Python实现简单五子棋人机对战：面向对象设计与核心逻辑解析
本文详细解析使用Python实现简单五子棋人机对战的完整过程。文章基于面向对象思想，将系统划分为棋子类、棋盘类和策略类三个核心模块。重点介绍了15x15棋盘的数据结构构建、坐标解析逻辑以及通过遍历判断五子连珠的胜负算法。代码在CMD环境中运行，展示了从初始化、用户交互到游戏循环控制的完整实现，适合Python初学者理解类与模块的组织方式。
本文分享使用Python实现五子棋简单人机对战模式的练习过程，供读者参考。
近期在深入研习Python语言，本文旨在通过个人理解，记录这几天关于五子棋人机对战游戏的开发实践。以下为实现思路的详细梳理（运行环境为CMD命令行）。
整体开发流程如下：
- 首先进行模块与类的架构划分 - 定义棋子类和棋盘类的基础方法 - 对策略类功能进行细化，并调用棋子与棋盘类 - 编写判断胜负的核心逻辑 - 通过main函数控制整个游戏的运行流程
模块及类的划分
类的划分涉及面向对象编程的核心概念。根据五子棋的游戏规则，人与机器交替在棋盘上下棋，一方达成五子连线即获胜。基于此，初步将系统划分为棋子类、棋盘类和策略类，每个类独立为一个模块，加上主程序模块，共计四个模块。
- 棋子类主要包含棋子的坐标信息和颜色（阵营）属性，并提供相应的get和set方法。
- 棋盘类包含棋盘的大小定义及当前状态，并提供相应的get和set方法。
- 棋盘类需具备以下功能：接收并放置棋子、清空棋盘、打印（显示）棋盘界面，以及获取指定位置的状态信息。
- 策略类与一个棋盘类实例对应，在构造器中导入该棋盘类实例。
- 策略类的主要功能包括：处理人类玩家落子、处理机器落子逻辑，以及判断当前棋局的胜负状态。
棋子类和棋盘类
棋子类的设计较为简单，从棋子视角出发，只需接收位置坐标和颜色（阵营）信息，并返回这些信息即可。其中，位置信息通过元组进行打包传递。
class Chessman(object):
#初始化
def __init__(self):
pass
def set_pos(self,pos):
self.pos = pos
def get_pos(self):
return self.pos
def set_color(self,color):
self.color = color
def get_color(self):
return self.color棋盘类依赖于棋子类，在此之前需先完成棋盘的初始化设定。此处棋盘采用列表结构构建，分为两层以表示x和y坐标，棋盘大小被设定为类属性。
#类属性
board_size =15
#初始化棋盘
def __init__(self):
self.__board = [[0 for i in range(0,Chessboard.board_size+1)] for j in range(0,Chessboard.board_size+1)]清空棋盘的操作逻辑类似，遍历棋盘并重置状态。
#清空棋盘，‘+'为棋盘的样子
def init_board(self):
#忽略第0行
for i in range(1,Chessboard.board_size+1):
for j in range(1,Chessboard.board_size+1):
self.__board[i][j] = '+'打印棋盘的功能也类似，但需注意在坐标轴旁添加序列号。此处纵坐标范围设定为1-15，横坐标为a-o。
# 打印棋盘
def print_board(self):
#打印列号
print(' ', end='')
for i in range(1,Chessboard.board_size+1):
c = chr(ord('a') + i-1) # ord 字母转ASCLL码
print(c,end='')
print()
#棋盘
for i in range(1,Chessboard.board_size+1):
if 1<= i <=9:
print(' ', end='')
print(i, end='')
for j in range(1,Chessboard.board_size+1):
print(self.__board[i][j], end='')
print()运行效果如下所示：
接下来是棋子的放置逻辑：
该功能可分为两个方法：一个方法根据传入的位置放置指定颜色；另一个方法接收一个棋子类的实例对象，获取该实例的位置和颜色，调用第一个方法并传入相应数值。务必注意在传参时进行类型验证。
#写入对应位置的颜色
def set_chess(self,pos, color):
if not isinstance(pos,tuple):
raise RuntimeError('第一个参数必须为元组')
if pos[0] <= 0 or pos[0] > Chessboard.board_size:
raise RuntimeError('行下标越界')
if pos[1] <=0 or pos[1] > Chessboard.board_size:
raise RuntimeError('纵下标越界')
self.__board[pos[0]][pos[1]] = color
#把棋子对象摆放到棋盘上
def set_chessman(self,chessman):
if not isinstance(chessman, Chessman):
raise RuntimeError('类型不对，第一个参数应为ChessMan对象')
pos = chessman.get_pos()
color = chessman.get_color()
self.set_chess(pos,color)接下来是根据棋盘位置获取棋子颜色的方法，这主要是为了策略类中判定胜负做准备。
#根据棋盘位置获取棋子的颜色
def get_chess(self,pos):
if pos[0] <= 0 or pos[0] > Chessboard.board_size:
raise RuntimeError('行下标越界')
if pos[1] <=0 or pos[1] > Chessboard.board_size:
raise RuntimeError('纵下标越界')
return self.__board[pos[0]][pos[1]]策略类
策略类需调用前两类，涉及更多名称的方法或属性，因此需仔细区分各个组件的功能。首先传入一个棋盘实例对象。
#初始化要把棋盘对象传入
def __init__(self,chessboard):
self.__chessboard = chessboard人类下棋逻辑：策略类负责将用户输入的字符串转换为x,y坐标，并写入棋子对象。
def parse_user_input(self,input,chessman):
if not isinstance(chessman,Chessman):
raise RuntimeError('类型不对，第一个参数必须为Chessman对象')
ret = input.split(',')
value1 = ret[0]
value2 = ret[1]
#转换成坐标
pos_x = int(value1)
pos_y = ord(value2) - ord('a') +1
chessman.set_pos((pos_x, pos_y))
#print(ret)机器下棋逻辑：此处具体策略暂时使用随机数生成代替（后续可优化，此处略过）。
#电脑下棋的策略
def computer_go(self, chessman):
if not isinstance(chessman,Chessman):
raise RuntimeError('类型不对，第一个参数必须为Chessman对象')
while True:
# pos_x和pos_y在1~15之间随机生成一个数
pos_x = math.ceil(random.random()*Chessboard.board_size)
pos_y = random.randint(1,15)
#判断是否为空，否则重新生成坐标
if self.__chessboard.get_chess((pos_x,pos_y)) == '+':
print('电脑下棋的位置：%d,%d'%(pos_x,pos_y))
chessman.set_pos((pos_x,pos_y))
break判断当前棋局的胜负：每一方落子后均需进行一次判断，因此可根据当前落子点的范围，判断其上下左右及两条斜线上是否有连续五子。若有，则判定胜利。斜线方向的x,y判断范围较为复杂，其他方向逻辑类似。以下是经过详细推导得出的判断方法（特别是斜线部分），目前测试无误，或许存在更优方案：
#判断胜负
#当摆放一个棋子，判断是否赢
def is_won(self,pos,color):
#垂直方向的范围
start_x = 1
end_x = 15
if pos[0] -4 >=1:
start_x =pos[0] - 4
if pos[0] +4 <=15:
end_x = pos[0]+4
#垂直方向的判断
count = 0
for pos_x in range(start_x, end_x+1):
if self.__chessboard.get_chess((pos_x, pos[1])) == color:
count +=1
if count >=5:
return True
else:
# 一旦断开 统计数清0
count = 0
#水平方向的范围
start_y = 1
end_y = 15
if pos[1] -4 >=1:
start_y =pos[1] - 4
if pos[1] +4 <=15:
end_y = pos[1]+4
#水平方向的判断
count = 0
for pos_y in range(start_y, end_y+1):
if self.__chessboard.get_chess((pos[0], pos_y)) == color:
count +=1
if count >=5:
return True
else:
# 一旦断开 统计数清0
count = 0
#左上右下方向判断
count = 0
s=pos[0] - pos[1]
start=start_x
end=end_y+s
if pos[0]>pos[1]:
start=start_y+s
end=end_x
for index in range(start, end+1):
if self.__chessboard.get_chess((index, index-s)) == color:
count +=1
if count >=5:
return True
else:
# 一旦断开 统计数清0
count = 0
#左下右上方向判断
count = 0
s=pos[0] + pos[1]
if pos[0]+pos[1]<=16:
start=start_x
end=s-start_y
if pos[0]+pos[1]>16:
start=s-start_y
end=start_x
if s>=6 and s<=12:
for index in range(start, end+1):
if self.__chessboard.get_chess((index, s-index)) == color:
count +=1
if count >=5:
return True
else:
# 一旦断开 统计数清0
count = 0
return False随后，再编写一个判断胜利方的方法，调用上述策略逻辑。
#判断对象放置后，胜负是否已分
def is_wonman(self,chessman):
if not isinstance(chessman,Chessman):
raise RuntimeError('类型不对，第一个参数必须为Chessman对象')
pos = chessman.get_pos()
color = chessman.get_color()
#调用is_won()获取它的返回值
return self.is_won(pos,color)main模块
main模块用于控制整个游戏的玩法格局。main函数实现单局游戏的流程，此处通过循环实现简单的人机轮流下棋。由于添加了用户选择先后手的选项，代码暂时显得较为繁琐（见谅），后续可进一步精简，此处先展示当前版本：
def main():
chessboard =Chessboard()
chessboard.init_board()
chessboard.print_board()
engine = Engine(chessboard)
count=0
select = int(input('用户选择先后：（先：1，后：2）'))
#先
while True:
chessman = Chessman()
chessman.set_color('x')
if select==1:
i = input('人下棋，请输入下棋坐标（格式：x，y）：')
engine.parse_user_input(i, chessman)#转换成坐标
else:
#电脑下棋
print('电脑下棋:')
engine.computer_go(chessman)
# 把该棋子对象放到棋盘上
chessboard.set_chessman(chessman)
count +=1
#打印棋盘
chessboard.print_board()
if engine.is_wonman(chessman):
if select==1:
print('人赢了！')
else:
print('电脑赢了！')
break
if count == 225:
print('平局！')
break
#后
chessman = Chessman()
chessman.set_color('o')
if k==1:
#电脑下棋
print('电脑下棋:')
#电脑给棋子生成策略(位置)
engine.computer_go(chessman)
else:
i = input('人下棋，请输入下棋坐标（格式：x，y）：')
engine.parse_user_input(i, chessman)#转换成坐标
#下棋
chessboard.set_chessman(chessman)
count +=1
chessboard.print_board()
if engine.is_wonman(chessman):
if k==1:
print('电脑赢了！')
else:
print('人赢了！')
break
if count == 225:
print('平局！')
break主线程作为程序入口，负责操控每一局游戏：
if __name__ == '__main__':
while True:
print('开始一局！')
#调用main方法
main()
s=int(input('是否再来一局：（是：1，否：0）'))
if s!=1:
break
print('游戏结束！') 五子棋的简单人机模式即如上所述。需注意，代码中输入部分未加入严格检查，因此坐标输入必须严格遵循“数字+逗号+字母”的格式，建议后续可加入正则表达式进行校验。附上运行效果图：
以上就是本文的全部内容，希望对大家的学习有所帮助，也欢迎大家多多支持本站。
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