2024年1月23日发(作者：)

Python大作业：黑白棋游戏

黑白棋（Reversi or Othello）在西方和日本很流行。游戏通过相互翻转对方的棋子，最后以棋盘上谁的棋子多来判断胜负。

黑白棋的每颗棋子由黑白两色组成，一面白，一面黑。每次落子，把本方颜色的棋子放在棋盘的空格上，若在横、竖、斜八个方向的任一方向上有本方棋子，则被夹在中间的对手棋子全部翻转为本方棋子颜色；并且，仅在可以翻转棋子的地方才能落子。如果一方至少有一步合法棋步可下，他就必须落子，不得弃权。棋盘已满或双方都没有棋子可下时棋局结束，以棋子数目来计算胜负，棋子多的一方获胜。在棋盘还没有下满时，如果一方的棋子已经被对方吃光，则棋局也结束，将对手棋子吃光的一方获胜。

该游戏非常复杂，是一种得分会戏剧性变化并且需要长时间思考的策略性游戏。我们仅尝试实现该游戏的一个简化策略版本，即，人和计算机下黑白棋，计算机根据事先设定的策略下棋。游戏具体描述如下：

在n×n的棋盘上（n是偶数，且4≤n≤26），两个玩家分别是人和计算机：一个玩家持白棋，另一个玩家持黑棋，棋子的颜色可以通过翻转发生改变。4×4棋盘的初始状态如图1所示：在棋盘中心分别摆放了2颗黑棋和2颗白棋。棋盘的行和列用字母a、b、c、d、……标明。

图1. 棋盘的起始状态 图2. 白棋落子的候选位置

每次落子，玩家把本方棋子放在一个空棋盘格内，落子需遵守以下2条规则：

1、 以空棋盘格为中心的8个方向（东南西北及对角线方向）中，至少在一个方向上，对手的棋子与该空棋盘格构成连续直线；

2、 在该直线的末端必须已经放置有一颗本方棋子。

玩家落子后，满足上述规则的对手棋子被翻转为本方棋子颜色。

图2阴影位置显示了持白棋玩家下一步可以落子的所有候选棋盘格。假如白棋玩家决定走行c列a，在行c列b的黑棋将被翻转为白色。如图3所示：

图3. 白棋落子行c列a后的棋盘状况 图4. 黑棋落子的候选位置

图4显示了黑棋玩家可能的落子位置。假如黑棋玩家在行b列a放置一颗棋子，棋盘将如图5所示：

1

图5. 黑棋落子行b列a后的棋盘状况

图6. 白棋落子行a列c后的棋盘状况

接下来，如果白棋玩家在行a列c落子，则棋盘如图6所示。注意：此次白棋的落子使得西南和南两个方向上的黑棋变白。

两位玩家轮流下棋，直到一方没有符合规则的落子位置，在这种情况下，剩下的一方继续下棋，直到对手有了可以落子的位置。此时，恢复两者轮流下棋的顺序。如果一方落子在非法位置，则视为放弃本次对弈，对方获胜。游戏结束的条件：1）整个棋盘满了；2）一方的棋子已经被对方吃光；3）两名玩家都没有可以落子的棋盘格；4）一方落子在非法位置。前3种情况以棋子数目来计算胜负，棋子多的一方获胜；第4种情况判定对方获胜。

人机对弈流程

首先，程序询问用户棋盘的大小。接着，程序询问用户“计算机持黑棋还是白棋”。在本程序中，我们用字母’X’代表黑棋， 用字母’O’代表白棋，并且假设总是黑棋玩家先走。所以，如果计算机持黑棋，计算机就先走；否则，程序提示人类玩家先走。每走一步，程序输出棋盘。黑白棋玩家轮流下棋，直到一个玩家无符合规则的落子位置。此时，程序输出信息“O player has no valid move.”（假设白棋玩家无棋可走），并且提示黑棋玩家继续下棋。每走一步，程序除输出棋盘外，还要检测游戏是否结束。如果程序检查出游戏结束，输出输赢信息并中止程序。输赢信息可以是: “O player wins.”, “X

player wins.” 或者“Draw!”. 如果用户落子非法，程序应检测到并且输出“Invalid move.”，结束程序，宣布赢家。游戏结束时，将本次人机对弈的相关信息写入日志文件。

功能函数：

根据人机对弈流程，可将程序划分为不同函数。在把函数连接成一个大程序之前，请仔细测试每个函数。

1、 Init_board()：读入棋盘大小n（n为偶数，且4≤n≤26），按照要求初始化棋盘。程序使用如下字符表示每个棋盘格的状态：

. – 未被占用

X – 被黑棋占用

O – 被白棋占用

2、printBoard()：输出棋盘。例如：4×4棋盘的初始状态如下：

a b c d

a . . . .

b . O X .

c . X O .

d . . . .

3、computer_move(color)：计算机下棋。落子位置表示为“行列字母”的格式，如：“ba”代表棋子落在行b列a。

4、human_move(color)：用户下棋

2

5、check_board()：检测游戏是否结束

6、check_legal_move(row, col, color)：检测颜色为color的棋子落在棋盘格(row, col)上是否合法

7、flip(row, col, color)：翻转8个方向上的对手棋子

8、position_score(row, col, color)：计算“分值”（详情参见“计算机选择落子位置的策略”）

9、gameover()：游戏结束，统计得分，输出结果

10、saveinfo()：把每次人机对弈的信息作为一行写入文件中，这些信息包括：游戏开始的时间、单次游戏使用的时间、棋盘大小、黑棋玩家、白棋玩家、游戏比分，信息之间使用逗号字符分隔。

以上仅列出部分功能函数，请同学们根据需要，自行添加更多功能函数。

检测8个方向的策略

定义一个保存8个方向纵横坐标位移的元组：

direction = ((-1, -1), (-1, 0), (-1, 1), # NW, N, NE

(0, -1), (0, 1), # W, E

(1, -1), (1, 0), (1, 1)) # SW, S, SE

对某个棋盘格(row, col)循环访问该元组的每个元素(x, y)，即可获得8个方向的对应坐标(row+x, row+y)，如：x=-1, y=1时，(row-1, col+1)代表东北方向。

计算机选择落子位置的策略

对每个可能的落子位置，都进行尝试，计算该位置的“分值”（可以翻转的对手棋子数量），分值越高则在该位置落子越有利。计算每个可能位置的分值，选择最大值位置落子。图7是计算机持白棋时的分值情况。注意：行a列a的分值是2，因为该位置可以使2个黑棋翻转。无效的落子位置没有分值。

图7. 白棋的可能落子位置的分数情况

需要注意的是：可能有2个或多个棋盘格有相同的分值。这种情况下，选择行字母最小的棋盘格。如果两个棋盘格分值相同且在同一行，则选择列字母较小的棋盘格。按照direction元组的方向设定，循环计算分值、并测试是否为最高分值，就能确保满足该规则。

程序执行样例

以下是程序执行样例（你的程序必须遵循相同的输出样式）。为了获得对齐的棋盘输出,请使用等宽字体（如：Courier New）。注意：在本轮人机对弈即将结束时，计算机（持黑棋）无合法落子位置，用户（持白棋）连续落子；紧接着，程序检测到双方均无合法落子位置，游戏结束。

3

Enter the board dimension: 4

Computer plays (X/O) : X

a b c d

a . . . .

b . O X .

c . X O .

d . . . .

Computer places X at ab.

a b c d

a . X . .

b . X X .

c . X O .

d . . . .

Enter move for O (RowCol): aa

a b c d

a O X ..

b . O X .

c . X O .

d . . . .

Computer places X at ba.

a b c d

a O X . .

b X X X .

c . X O .

d . . . .

Enter move for O (RowCol): ac

a b c d

a O O O .

b X X O .

c . X O .

d . . . .

Computer places X at ad.

a b c d

a O O O X

b X X X .

c . X O .

d . . . .

Enter move for O (RowCol): ca

a b c d

a O O O X

b O O X .

c O O O .

d . . . .

Computer places X at da.

a b c d

a O O O X

b O O X .

c O X O .

d X . . .

Enter move for O (RowCol): dc

a b c d

a O O O X

b O O X .

c O O O .

d X . O .

X player has no valid move.

Enter move for O (RowCol): cd

a b c d

4

a O O O X

b O O O .

c O O O O

d X . O .

Both players have no valid move.

Game over.

X : O = 2 : 11

O player wins.

以下是另一次程序执行示例。在这次对弈中，用户落子在非法位置，计算机获胜。

Enter the board dimension: 6

Computer plays (X/O) : O

a b c d e f

a . . . . . .

b . . . . . .

c . . O X . .

d . . X O . .

e . . . . . .

f . . . . . .

Enter move for X (RowCol): cb

a b c d e f

a . . . . . .

b . . . . . .

c . X X X . .

d . . X O . .

e . . . . . .

f . . . . . .

Computer places O at bb.

a b c d e f

a . . . . . .

b . O . . . .

c . X O X . .

d . . X O . .

e . . . . . .

f . .. . . .

Enter move for X (RowCol): aa

Invalid move.

Game over.

O player wins.

5

日志文件的示例如下图所示（每行信息对应一次人机对弈）：

6