {3:4}‘.format(v[2][0], v[2][1], v[2][2], v[2][3])) print(‘{0:4} {1:4} {2:4} {3:4}‘.format(v[3][0], v[3][1], v[3][2], v[3][3]), ‘ Total score: ‘, score) def init(v): ‘‘‘随机分布网格值 ‘‘‘ for i in range(4): v[i] = [random.choice([0, 0, 0, 2, 2, 4]) for x in v[i]] def align(vList, direction): ‘‘‘对齐非零的数字 direction == ‘left‘:向左对齐,例如[8,0,0,2]左对齐后[8,2,0,0] direction == ‘right‘:向右对齐,例如[8,0,0,2]右对齐后[0,0,8,2] ‘‘‘ # 移除列表中的0 for i in range(vList.count(0)): vList.remove(0) # 被移除的0 zeros = [0 for x in range(4 - len(vList))] # 在非0数字的一侧补充0 if direction == ‘left‘: vList.extend(zeros) else: vList[:0] = zeros def addSame(vList, direction): ‘‘‘在列表查找相同且相邻的数字相加, 找到符合条件的返回True,否则返回False,同时还返回增加的分数 direction == ‘left‘:从右向左查找,找到相同且相邻的两个数字,左侧数字翻倍,右侧数字置0 direction == ‘right‘:从左向右查找,找到相同且相邻的两个数字,右侧数字翻倍,左侧数字置0 ‘‘‘ score = 0 if direction == ‘left‘: for i in [0, 1, 2]: if vList[i] == vList[i+1] != 0: vList[i] *= 2 vList[i+1] = 0 score += vList[i] return {‘bool‘:True, ‘score‘:score} else: for i in [3, 2, 1]: if vList[i] == vList[i-1] != 0: vList[i-1] *= 2 vList[i] = 0 score += vList[i-1] return {‘bool‘:True, ‘score‘:score} return {‘bool‘:False, ‘score‘:score} def handle(vList, direction): ‘‘‘处理一行(列)中的数据,得到最终的该行(列)的数字状态值, 返回得分 vList: 列表结构,存储了一行(列)中的数据 direction: 移动方向,向上和向左都使用方向‘left‘,向右和向下都使用‘right‘ ‘‘‘ totalScore = 0 align(vList, direction) result = addSame(vList, direction) while result[‘bool‘] == True: totalScore += result[‘score‘] align(vList, direction) result = addSame(vList, direction) return totalScore def operation(v): ‘‘‘根据移动方向重新计算矩阵状态值,并记录得分 ‘‘‘ totalScore = 0 gameOver = False direction = ‘left‘ op = input(‘operator:‘) if op in [‘a‘, ‘A‘]: # 向左移动 direction = ‘left‘ for row in range(4): totalScore += handle(v[row], direction) elif op in [‘d‘, ‘D‘]: # 向右移动 direction = ‘right‘ for row in range(4): totalScore += handle(v[row], direction) elif op in [‘w‘, ‘W‘]: # 向上移动 direction = ‘left‘ for col in range(4): # 将矩阵中一列复制到一个列表中然后处理 vList = [v[row][col] for row in range(4)] totalScore += handle(vList, direction) # 从处理后的列表中的数字覆盖原来矩阵中的值 for row in range(4): v[row][col] = vList[row] elif op in [‘s‘, ‘S‘]: # 向下移动 direction = ‘right‘ for col in range(4): # 同上 vList = [v[row][col] for row in range(4)] totalScore += handle(vList, direction) for row in range(4): v[row][col] = vList[row] else: print(‘Invalid input, please enter a charactor in [W, S, A, D] or the lower‘) return {‘gameOver‘:gameOver, ‘score‘:totalScore} # 统计空白区域数目 N N = 0 for q in v: N += q.count(0) # 不存在剩余的空白区域时,游戏结束 if N == 0: gameOver = True return {‘gameOver‘:gameOver, ‘score‘:totalScore} # 按2和4出现的几率为3/1来产生随机数2和4 num = random.choice([2, 2, 2, 4]) # 产生随机数k,上一步产生的2或4将被填到第k个空白区域 k = random.randrange(1, N+1) n = 0 for i in range(4): for j in range(4): if v[i][j] == 0: n += 1 if n == k: v[i][j] = num break return {‘gameOver‘:gameOver, ‘score‘:totalScore} init(v) score = 0 print(‘Input:W(Up) S(Down) A(Left) D(Right), press <CR>.‘) while True: display(v, score) result = operation(v) if result[‘gameOver‘] == True: print(‘Game Over, You failed!‘) print(‘Your total score:‘, score) else: score += result[‘score‘] if score >= 2048: print(‘Game Over, You Win!!!‘) print(‘Your total score:‘, score)
Python 练习 —— 2048