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经营许可证编号:京B2-20210330
作者:太阳雪
来源:Python 技术
周末在家,儿子闹着要玩游戏,让玩吧,不利于健康,不让玩吧,扛不住他折腾,于是想,不如一起搞个小游戏玩玩!
之前给他编过猜数字 和 掷骰子 游戏,现在已经没有吸引力了,就对他说:“我们来玩个迷宫游戏吧。”
果不其然,有了兴趣,于是和他一起设计实现起来,现在一起看看我们是怎么做的吧,说不定也能成为一个陪娃神器~
先一睹为快:
迷宫游戏,相对比较简单,设置好地图,然后用递归算法来寻找出口,并将过程显示出来,增强趣味性。
不如想到需要让孩子一起参与,选择了绘图程序 Turtle[1] 作为实现工具。
这样就可以先在纸上绘制一个迷宫,然后编写成代码,让 Turtle 去绘制,因为孩子用笔画过,所以在实现代码时,他可以充分参与,不仅是为了得到最终的游戏,而且更是享受制作过程,开发编程思维,说不定省了一笔不小的少儿编程费用哈哈哈~
首先和孩子一起制作迷宫,在纸上画出 5 X 5 的小格子,然后,让他在格子中画一条通路,像这样:
绘制迷宫
然后,将这幅图转化为一个迷宫矩阵,用 1 表示墙,用 空格 表示通路,需要注意的是网格每条边线都是墙,连通部分的墙需要打通,成为路。
这时可以和他一起来实现,比如让他用自己的积木等摆设一个迷宫,而我们来做数字化转化,最后转化成的结果是:
1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1
如果孩子看不清楚,可以将路径表示出来 哈哈哈:
1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 ->_____ 1 _____ 1 1 1 1 1 1 | 1 | 1 | 1 1 1 1 ____| 1 | 1 |___ 1 1 | 1 1 1 | 1 1 1 | 1 1 |____ 1 | 1 ____| 1 1 1 1 | 1 | 1 | 1 1 1 1 ____| 1 | 1 |____ 1 1 | 1 1 1 | 1 1 1 | 1 1 |_______| 1 1 1 | 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1|/1
做完了迷宫数字化,就需要将迷宫在电脑上表示出来了。
之所以选择 Turtle,就是因为它会像用笔做图画一样,可以让孩子充分参与。
找出一张纸,用刚才整理的迷宫数字化结果作为指导绘图,遇到 1 就画一个小方格,遇到 空格 就跳过,可以和孩子一起画,主要是让他体会过程中的规律。
好了,趁他绘制的时候,我们来实现绘制代码吧。
首先需要知道 Turtle 的一些特点:
实现的方式和孩子用笔画是一样的,从第一个格子画起:
效果
下面看看代码:
def drawCenteredBox(self, x, y, color): self.t.up() self.t.goto(x - 0.5, y - 0.5) self.t.color('black', color) self.t.setheading(90) self.t.down() self.t.begin_fill() for _ in range(4): self.t.forward(1) self.t.right(90) self.t.end_fill()
update()
看看这个过程,是不是和孩子手工绘制一模一样!
现在遍历整个迷宫矩阵,不断调用 drawCenteredBox 就可以绘制出迷宫了:
效果
代码如下:
def drawMaze(self): for y in range(self.rowsInMaze): for x in range(self.columnsInMaze): if self.mazelist[y][x] == 1: self.drawCenteredBox(x + self.xTranslate, -y + self.yTranslate, 'tan')
迷宫绘制好了,如何走出出呢?
可以先问问孩子,让他想想办法。
实现思路也很简单,就是超一个方向走,如果是墙,就换一个方向,如果不是墙,就继续走下去,如此往复……
但是,这里可以和孩子做个预演,比如迷宫很大的时候,记不住走过哪些路怎么办?
探索了一条路,走不通,返回后,不记得走过哪些路,这是非常危险的事情,如果有种方法可以记住走过的路,就好了。
这里我给儿子讲了一下忒修斯大战牛头怪[3]的古希腊神话传说,启发他想出好的方法。
如何用代码实现呢,只要在迷宫矩阵种,标记一下走过的路就可以了:
PART_OF_PATH = 0 OBSTACLE = 1 TRIED = 3 DEAD_END = 4 def search(maze, startRow, startColumn): # 从指定的点开始搜索 if maze[startRow][startColumn] == OBSTACLE: return False if maze[startRow][startColumn] == TRIED: return False if maze.isExit(startRow, startColumn): maze.updatePosition(startRow, startColumn, PART_OF_PATH) return True maze.updatePosition(startRow, startColumn, TRIED) found = search(maze, startRow-1, startColumn) or
search(maze, startRow, startColumn-1) or
search(maze, startRow+1, startColumn) or
search(maze, startRow, startColumn+1) if found: maze.updatePosition(startRow, startColumn, PART_OF_PATH) else: maze.updatePosition(startRow, startColumn, DEAD_END) return found
因为使用了递归方式,所以代码比较简短,我们来看看:
这里还需要看看 updatePosition 方法的实现:
def updatePosition(self, row, col, val=None): if val: self.mazelist[row][col] = val self.moveTurtle(col, row) if val == PART_OF_PATH: color = 'green' elif val == OBSTACLE: color = 'red' elif val == TRIED: color = 'black' elif val == DEAD_END: color = 'red' else: color = None if color: self.dropBreadcrumb(color) def moveTurtle(self, x, y): self.t.up() self.t.setheading(self.t.towards(x+self.xTranslate, -y+self.yTranslate)) self.t.goto(x+self.xTranslate, -y+self.yTranslate) def dropBreadcrumb(self, color): self.t.dot(color)
看一下效果:
走出迷宫
当孩子看到自己做的迷宫,被小乌龟走出来时,别提有多开心了。
不过,没多久,他就想要更复杂的迷宫,有多条分支的迷宫。
显然有手工的方式有点困难,而且无趣。需要让程序自动生成迷宫。
本来想大干一场,突然想到之前 豆豆 写的一篇关于迷宫文章[4],找来一看,刚好有迷宫生成算法,太好了。
关于如何动态生成迷宫,请参加 豆豆的文章,其中有详细说明
分析代码之后,将其中的迷宫类移植过来,生成的结果之间导入到笔者写的迷宫类中,将迷宫规模设置为 100 X 100,震撼了:
巨型迷宫
看着小乌龟在巨大的迷宫中蹒跚,还有种莫名的悲伤~
有了有了迷宫生成工具,就很多好玩的了:
对这些问题,我们一一做了实现,孩子在整个过程中,积极参与,时不时因为好的想法而手舞足蹈,不亦乐乎……
感兴趣的读者可以回复关键字,获得源码,研究一下解决方案,期待与你交流。
前面留了几个坑,是关于 Turtle 坐标系的,这里统一做下说明。
默认情况下,Turtle 的坐标单位是一个像素,如果要放大显示的华,需要计算出来我们使用的单元相当于多少个像素,然后每次计算坐标时都得考虑到这个值,当现实区域发生变化时还得调整这个数值,非常麻烦,而且容易出错。
所以 Turtle 提供了一个设置我们自己坐标单位的方法 setworldcoordinates,它接受四个参数,分别是坐标系中,左下角的点 x坐标,y坐标,和 右上角的 x坐标、y坐标。
如果将左下角设置为 (-5, -5),右上角设置为 (5, 5),那么 Turtle 就会将坐标原点设置在屏幕中心,并将屏幕分割成 10 X 10 的方块,每个块的边长,相当于一个坐标单位,也就是说,当我们说将笔尖移动到 (3, 4) 这个坐标点时,Turtle 就会从屏幕中心向右移动三个单位,再向上移动4个单位。
这样就非常方便了,无论屏幕大小如何,像素大小如何,Turtle 都会按照我们的指令,做出正确的响应。
分别是这样计算得到的:
self.xTranslate = -columnsInMaze/2 self.yTranslate = rowsInMaze/2
存在的意义就是从行和列值中,转化为 Turtle 坐标系的值,比如行列表示法中,(0, 0) 点,在我们变换后的 10 X 10 的坐标系中,对应的坐标点是 (-5, 5)。
因为我们查找数据时用行列表示法比较方便,但在坐标系中,以原点为基准表示比较方便。
好了,关于 Turtle 实现的迷宫就介绍到这里,只是简单说明了实现思路,和孩子的互动,代码实现中还要需要细节和问题,限于篇幅,没有展开,有兴趣的读者可以下载源码,自己跑跑试试,也许还要更好玩的想法,欢迎在评论去交流。
我们学习代码不仅可以用来解决问题,完成工作,更多的时候还可以用了娱乐和陪伴孩子,在这个过程中,给予孩子的不仅仅是陪伴,还要处理问题的方式,以及生活的态度。
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