🕹回憶殺 python實現 華容道(數字版)可線上玩

華容道(數字版)的遊戲描述

初始給定一個1~15數字隨機打散的4x4遊戲版，

讓使用者透過移動空格來重新排列數字，
最後數字排成1~15，而且空格剛好在右下角的時候，遊戲結束。

華容道(數字版)的遊戲場景

遊戲開始時，電腦為玩家建立一個4x4的板子，隨機填充0~15的數字。

數字0代表空格。

玩家每回合可以移動空格一次，藉此重新排列板子上的數字。

最後數字依序排成1~15，而且空格0剛好在右下角的時候，遊戲結束。

上層思考邏輯與框架

建立遊戲場景，為玩家建立一個4x4的板子，隨機填充0~15的數字。

數字0代表空格。

每回合都先顯示當下的板子狀態給玩家看。

玩家每回合可以選擇一個和空格相鄰的數字，接著把空格移動到對應的位置，
藉此重新排列板子上的數字。

接著檢查所有數字是否已經依序排成1~15，而且空格0剛好在右下角?

如果是，則遊戲結束。

如果不是，則遊戲繼續。

中層功能元件分析

1.怎麼建立4x4的遊戲版，並且填充隨機數?

透過list()建構子 和 range()先建立長度為16的list，依序填入0~15的數字。

並且使用python內建的random.shuffle()方法，

進行隨機採樣，打散所有數字的位置。

最後，透過List comprehension生成4x4的遊戲版，上面帶著隨機生成的0~15的數字。

class FifteenPuzzle:
  def __init__(self):
  		# 生成4x4的遊戲版
    self.board = self.create_board()
    
    	# 紀錄空格所在的位置
    self.empty_tile = self.find_empty()

  def find_empty(self):
  	# 找空格所在的位置
    for y in range(4):
      for x in range(4):
        if self.board[y][x] == 0:
          return y, x

    return -1, -1

  def create_board(self):
		  # 生成4x4的遊戲版
    tiles = list(range(0, 16))
    random.shuffle(tiles)
    return [tiles[i:i+4] for i in range(0, 16, 4)]

2.怎麼顯示4x4的遊戲版當下的遊戲狀態?

用雙層迴圈去做輸出排版，印出4x4遊戲版當下的內容。

  def display_board(self):

    for row in self.board:
        print(' '.join(f'{tile:2}' for tile in row))
    print()
    return

3.怎麼移動空格(空格用特殊數字0來代表)?

先找出使用者輸入的數字，
接著把空格(用特殊數字0來代表)移動到使用者指定的數字所在的位置上。

  def move_tile(self, tile):
  
    y, x = self.empty_tile
    for dx, dy in [(-1, 0), (1, 0), (0, -1), (0, 1)]:
      nx, ny = x + dx, y + dy
      if 0 <= nx < 4 and 0 <= ny < 4 and self.board[ny][nx] == tile:
      
      		# 移動空格
        self.board[y][x], self.board[ny][nx] = self.board[ny][nx], self.board[y][x]
        
        # 紀錄空格在移動後的新位置
        self.empty_tile = (ny, nx)
        return True
    return False

4.怎麼判斷遊戲是否已經結束?

每回合檢查所有數字是否已經依序排成1~15，而且空格剛好在右下角?

如果是，則遊戲結束。

如果不是，則遊戲繼續。

  def is_solved(self):
  			
  			# 完全排好的狀態
      answer = [list(range(i, i+4)) for i in range(1, 16, 4)]
      answer[-1][-1] = 0
      
      '''
      [
        [ 1,  2,  3, 4],
        [ 5,  6,  7, 8],
        [ 9,  10, 11, 12],
        [ 13, 14,  15, 0]
      ]
      '''
      
  			# 檢查是否已經排好所有數字    
      return self.board == answer

5.如何建立遊戲的回合循環機制?

每回合先呼叫 is_solved()檢查是否遊戲結束。

如果遊戲還沒結束，就進入while本體，
等待使用者輸入數字，透過移動空格去重新排列遊戲版上的數字。

def play():

  game = FifteenPuzzle()
  while not game.is_solved():
    game.display_board()
    try:
      
      tile = int(input("Enter the number to move (-1 to quit): "))
      if tile == -1:
        break

      if not game.move_tile(tile):
        print("Invalid move!")

    except ValueError:
        print("Please enter a valid number.")

  print("Congratulations! You solved the puzzle!")

底層的完整實作: 華榮道(數字版)

import random

class FifteenPuzzle:
  def __init__(self):
    self.board = self.create_board()
    self.empty_tile = self.find_empty()

  def find_empty(self):
    for y in range(4):
      for x in range(4):
        if self.board[y][x] == 0:
          return y, x

    return -1, -1

  def create_board(self):
  
    tiles = list(range(0, 16))
    random.shuffle(tiles)
    return [tiles[i:i+4] for i in range(0, 16, 4)]


  def display_board(self):

    for row in self.board:
        print(' '.join(f'{tile:2}' for tile in row))
    print()
    return


  def move_tile(self, tile):
    y, x = self.empty_tile
    for dx, dy in [(-1, 0), (1, 0), (0, -1), (0, 1)]:
      nx, ny = x + dx, y + dy
      if 0 <= nx < 4 and 0 <= ny < 4 and self.board[ny][nx] == tile:
        self.board[y][x], self.board[ny][nx] = self.board[ny][nx], self.board[y][x]
        self.empty_tile = (ny, nx)
        return True
    return False


  def is_solved(self):
      answer = [list(range(i, i+4)) for i in range(1, 16, 4)]
      answer[-1][-1] = 0
      '''
      [
        [ 1,  2,  3, 4],
        [ 5,  6,  7, 8],
        [ 9,  10, 11, 12],
        [ 13, 14,  15, 0]
      ]
      '''
      return self.board == answer


def play():

  game = FifteenPuzzle()
  while not game.is_solved():
    game.display_board()
    try:
      
      tile = int(input("Enter the number to move (-1 to quit): "))
      if tile == -1:
        break

      if not game.move_tile(tile):
        print("Invalid move!")

    except ValueError:
        print("Please enter a valid number.")

  print("Congratulations! You solved the puzzle!")

if __name__ == "__main__":
    play()

試玩畫面

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延伸思考:

如果對程式或者演算法有興趣的同學，

可以試著觀察華榮道移動數字的規律，

開發更強的解題演算法，嘗試用最少的移動步數去重新排好所有的數字。

很有趣喔~