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更好的演算法,用于確定在游戲中達到成功狀態所需的移動順序

2022-01-20 06:34:39 軟體工程

我一直在玩我最近試圖解決的更好的演算法,用于確定在游戲中達到成功狀態所需的移動順序

請注意,坐標系是 (-y,x)。例如,(6,6) 表示向下 7 個空格,向右 7 個空格,然后單擊該方塊。

當有更多顏色時,我一直遇到問題,例如 6 種顏色而不是 2 種顏色,因為程式似乎永遠無法完成解決。

因此,我想知道是否有比隨機暴力破解更好的方法(可能是演算法?),以及是否有辦法確定開始游戲狀態是否可解決。

感謝您通讀。

uj5u.com熱心網友回復:

我實際上認為這是一個有趣的游戲,所以我寫了一個快速解決方案:

  • 定義游戲,以便您可以玩它
  • 通過構建所有可能動作的樹來解決游戲(沒有重復)
  • 告訴您游戲所需的最少移動次數是多少,并向您顯示結果步驟(對于可能的解決方案之一)

編輯:我發布的第一個版本實際上并沒有洗掉空列并允許移動 1 個塊 - 所以我在這里更新了答案,但同樣的主要思想。

import random

# plays and solves http://g.fromgame.com/game/13/


class Game:
    def __init__(self, width, height, colours=2):
        self.width = width
        self.height = height
        self.colours = colours
        self.board = [[0 for __ in range(width)] for __ in range(height)]

    def generate(self, seed=0):
        # very naive way to generate a board,
        # heavily biased towards horizontal runs, not really important
        random.seed(seed)
        self.board = []
        while len(self.board) < self.width * self.height:
            self.board.extend([random.randint(0, self.colours)] * random.randint(1, self.width // 2))
        self.board = [self.board[i*self.width:(i 1)*self.width] for i in range(self.height)]
        self.drop()

    def drop(self):
        # simply gravity, keeps dropping blocks until they are all at the 'bottom'
        dropped = True
        while dropped:
            dropped = False
            for lower, above in zip(reversed(self.board), list(reversed(self.board))[1:]):
                for i in range(len(lower)):
                    if lower[i] == 0 and above[i] != 0:
                        lower[i] = above[i]
                        above[i] = 0
                        dropped = True
        # move columns to the left, leaving no empties
        rc = [i for i, c in enumerate(self.board[-1]) if c == 0]
        self.board = [[c for i, c in enumerate(line) if i not in rc]   [0 for __ in range(len(rc))] for line in self.board]

    def copy(self):
        # returns a completely new copy of this game
        game = self.__class__(self.width, self.height, self.colours)
        game.board = [line.copy() for line in self.board]
        return game

    def print(self):
        for line in self.board:
            print(''.join(map(str,line)))

    def get_move(self, start_x, start_y):
        # returns all the pairs x, y that would be removed if the block at x, y is removed
        if self.board[start_y][start_x] == 0:
            return []

        colour = self.board[start_y][start_x]
        queue = [(start_x, start_y)]
        result = {(start_x, start_y)}

        def add(a, b):
            if (a, b) not in result and self.board[b][a] == colour:
                result.add((a, b))
                queue.append((a, b))

        while queue:
            x, y = queue.pop(0)
            if x 1 < self.width:
                add(x 1, y)
            if y 1 < self.height:
                add(x, y 1)
            if x-1 >= 0:
                add(x-1, y)
            if y-1 >= 0:
                add(x, y-1)

        return result

    def get_all_moves(self):
        # finds a set of all possible moves (as tuples of moves that are all the same move)
        moves = set()
        for y in range(self.height):
            for x in range(self.width):
                if self.board[y][x] > 0 and not any((x, y) in m for m in moves):
                    m = self.get_move(x, y)
                    # only moves of more than one block are valid
                    if len(m) > 1:
                        moves.add(tuple(m))
        return moves

    def make_move(self, move):
        for x, y in move:
            self.board[y][x] = 0
        self.drop()

    def check_won(self):
        # returns whether the game has been completed assumes all positive colours
        return sum(sum(line) for line in self.board) == 0

    def play(self):
        # trivial if there's nothing on the board, win in 0 moves, 1 path, empty moves
        if self.check_won():
            return 0, 1, {}
        # otherwise play all possible moves until conclusion
        moves = {}
        size = self.width * self.height
        min_d = size  # worst case as many moves as squares
        total = 0
        for move in self.get_all_moves():
            next_state = self.copy()
            next_state.make_move(move)
            d, n, rest = next_state.play()
            # only save the move if there's a way to win the game after this move
            if d < size:
                moves[(move[0], d)] = rest
                total  = n
                min_d = min(min_d, d 1)
        return min_d, total, moves


def main():
    g = Game(4, 5)
    g.generate(seed=1)
    print('Start of the game:')
    g.print()
    min_moves, paths, moves = g.play()

    if min_moves == g.width * g.height:
        print('Game cannot be won!')
    else:
        g_copy = g.copy()
        print(f'The first winning play in {min_moves} moves, out of {paths} possible different games:')
        options = moves
        n = min_moves
        x, y = 0, 0
        next_options = {}
        while n > 0:
            for ((x, y), c), next_options in options.items():
                if c == n:
                    break
            print(f'Make move {(x, y)}:')
            g_copy.make_move(g_copy.get_move(x, y))
            g_copy.print()
            n -= 1
            options = next_options


if __name__ == '__main__':
    main()

這用一塊 4x5 的小棋盤玩游戲,輸出:

Start of the game:
0101
0111
1122
1121
2211
The first winning play in 3 moves, out of 11 possible different games:
Make move (2, 3):
0100
0101
1101
1111
2211
Make move (2, 4):
0000
0000
0000
0000
2200
Make move (0, 4):
0000
0000
0000
0000
0000

請注意,它從左上角到右下角對板進行編號,因此在此示例中,0,0 是左上角,4,5 是右下角。設定了隨機種子,因此每次運行時都會得到相同的結果,盡管不一定在每臺計算機上都運行相同的游戲,這取決于隨機的實作 -如果需要更多可重復性,可以添加.save()and函式。.load()

請注意,您的問題的答案實際上只是play方法以及get_moveget_all_moves方法 - 它顯示了如何構建可能的移動樹,深度優先和回溯(使用遞回 - 因此通過遞回深度限制棋盤大小,它是可行的但如果沒有遞回,可讀性會差一些)。

還要注意,在這行之后:min_moves, paths, moves = g.play()moves包含所有可能動作的完整樹,給定游戲g,玩到結論。值得在除錯器中查看實際生成的內容 - 它太大,無法在此處列印。

要查看每種長度的解有多少:

        from collections import defaultdict
        counts = defaultdict(int)
        def count(ms, n):
            for m, k in ms:
                if k == 0:
                    counts[n]  = 1
                else:
                    count(ms[(m, k)], n 1)
        count(moves, 0)
        print(counts)

對于這個例子:

defaultdict(<class 'int'>, {2: 7, 3: 4})

轉載請註明出處,本文鏈接:https://www.uj5u.com/gongcheng/415946.html

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