基于python的五子棋代码实现设计报告

项目：基于python设计的五子棋对弈问题的实现

摘要

五子棋起源于中国上古时期的传统黑白棋种之一。主要流行于华人和汉字文化圈的国家以及欧美一些地区，是世界上最古老的棋。古代五子棋棋盘与围棋棋盘是通用的，直到1931年，才出现所谓五子棋专用棋盘，为十五路（15×15）棋盘。现在人们压力日益增大，需要劳逸结合才能获得更高的工作效率，工作之余的娱乐对于每一个人来说必不可少。五子棋这种娱乐方式容易上手，老少皆宜，而且趣味横生，引人入胜；不仅能增强思维能力，提高智力，而且富含哲理，有助于修身养性。随着人工智能技术的飞速发展，博弈问题在人工智能领域中占据着重要地位。在棋类游戏如国际象棋、围棋和五子棋中，人工智能算法通过强大的搜索能力和策略评估，已经达到了甚至超越了人类顶尖水平。以 Al phaGo 为例，其采用深度学习和蒙特卡洛树搜索等先进技术，在围棋领域取得了重大突破，展示了人工智能在复杂博弈问题中的巨大潜力。

关键词:人工智能、python、五子棋、AI

Abstract

Wuzi originated in ancient China, one of the traditional black and white games. It is mainly popular in the countries of the Chinese and Chinese culture circle and some regions of Europe and the United States, and is the oldest chess in the world. The ancient pentoku board and Go board were universal, until 1931, there was a so-called pentoku special board, a fifteen way (15×15) board. Nowadays, people's pressure is increasing day by day, and they need to combine work and rest to obtain higher work efficiency. Entertainment after work is essential for everyone. This kind of entertainment is easy to get started, suitable for all ages, and interesting and fascinating; It can not only enhance thinking ability, improve intelligence, but also rich in philosophy, which is conducive to self-cultivation. With the rapid development of artificial intelligence technology, the game problem occupies an important position in the field of artificial intelligence. In board games such as chess, Go, and backgammon, AI algorithms have reached or surpassed top human levels through their powerful search capabilities and strategy evaluation. Taking Al phaGo as an example, it has made major breakthroughs in the field of Go using advanced techniques such as deep learning and Monte Carlo tree search, demonstrating the great potential of artificial intelligence in complex game problems.

Key words: Artificial intelligence, python, Pentoku, AI

目录

  博弈问题设计报告… 1

摘要… 2

目录… 3

1.引言… 4

2.需求分析… 5

2.1功能需求… 5

2.2性能需求… 5

3.系统设计… 5

3.1界面… 5

3.2程序功能图… 6

3.3游戏逻辑… 6

3.4开始游戏… 6

3.5落子流程… 7

3.6判断胜负… 7

3.7游戏结束… 7

4.功能实现… 7

4.1棋盘的实现… 7

4.2 AI对手的实现… 8

4.2.1极小化极大算法（Minimax）：… 8

4.2 .2Alpha-Beta剪枝：… 8

4.2.3启发式评估函数：… 8

4.2.4随机性：… 8

4.2.5方向性评估：… 9

4.2.6边界检查：… 9

5.技术实现… 9

6.结论… 10

1.引言

1.1五子棋游戏的历史:

五子棋，又称为Gomoku或连珠，是一种两人对弈的纯策略型棋类游戏。它的起源可以追溯到古代中国，最早的文献记载出现在南北朝时期的中国。五子棋的规则简单，但策略复杂，深受各个年龄段玩家的喜爱。随着时间的推移，五子棋传播到了日本、韩国以及其他亚洲国家，并且在全世界范围内流行开来。

1.2五子棋的规则:

五子棋的规则相对简单，游戏的目标是在棋盘上先形成连续的五个棋子。

以下是基本规则：

1.棋盘与棋子：五子棋通常在15×15的棋盘上进行，黑白两色棋子分别代表两位玩家。

2.落子：玩家轮流在棋盘的交叉点上放置自己的棋子。

3.连珠：当一方的五个棋子在水平、垂直或对角线上连成一条直线时，该玩家获胜。

4.禁手规则：在职业比赛中，为了增加游戏的复杂性和策略性，引入了“禁手”规则，即某些特定的棋形是不被允许的，比如“双活三”和“双四”。

5.平局：如果棋盘被填满而没有玩家形成连续的五个棋子，则游戏以平局结束。

1.3设计五子棋游戏的目的和意义:

教育意义：五子棋是一种策略游戏，可以锻炼玩家的逻辑思维和前瞻性思考能力。通过设计和实现五子棋游戏，玩家可以学习到编程和算法的知识，同时也能提升解决问题的能力。

文化传承：五子棋作为一种传统的棋类游戏，通过现代技术手段的实现，可以让更多的人了解和传承这一文化遗产。

休闲娱乐：五子棋规则简单，易于上手，适合各个年龄段的人休闲娱乐，同时也是一种社交活动，可以增进人与人之间的交流。

人工智能研究：五子棋是研究人工智能和机器学习的一个好平台。通过设计AI对手，可以探索和实现不同的搜索算法、评估函数和学习策略。

技术实践：对于学习编程的人来说，实现一个五子棋游戏是一个实践项目，可以加深对编程语言的理解，尤其是对于数据结构和算法的应用。

创新与挑战：设计五子棋游戏也可以是一个创新的过程，开发者可以尝试不同的界面设计、增加新的功能或者改进游戏的AI，这些都是对技术能力的挑战和提升。

2.需求分析

2.1功能需求

游戏界面显示：棋盘、棋子等。

人机交互：落子、认输、退出游戏、判断胜负条件、AI智能走棋等。

2.2性能需求

响应速度：玩家操作后的快速反馈。

稳定性：避免程序崩溃。

3.系统设计

3.1界面

职责：提供用户交互的界面，包括棋盘的显示、棋子的放置以及游戏状态的展示。

实现：可以使用图形用户界面库pycharm的pygame来构建。如图1-1

 

图1- 1

3.2程序功能图

3.3游戏逻辑

职责：处理游戏的核心逻辑，包括棋子的放置规则、胜负判断、AI对手的决策等。

实现：通过编写函数和算法来实现游戏规则和逻辑。

3.4开始游戏

玩家启动游戏，界面层显示初始棋盘和游戏设置选项。如图1-2

图1- 2

3.5落子流程

玩家在界面层点击棋盘上的交叉点进行落子。

界面层将落子信息传递给逻辑层。

逻辑层检查落子是否合法，如果合法，则在数据层更新棋盘状态。

界面层根据新的棋盘状态更新显示。

3.6判断胜负

每次落子后，逻辑层自动检查是否有玩家赢得游戏（即是否有连续五个棋子）。

如果有玩家获胜，逻辑层将结果传递给界面层，界面层显示获胜信息。

如果没有玩家获胜且棋盘已满，游戏以平局结束。

3.7游戏结束

游戏结束后，玩家可以选择重新开始游戏或退出。

如果选择重新开始，流程回到开始游戏步骤。如图1-3

图1- 3

4.功能实现

4.1棋盘的实现

棋盘、棋子的大小实现

4.2 AI对手的实现

AI对手的基本策略和实现

4.2.1极小化极大算法（Minimax）：

代码中的AI_drop方法尝试在棋盘上找到最佳的落子位置。它通过遍历所有可能的落子点，并使用_get_point_score方法来评估每个点的得分，从而选择得分最高的点进行落子。这种方法类似于极小化极大算法的思想，即在每个决策点上，AI都尝试最大化自己的得分，同时假设对手会采取最小化AI得分的策略。

4.2 .2Alpha-Beta剪枝：

虽然代码中没有直接实现Alpha-Beta剪枝，但是_get_direction_score方法在计算每个方向上的得分时，当遇到空格或其他棋子时会停止计算，这可以看作是一种简化的剪枝操作。在完整的Alpha-Beta剪枝中，会跟踪Alpha和Beta两个值，用于在搜索过程中剪枝，提高效率。

4.2.3启发式评估函数：

_get_point_score和_get_direction_score方法实现了一个启发式评估函数，它们通过评估棋盘上每个点的潜在价值来决定最佳的落子位置。这个评估函数考虑了连续棋子的数量、两端是否有空格、是否有阻挡等因素，并给这些因素赋予不同的权重。

4.2.4随机性：

在AI_drop方法中，如果两个点的得分相同，AI将随机选择其中一个点进行落子。这增加了AI的不可预测性，使得游戏更加有趣。

4.2.5方向性评估：

_get_direction_score方法评估了每个点在不同方向上的得分，这是通过_get_stone_color方法实现的，它检查指定方向上连续的棋子数量和类型。

4.2.6边界检查：

在_get_stone_color方法中，代码检查了棋盘的边界，确保不会访问棋盘外的数组索引。

5.技术实现

编程语言和工具:

主要运用编程语言为python语言，工具是pycharm社区版

Python编程语言：

Python是一种广泛使用的高级编程语言，以其清晰、简洁的语法和强大的功能而闻名。它由Guido van Rossum创建，并于1991年首次发布。Python的设计哲学强调代码的可读性和简洁的语法，尤其是在使用空格缩进来表示代码块，而不是使用大括号或关键词。

PyCharm开发工具:

PyCharm是JetBrains公司开发的一款流行的Python集成开发环境（IDE）。它提供了许多为Python开发设计的强大功能，包括：

智能代码编辑、调试和测试、项目和代码结构导航、版本控制集成、数据库支持、远程开发、Web开发、科学工具。

PyCharm分为两个版本：免费的Community Edition和付费的Professional Edition。Professional Edition提供了额外的功能，如Web开发支持、数据库支持和远程开发等。PyCharm是Python开发者中最受欢迎的IDE之一，特别适合需要强大代码分析和项目管理功能的用户。本人运用的是免费的Community Edition。

6.结论

一、项目概述

本设计报告详细阐述了基于 Python 语言开发五子棋游戏的过程。五子棋作为一款经典的策略棋类游戏，具有简单易上手但又充满挑战的特点。通过使用 Python 进行开发，充分发挥了其简洁高效的编程风格和丰富的库资源。

二、主要成果

成功实现了五子棋游戏的基本功能，包括棋盘绘制、棋子显示、玩家落子、胜负判断、悔棋和重新开始等操作。界面设计简洁美观，易于操作，为玩家提供了良好的游戏体验。运用了 Python 的图形库pygame进行界面开发，实现了棋盘和棋子的绘制以及用户交互。采用了合适的数据结构（如二维列表等）来存储棋盘状态，便于进行胜负判断和其他操作。在胜负判断算法中，充分考虑了各种可能的五子连珠情况，确保了判断的准确性。

三、遇到的问题及解决方案

在实现玩家交互时，如何准确地获取玩家的落子位置并进行相应的处理是一个挑战。优化胜负判断算法以提高判断效率也是一个需要解决的问题。确保游戏的稳定性和性能，避免出现卡顿或错误也是重要的方面。通过监听鼠标事件并结合棋盘坐标的计算，准确地获取玩家的落子位置，并进行相应的棋子显示和状态更新。对胜负判断算法进行优化，采用更高效的搜索策略，减少不必要的计算，提高判断效率。进行性能测试和优化，合理管理资源，避免内存泄漏等问题，确保游戏的稳定性和流畅性。

四、项目收获

通过这个项目，深入学习了 Python 语言的编程技巧和图形界面开发方法，提高了编程能力。掌握了游戏开发的基本流程和技术要点，为今后开发更复杂的游戏奠定了基础。在项目开发过程中，遇到了各种问题，通过不断地尝试和探索，学会了如何分析问题、寻找解决方案，并进行有效的调试和优化。

五、未来展望

加入网络对战功能，让玩家可以与其他玩家在线对战，提高游戏的趣味性和社交性。进一步优化界面设计，增加更多的动画效果和交互元素，提升用户体验。探索使用更先进的图形技术和库，提高游戏的画面质量和性能。

总之，通过本次基于 Python 的五子棋设计项目，我取得了丰硕的成果，同时也为未来的游戏开发和技术创新积累了宝贵的经验。在未来的发展中，我将继续努力，不断完善和扩展这个项目，为玩家带来更好的游戏体验。

附带代码如下：

没有。。。哈哈哈

作者：weibangwen123