Python：遊戲：五子棋之人機對戰

本文程式碼基於 python3.6 和 pygame1.9.4。

五子棋比起我之前寫的幾款遊戲來說，難度提高了不少。如果是人與人對戰，那麼，電腦只需要判斷是否贏了就可以。如果是人機對戰，那你還得讓電腦知道怎麼下。

我們先從簡單的問題來看。

開端

畫棋盤

首先肯定是要畫出棋盤來，用 pygame 畫出一個 19 × 19 或 15 × 15 的棋盤並不是什麼難事，這在之前的文章中已經多次用到，就不贅述了。

畫棋子

需要說一下的是畫棋子，因為沒找到什麼合適的棋子圖片，所以只要自己來畫棋子。

我們用 pygame.draw.circle 畫出來的圓形是這樣的：

這樣的函式來畫一個抗鋸齒的圓。

這裡就需要用到 pygame.gfxdraw 啦。 pygame.gfxdraw 目前還僅是實驗版本，這意味著這個 API 可能會在以後的 pygame 版本中發生變化或消失。

要繪製抗鋸齒和填充形狀，請首先使用函式的aa *版本，然後使用填充版本。例如：

col = (255, 0, 0)
surf.fill((255, 255, 255))
pygame.gfxdraw.aacircle(surf, x, y, 30, col)
pygame.gfxdraw.filled_circle(surf, x, y, 30, col)

我們用這個方法在棋盤上畫一個棋子試試看。

可以看到效果已明顯改善。

落子

落子需要判斷滑鼠事件，當滑鼠左鍵點選，獲取滑鼠點選的位置，然後根據棋盤的位置，計算出棋子落在棋盤的位置。

while True:
for event in pygame.event.get():
if event.type == QUIT:
sys.exit()
elif event.type == MOUSEBUTTONDOWN:
pressed_array = pygame.mouse.get_pressed()
if pressed_array[0]:# 滑鼠左鍵點選
mouse_pos = pygame.mouse.get_pos()
click_point = _get_clickpoint(mouse_pos)

勝利判定

當一子落下，如何判定是否勝利？

可以肯定的是，當某一子落下的時候，如果出現了 5 連，那麼落下的這顆子必定在這條 5 連線上。那麼這個問題就可以簡化了，我們無需全盤掃描，只需要在落子位置上橫豎撇捺掃描一下，判斷是否出現 5 連即可。

我們定義一個棋盤類，類中例項化一個 19 × 19 的二維陣列，初始值皆為 0，表示空，用 1 表示黑子，2 表示白子。這個類對外提供一個落子方法 drop ，接收引數落子方和落子座標，如果落子後勝利，則返回勝利者，否則返回 None。

Chessman = namedtuple('Chessman', 'Name Value Color')
Point = namedtuple('Point', 'X Y')

BLACK_CHESSMAN = Chessman('黑子', 1, (45, 45, 45))
WHITE_CHESSMAN = Chessman('白子', 2, (219, 219, 219))

offset = [(1, 0), (0, 1), (1, 1), (1, -1)]


class Checkerboard:
def __init__(self, line_points):
self._line_points = line_points
self._checkerboard = [[0] * line_points for _ in range(line_points)]

def _get_checkerboard(self):
return self._checkerboard

checkerboard = property(_get_checkerboard)

# 判斷是否可落子
def can_drop(self, point):
return self._checkerboard[point.Y][point.X] == 0

def drop(self, chessman, point):
"""
落子
:param chessman: 黑子/白子
:param point:落子位置
:return:若該子落下之後即可獲勝，則返回獲勝方，否則返回 None
"""
print(f'{chessman.Name} ({point.X}, {point.Y})')
self._checkerboard[point.Y][point.X] = chessman.Value

if self._win(point):
print(f'{chessman.Name}獲勝')
return chessman

# 判斷是否贏了
def _win(self, point):
cur_value = self._checkerboard[point.Y][point.X]
for os in offset:
if self._get_count_on_direction(point, cur_value, os[0], os[1]):
return True

def _get_count_on_direction(self, point, value, x_offset, y_offset):
count = 1
for step in range(1, 5):
x = point.X + step * x_offset
y = point.Y + step * y_offset
if 0 <= x < self._line_points and 0 <= y < self._line_points and self._checkerboard[y][x] == value:
count += 1
else:
break
for step in range(1, 5):
x = point.X - step * x_offset
y = point.Y - step * y_offset
if 0 <= x < self._line_points and 0 <= y < self._line_points and self._checkerboard[y][x] == value:
count += 1
else:
break

return count >= 5

這裡我定義了一個偏移量，我們一共要計算橫豎撇捺 4 條線，任意一條線出現 5 連就算獲勝。計算方法實際上是一樣的，只是方向不同，所以定義一個偏移量陣列，不同的偏移量表示不同的方向，這樣就可以利用迴圈來實現了，節省了很多程式碼。

電腦落子

這就是全篇的重頭戲了，要怎麼教電腦下五子棋。

首先宣告，我用的是相對傳統的方式，不是深度學習。

五子棋就是要實現 5 連，所以，一開始，我的想法是：將所有連線儲存在一個數組中，落子的時候選擇最長的連線落子。但這樣有個問題解決不掉，如何讓電腦識別“三三”呢？

後來網上看到篇文章，使用的方法是：遍歷棋盤上的空位，計算每一個位置其橫豎撇捺 8 個方向上是否有己方的子，有一個就加 10 分，最後選得分最高的位置落子。

這樣不太嚴謹，寫出來的電腦估計水平很菜，但是這個思路卻是對的，落子就是要找到最值得的地方，那麼我們乾脆對每一個可落子的地方來做一個評估，選出最優解。

這裡我們需要了解一下五子棋的幾種基本棋形：連五，活四，衝四，活三，眠三，活二，眠二。

連五

顧名思義，五顆同色棋子連在一起，贏了。

活四

四顆同色棋子連在一起，並且左右兩邊都沒有對方棋子阻擋，有兩個連五點。

衝四

四顆同色棋子連在一起，並且一邊有對方棋子阻擋，或者四顆棋子不是連的，當中有個空擋，這時只有一個連五點。

活三、跳活三

活三：三顆同色棋子連在一起。

眠三

只能夠形成衝四的三，無外乎兩種情況，一是一邊被擋住了，一是當中有 2 個空格。（其實我在程式碼中僅考慮了第一種情況，即便形成衝四，也不是什麼危險局面。）

活二和眠二

活二，能夠形成活三的二；眠二，能夠形成眠三的二。這裡就不放圖了，參考活三眠三。

打分機制

理解了這些棋形，那麼按我們之前的思路，就是如何打分了。

• 首先，連五肯定是不存在的，出現連五勝負已分，所以只要棋局還在進行中，就不會出現連五。那麼，什麼優先順序最高？自然就是活四了。
• 其次是對方的“四”，對方活四，你防不防都一樣輸了，對方衝四，你就必須防守。
• 再次是我方的活三或衝四，活三跟衝四其實是一個級別的，對方必須防守。
• 再次是對方的活三或衝四。

以此類推下去。我們可以總結一點規律：

• 相同的棋形，我方優於對方。
• 衝四跟活三一個級別，眠三跟活二一個級別。
• 如果中間有空格的話，肯定是要比沒空格的略微低階一點，但不至於降級。

基本邏輯就是這樣，這一塊的程式碼我寫得也不好，整個判斷寫了100多行，就不貼程式碼了，大家可以直接下原始碼看。

五子棋執黑是必贏的，程式碼中，玩家就是執黑先手，電腦執白後手，所以，下的好是完全可以贏電腦的，不過一個小小失誤也很可能被電腦翻盤。

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