python项目贪吃蛇_项目分享丨一步步教你用Python写AI贪吃蛇！

前言

用Python编写的游戏中，贪吃蛇算是很经典的！

在开源项目里，我们能随处可以搜到贪吃蛇的代码，不过这次我要分享的是智能贪吃蛇哦，也就是电脑自己跟自己玩~

1、项目思路

贪吃蛇大家都玩过，我们先来看看它的游戏元素及游戏规则。

需要有贪吃蛇和食物；

需要能控制贪吃蛇来上下移动获取食物；

贪吃蛇吃到食物后，自身长度增加，同时食物消失，并随机生成新的食物；

如果贪吃蛇触碰到四周墙壁或是触碰到自己身体时，则游戏结束。

那么，怎么表示蛇，以及它移动呢？

首先，我们将整个游戏区域划分成一个个小格子，每组连在一起的小格子就组成“蛇”（可以用不同的颜色）

用坐标来表示每一个小方格，X 轴和 Y 轴的范围都是可以设定好的，用一个列表来存放“蛇身”的坐标，一条“蛇”就出来了。

细想移动前和移动后“蛇”的位置变化，其实除了头尾，蛇的其它部分是没有变的，所以每次将下一格的坐标添加到列表开头，并移除列表的最后一个元素，就相当于蛇向前移动了一格。

2、环境

操作系统：MacOSX

编辑器：PyCharm

Python版本：3.7.4

相关模块：Pygame

3、代码实现

以下为完整代码，来源 github@Hawstein，#为每段代码的注释，可上下左右移动。

# coding: utf-8

import pygame,sys,time,random

from pygame.locals import *

# 定义颜色变量

redColour = pygame.Color(255,0,0)

blackColour = pygame.Color(0,0,0)

whiteColour = pygame.Color(255,255,255)

greenColour = pygame.Color(0,255,0)

headColour = pygame.Color(0,119,255)

#注意：在下面所有的除法中，为了防止pygame输出偏差，必须取除数(//)而不是单纯除法(/)

# 蛇运动的场地长宽，因为第0行，HEIGHT行，第0列，WIDTH列为围墙，所以实际是13*13

HEIGHT = 15

WIDTH = 15

FIELD_SIZE = HEIGHT * WIDTH

# 蛇头位于snake数组的第一个元素

HEAD = 0

# 用数字代表不同的对象，由于运动时矩阵上每个格子会处理成到达食物的路径长度，

# 因此这三个变量间需要有足够大的间隔(>HEIGHT*WIDTH)来互相区分

# 小写一般是坐标，大写代表常量

FOOD = 0

UNDEFINED = (HEIGHT + 1) * (WIDTH + 1)

SNAKE = 2 * UNDEFINED

# 由于snake是一维数组，所以对应元素直接加上以下值就表示向四个方向移动

LEFT = -1

RIGHT = 1

UP = -WIDTH#一维数组，所以需要整个宽度都加上才能表示上下移动

DOWN = WIDTH

# 错误码

ERR = -2333

# 用一维数组来表示二维的东西

# board表示蛇运动的矩形场地

# 初始化蛇头在(1,1)的地方

# 初始蛇长度为1

board = [0] * FIELD_SIZE #[0,0,0,……]

snake = [0] * (FIELD_SIZE+1)

snake[HEAD] = 1*WIDTH+1

snake_size = 1

# 与上面变量对应的临时变量，蛇试探性地移动时使用

tmpboard = [0] * FIELD_SIZE

tmpsnake = [0] * (FIELD_SIZE+1)

tmpsnake[HEAD] = 1*WIDTH+1

tmpsnake_size = 1

# food:食物位置初始在(4, 7)

# best_move: 运动方向

food = 4 * WIDTH + 7

best_move = ERR

# 运动方向数组，游戏分数(蛇长)

mov = [LEFT, RIGHT, UP, DOWN]

score = 1

# 检查一个cell有没有被蛇身覆盖，没有覆盖则为free，返回true

def is_cell_free(idx, psize, psnake):

return not (idx in psnake[:psize])

# 检查某个位置idx是否可向move方向运动

def is_move_possible(idx, move):

flag = False

if move == LEFT:

#因为实际范围是13*13,[1,13]*[1,13],所以idx为1时不能往左跑，此时取余为1所以>1

flag = True if idx%WIDTH > 1 else False

elif move == RIGHT:

#这里的

flag = True if idx%WIDTH < (WIDTH-2) else False

elif move == UP:

#这里向上的判断画图很好理解，因为在[1,13]*[1,13]的实际运动范围外，还有个

#大框是围墙，就是之前说的那几个行列，下面判断向下运动的条件也是类似的

flag = True if idx > (2*WIDTH-1) else False

elif move == DOWN:

flag = True if idx < (FIELD_SIZE-2*WIDTH) else False

return flag

# 重置board

# board_BFS后，UNDEFINED值都变为了到达食物的路径长度

# 如需要还原，则要重置它

def board_reset(psnake, psize, pboard):

for i in range(FIELD_SIZE):

if i == food:

pboard[i] = FOOD

elif is_cell_free(i, psize, psnake): # 该位置为空

pboard[i] = UNDEFINED

else: # 该位置为蛇身

pboard[i] = SNAKE

# 广度优先搜索遍历整个board，

# 计算出board中每个非SNAKE元素到达食物的路径长度

def board_BFS(pfood, psnake, pboard):

queue = []

queue.append(pfood)

inqueue = [0] * FIELD_SIZE

found = False

# while循环结束后，除了蛇的身体，

# 其它每个方格中的数字为从它到食物的曼哈顿间距

while len(queue)!=0:

idx = queue.pop(0)#初始时idx是食物的坐标

if inqueue[idx] == 1: continue

inqueue[idx] = 1

for i in range(4):#左右上下

if is_move_possible(idx, mov[i]):

if idx + mov[i] == psnake[HEAD]:

found = True

if pboard[idx+mov[i]] < SNAKE: # 如果该点不是蛇的身体

if pboard[idx+mov[i]] > pboard[idx]+1:#小于的时候不管，不然会覆盖已有的路径数据

pboard[idx+mov[i]] = pboard[idx] + 1

if inqueue[idx+mov[i]] == 0:

queue.append(idx+mov[i])

return found

# 从蛇头开始，根据board中元素值，

# 从蛇头周围4个领域点中选择最短路径

def choose_shortest_safe_move(psnake, pboard):

best_move = ERR

min = SNAKE

for i in range(4):

if is_move_possible(psnake[HEAD], mov[i]) and pboard[psnake[HEAD]+mov[i]]

#这里判断最小和下面的函数判断最大，都是先赋值，再循环互相比较

min = pboard[psnake[HEAD]+mov[i]]

best_move = mov[i]

return best_move

# 从蛇头开始，根据board中元素值，

# 从蛇头周围4个领域点中选择最远路径

def choose_longest_safe_move(psnake, pboard):

best_move = ERR

max = -1

for i in range(4):

if is_move_possible(psnake[HEAD], mov[i]) and pboard[psnake[HEAD]+mov[i]]max:

max = pboard[psnake[HEAD]+mov[i]]

best_move = mov[i]

return best_move

# 检查是否可以追着蛇尾运动，即蛇头和蛇尾间是有路径的

# 为的是避免蛇头陷入死路

# 虚拟操作，在tmpboard,tmpsnake中进行

def is_tail_inside():

global tmpboard, tmpsnake, food, tmpsnake_size

tmpboard[tmpsnake[tmpsnake_size-1]] = 0 # 虚拟地将蛇尾变为食物(因为是虚拟的，所以在tmpsnake,tmpboard中进行)

tmpboard[food] = SNAKE # 放置食物的地方，看成蛇身

result = board_BFS(tmpsnake[tmpsnake_size-1], tmpsnake, tmpboard) # 求得每个位置到蛇尾的路径长度

for i in range(4): # 如果蛇头和蛇尾紧挨着，则返回False。即不能follow_tail，追着蛇尾运动了

if is_move_possible(tmpsnake[HEAD], mov[i]) and tmpsnake[HEAD]+mov[i]==tmpsnake[tmpsnake_size-1] and tmpsnake_size>3:

result = False

return result

# 让蛇头朝着蛇尾运行一步

# 不管蛇身阻挡，朝蛇尾方向运行

def follow_tail():

global tmpboard, tmpsnake, food, tmpsnake_size

tmpsnake_size = snake_size

tmpsnake = snake[:]

board_reset(tmpsnake, tmpsnake_size, tmpboard) # 重置虚拟board

tmpboard[tmpsnake[tmpsnake_size-1]] = FOOD # 让蛇尾成为食物

tmpboard[food] = SNAKE # 让食物的地方变成蛇身

board_BFS(tmpsnake[tmpsnake_size-1], tmpsnake, tmpboard) # 求得各个位置到达蛇尾的路径长度

tmpboard[tmpsnake[tmpsnake_size-1]] = SNAKE # 还原蛇尾

return choose_longest_safe_move(tmpsnake, tmpboard) # 返回运行方向(让蛇头运动1步)

# 在各种方案都不行时，随便找一个可行的方向来走(1步),

def any_possible_move():

global food , snake, snake_size, board

best_move = ERR

board_reset(snake, snake_size, board)

board_BFS(food, snake, board)

min = SNAKE

for i in range(4):

if is_move_possible(snake[HEAD], mov[i]) and board[snake[HEAD]+mov[i]]

min = board[snake[HEAD]+mov[i]]

best_move = mov[i]

return best_move

#转换数组函数

def shift_array(arr, size):

for i in range(size, 0, -1):

arr[i] = arr[i-1]

def new_food():#随机函数生成新的食物

global food, snake_size

cell_free = False

while not cell_free:

w = random.randint(1, WIDTH-2)

h = random.randint(1, HEIGHT-2)

food = WIDTH*h + w

cell_free = is_cell_free(food, snake_size, snake)

pygame.draw.rect(playSurface,redColour,Rect(18*(food//WIDTH), 18*(food%WIDTH),18,18))

# 真正的蛇在这个函数中，朝pbest_move走1步

def make_move(pbest_move):

global snake, board, snake_size, score

shift_array(snake, snake_size)

snake[HEAD] += pbest_move

p = snake[HEAD]

for body in snake:#画蛇，身体，头，尾

pygame.draw.rect(playSurface,whiteColour,Rect(18*(body//WIDTH), 18*(body%WIDTH),18,18))

pygame.draw.rect(playSurface,greenColour,Rect(18*(snake[snake_size-1]//WIDTH),18*(snake[snake_size-1]%WIDTH),18,18))

pygame.draw.rect(playSurface,headColour,Rect(18*(p//WIDTH), 18*(p%WIDTH),18,18))

#下面一行是把初始情况会出现的第一个白块bug填掉

pygame.draw.rect(playSurface,(255,255,0),Rect(0,0,18,18))

# 刷新pygame显示层

pygame.display.flip()

# 如果新加入的蛇头就是食物的位置

# 蛇长加1，产生新的食物，重置board(因为原来那些路径长度已经用不上了)

if snake[HEAD] == food:

board[snake[HEAD]] = SNAKE # 新的蛇头

snake_size += 1

score += 1

if snake_size < FIELD_SIZE: new_food()

else: # 如果新加入的蛇头不是食物的位置

board[snake[HEAD]] = SNAKE # 新的蛇头

board[snake[snake_size]] = UNDEFINED # 蛇尾变为UNDEFINED，黑色

pygame.draw.rect(playSurface,blackColour,Rect(18*(snake[snake_size]//WIDTH),18*(snake[snake_size]%WIDTH),18,18))

# 刷新pygame显示层

pygame.display.flip()

# 虚拟地运行一次，然后在调用处检查这次运行可否可行

# 可行才真实运行。

# 虚拟运行吃到食物后，得到虚拟下蛇在board的位置

def virtual_shortest_move():

global snake, board, snake_size, tmpsnake, tmpboard, tmpsnake_size, food

tmpsnake_size = snake_size

tmpsnake = snake[:] # 如果直接tmpsnake=snake，则两者指向同一处内存

tmpboard = board[:] # board中已经是各位置到达食物的路径长度了，不用再计算

board_reset(tmpsnake, tmpsnake_size, tmpboard)

food_eated = False

while not food_eated:

board_BFS(food, tmpsnake, tmpboard)

move = choose_shortest_safe_move(tmpsnake, tmpboard)

shift_array(tmpsnake, tmpsnake_size)

tmpsnake[HEAD] += move # 在蛇头前加入一个新的位置

# 如果新加入的蛇头的位置正好是食物的位置

# 则长度加1，重置board，食物那个位置变为蛇的一部分(SNAKE)

if tmpsnake[HEAD] == food:

tmpsnake_size += 1

board_reset(tmpsnake, tmpsnake_size, tmpboard) # 虚拟运行后，蛇在board的位置

tmpboard[food] = SNAKE

food_eated = True

else: # 如果蛇头不是食物的位置，则新加入的位置为蛇头，最后一个变为空格

tmpboard[tmpsnake[HEAD]] = SNAKE

tmpboard[tmpsnake[tmpsnake_size]] = UNDEFINED

# 如果蛇与食物间有路径，则调用本函数

def find_safe_way():

global snake, board

safe_move = ERR

# 虚拟地运行一次，因为已经确保蛇与食物间有路径，所以执行有效

# 运行后得到虚拟下蛇在board中的位置，即tmpboard

virtual_shortest_move() # 该函数唯一调用处

if is_tail_inside(): # 如果虚拟运行后，蛇头蛇尾间有通路，则选最短路运行(1步)

return choose_shortest_safe_move(snake, board)

safe_move = follow_tail() # 否则虚拟地follow_tail 1步，如果可以做到，返回true

return safe_move

#初始化pygame

pygame.init()

#定义一个变量用来控制游戏速度

fpsClock = pygame.time.Clock()

# 创建pygame显示层

playSurface = pygame.display.set_mode((270,270))

pygame.display.set_caption('贪吃蛇')

# 绘制pygame显示层

playSurface.fill(blackColour)

#初始化食物

pygame.draw.rect(playSurface,redColour,Rect(18*(food//WIDTH), 18*(food%WIDTH),18,18))

while True:

for event in pygame.event.get():#循环监听键盘和退出事件

if event.type == QUIT:#如果点了关闭

print(score)#游戏结束后打印分数

pygame.quit()

sys.exit()

elif event.type == KEYDOWN:#如果esc键被按下

if event.key==K_ESCAPE:

print(score)#游戏结束后打印分数

pygame.quit()

sys.exit()

# 刷新pygame显示层

pygame.display.flip()

#画围墙，255,255,0是黄色，边框是36是因为，pygame矩形是以边为初始，向四周填充边框

pygame.draw.rect(playSurface,(255,255,0),Rect(0,0,270,270),36)

# 重置距离

board_reset(snake, snake_size, board)

# 如果蛇可以吃到食物，board_BFS返回true

# 并且board中除了蛇身(=SNAKE)，其它的元素值表示从该点运动到食物的最短路径长

if board_BFS(food, snake, board):

best_move = find_safe_way() # find_safe_way的唯一调用处

else:

best_move = follow_tail()

if best_move == ERR:

best_move = any_possible_move()

# 上面一次思考，只得出一个方向，运行一步

if best_move != ERR: make_move(best_move)

else:

print(score)#游戏结束后打印分数

break

# 控制游戏速度

fpsClock.tick(20)#20看上去速度正好

4、成果展示

最后我们来运行代码，可以看到电脑自己愉快地玩起了贪吃蛇。为了给大家更直观展示，gif为4倍速和8倍速录制。

5、总结

值得说一下，这次贪吃蛇的代码我们借助三方库Pygame。

Pygame是一个利用SDL库的游戏库，在SDL库的基础上提供各种接口， 是一组用来开发游戏软件的 Python 程序模块，里面有很多游戏哦。除此之外，简单的爬虫技术，还可以在工作和生活中实现许多有趣、使用的功能：

比如有人用来做股票分析；

有人想转行前端，爬过拉勾网里所有前端职位的招聘需求，然后从中分析出哪些框架要求的多，就专攻那些框架学习，再去去找工作；

有人用python轻松爬取千张表情包，再也不怕斗图了；

有人观影前爬取某电影的猫眼评论和评分，更准确地从眼花缭乱的评论中分析，大家对这电影打高分或低分的原因，还做成了关键词词云……

Python培训可以为我们的好奇心买单，通过合理设置爬虫和分析工具，我们的生活会远远比目前看到的更加精彩和多样化。

还没开启Python学习的你，不要再在犹豫中耗尽所有可能！