4.3. Kółko i krzyżyk (str)

Klasyczna gra w kółko i krzyżyk zrealizowana przy pomocy PyGame.

../../_images/tictactoe.png

4.3.1. Zmienne i plansza gry

Tworzymy plik tictactoe.py w terminalu lub w wybranym edytorze i zaczynamy od zdefiniowania zmiennych określających właściwości obiektów w naszej grze.

Kod nr 
 1
 2
 3
 4
 5
 6
 7
 8
 9
10
11
12
13
14
15
16
17
18
19
20
21
22
23
24
#! /usr/bin/env python3
# -*- coding: utf-8 -*-

import pygame
import sys
import random
from pygame.locals import *  # udostępnienie nazw metod z locals

# inicjacja modułu pygame
pygame.init()

# przygotowanie powierzchni do rysowania, czyli inicjacja okna gry
OKNOGRY = pygame.display.set_mode((150, 150), 0, 32)
# tytuł okna gry
pygame.display.set_caption('Kółko i krzyżyk')

# lista opisująca stan pola gry, 0 - pole puste, 1 - gracz, 2 - komputer
POLE_GRY = [0, 0, 0,
            0, 0, 0,
            0, 0, 0]

RUCH = 1  # do kogo należy ruch: 1 – gracz, 2 – komputer
WYGRANY = 0  # wynik gry: 0 - nikt, 1 - gracz, 2 - komputer, 3 - remis
WYGRANA = False

W instrukcji pygame.display.set_mode() inicjalizujemy okno gry o rozmiarach 150x150 pikseli i 32 bitowej głębi kolorów. Tworzymy w ten sposób powierzchnię główną do rysowania zapisaną w zmiennej OKNOGRY. POLE_GRY to lista elementów reprezentujących pola planszy, które mogą być puste (wartość 0), zawierać kółka gracza (wartość 1) lub komputera (wartość 2). Pozostałe zmienne określają, do kogo należy następny ruch, kto wygrał i czy nastąpił koniec gry.

4.3.2. Rysuj planszę gry

Planszę można narysować na wiele sposobów, np. tak:

Kod nr 
24
25
26
27
28
29
30
31
32
33
34
35
36
37
38
39
40
41
42
43
44
45
46
47
48
49
50
51
52
53
WYGRANA = False

# rysowanie planszy gry, czyli linii oddzielających pola


def rysuj_plansze():
    for i in range(0, 3):  # x
        for j in range(0, 3):  # y
            # argumenty: powierzchnia, kolor, x,y, w,h, grubość linii
            pygame.draw.rect(OKNOGRY, (255, 255, 255),
                             Rect((j * 50, i * 50), (50, 50)), 1)

# narysuj kółka


def rysuj_pole_gry():
    for i in range(0, 3):
        for j in range(0, 3):
            pole = i * 3 + j  # zmienna pole przyjmuje wartości od 0-8
            # x i y określają środki kolejnych pól,
            # a więc wartości: 25,25, 25,75 25,125 75,25 itd.
            x = j * 50 + 25
            y = i * 50 + 25

            if POLE_GRY[pole] == 1:
                # rysuj kółko gracza
                pygame.draw.circle(OKNOGRY, (0, 0, 255), (x, y), 10)
            elif POLE_GRY[pole] == 2:
                # rysuj kółko komputera
                pygame.draw.circle(OKNOGRY, (255, 0, 0), (x, y), 10)

Pierwsza funkcja, rysuj_plansze(), wykorzystując zagnieżdżone pętle, rysuje nam 9 kwadratów o białym obramowaniu i szerokości 50 pikseli (formalnie są to obiekty Rect zwracane przez metodę pygame.draw.rect()). Zadaniem funkcji rysuj_pole_gry() jest narysowanie w zależności od stanu planszy gry zapisanego w liście POLE_GRY kółek o niebieskim (gracz) lub czerwonym (komputer) kolorze za pomocą metody pygame.draw.circle().

4.3.3. Sztuczna inteligencja

Decydującą rolę w grze odgrywa komputer, od którego inteligencji zależy, czy rozgrywka przyniesie jakąś satysfakcję. Dopisujemy więc funkcje obsługujące sztuczną inteligencję:

Kod nr 
 46
 47
 48
 49
 50
 51
 52
 53
 54
 55
 56
 57
 58
 59
 60
 61
 62
 63
 64
 65
 66
 67
 68
 69
 70
 71
 72
 73
 74
 75
 76
 77
 78
 79
 80
 81
 82
 83
 84
 85
 86
 87
 88
 89
 90
 91
 92
 93
 94
 95
 96
 97
 98
 99
100
101
102
103
104
105
106
107
108
109
110
111
112
113
114
115
116
117
118
            y = i * 50 + 25

            if POLE_GRY[pole] == 1:
                # rysuj kółko gracza
                pygame.draw.circle(OKNOGRY, (0, 0, 255), (x, y), 10)
            elif POLE_GRY[pole] == 2:
                # rysuj kółko komputera
                pygame.draw.circle(OKNOGRY, (255, 0, 0), (x, y), 10)

# postaw kółko lub krzyżyk (w tej wersji też kółko, ale w innym kolorze :-))


def postaw_znak(pole, RUCH):
    if POLE_GRY[pole] == 0:
        if RUCH == 1:  # ruch gracza
            POLE_GRY[pole] = 1
            return 2
        elif RUCH == 2:  # ruch komputera
            POLE_GRY[pole] = 2
            return 1

    return RUCH

# funkcja pomocnicza sprawdzająca, czy komputer może wygrać, czy powinien
# blokować gracza, czy może wygrał komputer lub gracz


def sprawdz_pola(uklad, wygrany=None):
    wartosc = None
    # lista wielowymiarowa, której elementami są inne listy zagnieżdżone
    POLA_INDEKSY = [  # trójki pól planszy do sprawdzania
        [0, 1, 2], [3, 4, 5], [6, 7, 8],  # indeksy pól w poziomie (wiersze)
        [0, 3, 6], [1, 4, 7], [2, 5, 8],  # indeksy pól w pionie (kolumny)
        [0, 4, 8], [2, 4, 6]  # indeksy pól na skos (przekątne)
    ]

    for lista in POLA_INDEKSY:
        kol = []  # lista pomocnicza
        for ind in lista:
            kol.append(POLE_GRY[ind])  # zapisz wartość odczytaną z POLE_GRY
        if (kol in uklad):  # jeżeli znalazłeś układ wygrywający lub blokujący
            # zwróć wygranego (1,2) lub indeks pola do zaznaczenia
            wartosc = wygrany if wygrany else lista[kol.index(0)]

    return wartosc

# ruchy komputera


def ai_ruch(RUCH):
    pole = None  # które pole powinien zaznaczyć komputer

    # listy wielowymiarowe, których elementami są inne listy zagnieżdżone
    uklady_wygrywam = [[2, 2, 0], [2, 0, 2], [0, 2, 2]]
    uklady_blokuje = [[1, 1, 0], [1, 0, 1], [0, 1, 1]]

    # sprawdź, czy komputer może wygrać
    pole = sprawdz_pola(uklady_wygrywam)
    if pole is not None:
        return postaw_znak(pole, RUCH)

    # jeżeli komputer nie może wygrać, blokuj gracza
    pole = sprawdz_pola(uklady_blokuje)
    if pole is not None:
        return postaw_znak(pole, RUCH)

    # jeżeli nie można wygrać i gracza nie trzeba blokować, wylosuj pole
    while pole is None:
        pos = random.randrange(0, 9)  # wylosuj wartość od 0 do 8
        if POLE_GRY[pos] == 0:
            pole = pos

    return postaw_znak(pole, RUCH)

Za sposób gry komputera odpowiada funkcja ai_ruch() (ai – ang. artificial intelligence, sztuczna inteligencja). Na początku zawiera ona definicje dwóch list (uklady_wygrywam, uklady_blokuje), zawierających układy wartości, dla których komputer wygrywa oraz które powinien zablokować, aby nie wygrał gracz. O tym, które pole należy zaznaczyć, decyduje funkcja sprawdz_pola() przyjmująca jako argument najpierw układy wygrywające, później blokujące. Podstawą działania funkcji sprawdz_pola() jest lista POLA_INDEKSY zawierająca jako elementy listy indeksów pól tworzących wiersze, kolumny i przekątne POLA_GRY (czyli planszy). Pętla for lista in POLA_INDEKSY: pobiera kolejne listy, tworzy w liście pomocniczej kol trójkę wartości odczytanych z POLA_GRY i próbuje ją dopasować do przekazanego jako argument układu wygrywającego lub blokującego. Jeżeli znajdzie dopasowanie zwraca liczbę oznaczającą gracza lub komputer, o ile opcjonalny argument WYGRANY ma wartość inną niż None, w przeciwnym razie zwracany jest indeks POLA_GRY, na którym komputer powinien postawić swój znak. Jeżeli indeks zwrócony przez funkcję sprawdz_pola() jest inny niż None, przekazywany jest do funkcji postaw_znak(), której zadaniem jest zapisanie w POLU_GRY pod otrzymanym indeksem wartości symbolizującej znak komputera (czyli 2) oraz nadanie i zwrócenie zmiennej RUCH wskazującej na gracza (wartość 1). O ile na planszy nie ma układu wygrywającego lub nie ma konieczności blokowania gracza, komputer w pętli losuje przypadkowe pole (random.randrange(0,9)), dopóki nie znajdzie pustego, i przekazuje jego indeks do funkcji postaw_znak().

4.3.4. Główna pętla programu

Programy interaktywne, w tym gry, reagujące na działania użytkownika, takie jak ruchy czy kliknięcia myszą, działają w pętli, której zadaniem jest:

  1. przechwycenie i obsługa działań użytkownika, czyli tzw. zdarzeń (ruchy, kliknięcia myszą, naciśnięcie klawiszy),
  2. aktualizacja stanu gry (przesunięcia elementów, aktualizacja planszy),
  3. aktualizacja wyświetlanego okna (narysowanie nowego stanu gry).

Dopisujemy więc do kodu główną pętlę wraz z obsługą zdarzeń oraz dwie funkcje pomocnicze w niej wywoływane:

Kod nr 
105
106
107
108
109
110
111
112
113
114
115
116
117
118
119
120
121
122
123
124
125
126
127
128
129
130
131
132
133
134
135
136
137
138
139
140
141
142
143
144
145
146
147
148
149
150
151
152
153
154
155
156
157
158
159
160
161
162
163
164
165
166
167
168
169
170
171
172
173
174
175
176
177
178
179
180
181
182
183
184
185
186
        return postaw_znak(pole, RUCH)

    # jeżeli komputer nie może wygrać, blokuj gracza
    pole = sprawdz_pola(uklady_blokuje)
    if pole is not None:
        return postaw_znak(pole, RUCH)

    # jeżeli nie można wygrać i gracza nie trzeba blokować, wylosuj pole
    while pole is None:
        pos = random.randrange(0, 9)  # wylosuj wartość od 0 do 8
        if POLE_GRY[pos] == 0:
            pole = pos

    return postaw_znak(pole, RUCH)

# sprawdź, kto wygrał, a może jest remis?


def kto_wygral():
    # układy wygrywające dla gracza i komputera
    uklad_gracz = [[1, 1, 1]]
    uklad_komp = [[2, 2, 2]]

    WYGRANY = sprawdz_pola(uklad_gracz, 1)  # czy wygrał gracz?
    if not WYGRANY:  # jeżeli gracz nie wygrywa
        WYGRANY = sprawdz_pola(uklad_komp, 2)  # czy wygrał komputer?

    # sprawdź remis
    if 0 not in POLE_GRY and WYGRANY not in [1, 2]:
        WYGRANY = 3

    return WYGRANY

# funkcja wyświetlająca komunikat końcowy
# tworzy nowy obrazek z tekstem, pobiera jego prostokątny obszar
# pozycjonuje go i rysuje w oknie gry


def drukuj_wynik(WYGRANY):
    fontObj = pygame.font.Font('freesansbold.ttf', 16)
    if WYGRANY == 1:
        tekst = u'Wygrał gracz!'
    elif WYGRANY == 2:
        tekst = u'Wygrał komputer!'
    elif WYGRANY == 3:
        tekst = 'Remis!'
    tekst_obr = fontObj.render(tekst, True, (20, 255, 20))
    tekst_prost = tekst_obr.get_rect()
    tekst_prost.center = (75, 75)
    OKNOGRY.blit(tekst_obr, tekst_prost)


# pętla główna programu
while True:
    # obsługa zdarzeń generowanych przez gracza
    for event in pygame.event.get():
        # przechwyć zamknięcie okna
        if event.type == QUIT:
            pygame.quit()
            sys.exit()

        if WYGRANA is False:
            if RUCH == 1:
                if event.type == MOUSEBUTTONDOWN:
                    if event.button == 1:  # jeżeli naciśnięto 1. przycisk
                        mouseX, mouseY = event.pos  # rozpakowanie tupli
                        # wylicz indeks klikniętego pola
                        pole = (int(mouseY / 50) * 3) + int(mouseX / 50)
                        RUCH = postaw_znak(pole, RUCH)
            elif RUCH == 2:
                RUCH = ai_ruch(RUCH)

            WYGRANY = kto_wygral()
            if WYGRANY is not None:
                WYGRANA = True

    OKNOGRY.fill((0, 0, 0))  # definicja koloru powierzchni w RGB
    rysuj_plansze()
    rysuj_pole_gry()
    if WYGRANA:
        drukuj_wynik(WYGRANY)
    pygame.display.update()

W obrębie głównej pętli programu pętla for odczytuje kolejne zdarzenia zwracane przez metodę pygame.event.get(). Jak widać, w pierwszej kolejności obsługujemy wydarzenie typu (właściwość .type) QUIT, czyli zakończenie aplikacji. Później, o ile nikt nie wygrał (zmienna WYGRANA ma wartość False), a kolej na ruch gracza (zmienna RUCH ma wartość 1), przechwytujemy wydarzenie MOUSEBUTTONDOWN, tj. kliknięcie myszą. Sprawdzamy, czy naciśnięto pierwszy przycisk, pobieramy współrzędne kursora (.pos) i wyliczamy indeks klikniętego pola. Na koniec wywołujemy omówioną wcześniej funkcję postaw_znak(). Jeżeli kolej na komputer, uruchamiamy sztuczną inteligencję (ai_ruch()).

Po wykonaniu ruchu przez komputer lub gracza trzeba sprawdzić, czy któryś z przeciwników nie wygrał. Korzystamy z funkcji kto_wygral(), która definiuje dwa układy wygrywające (uklad_gracz i uklad_komputer) i za pomocą omówionej wcześniej funkcji sprawdz_pola() sprawdza, czy można je odnaleźć w POLU_GRY. Na końcu sprawdza możliwość remisu i zwraca wartość symbolizującą wygranego (1, 2, 3) lub None, o ile możliwe są kolejne ruchy. Wartość ta wpływa w pętli głównej na zmienną WYGRANA kontrolującą obsługę ruchów gracza i komputera.

Funkcja drukuj_wynik() ma za zadanie przygotowanie końcowego napisu. W tym celu tworzy obiekt czcionki z podanego pliku (pygame.font.Font()), następnie renderuje nowy obrazek z odpowiednim tekstem (.render()), pobiera jego powierzchnię prostokątną (.get_rect()), pozycjonują ją (.center()) i rysują na głównej powierzchni gry (.blit()). Ostatnie linie kodu wypełniają okno gry kolorem (.fill()), wywołują funkcję rysujące planszę (rysuj_plansze()), stan gry (rysuj_pole_gry(), czyli znaki gracza i komputera), a także ewentualny komunikat końcowy (drukuj_wynik()). Funkcja pygame.display.update(), która musi być wykonywana na końcu rysowania, aktualizuje obraz gry na ekranie.

Informacja

Plik wykorzystywany do wyświetlania tekstu (freesansbold.ttf) musi znaleźć się w katalogu ze skryptem.

Grę możemy uruchomić poleceniem wpisanym w terminalu:

~$ python tictactoe.py

4.3.5. Zadania dodatkowe

Zmień grę tak, aby zaczynał ją komputer. Dodaj do gry możliwość rozgrywki wielokrotnej bez konieczności ponownego uruchamiania skryptu. Zmodyfikuj funkcję rysującą pole gry tak, aby komputer rysował krzyżyki, a nie kółka.

4.3.6. Materiały

Źródła:

Licencja Creative Commons Materiały Python 101 udostępniane przez Centrum Edukacji Obywatelskiej na licencji Creative Commons Uznanie autorstwa-Na tych samych warunkach 4.0 Międzynarodowa.

Utworzony:2020-04-01 o 19:13 w Sphinx 1.5.3
Autorzy:Patrz plik “Autorzy”