⭕⭕❌❌回憶殺 python實現 井字遊戲 可線上玩+AI對戰

micheile henderson on Unsplash

井字遊戲(OOXX)的遊戲描述

Tic Tac Toe（井字遊戲）是經典的雙人棋盤遊戲，在一個3x3的方格中進行。

每回合兩個玩家輪流選一個位置，先讓自己的符號（ X 或 O）在
水平線、垂直線或對角線上連成一線的玩家宣告獲勝。

上層思考邏輯與框架

1. 棋盤設置：
2. • 遊戲使用一個3x3的方格，總共有九個空格可供玩家選擇。
2. 玩家：
3. • 兩名玩家交替進行，X代表AI ， O代表真人玩家。
3. 遊戲進行：
4. • 兩位玩家輪流在空格中放置自己的符號。每次放置後，
     檢查是否有任何一方的符號在橫向、縱向或對角線上連成一直線。
4. 勝利條件：
5. • 若某位玩家成功將三個相同的符號連成一線，則該玩家獲勝。
     如果所有九個格子都被填滿而沒有任何一方獲勝，則遊戲結束，結果為平局。

中層功能元件分析

1.怎麼建立井字遊戲的遊戲版?

透過list comprehension建立長度為9的陣列，並且標上1~9的數字，提示玩家每個位置所代表的數字。

| 1 | 2 | 3 |
| 4 | 5 | 6 |
| 7 | 8 | 9 |

1 對應到左上方的格子。2 對應到正上方的格子。3 對應到右上方的格子。

4 對應到正左方的格子。5 對應到正中央的格子。6 對應到正右方的格子。

7 對應到左下方的格子。8 對應到正下方的格子。9 對應到右下方的格子。

# 初始化棋盤
board = [str(i+1) for i in range(9)]

2.怎麼輸出遊戲狀態?

透過雙層迴圈，輸出3x3的遊戲版，並且以|當作間隔符號。

如圖所示

| 1 | 2 | 3 |
| 4 | X | 6 |
| 7 | 8 | 9 |

# 輸出棋盤
def print_board():
    for row in [board[i*3:(i+1)*3] for i in range(3)]:
        print('| ' + ' | '.join(row) + ' |')
        

3.人類玩家怎麼選擇位置?

從鍵盤接收1~9的數字，依照數字在遊戲版上對應的位置放置O的符號。

        # 玩家回合
        player_move = int(input("選擇一個位置 (1-9): ")) - 1

        if board[player_move].isnumeric():

            board[player_move] = 'O'

4.AI玩家怎麼選擇位置?

AI根據board遊戲版當前的棋盤狀態，
透過mixMax演算法遞迴展開所有可能的分枝情況。

最小化人類玩家勝率，最大化AI玩家勝率。

選擇對AI玩家最有利的位置，讓X連成一線的機會最大化。

# minMax演算法
# O 代表玩家
# X 代表AI
# AI選擇位置時，會尋找勝率最大的位置
def minimax(board, depth, is_maximizing):
    if check_winner(board, 'O'):
        return -1
    elif check_winner(board, 'X'):
        return 1
    elif is_draw(board):
        return 0

    if is_maximizing:
        best_score = -math.inf
        for i in range(9):
            if board[i].isnumeric():
                original = board[i]
                board[i] = 'X'
                score = minimax(board, depth + 1, False)
                board[i] = original
                best_score = max(score, best_score)
        return best_score
    else:
        best_score = math.inf
        for i in range(9):
            if board[i].isnumeric():
                original = board[i]
                board[i] = 'O'
                score = minimax(board, depth + 1, True)
                board[i] = original
                best_score = min(score, best_score)
        return best_score


# AI透過mixMax演算法，選擇最好的位置
def best_move():
    best_score = -math.inf
    move = 0
    for i in range(9):
        #if board[i] == ' ':
        if board[i].isnumeric():
            original = board[i]
            board[i] = 'X'
            score = minimax(board, 0, False)
            board[i] = original
            if score > best_score:
                best_score = score
                move = i
    return move

5.怎麼檢查是否已經有玩家連成一線，宣告獲勝?

檢查遊戲盤上所有水平線、垂直線、大對角線的位置，
看看是否已經有O連成一線或者X連成一線的情況。

如果O連成一線，代表人類玩家宣告獲勝。

如果X連成一線，代表AI玩家宣告獲勝。

# 檢查是否有玩家獲勝
def check_winner(board, player):
    win_conditions = [(0, 1, 2), (3, 4, 5), (6, 7, 8), (0, 3, 6), (1, 4, 7), (2, 5, 8), (0, 4, 8), (2, 4, 6)]
    return any(board[a] == board[b] == board[c] == player for a, b, c in win_conditions)

while 遊戲循環:

       ...

       if check_winner(board, 'O'):
             print_board()
             print("你贏了!")
             break

       if check_winner(board, 'X'):
             print_board()
             print("你輸了!")
             break

6.如何判斷雙方平手?

檢查是有所有位置都已經被填滿O或X的符號?

如果已經沒有剩餘的空位，代表雙方平手。

如果還有空位，則井字遊戲繼續進行。

# 檢查是否平局
def is_draw(board):

    space_count = 0
    for row in board:
      for cell in row:
        if cell.isnumeric() == True:
          return False

    return True

7.怎麼建立遊戲循環機制?

外層以while True迴圈建立遊戲循環機制。

每回合玩家和AI輪流選一個位置放下O或X。

在每回合的末端，判斷是否已經有玩家獲勝或者平手?

如果是，則遊戲結束，break離開遊戲循環機制的while迴圈。

		# AI先手
    # AI在正中央位置放一個X
    ai_move = 4
    board[ai_move] = 'X'

    print_board()
    while True:

        # 玩家回合
        player_move = int(input("選擇一個位置 (1-9): ")) - 1

        if board[player_move].isnumeric():

            board[player_move] = 'O'
            if check_winner(board, 'O'):
                print_board()
                print("你贏了!")
                break
            elif is_draw(board):
                print_board()
                print("平局!")
                break

            # AI回合
            ai_move = best_move()
            board[ai_move] = 'X'
            if check_winner(board, 'X'):
                print_board()
                print("你輸了!")
                break
            elif is_draw(board):
                print_board()
                print("平局!")
                break
        else:
            print("位置已被佔用，請選擇其他位置。")
        print_board()

底層的完整實作: 井字遊戲(OOXX)

import math

# 初始化棋盤
board = [str(i+1) for i in range(9)]

# 輸出棋盤
def print_board():
    for row in [board[i*3:(i+1)*3] for i in range(3)]:
        print('| ' + ' | '.join(row) + ' |')

# 檢查是否有玩家獲勝
def check_winner(board, player):
    win_conditions = [(0, 1, 2), (3, 4, 5), (6, 7, 8), (0, 3, 6), (1, 4, 7), (2, 5, 8), (0, 4, 8), (2, 4, 6)]
    return any(board[a] == board[b] == board[c] == player for a, b, c in win_conditions)


# 檢查是否平局
def is_draw(board):

    space_count = 0
    for row in board:
      for cell in row:
        if cell.isnumeric() == True:
          return False

    return True


# Minimax演算法
# O 代表玩家
# X 代表AI
# AI選擇位置時，會尋找勝率最大的位置
def minimax(board, depth, is_maximizing):
    if check_winner(board, 'O'):
        return -1
    elif check_winner(board, 'X'):
        return 1
    elif is_draw(board):
        return 0

    if is_maximizing:
        best_score = -math.inf
        for i in range(9):
            if board[i].isnumeric():
                original = board[i]
                board[i] = 'X'
                score = minimax(board, depth + 1, False)
                board[i] = original
                best_score = max(score, best_score)
        return best_score
    else:
        best_score = math.inf
        for i in range(9):
            if board[i].isnumeric():
                original = board[i]
                board[i] = 'O'
                score = minimax(board, depth + 1, True)
                board[i] = original
                best_score = min(score, best_score)
        return best_score


# AI透過mixMax演算法，選擇最好的位置
def best_move():
    best_score = -math.inf
    move = 0
    for i in range(9):
        #if board[i] == ' ':
        if board[i].isnumeric():
            original = board[i]
            board[i] = 'X'
            score = minimax(board, 0, False)
            board[i] = original
            if score > best_score:
                best_score = score
                move = i
    return move


# 遊戲主體
def play_game():

    # AI先手
    # AI在正中央位置放一個X
    ai_move = 4
    board[ai_move] = 'X'

    print_board()
    while True:

        # 玩家回合
        player_move = int(input("選擇一個位置 (1-9): ")) - 1

        if board[player_move].isnumeric():

            board[player_move] = 'O'
            if check_winner(board, 'O'):
                print_board()
                print("你贏了!")
                break
            elif is_draw(board):
                print_board()
                print("平局!")
                break

            # AI回合
            ai_move = best_move()
            board[ai_move] = 'X'
            if check_winner(board, 'X'):
                print_board()
                print("你輸了!")
                break
            elif is_draw(board):
                print_board()
                print("平局!")
                break
        else:
            print("位置已被佔用，請選擇其他位置。")
        print_board()


if __name__ == '__main__':
  play_game()

試玩畫面

點這行 線上執行 與 試玩(在新的頁面按Run開始玩)

延伸思考:

如果對程式或者演算法有興趣的同學，

可以試著觀察OOXX井字遊戲的規律，

開發更強的連線演算法，嘗試讓兩個AI玩家對戰。

很有趣喔~