200行Python代码实现2048
一、实验说明
1. 环境登录
无需密码自动登录，系统用户名shiyanlou
2. 环境介绍
本实验环境采用带桌面的Ubuntu Linux环境，实验中会用到桌面上的程序：
- LX终端（LXTerminal）: Linux命令行终端，打开后会进入Bash环境，可以使用Linux命令
- GVim：非常好用的编辑器，最简单的用法可以参考课程Vim编辑器
3. 环境使用
使用GVim编辑器输入实验所需的代码及文件，使用LX终端（LXTerminal）运行所需命令进行操作。
实验报告可以在个人主页中查看，其中含有每次实验的截图及笔记，以及每次实验的有效学习时间（指的是在实验桌面内操作的时间，如果没有操作，系统会记录为发呆时间）。这些都是您学习的真实性证明。
4. 知识点
本节实验中将学习和实践以下知识点：
- Python基本知识
- 状态机的概念
二、实验内容
是的，又是2048，这回我们是用 Python 实现，只需要200行代码，不用很麻烦很累就可以写一个 2048 游戏出来。
实验楼上已有的 2048 课程：
游戏玩法这里就不再赘述了，还会有比亲自玩一遍体会规则更快的的吗：）
2048 原版游戏地址：http://gabrielecirulli.github.io/2048
创建游戏文件 2048.py
首先导入需要的包：
import curses from random import randrange, choice from collections import defaultdict 主逻辑
用户行为
所有的有效输入都可以转换为"上，下，左，右，游戏重置，退出"这六种行为，用 actions 表示
actions = ['Up', 'Left', 'Down', 'Right', 'Restart', 'Exit'] 有效输入键是最常见的 W（上），A（左），S（下），D（右），R（重置），Q（退出），这里要考虑到大写键开启的情况，获得有效键值列表：
letter_codes = [ord(ch) for ch in 'WASDRQwasdrq'] 将输入与行为进行关联：
actions_dict = dict(zip(letter_codes, actions * 2)) 状态机
处理游戏主逻辑的时候我们会用到一种十分常用的技术：状态机，或者更准确的说是有限状态机（FSM）
你会发现 2048 游戏很容易就能分解成几种状态的转换。
state 存储当前状态， state_actions 这个词典变量作为状态转换的规则，它的 key 是状态，value 是返回下一个状态的函数：
- Init: init()
- Game
- Game: game()
- Game
- Win
- GameOver
- Exit
- Win: lambda: not_game('Win')
- Init
- Exit
- Gameover: lambda: not_game('Gameover')
- Init
- Exit
- Exit: 退出循环
状态机会不断循环，直到达到 Exit 终结状态结束程序。
下面是经过提取的主逻辑的代码，会在后面进行补全：
def main(stdscr): def init(): #重置游戏棋盘 return 'Game' def not_game(state): #画出 GameOver 或者 Win 的界面 #读取用户输入得到action，判断是重启游戏还是结束游戏 responses = defaultdict(lambda: state) ＃默认是当前状态，没有行为就会一直在当前界面循环 responses['Restart'], responses['Exit'] = 'Init', 'Exit' #对应不同的行为转换到不同的状态 return responses[action] def game(): #画出当前棋盘状态 #读取用户输入得到action if action == 'Restart': return 'Init' if action == 'Exit': return 'Exit' #if 成功移动了一步: if 游戏胜利了: return 'Win' if 游戏失败了: return 'Gameover' return 'Game' state_actions = { 'Init': init, 'Win': lambda: not_game('Win'), 'Gameover': lambda: not_game('Gameover'), 'Game': game } state = 'Init' #状态机开始循环 while state != 'Exit': state = state_actions[state]() 用户输入处理
阻塞＋循环，直到获得用户有效输入才返回对应行为：
def get_user_action(keyboard): char = "N" while char not in actions_dict: char = keyboard.getch() return actions_dict[char] 矩阵转置与矩阵逆转
加入这两个操作可以大大节省我们的代码量，减少重复劳动，看到后面就知道了。
矩阵转置：
def transpose(field): return [list(row) for row in zip(*field)] 矩阵逆转（不是逆矩阵）：
def invert(field): return [row[::-1] for row in field] 创建棋盘
初始化棋盘的参数，可以指定棋盘的高和宽以及游戏胜利条件，默认是最经典的 4x4～2048。
class GameField(object): def __init__(self, height=4, width=4, win=2048): self.height = height #高 self.width = width #宽 self.win_value = 2048 #过关分数 self.score = 0 #当前分数 self.highscore = 0 #最高分 self.reset() #棋盘重置 棋盘操作
随机生成一个 2 或者 4
def spawn(self): new_element = 4 if randrange(100) > 89 else 2 (i,j) = choice([(i,j) for i in range(self.width) for j in range(self.height) if self.field[i][j] == 0]) self.field[i][j] = new_element 重置棋盘
def reset(self): if self.score > self.highscore: self.highscore = self.score self.score = 0 self.field = [[0 for i in range(self.width)] for j in range(self.height)] self.spawn() self.spawn() 一行向左合并
(注：这一操作是在 move 内定义的，拆出来是为了方便阅读)
def move_row_left(row): def tighten(row): # 把零散的非零单元挤到一块 new_row = [i for i in row if i != 0] new_row += [0 for i in range(len(row) - len(new_row))] return new_row def merge(row): # 对邻近元素进行合并 pair = False new_row = [] for i in range(len(row)): if pair: new_row.append(2 * row[i]) self.score += 2 * row[i] pair = False else: if i + 1 < len(row) and row[i] == row[i + 1]: pair = True new_row.append(0) else: new_row.append(row[i]) assert len(new_row) == len(row) return new_row #先挤到一块再合并再挤到一块 return tighten(merge(tighten(row))) 棋盘走一步
通过对矩阵进行转置与逆转，可以直接从左移得到其余三个方向的移动操作
def move(self, direction): def move_row_left(row): #一行向左合并 moves = {} moves['Left'] = lambda field: [move_row_left(row) for row in field] moves['Right'] = lambda field: invert(moves['Left'](invert(field))) moves['Up'] = lambda field: transpose(moves['Left'](transpose(field))) moves['Down'] = lambda field: transpose(moves['Right'](transpose(field))) if direction in moves: if self.move_is_possible(direction): self.field = moves[direction](self.field) self.spawn() return True else: return False 判断输赢
def is_win(self): return any(any(i >= self.win_value for i in row) for row in self.field) def is_gameover(self): return not any(self.move_is_possible(move) for move in actions) 判断能否移动
def move_is_possible(self, direction):
def row_is_left_movable(row):
def change(i): if row[i] == 0 and row[i + 1] != 0: # 可以移动 return True if row[i] != 0 and row[i + 1] == row[i]: # 可以合并 return True return False return any(change(i) for i in range(len(row) - 1)) check = {} check['Left'] = lambda field: any(row_is_left_movable(row) for row in field) check['Right'] = lambda field: check['Left'](invert(field)) check['Up'] = lambda field: check['Left'](transpose(field)) check['Down'] = lambda field: check['Right'](transpose(field)) if direction in check: return check[direction](self.field) else: return False 绘制游戏界面
（注：这一步是在棋盘类内定义的）
def draw(self, screen): help_string1 = '(W)Up (S)Down (A)Left (D)Right' help_string2 = ' (R)Restart (Q)Exit' gameover_string = ' GAME OVER' win_string = ' YOU WIN!' def cast(string): screen.addstr(string + '\n') #绘制水平分割线 def draw_hor_separator(): line = '+' + ('+------' * self.width + '+')[1:] separator = defaultdict(lambda: line) if not hasattr(draw_hor_separator, "counter"): draw_hor_separator.counter = 0 cast(separator[draw_hor_separator.counter]) draw_hor_separator.counter += 1 def draw_row(row): cast(''.join('|{: ^5} '.format(num) if num > 0 else '| ' for num in row) + '|') screen.clear() cast('SCORE: ' + str(self.score)) if 0 != self.highscore: cast('HGHSCORE: ' + str(self.highscore)) for row in self.field: draw_hor_separator() draw_row(row) draw_hor_separator() if self.is_win(): cast(win_string) else: if self.is_gameover(): cast(gameover_string) else: cast(help_string1) cast(help_string2) 完成主逻辑
完成以上工作后，我们就可以补完主逻辑了！
def main(stdscr): def init(): #重置游戏棋盘 game_field.reset() return 'Game' def not_game(state): #画出 GameOver 或者 Win 的界面 game_field.draw(stdscr) #读取用户输入得到action，判断是重启游戏还是结束游戏 action = get_user_action(stdscr) responses = defaultdict(lambda: state) #默认是当前状态，没有行为就会一直在当前界面循环 responses['Restart'], responses['Exit'] = 'Init', 'Exit' #对应不同的行为转换到不同的状态 return responses[action] def game(): #画出当前棋盘状态 game_field.draw(stdscr) #读取用户输入得到action action = get_user_action(stdscr) if action == 'Restart': return 'Init' if action == 'Exit': return 'Exit' if game_field.move(action): # move successful if game_field.is_win(): return 'Win' if game_field.is_gameover(): return 'Gameover' return 'Game' state_actions = { 'Init': init, 'Win': lambda: not_game('Win'), 'Gameover': lambda: not_game('Gameover'), 'Game': game } curses.use_default_colors() game_field = GameField(win=32) state = 'Init' #状态机开始循环 while state != 'Exit': state = state_actions[state]() 运行
填上最后一行代码：
curses.wrapper(main) 运行看看吧！
$ python 2048.py 
全部代码的注释
#-*- coding:utf-8 -*- import curses #引入curses模块，curses是一个在Linux/Unix下广泛应用的图形函数库.，作用是可以绘制在DOS下的用户界面和漂亮的图形。 from random import randrange, choice # 从random模块引入randrange,choice这两个类 from collections import defaultdict #从collections引入defaultdict这个类 letter_codes = [ord(ch) for ch in 'WASDRQwasdrq'] #ord函数是把字符转换成对应的数字 actions = ['Up', 'Left', 'Down', 'Right', 'Restart', 'Exit'] #上，左，下，右，重启，退出 actions_dict = dict(zip(letter_codes, actions * 2)) #把字母与动作对应起来。 zip是把元组中的值对应起来。
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W Up
A Left
S Down
D Right
R Restart
Q Exit
w Up
a Left
s Down
d Right
r Restart
Q Exit
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