Python制作AI贪吃蛇
前提：本文实现AI贪吃蛇自行对战，加上人机对战，文章末尾附上源代码以及各位大佬的链接，还有一些实现步骤，读者可再次基础上自行添加电脑VS电脑和玩家VS玩家（其实把人机对战写完，这2个都没什么了，思路都一样）
大佬Coco2d制作：http://www.waitingfy.com/html5/snake/
实现效果：
具体功能：
1.智能模式：电脑自己玩（自己吃食物）
2.人机对战：电脑和人操作（在上步的基础上加一个键盘控制的贪吃蛇即可）
实现环境：
Pycharm + Python3.6 + Curses + Win10
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具体过程：
一：配置环境：
Curses: 参考链接 (Cp后面代表本地Python环境，别下错了)
(Stackoverflow 真的是个非常好的地方)
二：
1.灵感来源+参考链接：
http://www.hawstein.com/posts/snake-ai.html （Chrome有时候打不开，Firefox可以打开）
网上基本都是这篇博客的转载（本人和通过Wechat和该大佬取得了联系[此人超级厉害]）
https://blog.csdn.net/fox64194167/article/details/19965069 （这个就更厉害了，Coco2d制作：分为人机对战，AI模式，AI打AI，人人对战）
2.算法思路：
A*算法：https://www.cnblogs.com/21207-iHome/p/6048969.html（本人之前接触过，当时讲课老师说是自动寻路算法，我感觉和BFS+DFS一样，结果没想到居然是A*算法）
BFS+DFS(略)
第一步是能制作一个基本的贪吃蛇，熟悉Curses的相关环境(最好别对蛇和食物使用特殊字符，在windows环境下会导致像素延迟，非常丑)
#curses官方手册：https://docs.python.org/3.5/library/curses.html#module-curses #curses参考手册：https://blog.csdn.net/chenxiaohua/article/details/2099304
具体思路：
熟悉Curses中相关指令后基本就没什么了，保证按的下一个键不导致蛇死亡，保证蛇吃食物后食物不在蛇身上，保证蛇碰到自己和边框就死亡,如果按其他键，会导致头被插入2次，从而让蛇死亡。(具体见代码分析)
1 #!/usr/bin/env python 2 # -*- coding: utf-8 -*- 3 # @Time : 2018/11/5 17:08 4 # @Author : Empirefree 5 # @File : 贪吃蛇-01.py 6 # @Software: PyCharm Community Edition 7 8 #curses官方手册：https://docs.python.org/3.5/library/curses.html#module-curses 9 #curses参考手册：https://blog.csdn.net/chenxiaohua/article/details/2099304 10 11 # 基本思路：while循环,让蛇一直右走（直到按键,如果按了其他键就会导致蛇头被重复插入1次到snake中， 12 # 继而第二次循环就会退出）,蛇是每次自动增长，但是每次没吃到食物就会pop尾部(snake放在dict中，类似链表),按键检查就是只能按方向键 13 # 按方向键也存在判别是否出错（按了up后又按down）,然后对于死亡情况就是碰到周围和自己 14 15 # 1.蛇的移动和吃食物后的变化 16 # 2.按键:按其他键和方向键 17 # 3.死亡判断 18 19 import curses 20 import random 21 22 # 开启curses 23 def Init_Curse(): 24 global s 25 s = curses.initscr() 26 curses.curs_set(0) #能见度光标,写错了哇 27 curses.noecho() 28 curses.cbreak() #立即得到响应 29 s.keypad(True) #特殊处理键位，返回KEY_LEFT 30 31 #关闭并回到终端 32 def Exit_Curse(): 33 curses.echo() 34 curses.nocbreak() 35 s.keypad(False) 36 curses.endwin() 37 38 def Start_Game(): 39 # 窗口化操作 40 y, x = s.getmaxyx() # curses中是y,x 41 w = curses.newwin(y, x, 0, 0) 42 w.keypad(1) 43 w.timeout(100) 44 45 # 初始化蛇的位置,并用dict存储 46 snake_x = int(x / 4) 47 snake_y = int(y / 2) 48 snake = [[snake_y, snake_x], [snake_y, snake_x - 1], [snake_y, snake_x - 2]] 49 50 # 初始化食物 51 food_pos = [int(y / 2), int(x / 2)] 52 w.addch(food_pos[0], food_pos[1], \'@\') # 用@显示食物字元 53 54 key = curses.KEY_RIGHT # 得到右方向键 55 56 # 开始,为什么我感觉True比1看的爽一些 57 while True: 58 next_key = w.getch() # 等待输入，传回整数 59 print(next_key, \'QAQ\') 60 # 防止Error 61 if next_key != -1: 62 if key == curses.KEY_RIGHT and next_key != curses.KEY_LEFT \ 63 or key == curses.KEY_LEFT and next_key != curses.KEY_RIGHT \ 64 or key == curses.KEY_DOWN and next_key != curses.KEY_UP \ 65 or key == curses.KEY_UP and next_key != curses.KEY_DOWN: 66 key = next_key 67 68 # 蛇死亡, 当蛇头碰到蛇身或墙壁 69 if snake[0][0] in [0, y] or snake[0][1] in [0, x] or snake[0] in snake[1:]: 70 # print(snake[0], snake[1]) 按下其他键就会导致,new_head被插入2次，从而退出 71 curses.endwin() 72 print(\'!!!游戏结束!!!\') 73 quit() 74 75 #按键移动 76 tempy = snake[0][0] 77 tempx = snake[0][1] 78 new_head = [tempy, tempx] 79 if key == curses.KEY_RIGHT: 80 new_head[1] += 1 81 elif key == curses.KEY_LEFT: 82 new_head[1] -= 1 83 elif key == curses.KEY_UP: 84 new_head[0] -= 1 85 elif key == curses.KEY_DOWN: 86 new_head[0] += 1 87 snake.insert(0, new_head) #保留蛇头，根据按键更新蛇头 88 89 #食物位置 90 if snake[0] == food_pos: 91 food_pos = None 92 while food_pos is None: 93 new_food = [random.randint(1, y - 1), random.randint(1, x - 1)] 94 if new_food not in snake: 95 food_pos = new_food 96 w.addch(food_pos[0], food_pos[1], \'@\') #再次添加食物，保证食物不在蛇上 97 else: 98 tail = snake.pop() #dict直接pop尾部 99 w.addch(tail[0], tail[1], \' \') 100 101 w.addch(snake[0][0], snake[0][1], \'Q\') 102 103 if __name__ == \'__main__\': 104 Init_Curse() 105 Start_Game() 106 107 print(\'QAQ\') 108 Exit_Curse()
基本贪吃蛇
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3.代码剖析：
[红色为代码所需函数]
（蛇每走一步，就更新snake距离food的board距离，涉及board_rest(更新每个非snake元素距离food的距离)和board_refresh（本文这里采用BFS算法）），寻找到best_move，然后让蛇移 动 即可
如果吃的到食物(find_safe_way)：—-> 放出虚拟蛇(virtual_shortest_move)（防止蛇吃完食物就被自己绕死）
如果虚拟蛇吃完食物还可以找到 蛇尾（出的去）(is_tail_inside)
直接吃食物(choose_shortest_safe_move)
反之，出不去：
就跟着尾巴走(follow_tail)就好比一直上下绕，就绝对不会死，但是蛇就完全没有灵性
如果吃不到食物
跟着尾巴(走最远的路(choose_longest_safe_move))，四个方向走（如果是A*算法需要将8个方向改成4个方向）
如果上诉方法都不行，就涉及到any_possible_move，挑选距离最小的走(这里就会涉及到将自己吃死,有待改进)
（通过以上方法，就可以制造一个基本AI贪吃蛇了，当然，还有很多细节方面东西需要考虑）
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报错：
win = curses.newwin(HEIGHT, WIDTH, 0, 0)
_curses.error: curses function returned NULL
原因： Pycharm下面（或者cmd、exe太小，需要拉大点）
1 #!/usr/bin/env python 2 # -*- coding: utf-8 -*- 3 # @Time : 2018/11/16 14:26 4 # @Author : Empirefree 5 # @File : 贪吃蛇-03.py 6 # @Software: PyCharm Community Edition 7 8 import curses 9 from curses import KEY_RIGHT, KEY_LEFT, KEY_UP, KEY_DOWN 10 from random import randint 11 12 # 必须要弄成全局哇，不然需要用到的数据太多了 13 # 1.初始化界面 14 # 2.更新地图，判断是否可以吃到食物 15 # 3.如果可以吃到，放出虚拟蛇(这里又设计到地图更新(board_reset)，记录距离(board_refresh)操作) 16 # 3.1虚拟蛇若吃食物距离蛇尾有路径（直接吃），否则，追蛇尾 17 # 3.2若吃不到，则追蛇尾 18 # 4.更新best_move，改变距离 19 ########################################################################################### 20 #作者： 21 print(\'**************************************************************************\') 22 print(\'*****************！！！ 欢迎使用AI贪吃蛇 ！！！*************************\') 23 print(\'*****************作者：胡宇乔 *********************\') 24 print(\'*****************工具: Pycharm *********************\') 25 print(\'*****************时间: 2018/11/16 14:26 ********************\') 26 print(\'***************** (按Esc结束贪吃蛇游戏) **********************\') 27 print(\'**************************************************************************\') 28 # 场地 29 HEIGHT, WIDTH = map(int, input(\'请输入长度长宽[20 40]：\').split()) 30 FIELD_SIZE = HEIGHT * WIDTH 31 32 #蛇和食物 33 HEAD = 0 34 FOOD = 0 35 UNDEFINED = (HEIGHT + 1) * (WIDTH + 1) 36 SNAKE = 2 * UNDEFINED 37 38 # 四个方向的移动 39 LEFT = -1 40 RIGHT = 1 41 UP = -WIDTH 42 DOWN = WIDTH 43 44 # 错误码 45 ERR = -1111 46 47 # 用一维数组来表示二维的东西 48 # board表示蛇运动的矩形场地 49 # 初始化蛇头在(1,1)的地方，第0行，HEIGHT行，第0列，WIDTH列为围墙，不可用 50 # 初始蛇长度为1 51 board = [0] * FIELD_SIZE 52 snake = [0] * (FIELD_SIZE + 1) 53 snake[HEAD] = 1 * WIDTH + 1 54 snake_size = 1 55 # tmpsnake即虚拟蛇 56 tmpboard = [0] * FIELD_SIZE 57 tmpsnake = [0] * (FIELD_SIZE + 1) 58 tmpsnake[HEAD] = 1 * WIDTH + 1 59 tmpsnake_size = 1 60 61 # food:食物位置(0~FIELD_SIZE-1),初始在(3, 3) 62 # best_move: 运动方向 63 food = 3 * WIDTH + 3 64 best_move = ERR 65 66 # 运动方向数组 67 mov = [LEFT, RIGHT, UP, DOWN] 68 # 接收到的键 和 分数 69 key = KEY_RIGHT 70 score = 1 # 分数也表示蛇长 71 72 #cueses初始化 73 curses.initscr() 74 win = curses.newwin(HEIGHT, WIDTH, 0, 0) 75 win.keypad(1) 76 curses.noecho() 77 curses.curs_set(0) 78 win.border(0) 79 win.nodelay(1) 80 win.addch(food // WIDTH, food % WIDTH, \'@\') 81 82 ########################################################################################### 83 #判断是否为空（可走） 84 def is_cell_free(idx, psize, psnake): 85 return not (idx in psnake[:psize]) 86 87 88 # 检查某个位置idx是否可向move方向运动 89 def is_move_possible(idx, move): 90 flag = False 91 if move == LEFT: 92 flag = True if idx % WIDTH > 1 else False 93 elif move == RIGHT: 94 flag = True if idx % WIDTH < (WIDTH - 2) else False 95 elif move == UP: 96 flag = True if idx > (2 * WIDTH - 1) else False # 即idx/WIDTH > 1 97 elif move == DOWN: 98 flag = True if idx < (FIELD_SIZE - 2 * WIDTH) else False # 即idx/WIDTH < HEIGHT-2 99 return flag 100 101 102 # 计算出board中每个非SNAKE元素到达食物的路径长度,并判断是否可以找到食物 103 def board_reset(psnake, psize, pboard): 104 for i in range(FIELD_SIZE): 105 if i == food: 106 pboard[i] = FOOD 107 elif is_cell_free(i, psize, psnake): # 该位置为空 108 pboard[i] = UNDEFINED 109 else: # 该位置为蛇身 110 pboard[i] = SNAKE 111 112 113 # 广度优先搜索遍历整个board， 114 # 计算出board中每个非SNAKE元素到达食物的路径长度 115 def board_refresh(pfood, psnake, pboard): 116 queue = [] 117 queue.append(pfood) 118 inqueue = [0] * FIELD_SIZE 119 found = False 120 # while循环结束后，除了蛇的身体， 121 # 其它每个方格中的数字代码从它到食物的路径长度 122 while len(queue) != 0: 123 idx = queue.pop(0) 124 if inqueue[idx] == 1: continue 125 inqueue[idx] = 1 126 for i in range(4): 127 if is_move_possible(idx, mov[i]): 128 if idx + mov[i] == psnake[HEAD]: 129 found = True 130 if pboard[idx + mov[i]] < SNAKE: # 如果该点不是蛇的身体 131 132 if pboard[idx + mov[i]] > pboard[idx] + 1: 133 pboard[idx + mov[i]] = pboard[idx] + 1 134 if inqueue[idx + mov[i]] == 0: 135 queue.append(idx + mov[i]) 136 137 return found 138 139 140 #蛇头开始，根据蛇的4个领域选择最远路径(安全一点) 141 def choose_shortest_safe_move(psnake, pboard): 142 best_move = ERR 143 min = SNAKE 144 for i in range(4): 145 if is_move_possible(psnake[HEAD], mov[i]) and pboard[psnake[HEAD] + mov[i]] < min: 146 min = pboard[psnake[HEAD] + mov[i]] 147 best_move = mov[i] 148 return best_move 149 150 151 # 从蛇头开始，根据board中元素值， 152 # 从蛇头周围4个领域点中选择最远路径 153 def choose_longest_safe_move(psnake, pboard): 154 best_move = ERR 155 max = -1 156 for i in range(4): 157 if is_move_possible(psnake[HEAD], mov[i]) and pboard[psnake[HEAD] + mov[i]] < UNDEFINED and pboard[psnake[HEAD] + mov[i]] > max: 158 max = pboard[psnake[HEAD] + mov[i]] 159 best_move = mov[i] 160 return best_move 161 162 163 # 检查是否可以追着蛇尾运动，即蛇头和蛇尾间是有路径的 164 # 为的是避免蛇头陷入死路 165 # 虚拟操作，在tmpboard,tmpsnake中进行 166 def is_tail_inside(): 167 global tmpboard, tmpsnake, food, tmpsnake_size 168 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) 169 tmpboard[food] = SNAKE # 放置食物的地方，看成蛇身 170 result = board_refresh(tmpsnake[tmpsnake_size - 1], tmpsnake, tmpboard) # 求得每个位置到蛇尾的路径长度 171 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 172 if is_move_possible(tmpsnake[HEAD], mov[i]) and tmpsnake[HEAD] + mov[i] == tmpsnake[ 173 tmpsnake_size - 1] and tmpsnake_size > 3: 174 result = False 175 return result 176 177 178 # 让蛇头朝着蛇尾运行一步 179 # 不管蛇身阻挡，朝蛇尾方向运行 180 def follow_tail(): 181 global tmpboard, tmpsnake, food, tmpsnake_size 182 tmpsnake_size = snake_size 183 tmpsnake = snake[:] 184 board_reset(tmpsnake, tmpsnake_size, tmpboard) # 重置虚拟board 185 tmpboard[tmpsnake[tmpsnake_size - 1]] = FOOD # 让蛇尾成为食物 186 tmpboard[food] = SNAKE # 让食物的地方变成蛇身 187 board_refresh(tmpsnake[tmpsnake_size - 1], tmpsnake, tmpboard) # 求得各个位置到达蛇尾的路径长度 188 tmpboard[tmpsnake[tmpsnake_size - 1]] = SNAKE # 还原蛇尾 189 190 return choose_longest_safe_move(tmpsnake, tmpboard) # 返回运行方向(让蛇头运动1步) 191 192 193 # 在各种方案都不行时，随便找一个可行的方向来走(1步), 194 def any_possible_move(): 195 global food, snake, snake_size, board 196 best_move = ERR 197 board_reset(snake, snake_size, board) 198 board_refresh(food, snake, board) 199 min = SNAKE 200 201 for i in range(4): 202 if is_move_possible(snake[HEAD], mov[i]) and board[snake[HEAD] + mov[i]] < min: 203 min = board[snake[HEAD] + mov[i]] 204 best_move = mov[i] 205 return best_move 206 207 #虚拟蛇蛇移动 208 def shift_array(arr, size): 209 for i in range(size, 0, -1): 210 arr[i] = arr[i - 1] 211 212 #产生新食物 213 def new_food(): 214 global food, snake_size 215 cell_free = False 216 while not cell_free: 217 w = randint(1, WIDTH - 2) 218 h = randint(1, HEIGHT - 2) 219 food = h * WIDTH + w 220 cell_free = is_cell_free(food, snake_size, snake) 221 win.addch(food // WIDTH, food % WIDTH, \'@\') 222 223 224 # 真正的蛇在这个函数中，朝pbest_move走1步 225 def make_move(pbest_move): 226 global key, snake, board, snake_size, score 227 shift_array(snake, snake_size) 228 snake[HEAD] += pbest_move 229 230 # 按esc退出，getch同时保证绘图的流畅性，没有它只会看到最终结果 231 win.timeout(10) 232 event = win.getch() 233 key = key if event == -1 else event 234 if key == 27: return 235 236 p = snake[HEAD] 237 win.addch(p // WIDTH, p % WIDTH, \'*\') 238 239 # 如果新加入的蛇头就是食物的位置 240 # 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) 241 if snake[HEAD] == food: 242 board[snake[HEAD]] = SNAKE # 新的蛇头 243 snake_size += 1 244 score += 1 245 if snake_size < FIELD_SIZE: new_food() 246 else: # 如果新加入的蛇头不是食物的位置 247 board[snake[HEAD]] = SNAKE # 新的蛇头 248 board[snake[snake_size]] = UNDEFINED # 蛇尾变为空格 249 win.addch(snake[snake_size] // WIDTH, snake[snake_size] % WIDTH, \' \') 250 251 252 #虚拟蛇最短移动 253 def virtual_shortest_move(): 254 global snake, board, snake_size, tmpsnake, tmpboard, tmpsnake_size, food 255 tmpsnake_size = snake_size 256 tmpsnake = snake[:] # 如果直接tmpsnake=snake，则两者指向同一处 257 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 258 board_reset(tmpsnake, tmpsnake_size, tmpboard) 259 260 food_eated = False 261 while not food_eated: 262 board_refresh(food, tmpsnake, tmpboard) 263 move = choose_shortest_safe_move(tmpsnake, tmpboard) 264 shift_array(tmpsnake, tmpsnake_size) 265 tmpsnake[HEAD] += move # 在蛇头前加入一个新的位置 266 # 如果新加入的蛇头的位置正好是食物的位置 267 # 则长度加1，重置board，食物那个位置变为蛇的一部分(SNAKE) 268 if tmpsnake[HEAD] == food: 269 tmpsnake_size += 1 270 board_reset(tmpsnake, tmpsnake_size, tmpboard) # 虚拟运行后，蛇在board的位置 271 tmpboard[food] = SNAKE 272 food_eated = True 273 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 274 tmpboard[tmpsnake[HEAD]] = SNAKE 275 tmpboard[tmpsnake[tmpsnake_size]] = UNDEFINED 276 277 278 # 如果蛇与食物间有路径，则调用本函数 279 def find_safe_way(): 280 global snake, board 281 safe_move = ERR 282 # 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 283 # 运行后得到虚拟下蛇在board中的位置，即tmpboard，见label101010 284 virtual_shortest_move() # 该函数唯一调用处 285 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) 286 return choose_shortest_safe_move(snake, board) 287 safe_move = follow_tail() # 否则虚拟地follow_tail 1步，如果可以做到，返回true 288 return safe_move 289 290 if __name__ == \'__main__\': 291 292 while key != 27: 293 win.border(0) 294 win.addstr(0, 2, \'分数:\' + str(score) + \' \') 295 win.timeout(10) 296 # 接收键盘输入，同时也使显示流畅 297 event = win.getch() 298 key = key if event == -1 else event 299 # 重置矩阵 300 board_reset(snake, snake_size, board) 301 302 # 如果蛇可以吃到食物，board_refresh返回true 303 # 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 304 if board_refresh(food, snake, board): 305 best_move = find_safe_way() # find_safe_way的唯一调用处 306 else: 307 best_move = follow_tail() 308 309 if best_move == ERR: 310 best_move = any_possible_move() 311 # 上面一次思考，只得出一个方向，运行一步 312 if best_move != ERR: 313 make_move(best_move) 314 else: 315 break 316 317 curses.endwin() 318 print("\n 得分： " + str(score))
贪吃蛇-02
在以上基础上，还需要引入第一步制造的基本贪吃蛇
细节： 1.键盘蛇加入后如何与蛇抢分(只需要return即可，但是 new_food()里面是需要更改的)
1 # 产生新食物 2 def new_food(): 3 global food, snake_size, myfood 4 cell_free = False 5 while not cell_free: 6 food1 = [random.randint(1, HEIGHT - 2), random.randint(1, WIDTH - 2)] 7 w = randint(1, WIDTH - 2) 8 h = randint(1, HEIGHT - 2) 9 myfood = [h, w] 10 food = h * WIDTH + w 11 if (is_cell_free(food, snake_size, snake) and [w, h] not in snake1): 12 cell_free = True 13 win.addch(food // WIDTH, food % WIDTH, \'@\')
2.一直没说，由于蛇加入后很多变量都需要global，导致变量看起来非常麻烦（读者要有心理准备）
3.curses里面的win.timeout()是控制蛇的速度
好像就没什么了，想起来了在更。我没加入2条蛇不能彼此碰撞（读者也可以弄成2个地图，然后看AI蛇和你自己的蛇如何操作跑，我是放在了一个地图里面）
当然还有很多很多细节，不过主要思路写下来了。其余就靠分析代码自行研究了。
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最终源代码: https://pan.baidu.com/s/1TaPIja8FVpyFZRbvjuvEvA 提取码: ff6f
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