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今年年初，新一季的《最強(qiáng)大腦》開(kāi)播了，第一集選拔的時(shí)候大家做了一個(gè)數(shù)字游戲，名叫《數(shù)字華容道》，當(dāng)時(shí)何猷君以二十幾秒的成績(jī)奪得該項(xiàng)目的冠軍，看了這個(gè)游戲之后我決定要寫(xiě)一個(gè)《數(shù)字華容道》的程序，過(guò)去了半年，我終于記起了這件事，今天就來(lái)實(shí)現(xiàn)。

數(shù)字推盤(pán)游戲（n-puzzle）是一種智力游戲，常見(jiàn)的類(lèi)型有十五數(shù)字推盤(pán)游戲和八數(shù)字推盤(pán)游戲等。十五數(shù)字推盤(pán)游戲的板上會(huì)有十五個(gè)方塊和一個(gè)大小相當(dāng)于一個(gè)方塊的空位（供方塊移動(dòng)之用），當(dāng)15個(gè)數(shù)字依次排序并且最后一個(gè)格子為空位即代表挑戰(zhàn)成功。

本文使用 PyQt5 進(jìn)行設(shè)計(jì)與實(shí)現(xiàn)，PyQt5 是該程序的一個(gè)呈現(xiàn)方式，最重要的是算法，學(xué)會(huì)了算法，完全可以使用 PyGame 或者 Tkinter 實(shí)現(xiàn)。

PyQt5安裝：pip install PyQt5

本文使用環(huán)境：

系統(tǒng)：Windows 10 64位Python版本：3.6

1、布局設(shè)計(jì)

做一個(gè)簡(jiǎn)版的數(shù)字華容道，布局設(shè)計(jì)如圖所示：

圖中灰色的部分使用 QWidget 作為整個(gè)游戲的載體；黃色部分使用 QGridLayout 作為數(shù)字方塊的布局；紅色部分使用 QLabel 作為數(shù)字方塊。

2、算法設(shè)計(jì)

如上圖所示，本游戲共需要15個(gè)方塊，每個(gè)方塊代表一個(gè)數(shù)字。我們可以使用一個(gè)二維 list 來(lái)存儲(chǔ)方塊上的數(shù)字。其實(shí)我們要?jiǎng)?chuàng)建一個(gè) 4x4 的 list 存儲(chǔ) 0~15 各個(gè)數(shù)字，0 代表空的位置。

2.1 創(chuàng)建并初始化數(shù)組

創(chuàng)建數(shù)組的方法：
創(chuàng)建一個(gè)長(zhǎng)度為16的數(shù)組，并且在對(duì)應(yīng)位置上保存著 0~15 ；打亂順序

import random

# 用來(lái)存放位置信息的二維數(shù)組
blocks = []

# 產(chǎn)生隨機(jī)數(shù)組,0 代表空的位置
arr = range(16)
numbers = random.sample(arr, 16)

for row in range(4):
	blocks.append([])
	for column in range(4):
		blocks[row].append(numbers[row*4 + column])

# 打印結(jié)果
for i in range(4):
	print(blocks[i])

[out]
[2, 5, 7, 9]
[11, 8, 4, 12]
[6, 13, 10, 15]
[1, 14, 0, 3]
[Finished in 0.1s]

2.2 移動(dòng)算法

假如移動(dòng)之前個(gè)數(shù)字位置如左圖所示，那么當(dāng)按下左箭頭時(shí)，會(huì)變成如右圖所示：

可以看到 (1, 2) 和 (1, 3) 兩個(gè)位置上的數(shù)字互換了，即 0 和 8 互換；如果右圖所示再次按下左箭頭，那么所有數(shù)字都不會(huì)改變，因?yàn)?數(shù)字 0 右邊沒(méi)有數(shù)了。

總結(jié)一下：如果數(shù)字 0 所在位置為 (row, column)，并且 column≠3 那么按下左箭頭之后，(row, column) 和 (row, column+1) 位置上的數(shù)組互換，同理可得：

如果數(shù)字 0 所在位置為 (row, column)，并且 column≠0 那么按下右箭頭之后，(row, column) 和 (row, column-1) 位置上的數(shù)組互換；
如果數(shù)字 0 所在位置為 (row, column)，并且 row≠3 那么按下上箭頭之后，(row, column) 和 (row+1, column) 位置上的數(shù)組互換；
如果數(shù)字 0 所在位置為 (row, column)，并且 row≠0 那么按下下箭頭之后，(row, column) 和 (row-1, column) 位置上的數(shù)組互換；

將移動(dòng)算法封裝成一個(gè)函數(shù)如下：

# 移動(dòng)
# zero_row 代表數(shù)字0 所在二維數(shù)組的行下標(biāo)，zero_column代表數(shù)字0 所在二維數(shù)組的列下標(biāo)
def move(direction):
    if(direction == 'UP'): # 上
        if zero_row != 3:
            blocks[zero_row][zero_column] = blocks[zero_row + 1][zero_column]
            blocks[zero_row + 1][zero_column] = 0
            zero_row += 1
    if(direction == 'DOWN'): # 下
        if zero_row != 0:
            blocks[zero_row][zero_column] = blocks[zero_row - 1][zero_column]
            blocks[zero_row - 1][zero_column] = 0
            zero_row -= 1
    if(direction == 'LEFT'): # 左
        if zero_column != 3:
            blocks[zero_row][zero_column] = blocks[zero_row][zero_column + 1]
            blocks[zero_row][zero_column + 1] = 0
            zero_column += 1
    if(direction == 'RIGHT'): # 右
        if zero_column != 0:
            blocks[zero_row][zero_column] = blocks[zero_row][zero_column - 1]
            blocks[zero_row][zero_column - 1] = 0
            zero_column -= 1

2.3 是否勝利檢測(cè)算法

檢測(cè)是否勝利其實(shí)很簡(jiǎn)單：前15個(gè)位置分別對(duì)應(yīng)，最后一個(gè)為0即為勝利，不過(guò)為了避免不必要的計(jì)算，我們先檢測(cè)最后一個(gè)是否為 0 ，如果不為0 前面的就不用比較了。具體代碼實(shí)現(xiàn)如下：

# 檢測(cè)是否完成
def checkResult():
        # 先檢測(cè)最右下角是否為0
        if blocks[3][3] != 0:
            return False

        for row in range(4):
            for column in range(4):
            	# 運(yùn)行到此處說(shuō)名最右下角已經(jīng)為0，pass即可
                if row == 3 and column == 3:
                    pass
                # 值是否對(duì)應(yīng)
                elif blocks[row][column] != row * 4 + column + 1:
                    return False

        return True

3、實(shí)現(xiàn)

下面講解所有功能模塊的實(shí)現(xiàn)。

3.1 框架搭建

創(chuàng)建 QWidget 作為整個(gè)游戲的載體：

import sys
from PyQt5.QtWidgets import QWidget, QApplication

class NumberHuaRong(QWidget):
    """ 華容道主體 """
    def __init__(self):
        super().__init__()
        self.initUI()

    def initUI(self):
        # 設(shè)置寬和高
        self.setFixedSize(400, 400)
        # 設(shè)置標(biāo)題
        self.setWindowTitle('數(shù)字華容道')
        # 設(shè)置背景顏色
        self.setStyleSheet("background-color:gray;")
        self.show()

if __name__ == '__main__':
    app = QApplication(sys.argv)
    ex = NumberHuaRong()
    sys.exit(app.exec_())

運(yùn)行結(jié)果如下圖所示：

3.2 數(shù)字方塊實(shí)現(xiàn)

前面已經(jīng)提到，用一個(gè)二維數(shù)組來(lái)存放 0~16 個(gè)數(shù)字，最終我們要轉(zhuǎn)換成一個(gè)數(shù)字方塊，單獨(dú)創(chuàng)建一個(gè)類(lèi)：

class Block(QLabel):
    """ 數(shù)字方塊 """
    def __init__(self, number):
        super().__init__()

        self.number = number
        self.setFixedSize(80, 80)

        # 設(shè)置字體
        font = QFont()
        font.setPointSize(30)
        font.setBold(True)
        self.setFont(font)

        # 設(shè)置字體顏色
        pa = QPalette()
        pa.setColor(QPalette.WindowText, Qt.white)
        self.setPalette(pa)

        # 設(shè)置文字位置
        self.setAlignment(Qt.AlignCenter)

        # 設(shè)置背景顏色\圓角和文本內(nèi)容
        if self.number == 0:
            self.setStyleSheet("background-color:white;border-radius:10px;")
        else:
            self.setStyleSheet("background-color:red;border-radius:10px;")
            self.setText(str(self.number))

該類(lèi)繼承自 QLablel ，初始化需要傳入一個(gè)參數(shù) number ，number就是數(shù)字方塊上顯示的數(shù)字。

3.3 將數(shù)字轉(zhuǎn)換成方塊添加到布局

布局采用 QGridLayout 創(chuàng)建一個(gè) 4X4 的 self.gltMain，將16個(gè) Block 添加到 self.gltMain：

def updatePanel(self):
    for row in range(4):
        for column in range(4):
            self.gltMain.addWidget(Block(self.blocks[row][column]), row, column)

    self.setLayout(self.gltMain)

3.4 初始化布局

初始化布局包括隨機(jī)數(shù)據(jù)的產(chǎn)生與將數(shù)字轉(zhuǎn)換成方塊添加到布局：

# 初始化布局
    def onInit(self):
        # 產(chǎn)生隨機(jī)數(shù)組,0 代表空的位置
        arr = range(16)
        self.numbers = random.sample(arr, 16)

        # 將數(shù)字方塊添加到布局
        for row in range(4):
            self.blocks.append([])
            for column in range(4):
                temp = self.numbers[row * 4 + column]

                if temp == 0:
                    self.zero_row = row
                    self.zero_column = column
                self.blocks[row].append(temp)
                self.gltMain.addWidget(Block(temp), row, column)

3.5 按鍵檢測(cè)

QWidget 有一個(gè) keyPressEvent 事件句柄，我們只需要重新實(shí)現(xiàn)該方法即可：

# 檢測(cè)按鍵
def keyPressEvent(self, event):
    key = event.key()
    if(key == Qt.Key_Up or key == Qt.Key_W):
        self.move(Direction.UP)
    if(key == Qt.Key_Down or key == Qt.Key_S):
        self.move(Direction.DOWN)
    if(key == Qt.Key_Left or key == Qt.Key_A):
        self.move(Direction.LEFT)
    if(key == Qt.Key_Right or key == Qt.Key_D):
        self.move(Direction.RIGHT)
    self.updatePanel()
    if self.checkResult():
        if QMessageBox.Ok == QMessageBox.information(self, '挑戰(zhàn)結(jié)果', '恭喜您完成挑戰(zhàn)！'):
            self.onInit()

按鍵檢測(cè)到按鍵按下之后判斷該鍵值是否為 “↑↓←→”或“WSAD”，并作出相應(yīng)的移動(dòng)（move），移動(dòng)之后刷新布局（updatePannel），最后檢測(cè)是否完成挑戰(zhàn)（checkResult），如果完成挑戰(zhàn)，彈出提示框。如果點(diǎn)擊了 OK 按鈕，游戲重新開(kāi)始（onInit）。

3.6 試玩測(cè)試

至此，所有功能模塊介紹完畢，不要著急看完整代碼，我們先運(yùn)行一下程序看是否還有 Bugs。

玩了幾局之后發(fā)現(xiàn)，并不是所有的局都能都還原，如下面這種情況：

如圖所示，14 和 15 方塊位置反了，無(wú)論如何也還原不聊了，這種情況是隨機(jī)出現(xiàn)的。到底是怎么回事呢？經(jīng)過(guò)一番上網(wǎng)搜索，確實(shí)如果只有兩個(gè)數(shù)字的位置反了，無(wú)論如何也還原不了的。那這是由什么造成的呢？還記得我們的二維數(shù)組是怎么產(chǎn)生的吧，隨機(jī)的，也就是說(shuō)可能會(huì)隨機(jī)到無(wú)法還原的情況。

如何避免這種情況呢？初始化數(shù)組時(shí)，所有的位置都是正確的數(shù)字，然后使用 move 進(jìn)行移動(dòng)打亂。

3.7 改進(jìn)完善

由于前面已經(jīng)將各個(gè)功能模塊單獨(dú)寫(xiě)成了方法，因此我們只需修改 onInit 方法即可。

# 初始化布局
def onInit(self):
    # 產(chǎn)生順序數(shù)組
    self.numbers = list(range(1, 16))
    self.numbers.append(0)

    # 將數(shù)字添加到二維數(shù)組
    for row in range(4):
        self.blocks.append([])
        for column in range(4):
            temp = self.numbers[row * 4 + column]

            if temp == 0:
                self.zero_row = row
                self.zero_column = column
            self.blocks[row].append(temp)

    # 打亂數(shù)組
    for i in range(500):
        random_num = random.randint(0, 3)
        self.move(Direction(random_num))

    self.updatePanel()

先生成一個(gè)順序數(shù)組，里面保存著[1, 2, 3, 4, 5, 6, 7, 8, 9, 10, 11, 12, 13, 14, 15, 0]，然后轉(zhuǎn)為二維數(shù)組 blocks，再后隨即移動(dòng)500次，最后添加到布局。

4、完整代碼

import sys
import random
from enum import IntEnum
from PyQt5.QtWidgets import QLabel, QWidget, QApplication, QGridLayout, QMessageBox
from PyQt5.QtGui import QFont, QPalette
from PyQt5.QtCore import Qt

# 用枚舉類(lèi)表示方向
class Direction(IntEnum):
    UP = 0
    DOWN = 1
    LEFT = 2
    RIGHT = 3


class NumberHuaRong(QWidget):
    """ 華容道主體 """
    def __init__(self):
        super().__init__()
        self.blocks = []
        self.zero_row = 0
        self.zero_column = 0
        self.gltMain = QGridLayout()

        self.initUI()

    def initUI(self):      
        # 設(shè)置方塊間隔
        self.gltMain.setSpacing(10)

        self.onInit()

        # 設(shè)置布局
        self.setLayout(self.gltMain)
        # 設(shè)置寬和高
        self.setFixedSize(400, 400)
        # 設(shè)置標(biāo)題
        self.setWindowTitle('數(shù)字華容道')
        # 設(shè)置背景顏色
        self.setStyleSheet("background-color:gray;")
        self.show()

    # 初始化布局
    def onInit(self):
        # 產(chǎn)生順序數(shù)組
        self.numbers = list(range(1, 16))
        self.numbers.append(0)

        # 將數(shù)字添加到二維數(shù)組
        for row in range(4):
            self.blocks.append([])
            for column in range(4):
                temp = self.numbers[row * 4 + column]

                if temp == 0:
                    self.zero_row = row
                    self.zero_column = column
                self.blocks[row].append(temp)

        # 打亂數(shù)組
        for i in range(500):
            random_num = random.randint(0, 3)
            self.move(Direction(random_num))

        self.updatePanel()

    # 檢測(cè)按鍵
    def keyPressEvent(self, event):
        key = event.key()
        if(key == Qt.Key_Up or key == Qt.Key_W):
            self.move(Direction.UP)
        if(key == Qt.Key_Down or key == Qt.Key_S):
            self.move(Direction.DOWN)
        if(key == Qt.Key_Left or key == Qt.Key_A):
            self.move(Direction.LEFT)
        if(key == Qt.Key_Right or key == Qt.Key_D):
            self.move(Direction.RIGHT)
        self.updatePanel()
        if self.checkResult():
            if QMessageBox.Ok == QMessageBox.information(self, '挑戰(zhàn)結(jié)果', '恭喜您完成挑戰(zhàn)！'):
                self.onInit()

    # 方塊移動(dòng)算法
    def move(self, direction):
        if(direction == Direction.UP): # 上
            if self.zero_row != 3:
                self.blocks[self.zero_row][self.zero_column] = self.blocks[self.zero_row + 1][self.zero_column]
                self.blocks[self.zero_row + 1][self.zero_column] = 0
                self.zero_row += 1
        if(direction == Direction.DOWN): # 下
            if self.zero_row != 0:
                self.blocks[self.zero_row][self.zero_column] = self.blocks[self.zero_row - 1][self.zero_column]
                self.blocks[self.zero_row - 1][self.zero_column] = 0
                self.zero_row -= 1
        if(direction == Direction.LEFT): # 左
            if self.zero_column != 3:
                self.blocks[self.zero_row][self.zero_column] = self.blocks[self.zero_row][self.zero_column + 1]
                self.blocks[self.zero_row][self.zero_column + 1] = 0
                self.zero_column += 1
        if(direction == Direction.RIGHT): # 右
            if self.zero_column != 0:
                self.blocks[self.zero_row][self.zero_column] = self.blocks[self.zero_row][self.zero_column - 1]
                self.blocks[self.zero_row][self.zero_column - 1] = 0
                self.zero_column -= 1

    def updatePanel(self):
        for row in range(4):
            for column in range(4):
                self.gltMain.addWidget(Block(self.blocks[row][column]), row, column)

        self.setLayout(self.gltMain)

    # 檢測(cè)是否完成
    def checkResult(self):
        # 先檢測(cè)最右下角是否為0
        if self.blocks[3][3] != 0:
            return False

        for row in range(4):
            for column in range(4):
                # 運(yùn)行到此處說(shuō)名最右下角已經(jīng)為0，pass即可
                if row == 3 and column == 3:
                    pass
                #值是否對(duì)應(yīng)
                elif self.blocks[row][column] != row * 4 + column + 1:
                    return False

        return True

class Block(QLabel):
    """ 數(shù)字方塊 """

    def __init__(self, number):
        super().__init__()

        self.number = number
        self.setFixedSize(80, 80)

        # 設(shè)置字體
        font = QFont()
        font.setPointSize(30)
        font.setBold(True)
        self.setFont(font)

        # 設(shè)置字體顏色
        pa = QPalette()
        pa.setColor(QPalette.WindowText, Qt.white)
        self.setPalette(pa)

        # 設(shè)置文字位置
        self.setAlignment(Qt.AlignCenter)

        # 設(shè)置背景顏色\圓角和文本內(nèi)容
        if self.number == 0:
            self.setStyleSheet("background-color:white;border-radius:10px;")
        else:
            self.setStyleSheet("background-color:red;border-radius:10px;")
            self.setText(str(self.number))


if __name__ == '__main__':
    app = QApplication(sys.argv)
    ex = NumberHuaRong()
    sys.exit(app.exec_())

5、總結(jié)

在做的過(guò)程中遇到最大的坑就是隨機(jī)數(shù)組導(dǎo)致無(wú)法還原。另外在做這個(gè)游戲的時(shí)候我已經(jīng)找到還原規(guī)律了，這樣在測(cè)試的時(shí)候可以做完完整測(cè)試，否則根本無(wú)法測(cè)試都挑戰(zhàn)成功那一步。

另外要對(duì)《最強(qiáng)大腦》做一下吐槽：這個(gè)項(xiàng)目根本就是有偏袒的，玩過(guò)的人會(huì)很快，沒(méi)有玩過(guò)的找規(guī)律的時(shí)間就很長(zhǎng)。我在手機(jī)上玩4X4的最快還原用了 33 秒，對(duì)于該節(jié)目的冠軍（即便是玩過(guò)）很是敬仰。

到此這篇關(guān)于教你如何用python開(kāi)發(fā)一款數(shù)字推盤(pán)小游戲的文章就介紹到這了,更多相關(guān)python開(kāi)發(fā)數(shù)字推盤(pán)小游戲內(nèi)容請(qǐng)搜索腳本之家以前的文章或繼續(xù)瀏覽下面的相關(guān)文章希望大家以后多多支持腳本之家！

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