python200行代码_200行Python代码实现2048
200行Python代码实现2048
一、实验说明
1. 环境登录
无需密码自动登录，系统用户名shiyanlou
2. 环境介绍
本实验环境采用带桌面的Ubuntu Linux环境，实验中会用到桌面上的程序：
LX终端（LXTerminal）: Linux命令行终端，打开后会进入Bash环境，可以使用Linux命令
GVim：非常好用的编辑器，最简单的用法可以参考课程Vim编辑器
3. 环境使用
使用GVim编辑器输入实验所需的代码及文件，使用LX终端（LXTerminal）运行所需命令进行操作。
实验报告可以在个人主页中查看，其中含有每次实验的截图及笔记，以及每次实验的有效学习时间（指的是在实验桌面内操作的时间，如果没有操作，系统会记录为发呆时间）。这些都是您学习的真实性证明。
4. 知识点
本节实验中将学习和实践以下知识点：
Python基本知识
状态机的概念
二、实验内容
是的，又是2048，这回我们是用 Python 实现，只需要200行代码，不用很麻烦很累就可以写一个 2048 游戏出来。
实验楼上已有的 2048 课程：
游戏玩法这里就不再赘述了，还会有比亲自玩一遍体会规则更快的的吗：）
创建游戏文件 2048.py
首先导入需要的包：
import curses
from random import randrange, choice
from collections import defaultdict
主逻辑
用户行为
所有的有效输入都可以转换为"上，下，左，右，游戏重置，退出"这六种行为，用 actions 表示
actions = ['Up', 'Left', 'Down', 'Right', 'Restart', 'Exit']
有效输入键是最常见的 W（上），A（左），S（下），D（右），R（重置），Q（退出），这里要考虑到大写键开启的情况，获得有效键值列表：
letter_codes = [ord(ch) for ch in 'WASDRQwasdrq']
将输入与行为进行关联：
actions_dict = dict(zip(letter_codes, actions * 2))
状态机
处理游戏主逻辑的时候我们会用到一种十分常用的技术：状态机，或者更准确的说是有限状态机（FSM）
你会发现 2048 游戏很容易就能分解成几种状态的转换。
state 存储当前状态， state_actions 这个词典变量作为状态转换的规则，它的 key 是状态，value 是返回下一个状态的函数：
Init: init()
Game
Game: game()
Game
Win
GameOver
Exit
Win: lambda: not_game('Win')
Init
Exit
Gameover: lambda: not_game('Gameover')
Init
Exit
Exit: 退出循环
状态机会不断循环，直到达到 Exit 终结状态结束程序。
下面是经过提取的主逻辑的代码，会在后面进行补全：
def main(stdscr):
def init():
#重置游戏棋盘
return 'Game'
def not_game(state):
#画出 GameOver 或者 Win 的界面
#读取用户输入得到action，判断是重启游戏还是结束游戏
responses = defaultdict(lambda: state) ＃默认是当前状态，没有行为就会一直在当前界面循环
responses['Restart'], responses['Exit'] = 'Init', 'Exit' #对应不同的行为转换到不同的状态
return responses[action]
def game():
#画出当前棋盘状态
#读取用户输入得到action
if action == 'Restart':
return 'Init'
if action == 'Exit':
return 'Exit'
#if 成功移动了一步:
if 游戏胜利了:
return 'Win'
if 游戏失败了:
return 'Gameover'
return 'Game'
state_actions = {
'Init': init,
'Win': lambda: not_game('Win'),
'Gameover': lambda: not_game('Gameover'),
'Game': game
}
state = 'Init'
#状态机开始循环
while state != 'Exit':
state = state_actions[state]()
用户输入处理
阻塞＋循环，直到获得用户有效输入才返回对应行为：
def get_user_action(keyboard):
char = "N"
while char not in actions_dict:
char = keyboard.getch()
return actions_dict[char]
矩阵转置与矩阵逆转
加入这两个操作可以大大节省我们的代码量，减少重复劳动，看到后面就知道了。
矩阵转置：
def transpose(field):
return [list(row) for row in zip(*field)]
矩阵逆转（不是逆矩阵）：
def invert(field):
return [row[::-1] for row in field]
创建棋盘
初始化棋盘的参数，可以指定棋盘的高和宽以及游戏胜利条件，默认是最经典的 4x4～2048。
class GameField(object):
def __init__(self, height=4, width=4, win=2048):
self.height = height #高
self.width = width #宽
self.win_value = 2048 #过关分数
self.score = 0 #当前分数
self.highscore = 0 #最高分
self.reset() #棋盘重置
棋盘操作
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
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()
一行向左合并
(注：这一操作是在 move 内定义的，拆出来是为了方便阅读)
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): # 对邻近元素进行合并
pair = False
new_row = []
for i in range(len(row)):
if pair:
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
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)))
棋盘走一步
通过对矩阵进行转置与逆转，可以直接从左移得到其余三个方向的移动操作
def move(self, direction):
def move_row_left(row):
#一行向左合并
moves = {}
moves['Left'] = lambda field: [move_row_left(row) for row in field]
moves['Right'] = lambda field: invert(moves['Left'](invert(field)))
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)
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)
判断能否移动
def move_is_possible(self, direction):
def row_is_left_movable(row):
def change(i):
if row[i] == 0 and row[i + 1] != 0: # 可以移动
return True
if row[i] != 0 and row[i + 1] == row[i]: # 可以合并
return True
return False
return any(change(i) for i in range(len(row) - 1))
check = {}
check['Left'] = lambda field: any(row_is_left_movable(row) for row in field)
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 direction in check:
return check[direction](self.field)
else:
return False
绘制游戏界面
（注：这一步是在棋盘类内定义的）
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:]
separator = defaultdict(lambda: line)
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)
完成主逻辑
完成以上工作后，我们就可以补完主逻辑了！
def main(stdscr):
def init():
#重置游戏棋盘
game_field.reset()
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) #默认是当前状态，没有行为就会一直在当前界面循环
responses['Restart'], responses['Exit'] = 'Init', 'Exit' #对应不同的行为转换到不同的状态
return responses[action]
def game():
#画出当前棋盘状态
game_field.draw(stdscr)
#读取用户输入得到action
action = get_user_action(stdscr)
if action == 'Restart':
return 'Init'
if action == 'Exit':
return 'Exit'
if game_field.move(action): # move successful
if game_field.is_win():
return 'Win'
if game_field.is_gameover():
return 'Gameover'
return 'Game'
state_actions = {
'Init': init,
'Win': lambda: not_game('Win'),
'Gameover': lambda: not_game('Gameover'),
'Game': game
}
curses.use_default_colors()
game_field = GameField(win=32)
state = 'Init'
#状态机开始循环
while state != 'Exit':
state = state_actions[state]()
运行
填上最后一行代码：
curses.wrapper(main)
运行看看吧！
$ python 2048.py
全部代码的注释
#-*- coding:utf-8 -*-
import curses #引入curses模块，curses是一个在Linux/Unix下广泛应用的图形函数库.，作用是可以绘制在DOS下的用户界面和漂亮的图形。
from random import randrange, choice # 从random模块引入randrange,choice这两个类
from collections import defaultdict #从collections引入defaultdict这个类
letter_codes = [ord(ch) for ch in 'WASDRQwasdrq'] #ord函数是把字符转换成对应的数字
actions = ['Up', 'Left', 'Down', 'Right', 'Restart', 'Exit'] #上，左，下，右，重启，退出
actions_dict = dict(zip(letter_codes, actions * 2)) #把字母与动作对应起来。 zip是把元组中的值对应起来。
#############################
W Up
A Left
S Down
D Right
R Restart
Q Exit
w Up
a Left
s Down
d Right
r Restart
Q Exit
##############################################
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