【闲暇一写】用Python编写2048游戏(命令行版)
本篇博文围绕使用Python开发热门游戏2048 GAME（命令行版本）代码未做任何优化（原生且随意）、全程以面向过程、MVC的设计思想为主、开发环境是Ubuntu系统下的Pycharm
2048是我很久前学习Python过程中的一个作业，直入正题——
一、了解游戏
1. 介绍
《2048》是一款单人在线和移动端游戏，由19岁的意大利人Gabriele Cirulli于2014年3月开发。游戏任务是在一个网格上滑动小方块来进行组合，直到形成一个带有有数字2048的方块（来源：维基百科）
2. 玩法规则
[*]通过方向键让方块整体上下左右移动
[*]如果两个带有相同数字的方块在移动中碰撞，则它们会相加合并为一个新方块
[*]每次出现方块移动时，都会有一个值为2或者4的新方块出现
[*]初始开局时，4*4的方块，随机2个方块赋值2或者4
[*]其中所出现的数字都是2的幂，2，4，8，16......
二、MVC设计
Model：无
View：终端界面（有时间再研究一下pyQt），打印二维列表，输入输出控制
Controller:二维列表-矩阵、数据控制、上下左右操作、计分机制、方块合并处理等等
三、核心函数
通过观察游戏界面，可知数据由二维数组（线性代数--方阵）存储，将上图映射到如下代码：
source = [
,
,
,
]通过玩法规则第1条可知，方向键上下左右移动，四种移动必然存在相似的操作，祁天暄讲师通过分析向左移动来书写后续代码，我这里也会以向左移动来分析如何写后续的代码。
取上述一行，按左方向键移动后，可以看到两个方块2持续左移（如果左边还有非0的方块，那么就会顶住该非0的方块），然后相撞变成方块4，因为有方块移动，所以随机挑选一个方块0进行填充成2（不限于当前行，也可能发生在其他行）：
本行规律：
>发生滑动> >相等相撞求和> >随机填充> 经过多局游戏结合上方的规律，可以得知以下规律：
>发生滑动> >相等相撞求和> >随机填充>
>发生滑动> >相等相撞求和> >随机填充>
>发生滑动，不动> >相等相撞求和> >随机填充> 1. 滑动处理
发生滑动的环节，可以得出一个规律，有0在非0元素的前方则必滑动，否则不动
>发生滑动>
>发生滑动>
>发生滑动，不动> 所以此处构造一个zero_to_end函数，功能就是将0移至末尾处，并保持非0元素应有的顺序，先看一下中规中矩的方式（冒泡式的移动，时间复杂度较高）：
def zero_to_end(list_data):
for i in range(3, -1, -1):
for j in range(i):
if list_data == 0:
list_data, list_data = list_data, list_data再看一下另一种写法（采用该函数，时间复杂度为O(n)）：
def zero_to_end(list_data):
"""
重排序函数（核心算法）
非0元素移至最前（保持顺序），0元素移至最后，充当中间人处理列表的角色
:param list_data: list 一维列表
:return: None
"""
for i in range(3, -1, -1):
if not list_data:
del list_data
list_data.append(0)2. 相等相撞求和
经上一函数，每一行列表都被处理成：若干非0元素有序在前，若干0元素在后。
>相等相撞求和>
>相等相撞求和>
>相等相撞求和> 相等相撞求和这个过程肯定要统一函数处理，增加复用性，因此需要详细拆分该流程的细节：
如果第1个元素等==第2个元素：
则第1个元素 + 第2个元素，并赋给第1个元素的位置
删除第2个元素
末尾追加一个0
如果第2个元素==第3个元素（符合条件）
则第2个元素 + 第3个元素，并赋给第2个元素的位置
删除第3个元素
末尾追加一个0
如果第3个元素==第4个元素
则第3个元素 + 第4个元素，并赋给第3个元素的位置
删除第4个元素
末尾追加一个0也就是说，相邻且相等的两个元素相加，应赋值给前方位置的元素，然后删除后方位置的元素，删除了一个，肯定还要凑回去的，根据游戏规则，补0即可
其实上方的逻辑还可以进行优化，当检测到当前位置的元素为0时，直接打断循环即可（因为已经被zero_to_end函数处理过了），封装成merge_single函数如下：
def merge_single(list_data):
"""
合并元素函数（核心算法）
重排序后，左边两个相邻相同的非0元素相加，后方补0，并加分（可diy）
如果两个相邻的元素不同或者为0，则不做其他操作
:param list_data: list 一维列表
:return: None
"""
zero_to_end(list_data)# 处理一维列表
for i in range(3):
if list_data == 0: break# 检测到当前位置为0，后方就不管了，直接打断
if list_data == list_data:
list_data *= 2# 等价于 += list_data
del list_data# 删除 位置的元素
list_data.append(0)# 补0有点不太放心，放一条数据进行测试：
>i = 0，相加> >删除i + 1位置> >补0>
>循环结束第1次，i = 1，又相加> >又删除i + 1位置> >又补0>
> 循环结束第2次，i = 2，发现是0，直接跳出循环 3. 随机填充
玩法规则第3条，当游戏中，发生方块滑动时，在0元素区域随机抽取一个位置，随机赋值2或者4。
因此，先定义全局变量，一个存2和4的元组，通过random模块实现随机索引获取2或者4。
random_tuple = (2, 4)# 初始添加的值、移动时添加的值通过while循环不断寻找随机方格，直到发现该方格存储0，那么该方格将被赋予新值。
def random_site():
"""
随机填充0元素函数（非核心）
随机挑选0元素的位置，进行随机填充random_list中的任意一个元素
可通过增删改变random_list中的元素，从而影响到随机填充的数字
:return: None
"""
random_list_len = len(random_tuple)
while True:
x = random.randint(0, 3)
y = random.randint(0, 3)
if after_source == 0:
after_source = random_tuple
break四、附加功能函数
通过以上三步，成功的完成了2048的核心功能，接下来逐一部署2048的初始化、游戏操作、用户操作、打印等等函数。
1. 初始数据和矩阵比较
构造游戏初始数据，以全局变量表示：
score = 0# 初始分数，后续累加即可
source = [
,
,
,
]单纯的一个source表示数据可能还不够，我构造了两个4*4的矩阵，分别命名为before_source和after_source：
before_source = [
,
,
,
]# 操作前的矩阵
after_source = [
,
,
,
]# 操作后的矩阵（当前打印的矩阵）这两个矩阵，用于用户操作前的一个比较（后台比较），假设用户进行左向移动，那么移动前的数据传给before_source，移动后（即每一行调用merge_single函数后）的数据传给after_source，after_source才是用户需要看的，两者在后台进行比较后，倘若不同，则说明发生了“方块移动”，那么就要调用随机填充的函数，如果相同，说明没有方块滑动，则不可随机填充。假如对以下的数据发起左移操作后，是不存在元素移动的，即不会调用随机填充：
[
,
,
,
]根据上述分析，构造比较函数compare_matrix：
def compare_matrix():
"""
二维数组比较
操作前后的二维数组（矩阵）进行比较
如果不相等，说明有元素可移动，当移动时调用random_site()函数
"""
if not (before_source == after_source):
random_site()2. 矩阵数据打印
每次执行完移动操作后（无论是上下还是左右），肯定都要反馈给用户数据界面，因此需要构造打印矩阵的函数：
def print_list():
"""打印游戏过程中必看的矩阵信息"""
for single_list in after_source:
print(single_list)3. main入口（框架搭建）
调用程序总该需要一个入口，构造main函数。
循环开始阶段，通过global关键字操作全局变量before_source，此处需要注意：应使用深拷贝（需要导入copy模块），将当前的数据拷贝给before_source，如果采取浅拷贝，操作after_source后，before_source也会跟随变化，这样就导致before_source恒等于after_source。
上下左右以input输入（w 、s、a、d）来进行移动，n表示主动认输，q表示退出游戏。
每次执行完移动操作后，都需要进行反馈数据界面，所以循环末尾需要调用print_list函数和打印当前分数：
def main():
"""程序入口：初始化 + 输入 + 输出"""
while True:
global before_source
before_source = copy.deepcopy(after_source)
key = input("键入：")
if key == "a": pass
if key == "d": pass
if key == "w": pass
if key == "s": pass
if key == "n": pass
if key == "q": break
print_list()
main()# 调用main函数，即正常游戏的入口当准备输入时，手动中止程序，会发现很烦人的红色报错：
[外链图片转存失败,源站可能有防盗链机制,建议将图片保存下来直接上传(img-GlpgZPVR-1674483797911)(/home/ronan/.config/Typora/typora-user-images/image-20230123213355607.png)]
因此加上try和except简单的处理一下：
def main():
"""程序入口：初始化 + 输入 + 输出"""
while True:
try:
key = input("键入：")
global before_source
before_source = copy.deepcopy(after_source)
if key == "a": pass
if key == "d": pass
if key == "w": pass
if key == "s": pass
if key == "n": pass
if key == "q": break
print(f"当前分数：{score}")
print_list()
except KeyboardInterrupt:
break
main()# 调用main函数，即正常游戏的入口4. 实现认输功能
构建forfeit函数，打印最终分数后，人为抛出KeyboardInterrupt异常，直接调到except执行break打断循环（为了不在打印最终得分后，执行后续两条语句）：
[外链图片转存失败,源站可能有防盗链机制,建议将图片保存下来直接上传(img-JqFS4KKo-1674483797912)(/home/ronan/.config/Typora/typora-user-images/image-20230123214632123.png)]
def forfeit():
"""认输"""
print(f"玩家已认输，最终得分：{score}")
raise KeyboardInterrupt5. 加分机制
每发生方块碰撞合并后，相加数字即为当局加分，比如初始为0，两个相邻的方块2碰撞合并后变成方块4，当前分数+4，即分数为4。
在merge_single函数中（参考2.2的函数），list_data.append(0)语句后添加下述代码：
global score
score += list_data即：
def merge_single(list_data):
"""
合并元素函数（核心算法）
重排序后，左边两个相邻相同的非0元素相加，后方补0，并加分（可diy）
如果两个相邻的元素不同或者为0，则不做其他操作
:param list_data: list 一维列表
:return: None
"""
zero_to_end(list_data)
for i in range(3):
if list_data == 0: break
if list_data == list_data:
list_data *= 2
del list_data
list_data.append(0)
global score
score += list_data6. 游戏初始化
为了让游戏设置得灵活一点，增加全局变量init_count，表示初始方块需赋值2或者4的个数，通常为2。
init_count = 2# 初始值的个数
def init():
"""
游戏初始化
:return: None
"""
print(f"""当前分数：{score}\n操作方式：q退出 n认输
w(上)
a(左)s(下)d(右)""")
for i in range(init_count):# 随机生成init_count个初始值
random_site()
print_list()7. 各方向移动操作
首先要明确，核心函数中第2节的相等相撞合并函数，仅仅针对一维列表，而整个游戏以二维列表为主，因此需要复用该代码：
def merge():
"""合并操作，详见merge_single()函数"""
for i in range(4):
merge_single(after_source)接下来逐一分析，左右上下操作如何实现...
（1）左（基础操作）
调用merge函数，完成滑动合并，然后比较前后矩阵相等来决定是否调用随机填充（即调用compare_matrix函数）
def left():
"""向左操作"""
merge()（2）右
最暴力无脑的办法就是复制上述函数代码，然后更改，但是我一直写这些简单清晰的函数，就是为了复用，所以这里应该想办法复用merge等代码，我以向左操作为基础，仅看merge函数，假设每一行都逆转，再进行向左的核心操作，再逆转回去，不就可以了吗，比如：
向右移动操作后变成
>逆转> >merge> >逆转> 因此代码如下：
def reverse():
"""逆转2048二维列表中的每一行一维列表"""
for i in range(4):
after_source.reverse()def right():
"""向右操作"""
reverse()
merge()
reverse()（3）上
同样为了复用，以向左操作为基础，仅看merge函数，假设进行矩阵转置，然后调用merge操作，再转置，比如：
转置后
调用merge后
再转置回来，得到结果
因此代码如下（3种转置均可）：
def transposition():
"""二维列表转置（矩阵转置）"""
for x in range(4):
for y in range(x, 4):
after_source, after_source = after_source, after_source
def transposition():
"""二维列表转置（矩阵转置）"""
new_map =
after_source.clear()
after_source.extend(new_map)
def transposition():
"""二维列表转置（矩阵转置）"""
new_map =
after_source[:] = new_mapdef up():
"""向上操作"""
transposition()
merge()
transposition()（3）下
根据上移和右移操作所得的灵感，同样是以左移为基础操作。假设进行矩阵转置，逆转后，调用merge操作，再逆转，再转置，比如：
转置后
逆转每一行后
调用merge后
再逆转回来
再转置回来，得到结果
因此代码如下：
def down():
"""向下操作"""
transposition()
reverse()
merge()
reverse()
transposition()五、最终代码
""" 2048 GAME"""import randomimport copyscore = 0# 分数init_count = 2# 初始值的个数before_source = [
,
,
,
]# 操作前的矩阵
after_source = [
,
,
,
]# 操作后的矩阵（当前打印的矩阵）random_tuple = (2, 4)# 初始添加的值、移动时添加的值# Controller层def zero_to_end(list_data):
"""
重排序函数（核心算法）
非0元素移至最前（保持顺序），0元素移至最后，充当中间人处理列表的角色
:param list_data: list 一维列表
:return: None
"""
for i in range(3, -1, -1):
if not list_data:
del list_data
list_data.append(0)def merge_single(list_data):
"""
合并元素函数（核心算法）
重排序后，左边两个相邻相同的非0元素相加，后方补0，并加分（可diy）
如果两个相邻的元素不同或者为0，则不做其他操作
:param list_data: list 一维列表
:return: None
"""
zero_to_end(list_data)
for i in range(3):
if list_data == 0: break
if list_data == list_data:
list_data *= 2
del list_data
list_data.append(0)
global score
score += list_datadef random_site():
"""
随机填充0元素函数（非核心）
随机挑选0元素的位置，进行随机填充random_list中的任意一个元素
可通过增删改变random_list中的元素，从而影响到随机填充的数字
:return: None
"""
random_list_len = len(random_tuple)
while True:
x = random.randint(0, 3)
y = random.randint(0, 3)
if after_source == 0:
after_source = random_tuple
breakdef merge():
"""合并操作，详见merge_single()函数"""
for i in range(4):
merge_single(after_source)def reverse():
"""逆转2048二维列表中的每一行一维列表"""
for i in range(4):
after_source.reverse()def transposition(): """二维列表转置（矩阵转置）""" for x in range(4): for y in range(x, 4): after_source, after_source = after_source, after_sourcedef compare_matrix():
"""
二维数组比较
操作前后的二维数组（矩阵）进行比较
如果不相等，说明有元素可移动，当移动时调用random_site()函数
"""
if not (before_source == after_source):
random_site()def left():
"""向左操作"""
merge()def right():
"""向右操作"""
reverse()
merge()
reverse()def up():
"""向上操作"""
transposition()
merge()
transposition()def down():
"""向下操作"""
transposition()
reverse()
merge()
reverse()
transposition()# View层def init(): """ 游戏初始化 :return: None """ print(f"""当前分数：{score}\n操作方式：q退出 n认输 w(上)a(左)s(下)d(右)""") for i in range(init_count):# 随机生成init_count个初始值 random_site() print_list()def print_list():
"""打印游戏过程中必看的矩阵信息"""
for single_list in after_source:
print(single_list)def forfeit():
"""认输"""
print(f"玩家已认输，最终得分：{score}")
raise KeyboardInterruptdef main(): """程序入口：初始化 + 输入 + 输出""" init() while True: try: global before_source before_source = copy.deepcopy(after_source) key = input("键入：") if key == "a": left() if key == "d": right() if key == "w": up() if key == "s": down() if key == "n": forfeit() if key == "q": break compare_matrix() print(f"当前分数：{score}") print_list() except KeyboardInterrupt: breakmain()
来源:https://www.cnblogs.com/qinyu6/p/17736405.html
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