如何用 Python 制作一个迷宫游戏


Posted in Python onFebruary 25, 2021

相信大家都玩过迷宫的游戏,对于简单的迷宫,我们可以一眼就看出通路,但是对于复杂的迷宫,可能要仔细寻找好久,甚至耗费数天,然后可能还要分别从入口和出口两头寻找才能找的到通路,甚至也可能找不到通路。

虽然走迷宫问题对于我们人类来讲比较复杂,但对于计算机来说却是很简单的问题。为什么这样说呢,因为看似复杂实则是有规可循的。

我们可以这么做,携带一根很长的绳子,从入口出发一直走,如果有岔路口就走最左边的岔口,直到走到死胡同或者找到出路。如果是死胡同则退回上一个岔路口,我们称之为岔口 A,

这时进入左边第二个岔口,进入第二个岔口后重复第一个岔口的步骤,直到找到出路或者死胡同退回来。当把该岔路口所有的岔口都走了一遍,还未找到出路就沿着绳子往回走,走到岔口 A 的前一个路口 B,重复上面的步骤。

不知道你有没有发现,这其实就是一个不断递归的过程,而这正是计算机所擅长的。

上面这种走迷宫的算法就是我们常说的深度优先遍历算法,与之相对的是广度优先遍历算法。有了理论基础,下面我们就来试着用 程序来实现一个走迷宫的小程序。

生成迷宫

生成迷宫有很多种算法,常用的有递归回溯法、递归分割法和随机 Prim 算法,我们今天是用的最后一种算法。

该算法的主要步骤如下:
1、迷宫行和列必须为奇数
2、奇数行和奇数列的交叉点为路,其余点为墙,迷宫四周全是墙
3、选定一个为路的单元格(本例选 [1,1]),然后把它的邻墙放入列表 wall
4、当列表 wall 里还有墙时:
4.1、从列表里随机选一面墙,如果这面墙分隔的两个单元格只有一个单元格被访问过
4.1.1、那就从列表里移除这面墙,同时把墙打通
4.1.2、将单元格标记为已访问
4.1.3、将未访问的单元格的邻墙加入列表 wall
4.2、如果这面墙两面的单元格都已经被访问过,那就从列表里移除这面墙

我们定义一个 Maze 类,用二维数组表示迷宫地图,其中 1 表示墙壁,0 表示路,然后初始化左上角为入口,右下角为出口,最后定义下方向向量。

class Maze:
 def __init__(self, width, height):
  self.width = width
  self.height = height
  self.map = [[0 if x % 2 == 1 and y % 2 == 1 else 1 for x in range(width)] for y in range(height)]
  self.map[1][0] = 0 # 入口
  self.map[height - 2][width - 1] = 0 # 出口
  self.visited = []
  # right up left down
  self.dx = [1, 0, -1, 0]
  self.dy = [0, -1, 0, 1]

接下来就是生成迷宫的主函数了。

def generate(self):
 start = [1, 1]
 self.visited.append(start)
 wall_list = self.get_neighbor_wall(start)
 while wall_list:
  wall_position = random.choice(wall_list)
  neighbor_road = self.get_neighbor_road(wall_position)
  wall_list.remove(wall_position)
  self.deal_with_not_visited(neighbor_road[0], wall_position, wall_list)
  self.deal_with_not_visited(neighbor_road[1], wall_position, wall_list)

该函数里面有两个主要函数 get_neighbor_road(point) 和 deal_with_not_visited(),前者会获得传入坐标点 point 的邻路节点,返回值是一个二维数组,后者 deal_with_not_visited() 函数处理步骤 4.1 的逻辑。

由于 Prim 随机算法是随机的从列表中的所有的单元格进行随机选择,新加入的单元格和旧加入的单元格被选中的概率是一样的,因此其分支较多,生成的迷宫较复杂,难度较大,当然看起来也更自然些。生成的迷宫。
[1, 1, 1, 1, 1, 1, 1, 1, 1, 1, 1]
[0, 0, 0, 0, 0, 0, 0, 0, 0, 0, 1]
[1, 1, 1, 1, 1, 0, 1, 1, 1, 1, 1]
[1, 0, 0, 0, 0, 0, 0, 0, 0, 0, 1]
[1, 1, 1, 0, 1, 0, 1, 0, 1, 0, 1]
[1, 0, 0, 0, 1, 0, 1, 0, 1, 0, 1]
[1, 0, 1, 0, 1, 0, 1, 1, 1, 1, 1]
[1, 0, 1, 0, 1, 0, 0, 0, 0, 0, 1]
[1, 0, 1, 0, 1, 1, 1, 0, 1, 0, 1]
[1, 0, 1, 0, 1, 0, 0, 0, 1, 0, 0]
[1, 1, 1, 1, 1, 1, 1, 1, 1, 1, 1]

走出迷宫

得到了迷宫的地图,接下来就按照我们文首的思路来走迷宫即可。主要函数逻辑如下:

def dfs(self, x, y, path, visited=[]):
 # outOfIndex
 if self.is_out_of_index(x, y):
  return False

 # visited or is wall
 if [x, y] in visited or self.get_value([x, y]) == 1:
  return False

 visited.append([x, y])
 path.append([x, y])

 # end...
 if x == self.width - 2 and y == self.height - 2:
  return True

 # recursive
 for i in range(4):
  if 0 < x + self.dx[i] < self.width - 1 and 0 < y + self.dy[i] < self.height - 1 and \
    self.get_value([x + self.dx[i], y + self.dy[i]]) == 0:
   if self.dfs(x + self.dx[i], y + self.dy[i], path, visited):
    return True
   elif not self.is_out_of_index(x, y) and path[-1] != [x, y]:
    path.append([x, y])

很明显,这就是一个典型的递归程序。当该节点坐标越界、该节点被访问过或者该节点是墙壁的时候,直接返回,因为该节点肯定不是我们要找的路径的一部分,否则就将该节点加入被访问过的节点和路径的集合中。

然后如果该节点是出口则表示程序执行结束,找到了通路。不然就遍历四个方向向量,将节点的邻路传入函数 dfs 继续以上步骤,直到找到出路或者程序所有节点都遍历完成。

来看看我们 dfs 得出的路径结果:

[[0, 1], [1, 1], [2, 1], [3, 1], [4, 1], [5, 1], [6, 1], [7, 1], [8, 1], [9, 1], [9, 1], [8, 1], [7, 1], [6, 1], [5, 1], [5, 2], [5, 3], [6, 3], [7, 3], [8, 3], [9, 3], [9, 4], [9, 5], [9, 5], [9, 4], [9, 3], [8, 3], [7, 3], [7, 4], [7, 5], [7, 5], [7, 4], [7, 3], [6, 3], [5, 3], [4, 3], [3, 3], [2, 3], [1, 3], [1, 3], [2, 3], [3, 3], [3, 4], [3, 5], [2, 5], [1, 5], [1, 6], [1, 7], [1, 8], [1, 9], [1, 9], [1, 8], [1, 7], [1, 6], [1, 5], [2, 5], [3, 5], [3, 6], [3, 7], [3, 8], [3, 9], [3, 9], [3, 8], [3, 7], [3, 6], [3, 5], [3, 4], [3, 3], [4, 3], [5, 3], [5, 4], [5, 5], [5, 6], [5, 7], [6, 7], [7, 7], [8, 7], [9, 7], [9, 8], [9, 9], [10, 9]]

可视化

有了迷宫地图和通路路径,剩下的工作就是将这些坐标点渲染出来。今天我们用的可视化库是 pyxel,这是一个用来写像素级游戏的 Python 库,

当然使用前需要先安装下这个库。

Win 用户直接用 pip install -U pyxel命令安装即可。

Mac 用户使用以下命令安装:

brew install python3 gcc sdl2 sdl2_image gifsicle
pip3 install -U pyxel

先来看个简单的 Demo。

如何用 Python 制作一个迷宫游戏

import pyxel

class App:
 def __init__(self):
  pyxel.init(160, 120)
  self.x = 0
  pyxel.run(self.update, self.draw)

 def update(self):
  self.x = (self.x + 1) % pyxel.width

 def draw(self):
  pyxel.cls(0)
  pyxel.rect(self.x, 0, 8, 8, 9)

App()

类 App 的执行逻辑就是不断的调用 update 函数和 draw 函数,因此可以在 update 函数中更新物体的坐标,然后在 draw 函数中将图像画到屏幕即可。

如此我们就先把迷宫画出来,然后在渲染 dfs 遍历动画。

如何用 Python 制作一个迷宫游戏

width, height = 37, 21
my_maze = Maze(width, height)
my_maze.generate()

class App:
 def __init__(self):
  pyxel.init(width * pixel, height * pixel)
  pyxel.run(self.update, self.draw)

 def update(self):
  if pyxel.btn(pyxel.KEY_Q):
   pyxel.quit()

  if pyxel.btn(pyxel.KEY_S):
   self.death = False

 def draw(self):
  # draw maze
  for x in range(height):
   for y in range(width):
    color = road_color if my_maze.map[x][y] is 0 else wall_color
    pyxel.rect(y * pixel, x * pixel, pixel, pixel, color)
  pyxel.rect(0, pixel, pixel, pixel, start_point_color)
  pyxel.rect((width - 1) * pixel, (height - 2) * pixel, pixel, pixel, end_point_color)

App()

看起来还可以,这里的宽和高我分别用了 37 和 21 个像素格来生成,所以生成的迷宫不是很复杂,如果像素点很多的话就会错综复杂了。

接下里来我们就需要修改 update 函数和 draw 函数来渲染路径了。为了方便操作,我们在 init 函数中新增几个属性。

self.index = 0
self.route = [] # 用于记录待渲染的路径
self.step = 1 # 步长,数值越小速度越快,1:每次一格;10:每次 1/10 格
self.color = start_point_color
self.bfs_route = my_maze.bfs_route()

其中 index 和 step 是用来控制渲染速度的,在 draw 函数中 index 每次自增 1,然后再对 step 求余数得到当前的真实下标 real_index,简言之就是 index 每增加 step,real_index 才会加一,渲染路径向前走一步。

def draw(self):
 # draw maze
 for x in range(height):
  for y in range(width):
   color = road_color if my_maze.map[x][y] is 0 else wall_color
   pyxel.rect(y * pixel, x * pixel, pixel, pixel, color)
 pyxel.rect(0, pixel, pixel, pixel, start_point_color)
 pyxel.rect((width - 1) * pixel, (height - 2) * pixel, pixel, pixel, end_point_color)

 if self.index > 0:
  # draw route
  offset = pixel / 2
  for i in range(len(self.route) - 1):
   curr = self.route[i]
   next = self.route[i + 1]
   self.color = backtrack_color if curr in self.route[:i] and next in self.route[:i] else route_color
   pyxel.line(curr[0] + offset, (curr[1] + offset), next[0] + offset, next[1] + offset, self.color)
  pyxel.circ(self.route[-1][0] + 2, self.route[-1][1] + 2, 1, head_color)
def update(self):
 if pyxel.btn(pyxel.KEY_Q):
  pyxel.quit()

 if pyxel.btn(pyxel.KEY_S):
  self.death = False

 if not self.death:
  self.check_death()
  self.update_route()

def check_death(self):
 if self.dfs_model and len(self.route) == len(self.dfs_route) - 1:
  self.death = True
 elif not self.dfs_model and len(self.route) == len(self.bfs_route) - 1:
  self.death = True

def update_route(self):
 index = int(self.index / self.step)
 self.index += 1
 if index == len(self.route): # move
  if self.dfs_model:
   self.route.append([pixel * self.dfs_route[index][0], pixel * self.dfs_route[index][1]])
  else:
   self.route.append([pixel * self.bfs_route[index][0], pixel * self.bfs_route[index][1]])

App()

至此,我们完整的从迷宫生成,到寻找路径,再到路径可视化已全部实现。直接调用主函数 App() 然后按 S 键盘开启游戏

总结

今天我们用深度优先算法实现了迷宫的遍历,对于新手来说,递归这思路可能比较难理解,但这才是符合计算机思维的,随着经验的加深会理解越来越深刻的。

其次我们用 pyxel 库来实现路径可视化,难点在于坐标的计算更新,细节比较多且繁琐,当然读者也可以用其他库或者直接用网页来实现也可以。

游戏源码:
https://github.com/JustDoPython/python-examples/blob/master/doudou/2020-06-12-maze/maze.py
快来一试身手吧。

以上就是如何用 Python 制作一个迷宫游戏的详细内容,更多关于python 制作迷宫游戏的资料请关注三水点靠木其它相关文章!

Python 相关文章推荐
Ubuntu 14.04+Django 1.7.1+Nginx+uwsgi部署教程
Nov 18 Python
django中send_mail功能实现详解
Feb 06 Python
Python学生信息管理系统修改版
Mar 13 Python
python采集微信公众号文章
Dec 20 Python
python按键按住不放持续响应的实例代码
Jul 17 Python
Django 重写用户模型的实现
Jul 29 Python
用python实现英文字母和相应序数转换的方法
Sep 18 Python
Python实现读取并写入Excel文件过程解析
May 27 Python
pycharm 2020 1.1的安装流程
Sep 29 Python
python 自动识别并连接串口的实现
Jan 19 Python
python 求两个向量的顺时针夹角操作
Mar 04 Python
matplotlib之pyplot模块实现添加子图subplot的使用
Apr 25 Python
Django和Ueditor自定义存储上传文件的文件名
Feb 25 #Python
Python 图片处理库exifread详解
Feb 25 #Python
python中if嵌套命令实例讲解
Feb 25 #Python
Matplotlib animation模块实现动态图
Feb 25 #Python
python连接手机自动搜集蚂蚁森林能量的实现代码
Feb 24 #Python
Python爬取你好李焕英豆瓣短评生成词云的示例代码
Feb 24 #Python
用pip给python安装matplotlib库的详细教程
Feb 24 #Python
You might like
php 随机数的产生、页面跳转、件读写、文件重命名、switch语句
2009/08/07 PHP
PHP实现的curl批量请求操作示例
2018/06/06 PHP
Laravel访问出错提示:`Warning: require(/vendor/autoload.php): failed to open stream: No such file or di解决方法
2019/04/02 PHP
Firebug 字幕文件JSON地址获取代码
2009/10/28 Javascript
.net,js捕捉文本框回车键事件的小例子(兼容多浏览器)
2013/03/11 Javascript
纯js分页代码(简洁实用)
2013/11/05 Javascript
Knockout visible绑定使用方法
2013/11/15 Javascript
js设置组合快捷键/tabindex功能的方法
2013/11/21 Javascript
JS 屏蔽按键效果与改变按键效果的示例代码
2013/12/24 Javascript
javascript实现无限级select联动菜单
2015/01/02 Javascript
jQuery读取XML文件内容的方法
2015/03/09 Javascript
基于Jquery和html5的7款个性化地图插件
2015/11/17 Javascript
jQuery基础知识点总结(DOM操作)
2016/06/01 Javascript
js Canvas实现圆形时钟教程
2016/09/19 Javascript
package.json文件配置详解
2017/06/15 Javascript
JS删除数组里的某个元素方法
2018/02/03 Javascript
NodeJs crypto加密制作token的实现代码
2019/11/15 NodeJs
ES2020 已定稿,真实场景案例分析
2020/05/25 Javascript
Vue中关闭弹窗组件时销毁并隐藏操作
2020/09/01 Javascript
tensorflow: variable的值与variable.read_value()的值区别详解
2018/07/30 Python
对python制作自己的数据集实例讲解
2018/12/12 Python
Python GUI学习之登录系统界面篇
2019/08/21 Python
pymysql之cur.fetchall() 和cur.fetchone()用法详解
2020/05/15 Python
浅谈matplotlib中FigureCanvasXAgg的用法
2020/06/16 Python
Django实现微信小程序支付的示例代码
2020/09/03 Python
Matplotlib animation模块实现动态图
2021/02/25 Python
VIVOBAREFOOT赤脚鞋:让您的脚做自然的事情
2017/06/01 全球购物
Otticanet英国:最顶尖的世界名牌眼镜, 能得到打折季的价格
2019/02/10 全球购物
Linux机考试题
2015/07/17 面试题
找工作最新求职信
2013/12/22 职场文书
家长对孩子评语
2014/01/30 职场文书
人民教师的自我评价分享
2014/02/21 职场文书
学校安全工作汇报材料
2014/08/16 职场文书
四风问题个人剖析材料
2014/10/07 职场文书
入团介绍人意见范文
2015/06/04 职场文书
军训结束新闻稿
2015/07/17 职场文书