Python製作AI貪吃蛇

摘要： 前提：本文實現AI貪吃蛇自行對戰，加上人機對戰，文章末尾附上原始碼以及各位大佬的連結，還有一些實現步驟，讀者可再次基礎上自行新增電腦VS電腦和玩家VS玩家（其實把人機對戰寫完，這2個都沒什麼了，思路都一樣） 大佬Coco2d製作： http://www.waitingfy.com...

前提：本文實現AI貪吃蛇自行對戰，加上人機對戰，文章末尾附上原始碼以及各位大佬的連結，還有一些實現步驟，讀者可再次基礎上自行新增電腦VS電腦和玩家VS玩家（其實把人機對戰寫完，這2個都沒什麼了，思路都一樣）

大佬Coco2d製作： ofollow,noindex">http://www.waitingfy.com/html5/snake/

實現效果：

具體功能：

1.智慧模式：電腦自己玩（自己吃食物）

2.人機對戰：電腦和人操作（在上步的基礎上加一個鍵盤控制的貪吃蛇即可）

實現環境：

Pycharm + Python3.6 + Curses + Win10

具體過程：

一：配置環境：

Curses: 參考連結 (Cp後面代表本地Python環境，別下錯了)

( Stackoverflow 真的是個非常好的地方) 

二：

1.靈感來源+參考連結：

http://www.hawstein.com/posts/snake-ai.html  （Chrome有時候打不開，Firefox可以開啟）

網上基本都是這篇部落格的轉載（本人和通過Wechat和該大佬取得了聯絡[此人超級厲害]）

https://blog.csdn.net/fox64194167/article/details/19965069 （這個就更厲害了，Coco2d製作：分為人機對戰，AI模式，AI打AI，人人對戰）

2.演算法思路：

A*演算法： https://www.cnblogs.com/21207-iHome/p/6048969.html （本人之前接觸過，當時講課老師說是自動尋路演算法，我感覺和BFS+DFS一樣，結果沒想到居然是A*演算法）

BFS+DFS(略)

第一步是能製作一個 基本的貪吃蛇 ，熟悉Curses的相關環境(最好別對蛇和食物使用特殊字元，在windows環境下會導致畫素延遲，非常醜)

#curses官方手冊：https://docs.python.org/3.5/library/curses.html#module-curses
#curses參考手冊：https://blog.csdn.net/chenxiaohua/article/details/2099304

具體思路：

熟悉Curses中相關指令後基本就沒什麼了， 保證按的下一個鍵不導致蛇死亡，保證蛇吃食物後食物不在蛇身上，保證蛇碰到自己和邊框就死亡,如果按其他鍵，會導致頭被插入2次，從而讓蛇死亡。(具體見程式碼分析)

1 #!/usr/bin/env python 
2 # -*- coding: utf-8 -*- 
3 # @Time : 2018/11/5 17:08 
4 # @Author : Empirefree 
5 # @File : 貪吃蛇-01.py 
6 # @Software: PyCharm Community Edition
7 
8 #curses官方手冊：https://docs.python.org/3.5/library/curses.html#module-curses
9 #curses參考手冊：https://blog.csdn.net/chenxiaohua/article/details/2099304
 10 
 11 # 基本思路：while迴圈,讓蛇一直右走（直到按鍵,如果按了其他鍵就會導致蛇頭被重複插入1次到snake中，
 12 # 繼而第二次迴圈就會退出）,蛇是每次自動增長，但是每次沒吃到食物就會pop尾部(snake放在dict中，類似連結串列),按鍵檢查就是隻能按方向鍵
 13 # 按方向鍵也存在判別是否出錯（按了up後又按down）,然後對於死亡情況就是碰到周圍和自己
 14 
 15 # 1.蛇的移動和吃食物後的變化
 16 # 2.按鍵:按其他鍵和方向鍵
 17 # 3.死亡判斷
 18 
 19 import curses
 20 import random
 21 
 22 # 開啟curses
 23 def Init_Curse():
 24global s
 25s = curses.initscr()
 26curses.curs_set(0)#能見度游標,寫錯了哇
 27curses.noecho()
 28curses.cbreak()#立即得到響應
 29s.keypad(True)#特殊處理鍵位，返回KEY_LEFT
 30 
 31 #關閉並回到終端
 32 def Exit_Curse():
 33curses.echo()
 34curses.nocbreak()
 35s.keypad(False)
 36curses.endwin()
 37 
 38 def Start_Game():
 39# 視窗化操作
 40y, x = s.getmaxyx()# curses中是y,x
 41w = curses.newwin(y, x, 0, 0)
 42w.keypad(1)
 43w.timeout(100)
 44 
 45# 初始化蛇的位置,並用dict儲存
 46snake_x = int(x / 4)
 47snake_y = int(y / 2)
 48snake = [[snake_y, snake_x], [snake_y, snake_x - 1], [snake_y, snake_x - 2]]
 49 
 50# 初始化食物
 51food_pos = [int(y / 2), int(x / 2)]
 52w.addch(food_pos[0], food_pos[1], '@')# 用@顯示食物字元
 53 
 54key = curses.KEY_RIGHT# 得到右方向鍵
 55 
 56# 開始,為什麼我感覺True比1看的爽一些
 57while True:
 58next_key = w.getch()# 等待輸入，傳回整數
 59print(next_key, 'QAQ')
 60# 防止Error
 61if next_key != -1:
 62if key == curses.KEY_RIGHT and next_key != curses.KEY_LEFT \
 63or key == curses.KEY_LEFT and next_key != curses.KEY_RIGHT \
 64or key == curses.KEY_DOWN and next_key != curses.KEY_UP \
 65or key == curses.KEY_UP and next_key != curses.KEY_DOWN:
 66key = next_key
 67 
 68# 蛇死亡, 當蛇頭碰到蛇身或牆壁
 69if 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]) 按下其他鍵就會導致,new_head被插入2次，從而退出
 71curses.endwin()
 72print('!!!遊戲結束!!!')
 73quit()
 74 
 75#按鍵移動
 76tempy = snake[0][0]
 77tempx = snake[0][1]
 78new_head = [tempy, tempx]
 79if key == curses.KEY_RIGHT:
 80new_head[1] += 1
 81elif key == curses.KEY_LEFT:
 82new_head[1] -= 1
 83elif key == curses.KEY_UP:
 84new_head[0] -= 1
 85elif key == curses.KEY_DOWN:
 86new_head[0] += 1
 87snake.insert(0, new_head)#保留蛇頭，根據按鍵更新蛇頭
 88 
 89#食物位置
 90if snake[0] == food_pos:
 91food_pos = None
 92while food_pos is None:
 93new_food = [random.randint(1, y - 1), random.randint(1, x - 1)]
 94if new_food not in snake:
 95food_pos = new_food
 96w.addch(food_pos[0], food_pos[1], '@')#再次新增食物，保證食物不在蛇上
 97else:
 98tail = snake.pop()#dict直接pop尾部
 99w.addch(tail[0], tail[1], ' ')
100 
101w.addch(snake[0][0], snake[0][1], 'Q')
102 
103 if __name__ == '__main__':
104Init_Curse()
105Start_Game()
106 
107print('QAQ')
108Exit_Curse()

基本貪吃蛇

3.程式碼剖析：

[紅色為程式碼所需函式]

（蛇每走一步，就更新snake距離food的board距離，涉及 board_rest (更新每個非snake元素距離food的距離)和 board_refresh （本文這裡採用BFS演算法）），尋找到best_move，然後讓蛇移動即可

如果吃的到食物( find_safe_way )：----> 放出虛擬蛇( virtual_shortest_move )（防止蛇吃完食物就被自己繞死）

如果虛擬蛇吃完食物還可以找到 蛇尾（出的去）( is_tail_inside )

直接吃食物( choose_shortest_safe_move )

反之，出不去：

就跟著尾巴走( follow_tail )就好比一直上下繞，就絕對不會死，但是蛇就完全沒有靈性

如果吃不到食物

跟著尾巴(走最遠的路(

choose_longest_safe_move

))，四個方向走（如果是A*演算法需要將8個方向改成4個方向）

如果上訴方法都不行，就涉及到a ny_possible_move ，挑選距離最小的走(這裡就會涉及到將自己吃死,有待改進)

（通過以上方法，就可以製造一個基本AI貪吃蛇了，當然，還有很多細節方面東西需要考慮）

報錯：

win = curses.newwin(HEIGHT, WIDTH, 0, 0)

_curses.error: curses function returned NULL

原因：      Pycharm下面（或者cmd、exe太小，需要拉大點）

1 #!/usr/bin/env python
2 # -*- coding: utf-8 -*-
3 # @Time : 2018/11/16 14:26
4 # @Author : Empirefree
5 # @File : 貪吃蛇-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 # 必須要弄成全域性哇，不然需要用到的資料太多了
 13 # 1.初始化介面
 14 # 2.更新地圖，判斷是否可以吃到食物
 15 # 3.如果可以吃到，放出虛擬蛇(這裡又設計到地圖更新(board_reset)，記錄距離(board_refresh)操作)
 16 # 3.1虛擬蛇若吃食物距離蛇尾有路徑（直接吃），否則，追蛇尾
 17 # 3.2若吃不到，則追蛇尾
 18 # 4.更新best_move，改變距離
 19 ###########################################################################################
 20 #作者：
 21 print('**************************************************************************')
 22 print('*****************！！！歡迎使用AI貪吃蛇！！！*************************')
 23 print('*****************作者：胡宇喬*********************')
 24 print('*****************工具: Pycharm*********************')
 25 print('*****************時間: 2018/11/16 14:26********************')
 26 print('*****************(按Esc結束貪吃蛇遊戲)**********************')
 27 print('**************************************************************************')
 28 # 場地
 29 HEIGHT, WIDTH = map(int, input('請輸入長度長寬[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 # 四個方向的移動
 39 LEFT = -1
 40 RIGHT = 1
 41 UP = -WIDTH
 42 DOWN = WIDTH
 43 
 44 # 錯誤碼
 45 ERR = -1111
 46 
 47 # 用一維陣列來表示二維的東西
 48 # board表示蛇運動的矩形場地
 49 # 初始化蛇頭在(1,1)的地方，第0行，HEIGHT行，第0列，WIDTH列為圍牆，不可用
 50 # 初始蛇長度為1
 51 board = [0] * FIELD_SIZE
 52 snake = [0] * (FIELD_SIZE + 1)
 53 snake[HEAD] = 1 * WIDTH + 1
 54 snake_size = 1
 55 # tmpsnake即虛擬蛇
 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: 運動方向
 63 food = 3 * WIDTH + 3
 64 best_move = ERR
 65 
 66 # 運動方向陣列
 67 mov = [LEFT, RIGHT, UP, DOWN]
 68 # 接收到的鍵 和 分數
 69 key = KEY_RIGHT
 70 score = 1# 分數也表示蛇長
 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 #判斷是否為空（可走）
 84 def is_cell_free(idx, psize, psnake):
 85return not (idx in psnake[:psize])
 86 
 87 
 88 # 檢查某個位置idx是否可向move方向運動
 89 def is_move_possible(idx, move):
 90flag = False
 91if move == LEFT:
 92flag = True if idx % WIDTH > 1 else False
 93elif move == RIGHT:
 94flag = True if idx % WIDTH < (WIDTH - 2) else False
 95elif move == UP:
 96flag = True if idx > (2 * WIDTH - 1) else False# 即idx/WIDTH > 1
 97elif move == DOWN:
 98flag = True if idx < (FIELD_SIZE - 2 * WIDTH) else False# 即idx/WIDTH < HEIGHT-2
 99return flag
100 
101 
102 # 計算出board中每個非SNAKE元素到達食物的路徑長度,並判斷是否可以找到食物
103 def board_reset(psnake, psize, pboard):
104for i in range(FIELD_SIZE):
105if i == food:
106pboard[i] = FOOD
107elif is_cell_free(i, psize, psnake):# 該位置為空
108pboard[i] = UNDEFINED
109else:# 該位置為蛇身
110pboard[i] = SNAKE
111 
112 
113 # 廣度優先搜尋遍歷整個board，
114 # 計算出board中每個非SNAKE元素到達食物的路徑長度
115 def board_refresh(pfood, psnake, pboard):
116queue = []
117queue.append(pfood)
118inqueue = [0] * FIELD_SIZE
119found = False
120# while迴圈結束後，除了蛇的身體，
121# 其它每個方格中的數字程式碼從它到食物的路徑長度
122while len(queue) != 0:
123idx = queue.pop(0)
124if inqueue[idx] == 1: continue
125inqueue[idx] = 1
126for i in range(4):
127if is_move_possible(idx, mov[i]):
128if idx + mov[i] == psnake[HEAD]:
129found = True
130if pboard[idx + mov[i]] < SNAKE:# 如果該點不是蛇的身體
131 
132if pboard[idx + mov[i]] > pboard[idx] + 1:
133pboard[idx + mov[i]] = pboard[idx] + 1
134if inqueue[idx + mov[i]] == 0:
135queue.append(idx + mov[i])
136 
137return found
138 
139 
140 #蛇頭開始，根據蛇的4個領域選擇最遠路徑(安全一點)
141 def choose_shortest_safe_move(psnake, pboard):
142best_move = ERR
143min = SNAKE
144for i in range(4):
145if is_move_possible(psnake[HEAD], mov[i]) and pboard[psnake[HEAD] + mov[i]] < min:
146min = pboard[psnake[HEAD] + mov[i]]
147best_move = mov[i]
148return best_move
149 
150 
151 # 從蛇頭開始，根據board中元素值，
152 # 從蛇頭周圍4個領域點中選擇最遠路徑
153 def choose_longest_safe_move(psnake, pboard):
154best_move = ERR
155max = -1
156for i in range(4):
157if is_move_possible(psnake[HEAD], mov[i]) and pboard[psnake[HEAD] + mov[i]] < UNDEFINED and pboard[psnake[HEAD] + mov[i]] > max:
158max = pboard[psnake[HEAD] + mov[i]]
159best_move = mov[i]
160return best_move
161 
162 
163 # 檢查是否可以追著蛇尾運動，即蛇頭和蛇尾間是有路徑的
164 # 為的是避免蛇頭陷入死路
165 # 虛擬操作，在tmpboard,tmpsnake中進行
166 def is_tail_inside():
167global tmpboard, tmpsnake, food, tmpsnake_size
168tmpboard[tmpsnake[tmpsnake_size - 1]] = 0# 虛擬地將蛇尾變為食物(因為是虛擬的，所以在tmpsnake,tmpboard中進行)
169tmpboard[food] = SNAKE# 放置食物的地方，看成蛇身
170result = board_refresh(tmpsnake[tmpsnake_size - 1], tmpsnake, tmpboard)# 求得每個位置到蛇尾的路徑長度
171for i in range(4):# 如果蛇頭和蛇尾緊挨著，則返回False。即不能follow_tail，追著蛇尾運動了
172if is_move_possible(tmpsnake[HEAD], mov[i]) and tmpsnake[HEAD] + mov[i] == tmpsnake[
173tmpsnake_size - 1] and tmpsnake_size > 3:
174result = False
175return result
176 
177 
178 # 讓蛇頭朝著蛇尾執行一步
179 # 不管蛇身阻擋，朝蛇尾方向執行
180 def follow_tail():
181global tmpboard, tmpsnake, food, tmpsnake_size
182tmpsnake_size = snake_size
183tmpsnake = snake[:]
184board_reset(tmpsnake, tmpsnake_size, tmpboard)# 重置虛擬board
185tmpboard[tmpsnake[tmpsnake_size - 1]] = FOOD# 讓蛇尾成為食物
186tmpboard[food] = SNAKE# 讓食物的地方變成蛇身
187board_refresh(tmpsnake[tmpsnake_size - 1], tmpsnake, tmpboard)# 求得各個位置到達蛇尾的路徑長度
188tmpboard[tmpsnake[tmpsnake_size - 1]] = SNAKE# 還原蛇尾
189 
190return choose_longest_safe_move(tmpsnake, tmpboard)# 返回執行方向(讓蛇頭運動1步)
191 
192 
193 # 在各種方案都不行時，隨便找一個可行的方向來走(1步),
194 def any_possible_move():
195global food, snake, snake_size, board
196best_move = ERR
197board_reset(snake, snake_size, board)
198board_refresh(food, snake, board)
199min = SNAKE
200 
201for i in range(4):
202if is_move_possible(snake[HEAD], mov[i]) and board[snake[HEAD] + mov[i]] < min:
203min = board[snake[HEAD] + mov[i]]
204best_move = mov[i]
205return best_move
206 
207 #虛擬蛇蛇移動
208 def shift_array(arr, size):
209for i in range(size, 0, -1):
210arr[i] = arr[i - 1]
211 
212 #產生新食物
213 def new_food():
214global food, snake_size
215cell_free = False
216while not cell_free:
217w = randint(1, WIDTH - 2)
218h = randint(1, HEIGHT - 2)
219food = h * WIDTH + w
220cell_free = is_cell_free(food, snake_size, snake)
221win.addch(food // WIDTH, food % WIDTH, '@')
222 
223 
224 # 真正的蛇在這個函式中，朝pbest_move走1步
225 def make_move(pbest_move):
226global key, snake, board, snake_size, score
227shift_array(snake, snake_size)
228snake[HEAD] += pbest_move
229 
230# 按esc退出，getch同時保證繪圖的流暢性，沒有它只會看到最終結果
231win.timeout(10)
232event = win.getch()
233key = key if event == -1 else event
234if key == 27: return
235 
236p = snake[HEAD]
237win.addch(p // WIDTH, p % WIDTH, '*')
238 
239# 如果新加入的蛇頭就是食物的位置
240# 蛇長加1，產生新的食物，重置board(因為原來那些路徑長度已經用不上了)
241if snake[HEAD] == food:
242board[snake[HEAD]] = SNAKE# 新的蛇頭
243snake_size += 1
244score += 1
245if snake_size < FIELD_SIZE: new_food()
246else:# 如果新加入的蛇頭不是食物的位置
247board[snake[HEAD]] = SNAKE# 新的蛇頭
248board[snake[snake_size]] = UNDEFINED# 蛇尾變為空格
249win.addch(snake[snake_size] // WIDTH, snake[snake_size] % WIDTH, ' ')
250 
251 
252 #虛擬蛇最短移動
253 def virtual_shortest_move():
254global snake, board, snake_size, tmpsnake, tmpboard, tmpsnake_size, food
255tmpsnake_size = snake_size
256tmpsnake = snake[:]# 如果直接tmpsnake=snake，則兩者指向同一處
257tmpboard = board[:]# board中已經是各位置到達食物的路徑長度了，不用再計算
258board_reset(tmpsnake, tmpsnake_size, tmpboard)
259 
260food_eated = False
261while not food_eated:
262board_refresh(food, tmpsnake, tmpboard)
263move = choose_shortest_safe_move(tmpsnake, tmpboard)
264shift_array(tmpsnake, tmpsnake_size)
265tmpsnake[HEAD] += move# 在蛇頭前加入一個新的位置
266# 如果新加入的蛇頭的位置正好是食物的位置
267# 則長度加1，重置board，食物那個位置變為蛇的一部分(SNAKE)
268if tmpsnake[HEAD] == food:
269tmpsnake_size += 1
270board_reset(tmpsnake, tmpsnake_size, tmpboard)# 虛擬執行後，蛇在board的位置
271tmpboard[food] = SNAKE
272food_eated = True
273else:# 如果蛇頭不是食物的位置，則新加入的位置為蛇頭，最後一個變為空格
274tmpboard[tmpsnake[HEAD]] = SNAKE
275tmpboard[tmpsnake[tmpsnake_size]] = UNDEFINED
276 
277 
278 # 如果蛇與食物間有路徑，則呼叫本函式
279 def find_safe_way():
280global snake, board
281safe_move = ERR
282# 虛擬地執行一次，因為已經確保蛇與食物間有路徑，所以執行有效
283# 執行後得到虛擬下蛇在board中的位置，即tmpboard，見label101010
284virtual_shortest_move()# 該函式唯一呼叫處
285if is_tail_inside():# 如果虛擬執行後，蛇頭蛇尾間有通路，則選最短路執行(1步)
286return choose_shortest_safe_move(snake, board)
287safe_move = follow_tail()# 否則虛擬地follow_tail 1步，如果可以做到，返回true
288return safe_move
289 
290 if __name__ == '__main__':
291 
292while key != 27:
293win.border(0)
294win.addstr(0, 2, '分數:' + str(score) + ' ')
295win.timeout(10)
296# 接收鍵盤輸入，同時也使顯示流暢
297event = win.getch()
298key = key if event == -1 else event
299# 重置矩陣
300board_reset(snake, snake_size, board)
301 
302# 如果蛇可以吃到食物，board_refresh返回true
303# 並且board中除了蛇身(=SNAKE)，其它的元素值表示從該點運動到食物的最短路徑長
304if board_refresh(food, snake, board):
305best_move = find_safe_way()# find_safe_way的唯一呼叫處
306else:
307best_move = follow_tail()
308 
309if best_move == ERR:
310best_move = any_possible_move()
311# 上面一次思考，只得出一個方向，執行一步
312if best_move != ERR:
313make_move(best_move)
314else:
315break
316 
317curses.endwin()
318print("\n 得分： " + str(score))

貪吃蛇-02

在以上基礎上，還需要引入第一步製造的基本貪吃蛇

細節： 1.鍵盤蛇加入後如何與蛇搶分(只需要return即可，但是 new_food()裡面是需要更改的)

 1 # 產生新食物
 2def new_food():
 3global food, snake_size, myfood
 4cell_free = False
 5while not cell_free:
 6food1 = [random.randint(1, HEIGHT - 2), random.randint(1, WIDTH - 2)]
 7w = randint(1, WIDTH - 2)
 8h = randint(1, HEIGHT - 2)
 9myfood = [h, w]
10food = h * WIDTH + w
11if (is_cell_free(food, snake_size, snake) and [w, h] not in snake1):
12cell_free = True
13win.addch(food // WIDTH, food % WIDTH, '@')

2.一直沒說，由於蛇加入後很多變數都需要global，導致變數看起來非常麻煩（讀者要有心理準備）

3.curses裡面的win.timeout()是控制蛇的速度

好像就沒什麼了，想起來了在更。我沒加入2條蛇不能彼此碰撞（讀者也可以弄成2個地圖，然後看AI蛇和你自己的蛇如何操作跑，我是放在了一個地圖裡面）

當然還有很多很多細節，不過主要思路寫下來了。其餘就靠分析程式碼自行研究了。

最終原始碼: https://pan.baidu.com/s/1TaPIja8FVpyFZRbvjuvEvA 提取碼: ff6f