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C語言三子棋游戲實作及AI設想、五子棋推廣

2021-01-25 10:39:42 其他

Part 1 三子棋游戲基礎實作:
1、操作界面實作:
即實作供用戶選擇的的選單:我們定義為menu函式

void menu(){
    printf("****************\n");
    printf("*****1.play*****\n");
    printf("*****0.exit*****\n");
    printf("****************\n");
}

我們希望達到的目的是用戶可以不斷選擇,直至按0退出游戲,于是我們在主函式中需要搭建框架:

int main(){
    srand((unsigned int)time(NULL));//為后函式中rand提供起點
    int input = 0;
    do{
        menu();
        printf("請選擇:>\n");
        scanf("%d", &input);
        switch(input){
            case 1:
                printf("游戲開始\n");
                game();//游戲的核心函式
                break;
            case 0:
                printf("退出游戲!\n");
                break;
            default:
                printf("輸入錯誤,請重新輸入\n");
                break;
        }
    } while (input);//巧妙利用input實作中止回圈
    return 0;
}

2、游戲核心函式實作game()函式:
在進入游戲時我們需要的變數有board二維陣列,和ret變數(判斷輸贏)
我們需要一下幾個函式:
1、InitBoard函式在每次game()函式開始初始化棋盤
2、DisplayBoard函式 可視化棋盤
3、PlayerMove函式即玩家輸入坐標實作下棋操作
4、ComputerMove函式電腦隨機生成坐標下棋
5、CheckWin函式,無論玩家或是電腦走棋后,判斷當前輸贏

void game(){
    char board[ROW][COL];//ROW,COL通過宏定義,三子棋中即為3行3列
    char ret = 0;//判斷輸贏
    InitBoard(board, ROW, COL);//初始化棋盤
    DisplayBoard(board, ROW, COL);//可視化棋盤
    while(1){
        PlayerMove(board, ROW, COL);//玩家輸入坐標實作下棋操作
        ret = CheckWin(board, ROW, COL);//玩家或是電腦走棋后,判斷當前輸贏
        if(ret !='C'){
            break;
        }
        DisplayBoard(board, ROW, COL);
        ComputerMove(board, ROW, COL);//電腦隨機生成坐標下棋
        ret = CheckWin(board, ROW, COL);
        if(ret !='C'){
            break;
        }
        DisplayBoard(board, ROW, COL);
    }
    if(ret =='*'){
        printf("恭喜您贏了!\n");
    }else if(ret =='#'){
        printf("遺憾計算機贏了!\n");
    }else if(ret == 'Q'){
        printf("平手!\n");
    }
    DisplayBoard(board, ROW, COL);
}

3、以上提及函式的實作:
(1)InitBoard函式在每次game()函式開始初始化棋盤:將二維陣列board中的元素全部清空為空格

void InitBoard(char board[ROW][COL], int row, int col){
    int i = 0,j=0;
    for (i = 0; i < ROW;i++){
        for (j = 0; j < COL;j++){
            board[i][j] = ' ';//遍歷二維陣列后清空
        }
    }
}

(2)DisplayBoard函式 可視化棋盤:
我們希望實作的棋盤如下圖:
在這里插入圖片描述
為保留三子棋的游戲推廣性,我們如下撰寫代碼:

void DisplayBoard(char board[ROW][COL], int row, int col){
    int i = 0, j = 0;
    for (i = 0; i < row;i++){
        for (j = 0; j < col;j++){
            printf(" %c ", board[i][j]);
            if(j<col-1){
                printf("|");//通過判斷陳述句 避免多列印橫線
            }
        }
        printf("\n");
        if(i<row-1){
            for (j = 0; j < col;j++){
            printf("---");
            if(j<col-1){
                printf("|");
            }           
            }
            printf("\n");
       }
}
}

(3)PlayerMove函式即玩家輸入坐標實作下棋操作:

void PlayerMove(char board[ROW][COL], int row, int col){
    printf("玩家開始:>\n");
    while(1){
        int x, y;
        scanf("%d %d", &x, &y);
        if(x<=row && x>=1 && y<=col && y>=1){
            if(board[x-1][y-1] ==' '){
                board[x - 1][y - 1] = '*';
                break;//核心不可丟
            }else{
                printf("當期棋盤已被占有,請重新輸入!\n");//防止重復輸入
            }
        }else{
            printf("輸入不在棋盤當中!\n");//控制合理合理輸入
        }
    }
}

(4)ComputerMove函式電腦隨機生成坐標下棋

void ComputerMove(char board[ROW][COL], int row, int col){
    printf("電腦開始:>\n");
    while(1)
    {
    int x = rand() % row;//利用rand生成行
    int y = rand() % col;//利用rand生成列
    if(board[x][y] == ' '){
        board[x][y] = '#';
        break;
    }
    }
}

(5)CheckWin函式,無論玩家或是電腦走棋后,判斷當前輸贏:
三子棋的規則要求同一行同一列,或是對角線達到3顆同樣棋子都可以獲勝于是我們便有了判斷獲勝的條件,
但是平局的問題如何解決?我們需要另一個函式IsFull 來判斷是否9個格子全部下滿了,去判斷是否達到平局,

int IsFull(char board[ROW][COL], int row, int col){
    int i = 0, j = 0;
    for (i = 0; i < row;i++){
        for (j = 0; j < col;j++){
            if(board[i][j] == ' '){
                return 0;
            }
        }
    }
    return 1;
}
char CheckWin(char board[ROW][COL], int row, int col){
    int i = 0;
    for (i = 0; i < row;i++){
        if(board[i][0]==board[i][1] && board[i][1]==board[i][2] && board[i][0] != ' '){
            return board[i][0];//判斷行,回傳值恰好可以代表玩家或電腦,(#為電腦,*為玩家),下同
        }
        
    }
    for (i = 0; i < col;i++){
        if (board[0][i] == board[1][i] && board[1][i] == board[2][i] && board[0][i] != ' ')
        {
            return board[0][i];//判斷列
        }
    }
    if(board[0][0]==board[1][1] && board[1][1] == board[2][2] && board[0][0]!= ' '){
            return board[0][0];//判斷對角線1
        }
    if(board[0][2]==board[1][1] && board[1][1]==board[2][0] && board[0][2] !=' '){
            return board[0][2];//判斷對角線2
        }
    if(IsFull(board,row,col)==1){
        return 'Q';//平局傳遞符號
    }
    return 'C';//聯系上文的主函式
}

至此三子棋游戲已經實作,下面貼上全部代碼:

#include <stdio.h>
#include<time.h>
#include<stdlib.h>
#define ROW 3
#define COL 3
void menu();
void game();
void InitBoard(char board[ROW][COL], int row, int col);
void DisplayBoard(char board[ROW][COL], int row, int col);
void PlayerMove(char board[ROW][COL], int row, int col);
void ComputerMove(char board[ROW][COL], int row, int col);
int  AI(char board[ROW][COL], int row, int col);
char CheckWin(char board[ROW][COL], int row, int col);
int IsFull(char board[ROW][COL], int row, int col);
int main(){
    srand((unsigned int)time(NULL));
    int input = 0;
    do{
        menu();
        printf("請選擇:>\n");
        scanf("%d", &input);
        switch(input){
            case 1:
                printf("游戲開始\n");
                game();
                break;
            case 0:
                printf("退出游戲!\n");
                break;
            default:
                printf("輸入錯誤,請重新輸入\n");
                break;
        }
    } while (input);
    return 0;
}
void menu(){
    printf("****************\n");
    printf("*****1.play*****\n");
    printf("*****0.exit*****\n");
    printf("****************\n");
}
void InitBoard(char board[ROW][COL], int row, int col){
    int i = 0,j=0;
    for (i = 0; i < ROW;i++){
        for (j = 0; j < COL;j++){
            board[i][j] = ' ';
        }
    }
}
void DisplayBoard(char board[ROW][COL], int row, int col){
    int i = 0, j = 0;
    for (i = 0; i < row;i++){
        for (j = 0; j < col;j++){
            printf(" %c ", board[i][j]);
            if(j<col-1){
                printf("|");
            }
        }
        printf("\n");
        if(i<row-1){
            for (j = 0; j < col;j++){
            printf("---");
            if(j<col-1){
                printf("|");
            }           
            }
            printf("\n");
       }
}
}
void PlayerMove(char board[ROW][COL], int row, int col){
    printf("玩家開始:>\n");
    while(1){
        int x, y;
        scanf("%d %d", &x, &y);
        if(x<=row && x>=1 && y<=col && y>=1){
            if(board[x-1][y-1] ==' '){
                board[x - 1][y - 1] = '*';
                break;
            }else{
                printf("當期棋盤已被占有,請重新輸入!\n");
            }
        }else{
            printf("輸入不在棋盤當中!\n");
        }
    }
}

void ComputerMove(char board[ROW][COL], int row, int col){
    printf("電腦開始:>\n");
    while(1)
    {
    int x = rand() % row;
    int y = rand() % col;
    if(board[x][y] == ' '){
        board[x][y] = '#';
        break;
    }
    }
}
int IsFull(char board[ROW][COL], int row, int col){
    int i = 0, j = 0;
    for (i = 0; i < row;i++){
        for (j = 0; j < col;j++){
            if(board[i][j] == ' '){
                return 0;
            }
        }
    }
    return 1;
}
char CheckWin(char board[ROW][COL], int row, int col){
    int i = 0;
    for (i = 0; i < row;i++){
        if(board[i][0]==board[i][1] && board[i][1]==board[i][2] && board[i][0] != ' '){
            return board[i][0];
        }
        
    }
    for (i = 0; i < col;i++){
        if (board[0][i] == board[1][i] && board[1][i] == board[2][i] && board[0][i] != ' ')
        {
            return board[0][i];
        }
    }
    if(board[0][0]==board[1][1] && board[1][1] == board[2][2] && board[0][0]!= ' '){
            return board[0][0];
        }
    if(board[0][2]==board[1][1] && board[1][1]==board[2][0] && board[0][2] !=' '){
            return board[0][2];
        }
    if(IsFull(board,row,col)==1){
        return 'Q';
    }
    return 'C';
}
void game(){
    char board[ROW][COL];
    char ret = 0;
    InitBoard(board, ROW, COL);
    DisplayBoard(board, ROW, COL);
    while(1){
        PlayerMove(board, ROW, COL);
        ret = CheckWin(board, ROW, COL);
        if(ret !='C'){
            break;
        }
        DisplayBoard(board, ROW, COL);
        ComputerMove(board, ROW, COL);
        ret = CheckWin(board, ROW, COL);
        if(ret !='C'){
            break;
        }
        DisplayBoard(board, ROW, COL);
    }
    if(ret =='*'){
        printf("恭喜您贏了!\n");
    }else if(ret =='#'){
        printf("遺憾計算機贏了!\n");
    }else if(ret == 'Q'){
        printf("平手!\n");
    }
    DisplayBoard(board, ROW, COL);
}

Part 2 AI實作的設想:
我們發現電腦隨機生成,會造成玩家贏得太輕松;AI實作其實就是人腦思維在計算機上的實作,我們來思考一下,我們是怎么下三子棋的,進攻策略上當在行、列、對角線上如果出現了兩個我方棋子,我們會繼續下第三個;防守策略上,敵方在行、列、對角線上有了兩個棋子,我們會堵截;進攻、防守策略上相同的點便出現了電腦需要的就是在出現兩個相同的棋子的地方下自己的棋子就好了(不管是己方還是敵方):
于是代碼如下:

int  AI(char board[ROW][COL], int row, int col){
    int i = 0, j = 0;
    for (i = 0; i < row;i++){
        if(board[i][0]==board[i][1] && board[i][0]!=' '&& board[i][2]==' ')//此處需要注意判斷堵截的棋子是否未下過
        {
            board[i][2] = '#';
            return 1;//回傳值為判斷AI執行
        }else if(board[i][1]==board[i][2] && board[i][1]!=' '&& board[i][0]==' '){
            board[i][0] = '#';
            return 1;
        }else if(board[i][2]==board[i][0] && board[i][0]!=' '&& board[i][1]==' '){
            board[i][1] = '#';
            return 1;
        }
    }
    for (i = 0; i < col;i++){
        if(board[0][i]==board[1][i] && board[1][i]!=' ' && board[2][i]==' '){
            board[2][i] = '#';
            return 1;
        }
        if(board[1][i]==board[2][i] && board[1][i]!=' '&& board[0][i]==' '){
            board[0][i] = '#';
            return 1;
        }
        if(board[0][i]==board[2][i] && board[0][i]!=' '&& board[1][i]==' '){
            board[1][i] = '#';
            return 1;
        }
    }
    if(board[0][0]==board[1][1] && board[1][1]!=' '&& board[2][2]==' '){
        board[2][2] = '#';
        return 1;
    }
    if(board[2][2]==board[1][1] && board[1][1]!=' '&& board[0][0]==' '){
        board[0][0] = '#';
        return 1;
    }
    if(board[0][0]==board[2][2] && board[0][0]!=' '&& board[1][1]==' '){
        board[1][1] = '#';
        return 1;
    }
    if(board[0][2]==board[1][1] && board[1][1]!=' '&& board[2][0]==' '){
        board[2][0] = '#';
        return 1;
    }
    if(board[2][0]==board[1][1] && board[1][1]!=' '&& board[0][2]==' '){
        board[0][2] = '#';
        return 1;
    }
    if(board[2][0]==board[0][2] && board[2][0]!=' '&& board[1][1]==' '){
        board[1][1] = '#';
        return 1;
    }
    return 0;//回傳值為判斷AI未執行
}

我們還需要修改一下啊ComputerMove函式

void ComputerMove(char board[ROW][COL], int row, int col){
    printf("電腦開始:>\n");
    while(1)
    {
    if(AI(board,row,col)==1){
        break;
    }//此處修改,若不需要執行AI,則正常的隨機生成坐標
    int x = rand() % row;
    int y = rand() % col;
    if(board[x][y] == ' '){
        board[x][y] = '#';
        break;
    }
    }
}

總結:
AI函式的代碼依賴于三子棋的可供選擇空間較小,當然思路模仿了人下棋的正常思維,
Part 3 五子棋的推廣:
三子棋畢竟是小游戲,我們希望實作在很大的棋盤上,下五子棋,觀察先前的函式,唯一需要修改的是CheckWin函式,和宏定義里的ROW和COL(這個只控制棋盤的大小)

char CheckWin(char board[ROW][COL], int row, int col){
    int i = 0,j=0;
    for (i = 0; i < row;i++){
        for (j = 0; j < row - 4;j++){
            if (board[i][j] == board[i][j+1] && board[i][j+1] == board[i][j+2] && board[i][j+2] == board[i][j+3] && board[i][j+3] == board[i][j+4] && board[i][j] != ' ')
            {
                return board[i][j];//此處尋找每一行的是否獲勝
        }
        }
    }
    for (i = 0; i < col;i++){
        for (j = 0; j < row - 4;j++){
            if(board[j][i]==board[j+1][i]&&board[j+2][i]==board[j+1][i]&&board[j+2][i]==board[j+3][i]&&board[j+4][i]==board[j+3][i]&&board[j][i]!=' '){
                return board[j][i];//此處此處利用回圈尋找每一列的是否獲勝
            }
        }
    }
    for (j = 0; j < row - 4;j++){
        for (i = 0; i < row - 4; i++)
        {
            if (board[i+j][i] == board[i + j + 1][i + 1] && board[i + j + 1][i + 1] == board[i +j+ 2][i + 2] && board[i + j+ 2][i + 2] == board[i +j+ 3][i + 3] && board[i +j+ 3][i + 3] == board[i +j+ 4][i + 4] && board[i+j][i] != ' ')
            {
                return board[i+j][i];//我們發現斜線獲勝逐漸變得復雜,需要兩層回圈來控制;此時我們需要思考如何平移斜線(右平移和下平移)
            }
            if (board[i][i+j] == board[i + 1][i + j + 1] && board[i + 1][i + j + 1] == board[i + 2][i +j+ 2] && board[i + 2][i + j+ 2]== board[i + 3][i +j+ 3] && board[i + 3][i +j+ 3] == board[i + 4][i +j+ 4] && board[i][i+j] != ' ')
            {
                return board[i][i+j];
            }
        }
    }
    for (j = 0; j < row - 4;j++){
        for (i = 0; i < row - 4; i++)
        {
            if (board[i][row - i - 1-j] == board[i + 1][row - i - 2-j] && board[i + 1][row - i - 2-j] == board[i + 2][row - i - 3-j] && board[i + 2][row - i - 3-j] == board[i + 3][row - i - 4-j] && board[i + 3][row - i - 4-j] == board[i + 4][row - i - 5-j] && board[i][row - i - 1-j] != ' ')
            {
                return board[i][row - i - 1-j];//同上思路
            }
            if (board[i+j][row - i - 1-j] == board[i + 1+j][row - i - 2-j] && board[i + 1+j][row - i - 2-j] == board[i + 2+j][row - i - 3-j] && board[i + j+2][row - i - 3-j] == board[i +j+ 3][row - i - 4-j] && board[i +j+ 3][row - i - 4-j] == board[i + j+4][row - i - 5-j] && board[i+j][row - i - 1-j] != ' ')
            {
                return board[i+j][row - i - 1-j];
            }
        }
    }
        
    if (IsFull(board, row, col) == 1)
        {
            return 'Q';
        }
    return 'C';
}

有了這種方法棋盤可以無限擴大,從而使得五子棋變得更有意思,
當然此時可以再利用Part 2的思路使得計算機變得更聰明,但這種演算法在無限擴大的棋盤上,顯得過于臃腫,但限于作者水平,并沒有演示出來
Part 4 總結:
三子棋游戲是c語言利用陣列這一模塊知識可以寫出的較為基礎的小游戲,但是其背后似乎也蘊含著類似Alpha Go的AI演算法思想,作者也在不斷撰寫的程序中,識訓了更加廣闊的思路,同時三子棋不是局限,類似初高中學習,我們可以通過改進來實作從特殊到一般的程序,

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