基于Python实现的五子棋游戏设计
一、设计目的：
1.1 课程设计教学目的
本课程设计是本专业的一门重要实践性教学环节。在学习了专业基础课和《Python程序设计》课程的基础上，本课程设计旨在加深对Python程序设计的认识，对Python语言及其语言生态有一个进一步的掌握和应用，学会运用Python标准库及外接相关库来解决实际问题的基本能力，培养和提高学生分析问题、解决问题的能力，尤其是提高学生使用Python为开发语言来进行问题描述、交流与思考的能力，为毕业设计和以后的工程实践打下良好的基础。
1.2 本课程设计具体目的
经过小组讨论分析，我们最终选择了“五子棋”作为本次课设主题。
五子棋起源于中国上古时期的传统黑白棋种之一。主要流行于华人和汉字文化圈的国家以及欧美一些地区，是世界上最古老的棋。古代五子棋棋盘与围棋棋盘是通用的，直到1931年，才出现所谓五子棋专用棋盘，为十五路（15×15）棋盘。现在人们压力日益增大，需要劳逸结合才能获得更高的工作效率，工作之余的娱乐对于每一个人来说必不可少。五子棋这种娱乐方式容易上手，老少皆宜，而且趣味横生，引人入胜；不仅能增强思维能力，提高智力，而且富含哲理，有助于修身养性。
二、课程设计任务和要求
2.1 课程设计教学任务和要求
本次课程设计的主要任务是以Python为开发语言完成一个100~300行左右规模的程序项目开发。
课程设计的基本要求是：在课程设计的各个阶段严格、规范地完成相关的文档，例如在初期按时完成设计目的、设计要求、总体设计，在后期完成详细设计、调试与测试、设计总结等。要求能完成所选题目的主要功能，程序运行健壮、正确，代码要有详细注释，可读性好；所写文档结构合理、内容完整、叙述清晰。更高要求是：有创意、系统界面美观。
由于课程设计项目具有一定的综合性，鼓励具有不同特长和不同能力的学生互相组队。项目小组自己推荐一名组长，实行“组长负责制”。组长组织组员进行项目选题、任务分配、方案确定、方案设计、系统调试测试，组员分工协作。小组成员开展项目讨论，互相支持，形成协作意识。
2.2 本课程设计具体任务和要求
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有图形界面，能够用鼠标进行操作。
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能够进行五子棋游戏的基本操作，即玩家轮流落子。
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能够对游戏结果进行正确的判定。
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能够实现悔棋及认输等附加功能。
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各项功能的展示与应用直观明了。
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输出必要的提示信息让玩家更好地进行游戏。
三、总体设计：
基于Python的标准GUI库tkinter快速创建GUI应用程序。
运行程序提示可开始游戏。人人对战，二人轮流落子。界面显示提示信息当点轮到哪一方落子。先有五子“—”或“|”或“/”或“\”连成一线的玩家获胜。若棋盘中棋子已满，玩家均为完成五子相连则判定为平局。当黑方获胜或白方获胜或平局时及时作出判定，并弹出提示框，告知玩家当前对局结束。
3.1 小组成员及任务分配情况
组员：吴佳丽余叶钰刘璐瑶
任务分配：
：负责玩家操作模块设计，包括落子、悔棋及认输。
：负责游戏的可视化设计，包括游戏界面设计及棋盘设计。
棋盘设计部分包括运行程序开始游戏及重新开局时初始化棋盘。
：负责判定游戏结果即玩家胜负或平局判定
3.2 程序功能图
3.3 整体流程图
四、设计实现
4.1 最终实验结果
游戏主界面
启动程序运行游戏，弹出提示框，提示玩家游戏开始，黑方先进行落子。玩家可点击棋盘无棋子处进行落子。或点击“开局”、“悔棋”、“认输”按钮可重新开局或悔棋或认输。当点击“开局/重新开局”按钮时，清空棋盘中的棋子，展示处与启动程序相同的游戏界面。界面中间“黑方”与“落子”二处文字为游戏进行中的提示信息，表示当前轮到黑方进行棋子放置。轮到白方落子时会“黑方”将自动更改为“白方”，“白方”二字以白色显示。如图4-1所示。
玩家获胜后界面
如图4-2所示，若有一方玩家存在“—”或“|”或“/”或“\”五子相连，该玩家取得该局游戏胜利。以图中所示情况——黑方“/”五子相连为例，说明玩家取胜结果。通过黄色线条将黑方连成一线的五颗棋子相连接，此时界面中间提示信息改为“黑方获胜”，“获胜”二字以红色显示。并弹出消息提示框，提示玩家游戏结束黑方完成五子相连，取得胜利。若此时点击悔棋按钮，将提示玩家此时不能悔棋。如图4-3所示；点击认输按钮，将提示玩家点击开局开始游戏，如图4-4所示。
平局情况
当玩家双方都没有完成五子连线，且棋盘中所有棋格都有棋子放置即无处置放棋子时，判定为平局。
为更方便展示，将棋盘改为5*5大小。如图4-5所示，中间提示文字变更为绿色字样“平局？？！”，同时弹出消息提示框，提示玩家当前对局结束，双方达成平局。此时游戏结束，玩家不可再悔棋或认输，若玩家点击悔棋或认输按钮，效果与有一方玩家获胜时相同。即游戏界面不做改变，弹出消息提示框，该消息提示框与图4-3、图4-4中消息提示框相同，不再重复展示。
玩家认输
在一局游戏过程中，若玩家首次点击认输按钮。棋盘不做改变，游戏界面中间文字“落子”变为“认输”如图4-6所示。此时游戏结束，玩家不可再悔棋或认输，若玩家点击悔棋或认输按钮，效果与有一方玩家获胜时相同。即游戏界面不做改变，弹出消息提示框，该消息提示框与图4-3、图4-4中消息提示框相同，不再重复展示。
玩家悔棋
游戏过程中，若一个回合内该玩家首次进行悔棋，取回该玩家刚放置到棋盘上的棋子，并将中间的提示信息“某方落子”改回到该玩家。以黑方悔棋为例，悔棋前及悔棋后游戏部分界面分别如图4-7、图4-8所示。若该玩家在一个回合内已经进行过悔棋操作，再次点击悔棋按钮，则不改变游戏界面及棋盘，但回弹出提示框此时不能悔棋，该消息提示框及提示信息与获胜时点击悔棋按钮，即图4-4中的提示框相同。
4.2 实验结果评价
窗体界面直观明了，游戏过程中有适当的提示信息有助于玩家更好的进行游戏。同时窗体的颜色搭配即窗体大小设置合适。玩家不会因游戏界面颜色冲击或棋盘、文字信息等过大过小产生疲劳。程序能对游戏结果进行正确的判定，悔棋及认输这两个附加功能也能够实现。课程设计最初定下的功能和要求均能实现。在此基础上，玩家完成五子相连时用黄色线条标记，让玩家能有更好的体验。还加上了一个回合内只允许玩家各悔棋一次，增加挑战，让游戏更加有趣。
小组超额完成了最初想要实现的功能和要求，所以我们给自己评价为优秀！
当然这个小程序也很多不足之处。例如没有标记出最后放置的棋子，玩家悔棋后也没有标记出悔棋前的棋子等等。我们往后也应努力学习，做的更好。
五、详细设计
5.1 模块设计
所负责部分大致可分为三大模块。首先，判断游戏胜负的四种情况，即横、竖、斜方向五子一线；其次，判断棋盘是否可以继续下棋，即是否平局；最后，判断玩家输赢，并弹出提示框。
5.2 程序流程图
5.3 具体算法分析
引用tkinter库
from tkinter import*
from tkinter import messagebox
Tkinter库:
Tkinter是Python 的标准 GUI 库。Python 使用 Tkinter 可以快速的创建 GUI 应用程序。由于 Tkinter 是内置到 python 的安装包中、只要安装好 Python 之后就能 import Tkinter 库、而且 IDLE 也是用 Tkinter 编写而成、简单的图形界面可以由Tkinter 库完成。
Messagebox 函数分析：
函数定义：<整型> MessageBox（<字符串> Text, <字符串> Title, <整型> nType）;
函数功能： 弹出一个消息框。
参数：
Text <字符串>，消息框的正文；
Title <字符串>，消息框的标题；
nType <整型>，消息框的类型。
返回值：<整型>，用户在消息框上点击关闭时的选择的按钮。
说明：
nType对应的对话框如下表所示：
-
0： 确定
-
1： 确定，取消
-
2： 终止，重试，忽略
-
3： 是，否，取消
-
4： 是，否
-
5： 重试，取消
-
6： 取消，再试一次，继续
返回值对应的值如下：
-
1： 确定
-
2： 取消
-
3： 终止
-
4： 重试
-
5： 忽略
-
6： 是
-
7： 否
-
：再试一次
胜负情况判断：
自定义panduan（）函数并利用for语句循环，判断棋子是否为横、竖、斜五子连线，列表QP[a][b]中必须满足 0 <= a,b <= 17，i、j必须严格控制。若有五子连线情况发生，在棋子上增加一条黄色标记线贯穿五子，更易看出。
代码如下：
def panduan():
iswin = 0 #标记是否有一方完成五子相连，0代表否
for i in range (num-4):
for j in range (num): #判断是否出现有一方"—"五子相连
If QP[i][j]==QP[i+1][j]==QP[i+2][j]==QP[i+3][j]==QP[i+4][j] != -1:
iswin=1 canvas.create_line(mesh*(i+1)-Qr/2,mesh*(j+1),mesh*(i+5)+Qr/2,mesh*(j+1),fill="yellow")
win()
for i in range (num):
for j in range (num-4): #判断是否出现有一方"|"五子相连
if QP[i][j]==QP[i][j+1]==QP[i][j+2]==QP[i][j+3]==QP[i][j+4] != -1:
iswin=1 canvas.create_line(mesh*(i+1),mesh*(j+1)-Qr/2,mesh*(i+1),mesh*(j+5)+Qr/2,fill="yellow")
win()
for i in range (num-4):
for j in range (num-4): #判断是否出现有一方"\"五子相连 if QP[i][j]==QP[i+1][j+1]==QP[i+2][j+2]==QP[i+3][j+3]==QP[i+4][j+4] != -1:
iswin = 1
canvas.create_line(mesh*(i+1)-Qr/2,mesh*(j+1)-Qr/2,mesh*(i+5)+Qr/2,mesh*(j+5)+Qr/2,fill="yellow")
win()
for i in range (num-4):
for j in range (4,num): #判断是否出现有一方"/"五子相连
if QP[i][j]==QP[i+1][j-1]==QP[i+2][j-2]==QP[i+3][j-3]==QP[i+4][j-4] != -1:
iswin=1 canvas.create_line(mesh*(i+1)-Qr/2,mesh*(j+1)+Qr/2,mesh*(i+5)+Qr/2,mesh*(j-3)-Qr/2,fill="yellow")
win()
函数及语句分析：
for循环：
作用：for循环语句是python中的一个循环控制语句，任何有序的序列对象内的元素都可以遍历，比如字符串、列表、元组等可迭代对像。
一般格式：第一行是要先定义一个赋值目标（迭代变量），和要遍历（迭代）的对像；首行后面是要执行的语句块。
for 目标 in 对像:
print赋值目标
循环过程： i相当于目标，range（num）是遍历对像。当运行for循环语句时，每一次迭代时，i都会从遍历对像range（num）中接收一个新值输出。结束循环后，目标i会保留最后一个值
Canvas组件：
Python Tkinter 画布（Canvas）组件和 html5 中的画布一样，都是用来绘图的。可以将图形、文本、小部件或框架放置在画布上。canvas.create_line（）主要实现的是画一条直线，后面()中给的参数就是线段两点的坐标，两点确定一条直线。
Canvas 组件支持以下标准选项：
arc 创建一个扇形
coord = 10, 50, 240, 210
arc = canvas.create_arc(coord, start=0, extent=150, fill="blue")
image 创建图像
filename = PhotoImage(file = "sunshine.gif")
image = canvas.create_image(50, 50, anchor=NE, image=filename)
line 创建线条
line = canvas.create_line(x0, y0, x1, y1, ..., xn, yn, options)
oval 创建一个圆
oval = canvas.create_oval(x0, y0, x1, y1, options)
polygon 创建一个至少有三个顶点的多边形
oval = canvas.create_polygon(x0, y0, x1, y1,…xn, yn, options）
判断是否平局
分析：定义一个列表boring记录每个棋格的状态，包括棋格是否有棋子，若有棋子是为黑棋还是白棋。For循环语句遍历棋盘（列表QP[a][b]中必须满足 0 <= a,b <= 17，i、j必须严格控制），当棋盘中不存在无棋子的棋格且双方均未完成五子连线，判定为平局并弹出提示框。
代码如下：
boring=[] #遍历棋盘，记录每个棋格状态
for i in range(num):
for j in range(num):
boring.append(QP[i][j])
if -1 not in boring and iswin != 1:
print(messagebox.askokcancel('游戏结束','旗鼓相当！平局！'))
append（）函数
描述：append() 方法用于在列表末尾添加新的对象。
用法: list.append(obj) obj为添加到列表末尾的对象
返回值：该方法无返回值，但是会修改原来的列表。
本例应用：
boring.append(QP[i][j])
作用是将最新遍历的棋格状态添加到boring列表最后。
输出分析
输出提示框，显示游戏结束，旗鼓相当！平局！
print(messagebox.askokcancel('游戏结束','旗鼓相当！平局！')
函数分析：
messagebox.askokcancel（）是tkinter库中的一个组件，用来设置一个消息框。
askokcancel（）设置对话框的主要文本内容，可以用’\n’来实现换行
返回值为Boolean类型。
判断玩家输赢
分析：判断黑子还是白子获胜，弹出提示框，显示“游戏结束，黑方五子相连！获胜！”或“游戏结束，白方五子相连！获胜！”。
变量设置：global设置全局变量stop，hq。其中tag为之前定义的，tag标记执棋方，0代表黑方，1代表白方 ；stop标记游戏状态，0代表游戏进行中，1代表游戏结束；hq标记是否可悔棋，0代表不可以，1代表可以。
代码如下：
def win():
global stop,hq
a.config(text=key[(tag+1)%2],fg=color[(tag+1)%2])
b.config(text = "获胜",fg='red')
stop,hq = 1,0 #决出胜负后游戏结束，不可悔棋
if tag == 0:
r=messagebox.askokcancel('游戏结束','白方五子相连！获胜！')
else:
r=messagebox.askokcancel('游戏结束','黑方五子相连！获胜！')
print(r)
前要：
a = Label(tk,text=key[tag],fg=color[tag],bg = "pink",font = ("楷体", "18", "bold"))
b = Label(tk,text= "落子" ,fg=color[tag],bg = "pink",font = ("楷体", "18", "bold"))
函数分析：
a.config(text=key[(tag+1)%2],fg=color[(tag+1)%2])
b.config(text = "获胜",fg='red')
通过tag判断棋子的颜色，弹出的消息框中获胜的字体为红色。
六、调试与测试
6.1 调试方法
logging 调试法
把print()替换为logging，logging不会抛出错误，而且可以输出到文件。
它允许你指定记录信息的级别，有debug，info，warning，error等几个级别，当我们指定level=INFO时，logging.debug就不起作用了。同理，level=WARNING后，debug和info就不起作用了。这样一来，就可以放心地输出不同级别的信息，也不用删除，最后统一控制输出哪个级别的信息。logging的另一个好处是通过简单的配置，一条语句可以同时输出到不同的地方。
启动Python的调试器pdb
使用pdb进行调试，pdb是python自带的一个包，为python程序提供了一种交互的源代码调试功能，主要特性包括设置断点、单步调试、进入函数调试、查看当前代码、查看栈片段、动态改变变量的值等。
pdb常用命令如下：
图6-1 pdb常用命令表
步骤如下：
[1]让程序以单步方式运行，可以随时查看运行状态。
[2]以参数-mpdb启动后，pdb定位到下一步要执行的代码->s=‘0’。输入命令l来查看代码
[3]输入命令n可以单步执行代码
[4]任何时候都可以输入命令p变量名来查看变量
[5]输入命令q结束调试，退出程序
6.2 测试结果分析与讨论
黑子右斜五子连线，黑方获胜
黑方五子竖连线，黑方获胜
黑子左斜五子连线，黑方获胜
白子五子横连线，白方获胜
