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Python 练习 —— 2048
1. 引言
2048 这段时间火的不行啊，大家都纷纷仿造，“百家争鸣”，于是出现了各种技术版本：除了手机版本，还有C语言版、Qt版、Web版、java版、C#版等，刚好我接触Python不久，于是弄了个Python版——控制台的2048，正好熟悉下Python语法，程序运行效果如下：
图 1 Python版控制台2048运行截图
程序代码加上注释大概150行左右，利用了一些Python内置数据类型的操作节省了不少代码量。下面说说我的编写思路，最后会给出源代码。
2. 2048 实现思路
2.1 游戏规则
这个游戏可玩性很好，简单的移动方向键让数字叠加，并且获得这些数字每次叠加后的得分，当出现2048这个数字时游戏胜利。同时每次移动方向键时，都会在这个4*4的方格矩阵的空白区域随机产生一个数字2或者4，如果方格被数字填满了，那么就GameOver了。
2.2 实现思路
这个游戏的全部操作都是围绕着一个4*4的矩阵进行，每次从用户界面获取用户的操作（即移动方向），然后重新计算这个4*4矩阵的状态，最后刷新用户界面显示4*4矩阵的最新状态，不断的循环这个过程，直到出现2048或没有空白方块了，下面是一个处理流程示意图：
我写的是控制台程序，没有UI界面，因此用字符（W/S/A/D）代表方向键的输入，以数字0代表空白方格。接下来是计算部分，以向左移动为例，4*4矩阵在接收到向左移动的指令后，应该将每行的数字向左叠加， 将一行的叠加操作定义为函数 handle(list, direction)，其第一个参数用来存储4*4矩阵中的某一行（列），第二个参数表示移动的方向（上下左右）。
这样当左右移动方向键时，可以这样来计算矩阵：遍历矩阵的每行，并将每行的数字沿左或右进行叠加操作。
for row in matrix:
handle(row, direction)
对于上下移动方向键时，由于矩阵是按行存储的，不能直接处理矩阵中的列，可以通过变通采用上面的函数handle()。对于矩阵中每一列，先将其拷贝到一个列表中，然后调用handle()函数对该列表进行叠加处理，最后再将叠加后的新列表拷贝回原始矩阵中其所在的列，其逻辑上等同于下面的代码操作。
for col in matrix:
handle(col, direction)
handle(row, direction)函数的作用是沿指定方向叠加一行中的数字，请看下面几个例子：
| 移动方向 | 移动前 | 移动后 |
handle(x, ‘left‘) | x = [0, 2, 2, 2] | x = [4, 2, 0, 0] |
| handle(x, ‘left‘) | x = [2, 4, 2, 2] | x = [2, 8, 0, 0] |
| handle(x, ‘right‘) | x = [2, 4, 2, 2] | x = [0, 0, 2, 8] |
实现 handle(row, direction) 函数
根据上面的介绍，实现handle函数是关键。仔细观察叠加的过程，其都是由两个子过程组成的：
(1) align(row, direction) 沿direction方向对齐列表row中的数字，例如：
x = [0, 4, 0, 2]
align(x, ‘left‘) 后 x = [4, 2, 0, 0]
在 align(x, ‘right‘) 后 x = [0, 0, 4, 2]
(2) addSame(row, direction) 查找相同且相邻的数字。如果找到，将其中一个翻倍，另一个置0
（如果direction是‘left‘将左侧翻倍，右侧置0，如果direction为‘right‘，将右侧翻倍，左侧置0），
并返回True；否则，返回False。例如：
x = [2, 2, 2, 2]
addSame(x, ‘left‘) 后 x = [4, 0, 2, 2] 返回 True
再 addSame(x, ‘left‘) 后 x = [4, 0, 4, 0] 返回 True
再 addSame(x, ‘left‘) 后 x = [4, 0, 4, 0] 返回 False
有了上面两个子函数，应该不难实现。有了这两个子函数，函数handle()就很好实现了，如下：
handle(row, direction):
align(row, direction)
result = addSame(row, direction)
while result == True:
align(row, direction)
result = addSame(row, direction)
下面结合一个实际例子再来看看handle函数的处理过程：
x = [2, 4, 2, 2]
调用 handle(x, ‘right‘)，变量 x 变化过程：
align(x, ‘right‘) -> [2, 4, 2, 2]
addSame(x, ‘right‘) -> [2, 4, 0, 4] -> return True
align(x, ‘right‘) -> [0, 2, 4, 4]
addSame(x, ‘right‘) -> [0, 2, 0, 8] -> return True
align(x, ‘right‘) -> [0, 0, 2, 8]
addSame(x, ‘right‘) -> [0, 0, 2, 8] -> return False
最终得到的 x = [0, 0, 2, 8]
最主要的部分已经说完了，下面就贴出代码吧，由于代码不多就直接贴出来吧。
3. 代码
这些是全部代码，保存在单一文件中即可运行，运行环境 Python3.0+
这些是全部代码，保存在单一文件中即可运行，运行环境 Python3.0+
# -*- coding:UTF-8 -*-
#! /usr/bin/python3
import random
v = [[0, 0, 0, 0],
[0, 0, 0, 0],
[0, 0, 0, 0],
[0, 0, 0, 0]]
def display(v, score):
‘‘‘显示界面
‘‘‘
print(‘{0:4} {1:4} {2:4} {3:4}‘.format(v[0][0], v[0][1], v[0][2], v[0][3]))
print(‘{0:4} {1:4} {2:4} {3:4}‘.format(v[1][0], v[1][1], v[1][2], v[1][3]))
print(‘{0:4} {1:4} {2:4} {3:4}‘.format(v[2][0], v[2][1], v[2][2], v[2][3]))
print(‘{0:4} {1:4} {2:4} {3:4}‘.format(v[3][0], v[3][1], v[3][2], v[3][3]),
‘ Total score: ‘, score)
def init(v):
‘‘‘随机分布网格值
‘‘‘
for i in range(4):
v[i] = [random.choice([0, 0, 0, 2, 2, 4]) for x in v[i]]
def align(vList, direction):
‘‘‘对齐非零的数字
direction == ‘left‘：向左对齐，例如[8,0,0,2]左对齐后[8,2,0,0]
direction == ‘right‘：向右对齐，例如[8,0,0,2]右对齐后[0,0,8,2]
‘‘‘
# 移除列表中的0
for i in range(vList.count(0)):
vList.remove(0)
# 被移除的0
zeros = [0 for x in range(4 - len(vList))]
# 在非0数字的一侧补充0
if direction == ‘left‘:
vList.extend(zeros)
else:
vList[:0] = zeros
def addSame(vList, direction):
‘‘‘在列表查找相同且相邻的数字相加, 找到符合条件的返回True，否则返回False,同时还返回增加的分数
direction == ‘left‘:从右向左查找，找到相同且相邻的两个数字，左侧数字翻倍，右侧数字置0
direction == ‘right‘:从左向右查找，找到相同且相邻的两个数字，右侧数字翻倍，左侧数字置0
‘‘‘
score = 0
if direction == ‘left‘:
for i in [0, 1, 2]:
if vList[i] == vList[i+1] != 0:
vList[i] *= 2
vList[i+1] = 0
score += vList[i]
return {‘bool‘:True, ‘score‘:score}
else:
for i in [3, 2, 1]:
if vList[i] == vList[i-1] != 0:
vList[i-1] *= 2
vList[i] = 0
score += vList[i-1]
return {‘bool‘:True, ‘score‘:score}
return {‘bool‘:False, ‘score‘:score}
def handle(vList, direction):
‘‘‘处理一行（列）中的数据，得到最终的该行（列）的数字状态值, 返回得分
vList: 列表结构，存储了一行（列）中的数据
direction: 移动方向,向上和向左都使用方向‘left‘，向右和向下都使用‘right‘
‘‘‘
totalScore = 0
align(vList, direction)
result = addSame(vList, direction)
while result[‘bool‘] == True:
totalScore += result[‘score‘]
align(vList, direction)
result = addSame(vList, direction)
return totalScore
def operation(v):
‘‘‘根据移动方向重新计算矩阵状态值，并记录得分
‘‘‘
totalScore = 0
gameOver = False
direction = ‘left‘
op = input(‘operator:‘)
if op in [‘a‘, ‘A‘]: # 向左移动
direction = ‘left‘
for row in range(4):
totalScore += handle(v[row], direction)
elif op in [‘d‘, ‘D‘]: # 向右移动
direction = ‘right‘
for row in range(4):
totalScore += handle(v[row], direction)
elif op in [‘w‘, ‘W‘]: # 向上移动
direction = ‘left‘
for col in range(4):
# 将矩阵中一列复制到一个列表中然后处理
vList = [v[row][col] for row in range(4)]
totalScore += handle(vList, direction)
# 从处理后的列表中的数字覆盖原来矩阵中的值
for row in range(4):
v[row][col] = vList[row]
elif op in [‘s‘, ‘S‘]: # 向下移动
direction = ‘right‘
for col in range(4):
# 同上
vList = [v[row][col] for row in range(4)]
totalScore += handle(vList, direction)
for row in range(4):
v[row][col] = vList[row]
else:
print(‘Invalid input, please enter a charactor in [W, S, A, D] or the lower‘)
return {‘gameOver‘:gameOver, ‘score‘:totalScore}
# 统计空白区域数目 N
N = 0
for q in v:
N += q.count(0)
# 不存在剩余的空白区域时，游戏结束
if N == 0:
gameOver = True
return {‘gameOver‘:gameOver, ‘score‘:totalScore}
# 按2和4出现的几率为3/1来产生随机数2和4
num = random.choice([2, 2, 2, 4])
# 产生随机数k，上一步产生的2或4将被填到第k个空白区域
k = random.randrange(1, N+1)
n = 0
for i in range(4):
for j in range(4):
if v[i][j] == 0:
n += 1
if n == k:
v[i][j] = num
break
return {‘gameOver‘:gameOver, ‘score‘:totalScore}
init(v)
score = 0
print(‘Input：W(Up) S(Down) A(Left) D(Right), press <CR>.‘)
while True:
display(v, score)
result = operation(v)
if result[‘gameOver‘] == True:
print(‘Game Over, You failed!‘)
print(‘Your total score:‘, score)
else:
score += result[‘score‘]
if score >= 2048:
print(‘Game Over, You Win!!!‘)
print(‘Your total score:‘, score)
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