200行Python代碼實現2048
一、實驗說明
1. 環境登錄
無需密碼自動登錄，系統用戶名shiyanlou
2. 環境介紹
本實驗環境采用帶桌面的Ubuntu Linux環境，實驗中會用到桌面上的程序：
- LX終端（LXTerminal）: Linux命令行終端，打開后會進入Bash環境，可以使用Linux命令
- GVim：非常好用的編輯器，最簡單的用法可以參考課程Vim編輯器
3. 環境使用
使用GVim編輯器輸入實驗所需的代碼及文件，使用LX終端（LXTerminal）運行所需命令進行操作。
實驗報告可以在個人主頁中查看，其中含有每次實驗的截圖及筆記，以及每次實驗的有效學習時間（指的是在實驗桌面內操作的時間，如果沒有操作，系統會記錄為發呆時間）。這些都是您學習的真實性證明。
4. 知識點
本節實驗中將學習和實踐以下知識點：
- Python基本知識
- 狀態機的概念
二、實驗內容
是的，又是2048，這回我們是用 Python 實現，只需要200行代碼，不用很麻煩很累就可以寫一個 2048 游戲出來。
實驗樓上已有的 2048 課程：
游戲玩法這里就不再贅述了，還會有比親自玩一遍體會規則更快的的嗎：）
2048 原版游戲地址：http://gabrielecirulli.github.io/2048
創建游戲文件 2048.py
首先導入需要的包：
import curses from random import randrange, choice from collections import defaultdict 主邏輯
用戶行為
所有的有效輸入都可以轉換為"上，下，左，右，游戲重置，退出"這六種行為，用 actions 表示
actions = ['Up', 'Left', 'Down', 'Right', 'Restart', 'Exit'] 有效輸入鍵是最常見的 W（上），A（左），S（下），D（右），R（重置），Q（退出），這里要考慮到大寫鍵開啟的情況，獲得有效鍵值列表：
letter_codes = [ord(ch) for ch in 'WASDRQwasdrq'] 將輸入與行為進行關聯：
actions_dict = dict(zip(letter_codes, actions * 2)) 狀態機
處理游戲主邏輯的時候我們會用到一種十分常用的技術：狀態機，或者更准確的說是有限狀態機（FSM）
你會發現 2048 游戲很容易就能分解成幾種狀態的轉換。
state 存儲當前狀態， state_actions 這個詞典變量作為狀態轉換的規則，它的 key 是狀態，value 是返回下一個狀態的函數：
- Init: init()
- Game
- Game: game()
- Game
- Win
- GameOver
- Exit
- Win: lambda: not_game('Win')
- Init
- Exit
- Gameover: lambda: not_game('Gameover')
- Init
- Exit
- Exit: 退出循環
狀態機會不斷循環，直到達到 Exit 終結狀態結束程序。
下面是經過提取的主邏輯的代碼，會在后面進行補全：
def main(stdscr): def init(): #重置游戲棋盤 return 'Game' def not_game(state): #畫出 GameOver 或者 Win 的界面 #讀取用戶輸入得到action，判斷是重啟游戲還是結束游戲 responses = defaultdict(lambda: state) ＃默認是當前狀態，沒有行為就會一直在當前界面循環 responses['Restart'], responses['Exit'] = 'Init', 'Exit' #對應不同的行為轉換到不同的狀態 return responses[action] def game(): #畫出當前棋盤狀態 #讀取用戶輸入得到action if action == 'Restart': return 'Init' if action == 'Exit': return 'Exit' #if 成功移動了一步: if 游戲勝利了: return 'Win' if 游戲失敗了: return 'Gameover' return 'Game' state_actions = { 'Init': init, 'Win': lambda: not_game('Win'), 'Gameover': lambda: not_game('Gameover'), 'Game': game } state = 'Init' #狀態機開始循環 while state != 'Exit': state = state_actions[state]() 用戶輸入處理
阻塞＋循環，直到獲得用戶有效輸入才返回對應行為：
def get_user_action(keyboard): char = "N" while char not in actions_dict: char = keyboard.getch() return actions_dict[char] 矩陣轉置與矩陣逆轉
加入這兩個操作可以大大節省我們的代碼量，減少重復勞動，看到后面就知道了。
矩陣轉置：
def transpose(field): return [list(row) for row in zip(*field)] 矩陣逆轉（不是逆矩陣）：
def invert(field): return [row[::-1] for row in field] 創建棋盤
初始化棋盤的參數，可以指定棋盤的高和寬以及游戲勝利條件，默認是最經典的 4x4～2048。
class GameField(object): def __init__(self, height=4, width=4, win=2048): self.height = height #高 self.width = width #寬 self.win_value = 2048 #過關分數 self.score = 0 #當前分數 self.highscore = 0 #最高分 self.reset() #棋盤重置 棋盤操作
隨機生成一個 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 重置棋盤
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() 一行向左合並
(注：這一操作是在 move 內定義的，拆出來是為了方便閱讀)
def move_row_left(row): def tighten(row): # 把零散的非零單元擠到一塊 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): # 對鄰近元素進行合並 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 #先擠到一塊再合並再擠到一塊 return tighten(merge(tighten(row))) 棋盤走一步
通過對矩陣進行轉置與逆轉，可以直接從左移得到其余三個方向的移動操作
def move(self, direction): def move_row_left(row): #一行向左合並 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 判斷輸贏
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) 判斷能否移動
def move_is_possible(self, direction):
def row_is_left_movable(row):
def change(i): if row[i] == 0 and row[i + 1] != 0: # 可以移動 return True if row[i] != 0 and row[i + 1] == row[i]: # 可以合並 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 繪制游戲界面
（注：這一步是在棋盤類內定義的）
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') #繪制水平分割線 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) 完成主邏輯
完成以上工作后，我們就可以補完主邏輯了！
def main(stdscr): def init(): #重置游戲棋盤 game_field.reset() return 'Game' def not_game(state): #畫出 GameOver 或者 Win 的界面 game_field.draw(stdscr) #讀取用戶輸入得到action，判斷是重啟游戲還是結束游戲 action = get_user_action(stdscr) responses = defaultdict(lambda: state) #默認是當前狀態，沒有行為就會一直在當前界面循環 responses['Restart'], responses['Exit'] = 'Init', 'Exit' #對應不同的行為轉換到不同的狀態 return responses[action] def game(): #畫出當前棋盤狀態 game_field.draw(stdscr) #讀取用戶輸入得到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' #狀態機開始循環 while state != 'Exit': state = state_actions[state]() 運行
填上最后一行代碼：
curses.wrapper(main) 運行看看吧！
$ python 2048.py 
全部代碼的注釋
#-*- coding:utf-8 -*- import curses #引入curses模塊，curses是一個在Linux/Unix下廣泛應用的圖形函數庫.，作用是可以繪制在DOS下的用戶界面和漂亮的圖形。 from random import randrange, choice # 從random模塊引入randrange,choice這兩個類 from collections import defaultdict #從collections引入defaultdict這個類 letter_codes = [ord(ch) for ch in 'WASDRQwasdrq'] #ord函數是把字符轉換成對應的數字 actions = ['Up', 'Left', 'Down', 'Right', 'Restart', 'Exit'] #上，左，下，右，重啟，退出 actions_dict = dict(zip(letter_codes, actions * 2)) #把字母與動作對應起來。 zip是把元組中的值對應起來。
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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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