如何用 Python 制作一个迷宫游戏

2023-07-05 04:37:03 84

相信大家都玩过迷宫的游戏，对于简单的迷宫，我们可以一眼就看出通路，但是对于复杂的迷宫，可能要仔细寻找好久，甚至耗费数天，然后可能还要分别从入口和出口两头寻找才能找的到通路，甚至也可能找不到通路。

虽然走迷宫问题对于我们人类来讲比较复杂，但对于计算机来说却是很简单的问题。为什么这样说呢，因为看似复杂实则是有规可循的。

我们可以这么做，携带一根很长的绳子，从入口出发一直走，如果有岔路口就走最左边的岔口，直到走到死胡同或者找到出路。如果是死胡同则退回上一个岔路口，我们称之为岔口A，

这时进入左边第二个岔口，进入第二个岔口后重复第一个岔口的步骤，直到找到出路或者死胡同退回来。当把该岔路口所有的岔口都走了一遍，还未找到出路就沿着绳子往回走，走到岔口A的前一个路口B，重复上面的步骤。

不知道你有没有发现，这其实就是一个不断递归的过程，而这正是计算机所擅长的。

上面这种走迷宫的算法就是我们常说的深度优先遍历算法，与之相对的是广度优先遍历算法。有了理论基础，下面我们就来试着用程序来实现一个走迷宫的小程序。

生成迷宫

生成迷宫有很多种算法，常用的有递归回溯法、递归分割法和随机Prim算法，我们今天是用的最后一种算法。

该算法的主要步骤如下：
1、迷宫行和列必须为奇数
2、奇数行和奇数列的交叉点为路，其余点为墙，迷宫四周全是墙
3、选定一个为路的单元格（本例选[1,1]），然后把它的邻墙放入列表wall
4、当列表wall里还有墙时：
4.1、从列表里随机选一面墙，如果这面墙分隔的两个单元格只有一个单元格被访问过
4.1.1、那就从列表里移除这面墙，同时把墙打通
4.1.2、将单元格标记为已访问
4.1.3、将未访问的单元格的邻墙加入列表wall
4.2、如果这面墙两面的单元格都已经被访问过，那就从列表里移除这面墙

我们定义一个Maze类，用二维数组表示迷宫地图，其中1表示墙壁，0表示路，然后初始化左上角为入口，右下角为出口，最后定义下方向向量。

classMaze:
def__init__(self,width,height):
self.width=width
self.height=height
self.map=[[0ifx%2==1andy%2==1else1forxinrange(width)]foryinrange(height)]
self.map[1][0]=0#入口
self.map[height-2][width-1]=0#出口
self.visited=[]
#rightupleftdown
self.dx=[1,0,-1,0]
self.dy=[0,-1,0,1]

接下来就是生成迷宫的主函数了。

defgenerate(self):
start=[1,1]
self.visited.append(start)
wall_list=self.get_neighbor_wall(start)
whilewall_list:
wall_position=random.choice(wall_list)
neighbor_road=self.get_neighbor_road(wall_position)
wall_list.remove(wall_position)
self.deal_with_not_visited(neighbor_road[0],wall_position,wall_list)
self.deal_with_not_visited(neighbor_road[1],wall_position,wall_list)

该函数里面有两个主要函数get_neighbor_road(point)和deal_with_not_visited()，前者会获得传入坐标点point的邻路节点，返回值是一个二维数组，后者deal_with_not_visited()函数处理步骤4.1的逻辑。

由于Prim随机算法是随机的从列表中的所有的单元格进行随机选择，新加入的单元格和旧加入的单元格被选中的概率是一样的，因此其分支较多，生成的迷宫较复杂，难度较大，当然看起来也更自然些。生成的迷宫。
[1,1,1,1,1,1,1,1,1,1,1]
[0,0,0,0,0,0,0,0,0,0,1]
[1,1,1,1,1,0,1,1,1,1,1]
[1,0,0,0,0,0,0,0,0,0,1]
[1,1,1,0,1,0,1,0,1,0,1]
[1,0,0,0,1,0,1,0,1,0,1]
[1,0,1,0,1,0,1,1,1,1,1]
[1,0,1,0,1,0,0,0,0,0,1]
[1,0,1,0,1,1,1,0,1,0,1]
[1,0,1,0,1,0,0,0,1,0,0]
[1,1,1,1,1,1,1,1,1,1,1]

走出迷宫

得到了迷宫的地图，接下来就按照我们文首的思路来走迷宫即可。主要函数逻辑如下：

defdfs(self,x,y,path,visited=[]):
#outOfIndex
ifself.is_out_of_index(x,y):
returnFalse

#visitedoriswall
if[x,y]invisitedorself.get_value([x,y])==1:
returnFalse

visited.append([x,y])
path.append([x,y])

#end...
ifx==self.width-2andy==self.height-2:
returnTrue

#recursive
foriinrange(4):
if0
很明显，这就是一个典型的递归程序。当该节点坐标越界、该节点被访问过或者该节点是墙壁的时候，直接返回，因为该节点肯定不是我们要找的路径的一部分，否则就将该节点加入被访问过的节点和路径的集合中。
然后如果该节点是出口则表示程序执行结束，找到了通路。不然就遍历四个方向向量，将节点的邻路传入函数dfs继续以上步骤，直到找到出路或者程序所有节点都遍历完成。
来看看我们dfs得出的路径结果：
[[0,1],[1,1],[2,1],[3,1],[4,1],[5,1],[6,1],[7,1],[8,1],[9,1],[9,1],[8,1],[7,1],[6,1],[5,1],[5,2],[5,3],[6,3],[7,3],[8,3],[9,3],[9,4],[9,5],[9,5],[9,4],[9,3],[8,3],[7,3],[7,4],[7,5],[7,5],[7,4],[7,3],[6,3],[5,3],[4,3],[3,3],[2,3],[1,3],[1,3],[2,3],[3,3],[3,4],[3,5],[2,5],[1,5],[1,6],[1,7],[1,8],[1,9],[1,9],[1,8],[1,7],[1,6],[1,5],[2,5],[3,5],[3,6],[3,7],[3,8],[3,9],[3,9],[3,8],[3,7],[3,6],[3,5],[3,4],[3,3],[4,3],[5,3],[5,4],[5,5],[5,6],[5,7],[6,7],[7,7],[8,7],[9,7],[9,8],[9,9],[10,9]]
可视化


有了迷宫地图和通路路径，剩下的工作就是将这些坐标点渲染出来。今天我们用的可视化库是pyxel，这是一个用来写像素级游戏的Python库，
当然使用前需要先安装下这个库。
Win用户直接用pipinstall-Upyxel命令安装即可。
Mac用户使用以下命令安装：
brewinstallpython3gccsdl2sdl2_imagegifsicle
pip3install-Upyxel
先来看个简单的Demo。

importpyxel

classApp:
def__init__(self):
pyxel.init(160,120)
self.x=0
pyxel.run(self.update,self.draw)

defupdate(self):
self.x=(self.x+1)%pyxel.width

defdraw(self):
pyxel.cls(0)
pyxel.rect(self.x,0,8,8,9)

App()
类App的执行逻辑就是不断的调用update函数和draw函数，因此可以在update函数中更新物体的坐标，然后在draw函数中将图像画到屏幕即可。
如此我们就先把迷宫画出来，然后在渲染dfs遍历动画。

width,height=37,21
my_maze=Maze(width,height)
my_maze.generate()

classApp:
def__init__(self):
pyxel.init(width*pixel,height*pixel)
pyxel.run(self.update,self.draw)

defupdate(self):
ifpyxel.btn(pyxel.KEY_Q):
pyxel.quit()

ifpyxel.btn(pyxel.KEY_S):
self.death=False

defdraw(self):
#drawmaze
forxinrange(height):
foryinrange(width):
color=road_colorifmy_maze.map[x][y]is0elsewall_color
pyxel.rect(y*pixel,x*pixel,pixel,pixel,color)
pyxel.rect(0,pixel,pixel,pixel,start_point_color)
pyxel.rect((width-1)*pixel,(height-2)*pixel,pixel,pixel,end_point_color)

App()
看起来还可以，这里的宽和高我分别用了37和21个像素格来生成，所以生成的迷宫不是很复杂，如果像素点很多的话就会错综复杂了。
接下里来我们就需要修改update函数和draw函数来渲染路径了。为了方便操作，我们在init函数中新增几个属性。
self.index=0
self.route=[]#用于记录待渲染的路径
self.step=1#步长，数值越小速度越快，1：每次一格；10：每次1/10格
self.color=start_point_color
self.bfs_route=my_maze.bfs_route()
其中index和step是用来控制渲染速度的，在draw函数中index每次自增1，然后再对step求余数得到当前的真实下标real_index，简言之就是index每增加step，real_index才会加一，渲染路径向前走一步。
defdraw(self):
#drawmaze
forxinrange(height):
foryinrange(width):
color=road_colorifmy_maze.map[x][y]is0elsewall_color
pyxel.rect(y*pixel,x*pixel,pixel,pixel,color)
pyxel.rect(0,pixel,pixel,pixel,start_point_color)
pyxel.rect((width-1)*pixel,(height-2)*pixel,pixel,pixel,end_point_color)

ifself.index>0:
#drawroute
offset=pixel/2
foriinrange(len(self.route)-1):
curr=self.route[i]
next=self.route[i+1]
self.color=backtrack_colorifcurrinself.route[:i]andnextinself.route[:i]elseroute_color
pyxel.line(curr[0]+offset,(curr[1]+offset),next[0]+offset,next[1]+offset,self.color)
pyxel.circ(self.route[-1][0]+2,self.route[-1][1]+2,1,head_color)
defupdate(self):
ifpyxel.btn(pyxel.KEY_Q):
pyxel.quit()

ifpyxel.btn(pyxel.KEY_S):
self.death=False

ifnotself.death:
self.check_death()
self.update_route()

defcheck_death(self):
ifself.dfs_modelandlen(self.route)==len(self.dfs_route)-1:
self.death=True
elifnotself.dfs_modelandlen(self.route)==len(self.bfs_route)-1:
self.death=True

defupdate_route(self):
index=int(self.index/self.step)
self.index+=1
ifindex==len(self.route):#move
ifself.dfs_model:
self.route.append([pixel*self.dfs_route[index][0],pixel*self.dfs_route[index][1]])
else:
self.route.append([pixel*self.bfs_route[index][0],pixel*self.bfs_route[index][1]])

App()
至此，我们完整的从迷宫生成，到寻找路径，再到路径可视化已全部实现。直接调用主函数App()然后按S键盘开启游戏
总结


今天我们用深度优先算法实现了迷宫的遍历，对于新手来说，递归这思路可能比较难理解，但这才是符合计算机思维的，随着经验的加深会理解越来越深刻的。
其次我们用pyxel库来实现路径可视化，难点在于坐标的计算更新，细节比较多且繁琐，当然读者也可以用其他库或者直接用网页来实现也可以。
游戏源码：

https://github.com/JustDoPython/python-examples/blob/master/doudou/2020-06-12-maze/maze.py

快来一试身手吧。
以上就是如何用Python制作一个迷宫游戏的详细内容，更多关于python制作迷宫游戏的资料请关注毛票票其它相关文章！
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如何用 Python 制作一个迷宫游戏

生成迷宫

走出迷宫

可视化

总结

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