Как сделать лабиринт на питоне
Обновлено: 11.07.2024
Прежде чем мы начнём программировать что-то полезное на Python, давайте закодим что-нибудь интересное. Например, свою игру, где нужно не дать шарику упасть, типа Арканоида. Вы, скорее всего, играли в детстве во что-то подобное, поэтому освоиться будет просто.
Логика игры
Есть игровое поле — простой прямоугольник с твёрдыми границами. Когда шарик касается стенки или потолка, он отскакивает в другую сторону. Если он упадёт на пол — вы проиграли. Чтобы этого не случилось, внизу вдоль пола летает платформа, а вы ей управляете с помощью стрелок. Ваша задача — подставлять платформу под шарик как можно дольше. За каждое удачное спасение шарика вы получаете одно очко.
Алгоритм
Чтобы реализовать такую логику игры, нужно предусмотреть такие сценарии поведения:
Хитрость в том, что всё это происходит параллельно и независимо друг от друга. То есть пока шарик летает, мы вполне можем двигать платформу, а можем и оставить её на месте. И когда шарик отскакивает от стен, это тоже не мешает другим объектам двигаться и взаимодействовать между собой.
Получается, что нам нужно определить три класса — платформу, сам шарик и счёт, и определить, как они реагируют на действия друг друга. Поле нам самим определять не нужно — для этого есть уже готовая библиотека. А потом в этих классах мы пропишем методы — они как раз и будут отвечать за поведение наших объектов.
Весь кайф в том, что мы всё это задаём один раз, а потом объекты сами разбираются, как им реагировать друг на друга и что делать в разных ситуациях. Мы не прописываем жёстко весь алгоритм, а задаём правила игры — а для этого классы подходят просто идеально.
По коням, пишем на Python
Для этого проекта вам потребуется установить и запустить среду Python. Как это сделать — читайте в нашей статье.
Начало программы
Чтобы у нас появилась графика в игре, используем библиотеку Tkinter. Она входит в набор стандартных библиотек Python и позволяет рисовать простейшие объекты — линии, прямоугольники, круги и красить их в разные цвета. Такой простой Paint, только для Python.
Чтобы создать окно, где будет видна графика, используют класс Tk(). Он просто делает окно, но без содержимого. Чтобы появилось содержимое, создают холст — видимую часть окна. Именно на нём мы будем рисовать нашу игру. За холст отвечает класс Canvas(), поэтому нам нужно будет создать свой объект из этого класса и дальше уже работать с этим объектом.
Если мы принудительно не ограничим скорость платформы, то она будет перемещаться мгновенно, ведь компьютер считает очень быстро и моментально передвинет её к другому краю. Поэтому мы будем искусственно ограничивать время движения, а для этого нам понадобится модуль Time — он тоже стандартный.
Последнее, что нам глобально нужно, — задавать случайным образом начальное положение шарика и платформы, чтобы было интереснее играть. За это отвечает модуль Random — он помогает генерировать случайные числа и перемешивать данные.
Запишем всё это в виде кода на Python:
Мы подключили все нужные библиотеки, сделали и настроили игровое поле. Теперь займёмся классами.
Шарик
Сначала проговорим словами, что нам нужно от шарика. Он должен уметь:
- задавать своё начальное положение и направление движение;
- понимать, когда он коснулся платформы;
- рисовать сам себя и понимать, когда нужно отрисовать себя в новом положении (например, после отскока от стены).
Этого достаточно, чтобы шарик жил своей жизнью и умел взаимодействовать с окружающей средой. При этом нужно не забыть о том, что каждый класс должен содержать конструктор — код, который отвечает за создание нового объекта. Без этого сделать шарик не получится. Запишем это на Python:
Платформа
Сделаем то же самое для платформы — сначала опишем её поведение словами, а потом переведём в код. Итак, вот что должна уметь платформа:
- двигаться влево или вправо в зависимости от нажатой стрелки;
- понимать, когда игра началась и можно двигаться.
А вот как это будет в виде кода:
Можно было не выделять счёт в отдельный класс и каждый раз обрабатывать вручную. Но здесь реально проще сделать класс, задать нужные методы, чтобы они сами потом разобрались, что и когда делать.
От счёта нам нужно только одно (кроме конструктора) — чтобы он правильно реагировал на касание платформы, увеличивал число очков и выводил их на экран:
У нас всё готово для того, чтобы написать саму игру. Мы уже провели необходимую подготовку всех элементов, и нам остаётся только создать конкретные объекты шарика, платформы и счёта и сказать им, в каком порядке мы будем что делать.
Посмотрите, как лаконично выглядит код непосредственно самой игры:
Что дальше
На основе этого кода вы можете сделать свою модификацию игры:
- добавить второй шарик;
- раскрасить элементы в другой цвет;
- поменять размеры шарика; поменять скорость платформы;
- сделать всё это сразу;
- поменять логику программы на свою.
Вы создали Maze 1, собрав его по строкам, но другие лабиринты, похоже, имеют более грязные шаблоны, когда вы думаете о них в терминах строк.
Вот еще один способ разбить проблему. Начните с твердого блока, с строками 0..R и столбцами 0..C (включительно).
Затем представьте себе, что вы создаете лабиринт, управляя бульдозером через него, открывая путь, когда идете. При таком подходе мы можем представить лабиринт как набор инструкций по вождению. Например, Maze 1 выглядит так:
Я думаю, что Mazes с 2 по 4 будет легче думать в этих терминах. В идеале, каждая из этих концепций (идти на юг, идти на восток и т.д.) Может быть реализована как простые функции или методы.
Мы обсудили проблему с возвратом и туром Найта в Сете 1 . Давайте обсудим Крысу в Лабиринте как еще одну примерную проблему, которую можно решить с помощью Backtracking.
Лабиринт задается в виде N * N двоичной матрицы блоков, где исходный блок является самым верхним левым блоком, т. Е. Лабиринт [0] [0], а целевой блок является самым правым нижним блоком, т. Е. Лабиринт [N-1] [N-1] , Крыса начинается с источника и должна достигнуть места назначения. Крыса может двигаться только в двух направлениях: вперед и вниз.
В матрице лабиринта 0 означает, что блок является тупиком, а 1 означает, что блок может использоваться на пути от источника к месту назначения. Обратите внимание, что это простая версия типичной проблемы лабиринта. Например, более сложная версия может заключаться в том, что крыса может двигаться в 4 направлениях, а более сложная версия может иметь ограниченное количество ходов.
Ниже приведен пример лабиринта.
Ниже приведено двоичное матричное представление вышеуказанного лабиринта.
Далее идет лабиринт с выделенным путем решения.
Ниже приведена матрица решения (вывод программы) для вышеуказанного входного матрицы.
def printSolution( sol ):
print ( str (j) + " " , end = "")
def isSafe( maze, x, y ):
if x > = 0 and x and y > = 0 and y and maze[x][y] = = 1 :
"" "Эта функция решает проблему лабиринта с помощью Backtracking.
Для решения проблемы в основном используется solveMazeUtil (). Это
возвращает false, если путь невозможен, в противном случае возвращает
true и печатает путь в виде 1с. пожалуйста, обратите внимание
что может быть более одного решения, эта функция
def solveMaze( maze ):
sol = [ [ 0 for j in range ( 4 ) ] for i in range ( 4 ) ]
if solveMazeUtil(maze, 0 , 0 , sol) = = False :
print ( "Solution doesn't exist" );
def solveMazeUtil(maze, x, y, sol):
if x = = N - 1 and y = = N - 1 :
if isSafe(maze, x, y) = = True :
if solveMazeUtil(maze, x + 1 , y, sol) = = True :
if solveMazeUtil(maze, x, y + 1 , sol) = = True :
if __name__ = = "__main__" :
maze = [ [ 1 , 0 , 0 , 0 ],
Пожалуйста, обратитесь полную статью о крысе в лабиринте | Backtracking-2 для более подробной информации!
Таких алгоритмов существует уже очень много, поэтому представленная нами подборка не претендует на полноту — в комментариях вы можете поделиться ссылками на известные вам способы генерации лабиринтов.
Также существуют уже готовые решения для генерации лабиринтов: генератор Oblige, который используется в DOOM, DOOM II и Heretic, и др.
Алгоритм Эллера
Хранить карту лабиринта можно, например, в двух двумерных массивах: для вертикальных стенок и горизонтальных, соответственно.
Ответ на вопрос о хранении карт таких лабиринтов очевиден: в виде двумерного boolean массива, где, например, 1 — это непроходимая клетка (стена), 0 — свободная.
Наивный алгоритм
Начнем с самого очевидного алгоритма генерации — когда расположение комнат определяется случайным образом. Все, что нужно сделать — это задать граничные размеры комнат, их количество и границы поля, после чего случайным образом определять их координаты на карте и размеры. После чего просто соединить их коридорами.
Естественно, возникают два вопроса: не будут ли комнаты пересекаться и как проложить между ними переходы? Ответ на первый вопрос зависит от ваших требований к лабиринту: если вы не хотите, чтобы комнаты пересекались, напишите функцию, которая проверяет пару комнат на пересечение и при появлении на карте очередной комнаты делайте проверку.
Чтобы проложить коридоры между помещениями, автор предлагает сначала прокладывать переход от уровня одной комнаты до уровня другой по оси Oy, а затем так же по оси Ox — смотрите поясняющий рисунок.
Лабиринт на таблице
У описанного выше алгоритма есть один явный недостаток: проверять, пересекаются ли комнаты, приходится отдельной функцией. Возникает вопрос, можно ли не делать это лишнее действие. Оказывается, можно— и алгоритм описан ниже.
BSP деревья
Генерация лабиринтов с использованием клеточного автомата
Генерация в трехмерном пространстве
Каждый из модулей хранит информацию о своих входах и выходах, а также их ориентации: прежде чем соединить очередную пару элементарных частей, их нужно правильно ориентировать. В частности, автор предлагает хранить x-, y- и z- ориентацию модулей, чтобы затем соединять их по таким правилам: их y-оси должны совпадать, а x и z — иметь противоположное направление. Это, естественно, ставит вопрос о хранении информации о сгенерированной карте. Кроме того, не решена проблема с пересечением помещений — поэтому эта статья может являться лишь отправной точкой для исследования вопросов генерации трехмерных алгоритмов.
Что дальше?
На тему этой статьи существует огромное множество материалов, которые могут быть найдены в интернете, поэтому если вы хотите углубиться в изучение вопроса генерации лабиринтов, можете заглянуть сначала сюда, а потом уж, конечно же, вот сюда.
Читайте также: