150+行Python代碼實現帶界面的數獨遊戲

150行代碼實現圖形化數獨遊戲

今天閒著沒事幹，以前做過html+js版的數獨，這次做個python版本的，界面由pygame完成，數獨生成由遞歸算法實現，由shuffle保證每次遊戲都是不一樣的情況，have fun；

功能列表：

• 圖形化的數獨遊戲；
• python實現，依賴pygame庫；
• 隨機生成遊戲，每次運行都不一樣；
• 數字填入後的正確性判斷以及顏色提示；
• 顯示剩餘需填入的空格，已經操作的次數；
• 難度可選，通過修改需要填入的空的數量；

遊戲界面

初始界面

過程中界面

運行方式

<code>python main.py 15
/<code>

這裡的15表示需要填入的空格數量為15，理論上這個值越大，難度就越高，大家可以隨機調整，或者設置容易、簡單、困難、地獄等對應不同的值即可，很方便修改；

程序分析

界面部分

這部分很簡單的通過pygame來實現，主要使用了其中的主循環、鼠標鍵盤監聽、畫矩形線條、字體、顏色控制等，理解起來很容易，對於這部分不太熟悉的同學，這樣理解就好：pygame的主循環中一方面負責接收用戶輸入，一般就是鼠標和鍵盤，另一方面負責實時更新界面顯示內容；

對於界面上各部分內容的繪製的函數封裝

<code># 繪製背景部分，這裡就是9*9的九宮格
def draw_background():
    # white background
    screen.fill(COLORS['white'])

    # draw game board
    pygame.draw.rect(screen,COLORS['black'],(0,0,300,900),5)
    pygame.draw.rect(screen,COLORS['black'],(300,0,300,900),5)
    pygame.draw.rect(screen,COLORS['black'],(600,0,300,900),5)

    pygame.draw.rect(screen,COLORS['black'],(0,0,900,300),5)
    pygame.draw.rect(screen,COLORS['black'],(0,300,900,300),5)
    pygame.draw.rect(screen,COLORS['black'],(0,600,900,300),5)

# 將用戶選中的各自背景改為藍色塊表示選中
def draw_choose():
    pygame.draw.rect(screen,COLORS['blue'],(cur_j*100+5,cur_i*100+5,100-10,100-10),0)

# 繪製九宮格中的數字，包括本來就有的，以及用戶填入的，本來就在的用灰色，用戶填入的如何合法則為綠色，否則為紅色，是一種提示
def draw_number():
    for i in range(len(MATRIX)):
        for j in range(len(MATRIX[0])):
            _color = check_color(MATRIX,i,j) if (i,j) in BLANK_IJ else COLORS['gray']
            txt = font80.render(str(MATRIX[i][j] if MATRIX[i][j] not in [0,'0'] else ''),True,_color)
            x,y = j*100+30,i*100+10
            screen.blit(txt,(x,y))

# 繪製最下方的當前空格子數量以及用戶的操作數量
def draw_context():
    txt = font100.render('Blank:'+str(cur_blank_size)+'   Change:'+str(cur_change_size),True,COLORS['black'])
    x,y = 10,900
    screen.blit(txt,(x,y))
/<code>

主循環中對上述函數的調用以及鼠標鍵盤事件處理

<code># 主循環，負責監聽鼠標鍵盤時間，以及刷新界面內容，以及檢查是否贏得了遊戲
running = True
while running:
    for event in pygame.event.get():
        if event.type == pygame.QUIT:
            running = False
            break
        elif event.type == pygame.MOUSEBUTTONDOWN:
            cur_j,cur_i = int(event.pos[0]/100),int(event.pos[1]/100)
        elif event.type == event.type == pygame.KEYUP:
            if chr(event.key) in ['1','2','3','4','5','6','7','8','9'] and (cur_i,cur_j) in BLANK_IJ:
                MATRIX[cur_i][cur_j] = int(chr(event.key))
                cur_blank_size = sum([1 if col==0 or col=='0' else 0 for row in MATRIX for col in row])
                cur_change_size +=1
    # background
    draw_background()
    # choose item
    draw_choose()
    # numbers
    draw_number()
    # point
    draw_context()
    # flip
    pygame.display.flip()

    # check win or not
    if check_win(MATRIX_ANSWER,MATRIX):
        print('You win, smarty ass!!!')
        break

pygame.quit()
/<code>

生成表示數獨的二維數組

相對於界面部分，這部分在邏輯上要難一些，思路以遞歸為核心，輔以隨機性，得到一個每次生成都不一致的數獨遊戲，生成思路簡單描述如下：

1. 遍歷每個空格，填入目前為止合法的數字；
2. 如果有數字可以填入，則繼續向下一個空格；
3. 如果沒有數字可以填入，表示之前的數字有問題，則結束遞歸；
4. 當遞歸到最後一個格子的下一個時，表示已經生成完畢，返回即可；
5. 這個過程中對1~9這九個數字的遍歷數字會經過shuffle處理，保證隨機性而不是每次都得到同一個合法的數獨數組；

生成過程代碼

遞歸的一個優勢是通常代碼都很短，當然閱讀性不強，歡迎大佬們改為循環；

<code>def shuffle_number(_list):
    random.shuffle(_list)
    return _list

def check(matrix,i,j,number):
    if number in matrix[i]:
        return False
    if number in [row[j] for row in matrix]:
        return False
    group_i,group_j = int(i/3),int(j/3)
    if number in [matrix[i][j] for i in range(group_i*3,(group_i+1)*3) for j in range(group_j*3,(group_j+1)*3)]:
        return False
    return True

def build_game(matrix,i,j,number):
    if i>8 or j>8:
        return matrix
    if check(matrix,i,j,number):
        _matrix = [[col for col in row] for row in matrix]
        _matrix[i][j] = number
        next_i,next_j = (i+1,0) if j==8 else (i,j+1)
        for _number in shuffle_number(number_list):
            __matrix = build_game(_matrix,next_i,next_j,_number)
            if __matrix and sum([sum(row) for row in __matrix])==(sum(range(1,10))*9):
                return __matrix
    return None
/<code>

隨機覆蓋數獨數組中的N個位置

• matrix_all表示整個數獨數組
• matrix_blank表示部分被替換為0的用於顯示的數組
• blank_ij表示被覆蓋位置的i和j

<code>def give_me_a_game(blank_size=9):
    matrix_all = build_game(matrix,0,0,random.choice(number_list))
    set_ij = set()
    while len(list(set_ij))<blank>        set_ij.add(str(random.choice([0,1,2,3,4,5,6,7,8]))+','+str(random.choice([0,1,2,3,4,5,6,7,8])))
    matrix_blank = [[col for col in row] for row in matrix_all]
    blank_ij = []
    for ij in list(set_ij):
        i,j = int(ij.split(',')[0]),int(ij.split(',')[1])
        blank_ij.append((i,j))
        matrix_blank[i][j] = 0
    return matrix_all,matrix_blank,blank_ij
/<blank>/<code>

最後附上全部代碼

大家也可以直接從我的Github倉庫fork下來直接運行；

main.py：主流程+界面+執行

<code>import sys

import pygame
from pygame.color import THECOLORS as COLORS

from build import print_matrix,give_me_a_game,check

def draw_background():
    # white background
    screen.fill(COLORS['white'])

    # draw game board
    pygame.draw.rect(screen,COLORS['black'],(0,0,300,900),5)
    pygame.draw.rect(screen,COLORS['black'],(300,0,300,900),5)
    pygame.draw.rect(screen,COLORS['black'],(600,0,300,900),5)

    pygame.draw.rect(screen,COLORS['black'],(0,0,900,300),5)
    pygame.draw.rect(screen,COLORS['black'],(0,300,900,300),5)
    pygame.draw.rect(screen,COLORS['black'],(0,600,900,300),5)

def draw_choose():
    pygame.draw.rect(screen,COLORS['blue'],(cur_j*100+5,cur_i*100+5,100-10,100-10),0)

def check_win(matrix_all,matrix): 

    if matrix_all == matrix:
        return True
    return False

def check_color(matrix,i,j):
    _matrix = [[col for col in row]for row in matrix]
    _matrix[i][j] = 0
    if check(_matrix,i,j,matrix[i][j]):
        return COLORS['green']
    return COLORS['red']

def draw_number():
    for i in range(len(MATRIX)):
        for j in range(len(MATRIX[0])):
            _color = check_color(MATRIX,i,j) if (i,j) in BLANK_IJ else COLORS['gray']
            txt = font80.render(str(MATRIX[i][j] if MATRIX[i][j] not in [0,'0'] else ''),True,_color)
            x,y = j*100+30,i*100+10
            screen.blit(txt,(x,y))

def draw_context():
    txt = font100.render('Blank:'+str(cur_blank_size)+'   Change:'+str(cur_change_size),True,COLORS['black'])
    x,y = 10,900
    screen.blit(txt,(x,y))

if __name__ == "__main__":
    # init pygame
    pygame.init()
    
    # contant
    SIZE = [900,1000]
    font80 = pygame.font.SysFont('Times', 80)
    font100 = pygame.font.SysFont('Times', 90)
    
    # create screen 500*500
    screen = pygame.display.set_mode(SIZE)
    
    # variable parameter
    cur_i, cur_j = 0,0
    cur_blank_size = int(sys.argv[1])
    cur_change_size = 0
    
    # matrix abount
    MATRIX_ANSWER,MATRIX,BLANK_IJ = give_me_a_game(blank_size=cur_blank_size)
    print(BLANK_IJ)
    print_matrix(MATRIX)
    
    # main loop
    running = True
    while running:
        for event in pygame.event.get(): 

            if event.type == pygame.QUIT:
                running = False
                break
            elif event.type == pygame.MOUSEBUTTONDOWN:
                cur_j,cur_i = int(event.pos[0]/100),int(event.pos[1]/100)
            elif event.type == event.type == pygame.KEYUP:
                if chr(event.key) in ['1','2','3','4','5','6','7','8','9'] and (cur_i,cur_j) in BLANK_IJ:
                    MATRIX[cur_i][cur_j] = int(chr(event.key))
                    cur_blank_size = sum([1 if col==0 or col=='0' else 0 for row in MATRIX for col in row])
                    cur_change_size +=1
        # background
        draw_background()
        # choose item
        draw_choose()
        # numbers
        draw_number()
        # point
        draw_context()
        # flip
        pygame.display.flip()
    
        # check win or not
        if check_win(MATRIX_ANSWER,MATRIX):
            print('You win, smarty ass!!!')
            break
    
    pygame.quit()
/<code>

build.py：生成數獨數組部分

<code>import random

def print_matrix(matrix):
    print('—'*19)
    for row in matrix:
        print('|'+' '.join([str(col) for col in row])+'|')
    print('—'*19)

def shuffle_number(_list):
    random.shuffle(_list)
    return _list

def check(matrix,i,j,number):
    if number in matrix[i]:
        return False
    if number in [row[j] for row in matrix]:
        return False
    group_i,group_j = int(i/3),int(j/3)
    if number in [matrix[i][j] for i in range(group_i*3,(group_i+1)*3) for j in range(group_j*3,(group_j+1)*3)]: 

        return False
    return True

def build_game(matrix,i,j,number):
    if i>8 or j>8:
        return matrix
    if check(matrix,i,j,number):
        _matrix = [[col for col in row] for row in matrix]
        _matrix[i][j] = number
        next_i,next_j = (i+1,0) if j==8 else (i,j+1)
        for _number in shuffle_number(number_list):
            #_matrixs.append(build_game(_matrix,next_i,next_j,_number))
            __matrix = build_game(_matrix,next_i,next_j,_number)
            if __matrix and sum([sum(row) for row in __matrix])==(sum(range(1,10))*9):
                return __matrix
    #return _matrixs
    return None

def give_me_a_game(blank_size=9):
    matrix_all = build_game(matrix,0,0,random.choice(number_list))
    set_ij = set()
    while len(list(set_ij))<blank>        set_ij.add(str(random.choice([0,1,2,3,4,5,6,7,8]))+','+str(random.choice([0,1,2,3,4,5,6,7,8])))
    matrix_blank = [[col for col in row] for row in matrix_all]
    blank_ij = []
    for ij in list(set_ij):
        i,j = int(ij.split(',')[0]),int(ij.split(',')[1])
        blank_ij.append((i,j))
        matrix_blank[i][j] = 0
    return matrix_all,matrix_blank,blank_ij

number_list = [1,2,3,4,5,6,7,8,9]
matrix = [([0]*9) for i in range(9)]
if __name__ == "__main__":
    print_matrix(build_game(matrix,0,0,random.choice(number_list)))
/<blank>/<code>

總結

如果刻意減少代碼的話，實際應該控制在100行以內，這也充分表達了python的強大，確實可以在很短的時間內完成一些看似複雜的工作，這個例子供一些同學上手python個人覺得還是不錯的，沒有太複雜的用法，對界面開發有一點點了解，對遞歸有一些理解基本就能完全掌握這份代碼，希望大家玩的開心，挑戰一下50個空格，哈哈，反正我沒通過，太難了。。。。

最後

多說一句，很多人學Python過程中會遇到各種煩惱問題，沒有人解答容易放棄。小編是一名python開發工程師，這裡有我自己整理了一套最新的python系統學習教程，包括從基礎的python腳本到web開發、爬蟲、數據分析、數據可視化、機器學習等。想要這些資料的可以關注小編，並在後臺私信小編：“01”即可領取。

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