Python製作AI貪吃蛇
前提:本文實現AI貪吃蛇自行對戰,加上人機對戰,文章末尾附上原始碼以及各位大佬的連結,還有一些實現步驟,讀者可再次基礎上自行新增電腦VS電腦和玩家VS玩家(其實把人機對戰寫完,這2個都沒什麼了,思路都一樣)
大佬Coco2d製作:http://www.waitingfy.com/html5/snake/
實現效果:
具體功能:
1.智慧模式:電腦自己玩(自己吃食物)
2.人機對戰:電腦和人操作(在上步的基礎上加一個鍵盤控制的貪吃蛇即可)
實現環境:
Pycharm + Python3.6 + Curses + Win10
具體過程:
一:配置環境:
Curses: 參考連結 (Cp後面代表本地Python環境,別下錯了)
(Stackoverflow 真的是個非常好的地方)
二:
1.靈感來源+參考連結:
http://www.hawstein.com/posts/snake-ai.html (Chrome有時候打不開,Firefox可以開啟)
網上基本都是這篇部落格的轉載(本人和通過Wechat和該大佬取得了聯絡[此人超級厲害])
https://blog.csdn.net/fox64194167/article/details/19965069 (這個就更厲害了,Coco2d製作:分為人機對戰,AI模式,AI打AI,人人對戰)
2.演算法思路:
A*演算法:https://www.cnblogs.com/21207-iHome/p/6048969.html(本人之前接觸過,當時講課老師說是自動尋路演算法,我感覺和BFS+DFS一樣,結果沒想到居然是A*演算法)
BFS+DFS(略)
第一步是能製作一個基本的貪吃蛇,熟悉Curses的相關環境(最好別對蛇和食物使用特殊字元,在windows環境下會導致畫素延遲,非常醜)
#curses官方手冊:https://docs.python.org/3.5/library/curses.html#module-curses #curses參考手冊:https://blog.csdn.net/chenxiaohua/article/details/2099304
具體思路:
熟悉Curses中相關指令後基本就沒什麼了,保證按的下一個鍵不導致蛇死亡,保證蛇吃食物後食物不在蛇身上,保證蛇碰到自己和邊框就死亡,如果按其他鍵,會導致頭被插入2次,從而讓蛇死亡。(具體見程式碼分析)
1 #!/usr/bin/env python 2 # -*- coding: utf-8 -*- 3 # @Time : 2018/11/5 17:08 4 # @Author : Empirefree 5 # @File : 貪吃蛇-01.py 6 # @Software: PyCharm Community Edition 7 8 #curses官方手冊:https://docs.python.org/3.5/library/curses.html#module-curses 9 #curses參考手冊:https://blog.csdn.net/chenxiaohua/article/details/2099304 10 11 # 基本思路:while迴圈,讓蛇一直右走(直到按鍵,如果按了其他鍵就會導致蛇頭被重複插入1次到snake中, 12 # 繼而第二次迴圈就會退出),蛇是每次自動增長,但是每次沒吃到食物就會pop尾部(snake放在dict中,類似連結串列),按鍵檢查就是隻能按方向鍵 13 # 按方向鍵也存在判別是否出錯(按了up後又按down),然後對於死亡情況就是碰到周圍和自己 14 15 # 1.蛇的移動和吃食物後的變化 16 # 2.按鍵:按其他鍵和方向鍵 17 # 3.死亡判斷 18 19 import curses 20 import random 21 22 # 開啟curses 23 def Init_Curse(): 24 global s 25 s = curses.initscr() 26 curses.curs_set(0) #能見度游標,寫錯了哇 27 curses.noecho() 28 curses.cbreak() #立即得到響應 29 s.keypad(True) #特殊處理鍵位,返回KEY_LEFT 30 31 #關閉並回到終端 32 def Exit_Curse(): 33 curses.echo() 34 curses.nocbreak() 35 s.keypad(False) 36 curses.endwin() 37 38 def Start_Game(): 39 # 視窗化操作 40 y, x = s.getmaxyx() # curses中是y,x 41 w = curses.newwin(y, x, 0, 0) 42 w.keypad(1) 43 w.timeout(100) 44 45 # 初始化蛇的位置,並用dict儲存 46 snake_x = int(x / 4) 47 snake_y = int(y / 2) 48 snake = [[snake_y, snake_x], [snake_y, snake_x - 1], [snake_y, snake_x - 2]] 49 50 # 初始化食物 51 food_pos = [int(y / 2), int(x / 2)] 52 w.addch(food_pos[0], food_pos[1], '@') # 用@顯示食物字元 53 54 key = curses.KEY_RIGHT # 得到右方向鍵 55 56 # 開始,為什麼我感覺True比1看的爽一些 57 while True: 58 next_key = w.getch() # 等待輸入,傳回整數 59 print(next_key, 'QAQ') 60 # 防止Error 61 if next_key != -1: 62 if key == curses.KEY_RIGHT and next_key != curses.KEY_LEFT \ 63 or key == curses.KEY_LEFT and next_key != curses.KEY_RIGHT \ 64 or key == curses.KEY_DOWN and next_key != curses.KEY_UP \ 65 or key == curses.KEY_UP and next_key != curses.KEY_DOWN: 66 key = next_key 67 68 # 蛇死亡, 當蛇頭碰到蛇身或牆壁 69 if snake[0][0] in [0, y] or snake[0][1] in [0, x] or snake[0] in snake[1:]: 70 # print(snake[0], snake[1]) 按下其他鍵就會導致,new_head被插入2次,從而退出 71 curses.endwin() 72 print('!!!遊戲結束!!!') 73 quit() 74 75 #按鍵移動 76 tempy = snake[0][0] 77 tempx = snake[0][1] 78 new_head = [tempy, tempx] 79 if key == curses.KEY_RIGHT: 80 new_head[1] += 1 81 elif key == curses.KEY_LEFT: 82 new_head[1] -= 1 83 elif key == curses.KEY_UP: 84 new_head[0] -= 1 85 elif key == curses.KEY_DOWN: 86 new_head[0] += 1 87 snake.insert(0, new_head) #保留蛇頭,根據按鍵更新蛇頭 88 89 #食物位置 90 if snake[0] == food_pos: 91 food_pos = None 92 while food_pos is None: 93 new_food = [random.randint(1, y - 1), random.randint(1, x - 1)] 94 if new_food not in snake: 95 food_pos = new_food 96 w.addch(food_pos[0], food_pos[1], '@') #再次新增食物,保證食物不在蛇上 97 else: 98 tail = snake.pop() #dict直接pop尾部 99 w.addch(tail[0], tail[1], ' ') 100 101 w.addch(snake[0][0], snake[0][1], 'Q') 102 103 if __name__ == '__main__': 104 Init_Curse() 105 Start_Game() 106 107 print('QAQ') 108 Exit_Curse()基本貪吃蛇
3.程式碼剖析:
[紅色為程式碼所需函式]
(蛇每走一步,就更新snake距離food的board距離,涉及board_rest(更新每個非snake元素距離food的距離)和board_refresh(本文這裡採用BFS演算法)),尋找到best_move,然後讓蛇移動即可
如果吃的到食物(find_safe_way):----> 放出虛擬蛇(virtual_shortest_move)(防止蛇吃完食物就被自己繞死)
如果虛擬蛇吃完食物還可以找到 蛇尾(出的去)(is_tail_inside)
直接吃食物(choose_shortest_safe_move)
反之,出不去:
就跟著尾巴走(follow_tail)就好比一直上下繞,就絕對不會死,但是蛇就完全沒有靈性
如果吃不到食物
跟著尾巴(走最遠的路(choose_longest_safe_move)),四個方向走(如果是A*演算法需要將8個方向改成4個方向)
如果上訴方法都不行,就涉及到any_possible_move,挑選距離最小的走(這裡就會涉及到將自己吃死,有待改進)
(通過以上方法,就可以製造一個基本AI貪吃蛇了,當然,還有很多細節方面東西需要考慮)
報錯:
win = curses.newwin(HEIGHT, WIDTH, 0, 0)
_curses.error: curses function returned NULL
原因: Pycharm下面(或者cmd、exe太小,需要拉大點)
1 #!/usr/bin/env python 2 # -*- coding: utf-8 -*- 3 # @Time : 2018/11/16 14:26 4 # @Author : Empirefree 5 # @File : 貪吃蛇-03.py 6 # @Software: PyCharm Community Edition 7 8 import curses 9 from curses import KEY_RIGHT, KEY_LEFT, KEY_UP, KEY_DOWN 10 from random import randint 11 12 # 必須要弄成全域性哇,不然需要用到的資料太多了 13 # 1.初始化介面 14 # 2.更新地圖,判斷是否可以吃到食物 15 # 3.如果可以吃到,放出虛擬蛇(這裡又設計到地圖更新(board_reset),記錄距離(board_refresh)操作) 16 # 3.1虛擬蛇若吃食物距離蛇尾有路徑(直接吃),否則,追蛇尾 17 # 3.2若吃不到,則追蛇尾 18 # 4.更新best_move,改變距離 19 ########################################################################################### 20 #作者: 21 print('**************************************************************************') 22 print('*****************!!! 歡迎使用AI貪吃蛇 !!!*************************') 23 print('*****************作者:胡宇喬 *********************') 24 print('*****************工具: Pycharm *********************') 25 print('*****************時間: 2018/11/16 14:26 ********************') 26 print('***************** (按Esc結束貪吃蛇遊戲) **********************') 27 print('**************************************************************************') 28 # 場地 29 HEIGHT, WIDTH = map(int, input('請輸入長度長寬[20 40]:').split()) 30 FIELD_SIZE = HEIGHT * WIDTH 31 32 #蛇和食物 33 HEAD = 0 34 FOOD = 0 35 UNDEFINED = (HEIGHT + 1) * (WIDTH + 1) 36 SNAKE = 2 * UNDEFINED 37 38 # 四個方向的移動 39 LEFT = -1 40 RIGHT = 1 41 UP = -WIDTH 42 DOWN = WIDTH 43 44 # 錯誤碼 45 ERR = -1111 46 47 # 用一維陣列來表示二維的東西 48 # board表示蛇運動的矩形場地 49 # 初始化蛇頭在(1,1)的地方,第0行,HEIGHT行,第0列,WIDTH列為圍牆,不可用 50 # 初始蛇長度為1 51 board = [0] * FIELD_SIZE 52 snake = [0] * (FIELD_SIZE + 1) 53 snake[HEAD] = 1 * WIDTH + 1 54 snake_size = 1 55 # tmpsnake即虛擬蛇 56 tmpboard = [0] * FIELD_SIZE 57 tmpsnake = [0] * (FIELD_SIZE + 1) 58 tmpsnake[HEAD] = 1 * WIDTH + 1 59 tmpsnake_size = 1 60 61 # food:食物位置(0~FIELD_SIZE-1),初始在(3, 3) 62 # best_move: 運動方向 63 food = 3 * WIDTH + 3 64 best_move = ERR 65 66 # 運動方向陣列 67 mov = [LEFT, RIGHT, UP, DOWN] 68 # 接收到的鍵 和 分數 69 key = KEY_RIGHT 70 score = 1 # 分數也表示蛇長 71 72 #cueses初始化 73 curses.initscr() 74 win = curses.newwin(HEIGHT, WIDTH, 0, 0) 75 win.keypad(1) 76 curses.noecho() 77 curses.curs_set(0) 78 win.border(0) 79 win.nodelay(1) 80 win.addch(food // WIDTH, food % WIDTH, '@') 81 82 ########################################################################################### 83 #判斷是否為空(可走) 84 def is_cell_free(idx, psize, psnake): 85 return not (idx in psnake[:psize]) 86 87 88 # 檢查某個位置idx是否可向move方向運動 89 def is_move_possible(idx, move): 90 flag = False 91 if move == LEFT: 92 flag = True if idx % WIDTH > 1 else False 93 elif move == RIGHT: 94 flag = True if idx % WIDTH < (WIDTH - 2) else False 95 elif move == UP: 96 flag = True if idx > (2 * WIDTH - 1) else False # 即idx/WIDTH > 1 97 elif move == DOWN: 98 flag = True if idx < (FIELD_SIZE - 2 * WIDTH) else False # 即idx/WIDTH < HEIGHT-2 99 return flag 100 101 102 # 計算出board中每個非SNAKE元素到達食物的路徑長度,並判斷是否可以找到食物 103 def board_reset(psnake, psize, pboard): 104 for i in range(FIELD_SIZE): 105 if i == food: 106 pboard[i] = FOOD 107 elif is_cell_free(i, psize, psnake): # 該位置為空 108 pboard[i] = UNDEFINED 109 else: # 該位置為蛇身 110 pboard[i] = SNAKE 111 112 113 # 廣度優先搜尋遍歷整個board, 114 # 計算出board中每個非SNAKE元素到達食物的路徑長度 115 def board_refresh(pfood, psnake, pboard): 116 queue = [] 117 queue.append(pfood) 118 inqueue = [0] * FIELD_SIZE 119 found = False 120 # while迴圈結束後,除了蛇的身體, 121 # 其它每個方格中的數字程式碼從它到食物的路徑長度 122 while len(queue) != 0: 123 idx = queue.pop(0) 124 if inqueue[idx] == 1: continue 125 inqueue[idx] = 1 126 for i in range(4): 127 if is_move_possible(idx, mov[i]): 128 if idx + mov[i] == psnake[HEAD]: 129 found = True 130 if pboard[idx + mov[i]] < SNAKE: # 如果該點不是蛇的身體 131 132 if pboard[idx + mov[i]] > pboard[idx] + 1: 133 pboard[idx + mov[i]] = pboard[idx] + 1 134 if inqueue[idx + mov[i]] == 0: 135 queue.append(idx + mov[i]) 136 137 return found 138 139 140 #蛇頭開始,根據蛇的4個領域選擇最遠路徑(安全一點) 141 def choose_shortest_safe_move(psnake, pboard): 142 best_move = ERR 143 min = SNAKE 144 for i in range(4): 145 if is_move_possible(psnake[HEAD], mov[i]) and pboard[psnake[HEAD] + mov[i]] < min: 146 min = pboard[psnake[HEAD] + mov[i]] 147 best_move = mov[i] 148 return best_move 149 150 151 # 從蛇頭開始,根據board中元素值, 152 # 從蛇頭周圍4個領域點中選擇最遠路徑 153 def choose_longest_safe_move(psnake, pboard): 154 best_move = ERR 155 max = -1 156 for i in range(4): 157 if is_move_possible(psnake[HEAD], mov[i]) and pboard[psnake[HEAD] + mov[i]] < UNDEFINED and pboard[psnake[HEAD] + mov[i]] > max: 158 max = pboard[psnake[HEAD] + mov[i]] 159 best_move = mov[i] 160 return best_move 161 162 163 # 檢查是否可以追著蛇尾運動,即蛇頭和蛇尾間是有路徑的 164 # 為的是避免蛇頭陷入死路 165 # 虛擬操作,在tmpboard,tmpsnake中進行 166 def is_tail_inside(): 167 global tmpboard, tmpsnake, food, tmpsnake_size 168 tmpboard[tmpsnake[tmpsnake_size - 1]] = 0 # 虛擬地將蛇尾變為食物(因為是虛擬的,所以在tmpsnake,tmpboard中進行) 169 tmpboard[food] = SNAKE # 放置食物的地方,看成蛇身 170 result = board_refresh(tmpsnake[tmpsnake_size - 1], tmpsnake, tmpboard) # 求得每個位置到蛇尾的路徑長度 171 for i in range(4): # 如果蛇頭和蛇尾緊挨著,則返回False。即不能follow_tail,追著蛇尾運動了 172 if is_move_possible(tmpsnake[HEAD], mov[i]) and tmpsnake[HEAD] + mov[i] == tmpsnake[ 173 tmpsnake_size - 1] and tmpsnake_size > 3: 174 result = False 175 return result 176 177 178 # 讓蛇頭朝著蛇尾執行一步 179 # 不管蛇身阻擋,朝蛇尾方向執行 180 def follow_tail(): 181 global tmpboard, tmpsnake, food, tmpsnake_size 182 tmpsnake_size = snake_size 183 tmpsnake = snake[:] 184 board_reset(tmpsnake, tmpsnake_size, tmpboard) # 重置虛擬board 185 tmpboard[tmpsnake[tmpsnake_size - 1]] = FOOD # 讓蛇尾成為食物 186 tmpboard[food] = SNAKE # 讓食物的地方變成蛇身 187 board_refresh(tmpsnake[tmpsnake_size - 1], tmpsnake, tmpboard) # 求得各個位置到達蛇尾的路徑長度 188 tmpboard[tmpsnake[tmpsnake_size - 1]] = SNAKE # 還原蛇尾 189 190 return choose_longest_safe_move(tmpsnake, tmpboard) # 返回執行方向(讓蛇頭運動1步) 191 192 193 # 在各種方案都不行時,隨便找一個可行的方向來走(1步), 194 def any_possible_move(): 195 global food, snake, snake_size, board 196 best_move = ERR 197 board_reset(snake, snake_size, board) 198 board_refresh(food, snake, board) 199 min = SNAKE 200 201 for i in range(4): 202 if is_move_possible(snake[HEAD], mov[i]) and board[snake[HEAD] + mov[i]] < min: 203 min = board[snake[HEAD] + mov[i]] 204 best_move = mov[i] 205 return best_move 206 207 #虛擬蛇蛇移動 208 def shift_array(arr, size): 209 for i in range(size, 0, -1): 210 arr[i] = arr[i - 1] 211 212 #產生新食物 213 def new_food(): 214 global food, snake_size 215 cell_free = False 216 while not cell_free: 217 w = randint(1, WIDTH - 2) 218 h = randint(1, HEIGHT - 2) 219 food = h * WIDTH + w 220 cell_free = is_cell_free(food, snake_size, snake) 221 win.addch(food // WIDTH, food % WIDTH, '@') 222 223 224 # 真正的蛇在這個函式中,朝pbest_move走1步 225 def make_move(pbest_move): 226 global key, snake, board, snake_size, score 227 shift_array(snake, snake_size) 228 snake[HEAD] += pbest_move 229 230 # 按esc退出,getch同時保證繪圖的流暢性,沒有它只會看到最終結果 231 win.timeout(10) 232 event = win.getch() 233 key = key if event == -1 else event 234 if key == 27: return 235 236 p = snake[HEAD] 237 win.addch(p // WIDTH, p % WIDTH, '*') 238 239 # 如果新加入的蛇頭就是食物的位置 240 # 蛇長加1,產生新的食物,重置board(因為原來那些路徑長度已經用不上了) 241 if snake[HEAD] == food: 242 board[snake[HEAD]] = SNAKE # 新的蛇頭 243 snake_size += 1 244 score += 1 245 if snake_size < FIELD_SIZE: new_food() 246 else: # 如果新加入的蛇頭不是食物的位置 247 board[snake[HEAD]] = SNAKE # 新的蛇頭 248 board[snake[snake_size]] = UNDEFINED # 蛇尾變為空格 249 win.addch(snake[snake_size] // WIDTH, snake[snake_size] % WIDTH, ' ') 250 251 252 #虛擬蛇最短移動 253 def virtual_shortest_move(): 254 global snake, board, snake_size, tmpsnake, tmpboard, tmpsnake_size, food 255 tmpsnake_size = snake_size 256 tmpsnake = snake[:] # 如果直接tmpsnake=snake,則兩者指向同一處 257 tmpboard = board[:] # board中已經是各位置到達食物的路徑長度了,不用再計算 258 board_reset(tmpsnake, tmpsnake_size, tmpboard) 259 260 food_eated = False 261 while not food_eated: 262 board_refresh(food, tmpsnake, tmpboard) 263 move = choose_shortest_safe_move(tmpsnake, tmpboard) 264 shift_array(tmpsnake, tmpsnake_size) 265 tmpsnake[HEAD] += move # 在蛇頭前加入一個新的位置 266 # 如果新加入的蛇頭的位置正好是食物的位置 267 # 則長度加1,重置board,食物那個位置變為蛇的一部分(SNAKE) 268 if tmpsnake[HEAD] == food: 269 tmpsnake_size += 1 270 board_reset(tmpsnake, tmpsnake_size, tmpboard) # 虛擬執行後,蛇在board的位置 271 tmpboard[food] = SNAKE 272 food_eated = True 273 else: # 如果蛇頭不是食物的位置,則新加入的位置為蛇頭,最後一個變為空格 274 tmpboard[tmpsnake[HEAD]] = SNAKE 275 tmpboard[tmpsnake[tmpsnake_size]] = UNDEFINED 276 277 278 # 如果蛇與食物間有路徑,則呼叫本函式 279 def find_safe_way(): 280 global snake, board 281 safe_move = ERR 282 # 虛擬地執行一次,因為已經確保蛇與食物間有路徑,所以執行有效 283 # 執行後得到虛擬下蛇在board中的位置,即tmpboard,見label101010 284 virtual_shortest_move() # 該函式唯一呼叫處 285 if is_tail_inside(): # 如果虛擬執行後,蛇頭蛇尾間有通路,則選最短路執行(1步) 286 return choose_shortest_safe_move(snake, board) 287 safe_move = follow_tail() # 否則虛擬地follow_tail 1步,如果可以做到,返回true 288 return safe_move 289 290 if __name__ == '__main__': 291 292 while key != 27: 293 win.border(0) 294 win.addstr(0, 2, '分數:' + str(score) + ' ') 295 win.timeout(10) 296 # 接收鍵盤輸入,同時也使顯示流暢 297 event = win.getch() 298 key = key if event == -1 else event 299 # 重置矩陣 300 board_reset(snake, snake_size, board) 301 302 # 如果蛇可以吃到食物,board_refresh返回true 303 # 並且board中除了蛇身(=SNAKE),其它的元素值表示從該點運動到食物的最短路徑長 304 if board_refresh(food, snake, board): 305 best_move = find_safe_way() # find_safe_way的唯一呼叫處 306 else: 307 best_move = follow_tail() 308 309 if best_move == ERR: 310 best_move = any_possible_move() 311 # 上面一次思考,只得出一個方向,執行一步 312 if best_move != ERR: 313 make_move(best_move) 314 else: 315 break 316 317 curses.endwin() 318 print("\n 得分: " + str(score))貪吃蛇-02
在以上基礎上,還需要引入第一步製造的基本貪吃蛇
細節: 1.鍵盤蛇加入後如何與蛇搶分(只需要return即可,但是 new_food()裡面是需要更改的)
1 # 產生新食物 2 def new_food(): 3 global food, snake_size, myfood 4 cell_free = False 5 while not cell_free: 6 food1 = [random.randint(1, HEIGHT - 2), random.randint(1, WIDTH - 2)] 7 w = randint(1, WIDTH - 2) 8 h = randint(1, HEIGHT - 2) 9 myfood = [h, w] 10 food = h * WIDTH + w 11 if (is_cell_free(food, snake_size, snake) and [w, h] not in snake1): 12 cell_free = True 13 win.addch(food // WIDTH, food % WIDTH, '@')
2.一直沒說,由於蛇加入後很多變數都需要global,導致變數看起來非常麻煩(讀者要有心理準備)
3.curses裡面的win.timeout()是控制蛇的速度
好像就沒什麼了,想起來了在更。我沒加入2條蛇不能彼此碰撞(讀者也可以弄成2個地圖,然後看AI蛇和你自己的蛇如何操作跑,我是放在了一個地圖裡面)
當然還有很多很多細節,不過主要思路寫下來了。其餘就靠分析程式碼自行研究了。
最終原始碼: https://pan.baidu.com/s/1TaPIja8FVpyFZRbvjuvEvA 提取碼: ff6f