Крестики-нолики
Очень полезно в целях изучения языка программирования написать на нем несколько простых программ. Здесь мы представим игру крестики-нолики, которая написана на Python 3 с графическим интерфейсом.
О программе
В этой игре можно помериться силами с компьютером. Первый ход за игроком. Но победить искусственный интеллект в этом противостоянии будет не так уж и просто. Компьютер не делает «зевков» и если у него есть шанс победить, он непременно им воспользуется.
Внизу расположена кнопка для начала новой игры. По её нажатию игровое поле очистится и можно будет начать игру заново.
Игрок ставит крестики, а компьютер нолики. Как всегда, побеждает тот, кто первый составит линию из своих символов: по горизонтали, вертикали или диагонали.
Библиотеки и объявление переменных
Для отображения графики будем использовать стандартную библиотеку Tkinter, которая устанавливается вместе с Python. Так же нам потребуется библиотека random для того, чтобы получать случайные числа, благодаря которым ходы компьютера будут неожиданными.
Обработка нажатия кнопок
Функция click будет вызываться после нажатия на поле, то есть при попытки поставить крестик. Если игра еще не завершена, то крестик ставится. После этого увеличиваем счетчик количества выставленных крестиков.
Проверка победы
Проверяем все возможные варианты, так как теоретически можно одним ходом составить сразу 2 линии.
Действия компьютера
Графический интерфейс
Свойство colorspan у кнопки начала игры выставляем в 3, чтобы он занимал всю ширину таблицы
Игровое поле мы делали таким же образом как и кнопки в примере с калькулятором, размещённом в отдельной статье.
В целом, реализация игры крестики-нолики неплохо подходит для изучающих программирование на Python 3. Можно немного усложнить задачу, добавив уровни сложности. Например, на простом уровне сложности компьютер делает абсолютно случайные ходы. На более сложном не упускает возможности победить, но все еще может прозевать два крестика выставленных в ряд.
Python: нестандартные функции. Игра «Крестики-нолики».
Продолжаем учить язык программирования пайтон Python. Переходим к изучению 6 главы «Функции. Игра Крестики-нолики» по книге: Майкл Доусон “Программируем на Python”, 2014 (Michael Dawson “Python Programming for the Absolute Beginner”, 3rd Edition), чтобы создавать собственные функции и работать с глобальными переменными.
Как создать функцию?
Общий вид функции в Python: название_функции()
Чтобы создать собственную функцию, нужно ее объявить.
Общий вид объявления функции
def название_функции(параметр1, параметр2. ):
»’Документирующая строка»’
Блок выражений функции
Функции могут:
Параметр функции
— это имя переменной в скобках после названия функции. В момент объявления функции параметр может не иметь конкретного значения. При вызове функции параметру нужно присвоить значение.
Позиционные параметры функции
В функции можно перечислить несколько параметров:
def название_функции(параметр1, параметр2. ):
Вызов этой функции с позиционными аргументами :
название_функции(‘значение параметра1’,значение параметра2. )
Вызов этой функции с именованными аргументами (для них не важен порядок!) :
название_функции(параметр1=’значение параметра1′, параметр2=значение параметра2. )
название_функции(параметр2=значение параметра2, параметр1=’значение параметра1′. )
Параметры по умолчанию
def название_функции(параметр1=’значение’, параметр2=значение. ):
Если при вызове функции никакие другие значения параметрам не присвоятся, то отобразятся значения параметров по умолчанию.
Присваивая значение по умолчанию одному параметру, это нужно сделать для всех остальных параметров в объявляемой функции.
Параметры по умолчанию можно переопределить при вызове функции, при чем переопределять их можно и по отдельности, а не все сразу. Например, так:
def название_функции(параметр1=’значение’, параметр2=значение):
Функция, которая возвращает значения
def vozvrat():
imya=’kot’
return imya
Запуск программы дает:
Можно возвращать несколько значений через запись return p1,p2,p3.
Функция main()
Основной код программы можно не оставлять в глобальной зоне видимости, а поместить в функцию, которое можно дать любое имя, например, main()
Тогда код запуска программы будет выглядеть так:
main()
input(‘Нажмите Entr, чтобы выйти’)
Глобальные переменные
Переменные внутри функции доступны только там. Есть глобальные переменные, которые объявляются вне функций, при этом они доступны внутри функций тоже, то только для «чтения», если не указано обратное.
Глобальная переменная — создается в общей области видимости.
Локальная переменная — создается внутри функции.
Изменение глобальной переменной внутри функции
Чтобы менять глобальные переменные, находясь внутри функции, пишем global
Затенение глобальной переменной
Так как в общем случае внутри функции нельзя изменить значение глобальной переменной, но можно создать одноименную переменную внутри функции. Это и будет затенение. Новая одноименная переменная будет работать только внутри функции. Но это вносит путаницу, лучше так не делать.
Глобальные константы
Переменные мы изменяем по ходу кода. А константы — это переменные, записанные большими буквами ( CONSTANTA ), которые мы решили не менять. В общем случае лучше использовать глобальные константы, чем глобальные переменные.
Игра «Крестики-нолики»
Задача: написать программу, в которой пользователь может играть с компьютером в крестики-нолики на поле 3х3. Сначала показывается инструкция к игре. Далее идет выбор, кто будет ходить первым. Начинается игра, игроки делают ходы по очереди. Когда кто-то выигрывает или игра сыграна вничью, выводятся результаты и программа завершает работу.
Начнем с создания собственной функции, которая будет показывать пользователю инструкцию к игре :
Чтобы реализовать этот блок программы, сначала объявим первую общую функцию, которая будет задавать вопрос и получать ответ «да» или «нет»:
Вторая часть функции присваивает игрокам тип фишек в зависимости от того, кто ходит первый, и будет состоять из уже объявленной функции nachalo(vopros) :
Сделаем функцию, которая генерирует игровые поля :
Функция, создающая каждый раз новую доску с ходами выглядит так:
Теперь нужно сделать функцию, которая будет показывать пользователю доску с результатом каждого хода:
Нам еще потребуется функция, которая проверяет, куда можно пойти. Для этого нужно сделать функцию с перебором всех пустых клеток, чтобы все незанятые места добавились в список, который и есть «доступные ходы»:
Следующая функция учитывает ходы пользователя, для этого нужно сначала понять, куда можно пойти, затем ожидается ввод пользователя числа из доступных. Функция принимает доску и тип фишек пользователя. В итоге работы функции пользователь делает ход:
Пришло время самой сложной для меня функции — это ходы компьютера. Нужно, чтобы компьютер делал «хорошие» ходы, старался выиграть у пользователя. Ходить наугад можно, если компьютер будет выбирать любое свободное место на поле. Но тогда ему будет трудно выиграть.
Чтобы не «испортить» исходную доску, опытные программисты советуют создавать внутри функции «копию» доски, в которую мы и будем вносить изменения:
Чтобы компьютер не ходил «от балды», учтем следующую стратегию:
Лучшие поля задаются константой внутри функции:
В итоге вся функция ходов компьютера получается такой:
Нужна еще одна функция, которая будет давать сделать ход следующему игроку, определяя какими фишками был сделан последний ход и передавая ход другим фишкам:
Потребуется еще функция, которая выявит победителя и поздравит пользователя с окончанием игры. Эта функция будет использоваться только в самом конце игры:
Попробуем запустить программу с игрой «Крестики-Нолики», для запуска потребуется всего две строки кода:
Запуск программы показал, что игра не работает как надо. Несмотря на то, что логика построения программы верная, в самих функциях где-то допущены ошибки. Нужно их исправить.
Исправление ошибок в игре «Крестики-нолики».
Тестирование программы игры и исправление ошибок оказалось довольно трудной задачей, чтобы сделать это «на глаз». Как искать ошибки в программе? Наверное, лучший способ — это протестировать работу каждой функции отдельно. Запустим каждую функцию и посмотрим, где есть проблемы:
Функция instrukciya() работает:
В функции hod(low,high) я решила добавить конкретный вопрос, и ее запуск тоже прошел успешно со значениями 0-8 hod(0,8) :
Запуск функции new_doska() ошибок не выдал, но и результата тоже, так как изначально этот блок пустой.
Спустя еще пару часов блужданий по коду, поиска ошибок, запусков отдельных функций и групп функций, я обнаружила, что в нескольких местах знак «крестика» X был написан разными символами, а также кое-где крестик стоял в кавычках. Еще некоторые мелочи были исправлены. Конечный вариант кода программы (которая заработала и выиграла у меня!) выглядит так:
Мой первый матч в крестики-нолики с компьютером выглядел так:
Как сделать игру “крестики-нолики” на Python – пример исходного кода
В данном руководстве мы создадим игру, известную как Tic-Tac-Toe (крестики-нолики), используя язык программирования Python с нуля. Мы разделили всю программу на несколько этапов для лучшего понимания. Но прежде чем мы перейдем к процедуре, давайте разберемся с игрой.
Что такое крестики-нолики?
Крестики-нолики на Python – одна из игр, в которые играют два игрока на квадратной сетке 3 x 3. Каждый игрок заселяет клетку в свои ходы, стараясь поставить три одинаковых метки по вертикали, горизонтали или диагонали. Первый игрок использует Крестик (X) как маркер, а другой использует Ноль (O).
Теперь давайте разберемся с ее дизайном.
Дизайн крестиков-ноликов
Мы будем использовать командную строку, чтобы играть в крестики-нолики. Таким образом, основная цель – создать дизайн для игры «Крестики-нолики».
Задача: если игроку нужно отметить определенный блок, он / она должен ввести соответствующую цифру, отображаемую в сетке. Например, мы хотели занять верхний правый блок, а затем нам нужно ввести цифру 3 в терминал.
Давайте разберемся с фрагментом кода для создания сетки.
В приведенном выше фрагменте кода мы определили функцию для игры Tic-Tac-Toe, которая принимает значения в качестве параметра. Здесь параметр val представляет собой список, состоящий из статуса каждой ячейки в сетке. Затем внутри функции мы распечатали дизайн сетки игры.
Теперь следующий шаг – сохранить данные с помощью структур данных.
Хранение данных с использованием структур данных
Принцип любой игры основан на механике игры. Поскольку мы создаем относительно простую и легкую игру, включенная в нее механика также проста.
В любой момент времени требуются две важные части информации:
Примечание: к приведенным выше данным можно получить доступ с помощью Grid Status. Однако нам потребуется просматривать эту информацию каждый раз, когда нам нужны позиции игрока. Это можно назвать компромиссом между временем и сложностью пространства. Это общая техника для экономии времени.
Синтаксис для этого показан ниже.
В приведенном выше фрагменте кода мы определили функцию для одной игры в крестики-нолики, где val представляет параметр для предыдущей функции, а playerpos хранит позицию блока, занятого крестиком(X) и нулем( O) соответственно.
Обычно в списке символов, управляющих статусом сетки, есть три значения:
Действия каждого игрока хранятся в виде словаря из списка целых чисел, где ключи обозначены буквами «X» и «O» для соответствующего игрока. Их списки состоят из цифр, предоставленных ячейкам сетки, в которой они находятся.
Примечание. В переменной curplayer хранится текущий игрок, делающий ход, как в «X» или «O».
Понимание игрового цикла
Каждая игра состоит из определенного типа игрового цикла, который позволяет игроку играть в игру до тех пор, пока кто-то из игроков не выиграет или игра не станет ничьей. В игре «Крестики-нолики» каждая итерация цикла обозначает один ход, сделанный любым игроком.
Давайте рассмотрим следующий фрагмент кода, чтобы разработать игровой цикл.
Мы использовали цикл while для вывода значений функции mytictactoe(), создав игровой цикл для одной игры в крестики-нолики.
Обработка ввода от Player
Для каждой итерации в игре игрок должен вводить данные для своего хода. Давайте рассмотрим следующий синтаксис, чтобы обработать ввод Player.
Для приведенного выше фрагмента кода мы создали блок try для обработки непредусмотренного значения игроков. Затем мы обработали исключение ValueError, чтобы игру нельзя было останавливать. Позже мы выполнили несколько проверок работоспособности, например, является ли введенное значение допустимой позицией или нет, и если это действительная позиция, заполнена ли она уже?
Теперь перейдем к следующему шагу.
Обновление информации об игре
В соответствии с вводом, предоставленным игроком, мы должны обновить информацию для бесперебойной работы игры. Мы можем обновить информацию об игре, добавив следующий фрагмент кода в основной проект.
В приведенном выше фрагменте кода мы обновили информацию об игре, обновив состояние сетки и положение игрока. Список val обновит ячейку, заполненную в соответствии с текущим игроком. Позиция игрока добавит позицию, только что занятую текущим игроком.
После обновления списка val мы вызовем функцию mytictactoe(), и сетка будет выглядеть следующим образом:
Проверка победы или ничьей
После каждого хода нам нужно проверять, выиграл ли какой-либо игрок матч или матч был ничейным. Мы можем проверить это с помощью синтаксиса, приведенного ниже:
В приведенном выше синтаксисе мы использовали оператор if для проверки Win или Tie. Функция singlegame() вернет текущего игрока, если он / она выиграет игру. В противном случае игра заканчивается вничью, D отправляется обратно.
Рассмотрим функцию проверки, выиграл ли кто-нибудь из игроков.
В приведенном выше фрагменте кода мы определили функции для проверки победы или ничьей. Это функции check_Victory() и check_Tie() соответственно.
Смена текущего игрока
У каждого игрока за один ход был только один шанс. Таким образом, после каждого успешного повторения текущий игрок будет заменен. Давайте рассмотрим следующий фрагмент кода для того же:
Мы использовали оператор if-else для переключения ходов игрока таким образом, что если текущий игрок отмечает одну позицию, то текущий игрок будет изменен, а другой игрок будет совершать ход.
Вот некоторые шаги, о которых нам нужно позаботиться при создании одиночной игры. Однако мы будем создавать систему табло, чтобы отслеживать игроков, желающих сыграть в несколько игр.
Ввод имен игроков
Поскольку мы создаем Табло, нам необходимо отображать имена каждого игрока.
Как мы можем заметить, мы использовали специальную переменную __name__, чтобы иметь значение «__main__». Затем мы предоставили ввод для имен первого и второго игроков соответственно. Это станет точкой входа для программы, и программа, которую мы будем выполнять, сначала запросит имена.
Хранение информации об игре
Мы должны хранить такую информацию, как текущий игрок, выбор игрока (например, X или O), доступные варианты выбора (X или O) и табло.
В приведенном выше фрагменте кода мы установили текущего игрока как Первого игрока. Мы также сохранили выбор, сделанный игроками, доступные варианты и табло.
Разработка табло
Мы спроектируем табло в структуре данных словаря. На этом табло имена игроков будут действовать как ключи, а их общее количество побед будет действовать как значения. Давайте рассмотрим следующий фрагмент кода для разработки табло для крестиков-ноликов.
Создание внешнего игрового цикла
Чтобы поддерживать несколько совпадений крестиков-ноликов, нам нужен еще один цикл для игры. Текущий игрок будет выбирать оценку для каждого матча. Меню выбора должно отображаться на каждой итерации игры.
Давайте рассмотрим следующий синтаксис, чтобы создать Outer Gamer Loop.
В приведенном выше фрагменте кода мы создали цикл while для отображения главного меню для игроков, в котором текущий игрок может сделать выбор между отметками (крестик «X» или нолик «O») или выйти из игры.
Обработка и назначение выбора для игрока
Нам нужно обрабатывать и сохранять выбор текущего игрока для каждой итерации. Давайте рассмотрим следующий фрагмент кода.
Мы использовали блок try-exception для обработки любого исключения для ввода the_choice. Затем мы использовали оператор if-else для создания меню выбора для текущего игрока.
В соответствии с выбором, сделанным игроком, данные будут сохранены. Это важно, так как в каждом матче мы узнаем, какой игрок выиграл.
Запуск игры
Как только вся необходимая информация будет сохранена, мы можем провести независимый матч и записать победителя.
Синтаксис для того же был показан ниже.
В приведенном выше фрагменте кода мы сохранили сведения о победителе для одной игры в крестики-нолики.
Обновление табло
Мы должны обновлять табло после каждого матча в игре «Крестики-нолики».
Давайте рассмотрим следующий фрагмент кода для обновления табло.
В приведенном выше фрагменте кода мы использовали оператор if, чтобы проверить, не привязано ли совпадение. Как только матч не будет сыгран вничью, табло будет обновлено.
Переключение выбранного игрока
Во время игры становится обязательным переключать шанс выбора метки. Итак, давайте рассмотрим следующий синтаксис.
В приведенном выше фрагменте кода мы снова использовали оператор if-else для переключения между игроками для выбора меток (крестик или нолик).
Таким образом, мы успешно создали нашу собственную игру «Крестики-нолики».
Пришло время игры
Поскольку все шаги, наконец, завершены, вот окончательный код игры.
Игра “Крестики-нолики” для двух игроков на Python.
В данной статье мы разработаем небольшую консольную программу “Крестики-нолики” для закрепления темы “Функции в Python“. Сначала рекомендуем изучить теорию создания функций и потом возвращаться к этой статье.
Используемые функции в программе
draw_board() – рисует игровое поле в привычном для человека формате.
take_input() – принимает ввод пользователя. Проверяет корректность ввода.
check_win – функция проверки игрового поля, проверяет, выиграл ли игрок.
main() – основная функция игры, которая будет запускать все ранее описанные функции. Данная функция запускает и управляет игровым процессом.
Полный листинг программы
Функция draw_board()
Внутри программы игровое поле представлено в виде одномерного списка с числами от 1 до 9.
Функция take_input()
Задачи данной функции:
1. Принять ввод пользователя.
2. Обработать некорректный ввод, например, введено не число. Для преобразования строки в число используем функцию int().
3. Обработать ситуации. когда клетка занята или когда введено число не из диапазона 1..9.
Для обработки некорректного ввода мы используем блок try…except. Если пользователь введет строку, то выполнение программы не прервется, а будет выведено сообщение “Некорректный ввод. Вы уверены, что ввели число?”, а затем цикл перейдет на следующую итерацию с возможностью по-новому ввести число.
Функция check_win()
Данная функция проверяет игровое поле. Мы создаем кортеж с выигрышными координатами и проходимся циклом for по нему.
Если символы во всех трех заданных клетках равны – возвращаем выигрышный символ, иначе – возвращаем значение False.
Непустая строка(выигрышный символ) при приведении ее к логическому типу вернет True.
Функция main()
В данной функции создаем цикл while. Цикл выполняется пока один из игроков не выиграл. В данном цикле мы выводим игровое поле, принимаем ввод пользователя, при этом определяя токен(икс или нолик) игрока.
Ждем, когда переменная counter станет больше 4 для того, чтобы избежать заведомо ненужного вызова функции check_win.
Переменная tmp была создана для того, чтобы лишний раз не вызывать функцию check_win, мы просто “запоминаем” ее значение и при необходимости используем в строке “print(tmp, “выиграл!”)”.
Наша игра получилась очень простой. Рекомендуется самостоятельно написать данный код для полного его понимания. Ждем ваших предложений по улучшению или модернизации данной игры.
Дата публикации Dec 15, 2018
Если вы случайно взглянули на мою самую первую статью о джиу-джитсу, я намекнул на тот факт, что у меня горько-сладкие отношения с видеоиграми. Они дают мне потрясающее повышение эго, когда я выигрываю, но время от времени я хочу пробить кулаком мой монитор, когда какой-то ребенок превосходит меня в Ракетной лиге. Прежде чем мы перейдем к скучным техническим вещам (которые составляют большую часть этой статьи), давайте отправимся в путешествие по моей памяти, чтобы объяснить мою мотивацию к этой статье:
Давайте посмотрим на нашего первого гладиатора:
1. Минимаксный алгоритм
В нашем исполнении алгоритма Minimax для решения Tic-Tac-Toe, он работает, визуализируя все будущие возможные состояния платы и конструируя его в виде дерева. Когда текущее состояние доски задается алгоритму (корень дерева), он разделяется на ‘n’ ветвей (где n обозначает количество ходов, которые могут быть выбраны AI / число пустых ячеек, в которых AI может быть помещенный). Если какое-либо из этих новых состояний является состоянием терминала, дальнейшие разбиения для этого состояния не выполняются, и ему присваивается оценка следующим образом:
Записать это в коде:
Поскольку пространство состояний Tic-Tac-Toe очень мало, у нас не может быть дерева с глубиной более 9. Таким образом, нам не нужно использовать такие методы, как отсечение альфа-бета здесь. Однако с Minimax дело в том, что он предполагает особый способ игры противника. Например, минимаксный игрок никогда не достигнет игрового состояния, из которого он мог проиграть, даже если на самом деле он всегда выигрывал из этого состояния из-за неправильной игры оппонента.
Давайте теперь посмотрим на гораздо более захватывающий алгоритм. Введите второго гладиатора:
2 Усиление обучения
Я чувствую, что этот алгоритм легче понять, поскольку вы можете использовать его каждый день, даже не осознавая этого. Давайте возьмем практический пример:
Эксплуатация против разведки
Одним из фундаментальных компромиссов в обучении подкреплению является компромисс между эксплуатацией и разведкой.эксплуатацияозначает выбор действия, которое максимизирует нашу награду (может привести к застреванию в местном оптимуме).Исследованиеозначает выбор действия независимо от вознаграждения, которое оно обеспечивает (это помогает нам найти другой локальный оптимум, который может приблизить нас к глобальному оптимуму). Уничтожение любого из них вредно, любая эксплуатация может привести к неоптимальному агенту, а любое исследование просто даст нам глупого агента, который продолжает предпринимать случайные действия.
Широко используемой стратегией для решения этой проблемы, которую я также использовал в своей реализации, являетсяэпсилон-уменьшающая стратегия, Это работает следующим образом:
Разница во времени обучения
После запуска игры наш агент вычисляет все возможные действия, которые он может предпринять в текущем состоянии, и новые состояния, которые могут возникнуть в результате каждого действия. Значения этих состояний собираются изstate_valueвектор, который содержит значения для всех возможных состояний в игре. Затем агент может выбрать действие, которое приводит к состоянию с наибольшим значением (эксплуатация), или выбрать случайное действие (исследование), в зависимости от значения эпсилона. В ходе нашего обучения мы играем в несколько игр, после каждого хода значение состояния обновляется с использованием следующего правила:
где,V (S)— текущее состояние игрового поля,V (S ^ F)— новое состояние доски после того, как агент предпримет какое-то действие, иальфа— скорость обучения / параметр размера шага.
Используя это правило обновления, состояния, которые приводят к потере, также получают отрицательное значение состояния (величина которого зависит от скорости обучения). Агент узнает, что нахождение в таком состоянии может привести к потере в будущем, поэтому он будет стараться избегать посадки в этом состоянии, если в этом нет необходимости. С другой стороны, состояния, которые приводят к победе, получают положительное значение состояния. Агент узнает, что пребывание в таком состоянии может привести к победе в будущем, поэтому рекомендуется быть в таком состоянии.
Фрагмент кода для этого алгоритма выглядит следующим образом:
Есть 2 версии кода для этого алгоритма:
Ниже приведен пример игры с ботом, обученным
Это Showtime
Теперь, когда у нас есть два готовых чемпиона, давайте бросим их в виртуальный Колизей и позволим им сражаться, пока мы с трепетом наблюдаем. Так как у нас сейчас только 2 из них, у нас будет только битва TKO 1 на 1. В основном это был результат:
(Я вызвал монстра, не так ли?)
Это единственные алгоритмы, с которыми я возился еще. Я мог бы взглянуть на некоторые другие интересные алгоритмы, такие как генетические алгоритмы, но это будет позже. Если вы сочли мое письмо отдаленно полезным или даже достаточно забавным, чтобы заставить вас посмеяться, бросьте хлопок и оставьте ответ ниже.