Python制作AI贪吃蛇

　　前提：本文实现AI贪吃蛇自行对战，加上人机对战，文章末尾附上源代码以及各位大佬的链接，还有一些实现步骤，读者可再次基础上自行添加电脑VS电脑和玩家VS玩家（其实把人机对战写完，这2个都没什么了，思路都一样）

　　大佬Coco2d制作：http://www.waitingfy.com/html5/snake/

　　实现效果：

　　具体功能：

　　　　　　1.智能模式：电脑自己玩（自己吃食物）

　　　　　　2.人机对战：电脑和人操作（在上步的基础上加一个键盘控制的贪吃蛇即可）

　　实现环境：

　　　　　　Pycharm + Python3.6 + Curses + Win10

　　

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　　具体过程：

　　　　　　一：配置环境：

　　　　　　　　Curses: 参考链接 (Cp后面代表本地Python环境，别下错了)

　　　　　 　　 (Stackoverflow 真的是个非常好的地方)

　　　　　　二：

　　　　　　　　1.灵感来源+参考链接：

　　　　　　　　　　http://www.hawstein.com/posts/snake-ai.html （Chrome有时候打不开，Firefox可以打开）

　　　　　　　　　　网上基本都是这篇博客的转载（本人和通过Wechat和该大佬取得了联系[此人超级厉害]）

　　　　　　　　　　https://blog.csdn.net/fox64194167/article/details/19965069 （这个就更厉害了，Coco2d制作：分为人机对战，AI模式，AI打AI，人人对战）

　　　　　　　　2.算法思路：

　　　　　　　　　　A*算法：https://www.cnblogs.com/21207-iHome/p/6048969.html（本人之前接触过，当时讲课老师说是自动寻路算法，我感觉和BFS+DFS一样，结果没想到居然是A*算法）

　　　　　　　　　　BFS+DFS(略)

　　　　　　　　　　第一步是能制作一个基本的贪吃蛇，熟悉Curses的相关环境(最好别对蛇和食物使用特殊字符，在windows环境下会导致像素延迟，非常丑)

　　　　　　　　　　

#curses官方手册：https://docs.python.org/3.5/library/curses.html#module-curses
#curses参考手册：https://blog.csdn.net/chenxiaohua/article/details/2099304

　　　　　　　　　　具体思路：

　　　　　　　　　　　　熟悉Curses中相关指令后基本就没什么了，保证按的下一个键不导致蛇死亡，保证蛇吃食物后食物不在蛇身上，保证蛇碰到自己和边框就死亡,如果按其他键，会导致头被插入2次，从而让蛇死亡。(具体见代码分析)

 #!/usr/bin/env python
 # -*- coding: utf-8 -*-
 # @Time : 2018/11/5 17:08
 # @Author : Empirefree
 # @File : 贪吃蛇-01.py
 # @Software: PyCharm Community Edition

 #curses官方手册：https://docs.python.org/3.5/library/curses.html#module-curses
 #curses参考手册：https://blog.csdn.net/chenxiaohua/article/details/2099304

 # 基本思路：while循环,让蛇一直右走（直到按键,如果按了其他键就会导致蛇头被重复插入1次到snake中，
 # 继而第二次循环就会退出）,蛇是每次自动增长，但是每次没吃到食物就会pop尾部(snake放在dict中，类似链表),按键检查就是只能按方向键
 # 按方向键也存在判别是否出错（按了up后又按down）,然后对于死亡情况就是碰到周围和自己

 # 1.蛇的移动和吃食物后的变化
 # 2.按键:按其他键和方向键
 # 3.死亡判断

 import curses
 import random

 # 开启curses
 def Init_Curse():
     global s
     s = curses.initscr()
     curses.curs_set(0)      #能见度光标,写错了哇
     curses.noecho()
     curses.cbreak()          #立即得到响应
     s.keypad(True)          #特殊处理键位，返回KEY_LEFT

 #关闭并回到终端
 def Exit_Curse():
     curses.echo()
     curses.nocbreak()
     s.keypad(False)
     curses.endwin()

 def Start_Game():
     # 窗口化操作
     y, x = s.getmaxyx()  # curses中是y,x
     w = curses.newwin(y, x, 0, 0)
     w.keypad(1)
     w.timeout(100)

     # 初始化蛇的位置,并用dict存储
     snake_x = int(x / 4)
     snake_y = int(y / 2)
     snake = [[snake_y, snake_x], [snake_y, snake_x - 1], [snake_y, snake_x - 2]]

     # 初始化食物
     food_pos = [int(y / 2), int(x / 2)]
     w.addch(food_pos[0], food_pos[1], '@')  # 用@显示食物字元

     key = curses.KEY_RIGHT  # 得到右方向键

     # 开始,为什么我感觉True比1看的爽一些
     while True:
         next_key = w.getch()  # 等待输入，传回整数
         print(next_key, 'QAQ')
         # 防止Error
         if next_key != -1:
             if key == curses.KEY_RIGHT and next_key != curses.KEY_LEFT \
                     or key == curses.KEY_LEFT and next_key != curses.KEY_RIGHT \
                     or key == curses.KEY_DOWN and next_key != curses.KEY_UP \
                     or key == curses.KEY_UP and next_key != curses.KEY_DOWN:
                 key = next_key

         # 蛇死亡, 当蛇头碰到蛇身或墙壁
         if snake[0][0] in [0, y] or snake[0][1] in [0, x] or snake[0] in snake[1:]:
             # print(snake[0], snake[1]) 按下其他键就会导致,new_head被插入2次，从而退出
             curses.endwin()
             print('!!!游戏结束!!!')
             quit()

         #按键移动
         tempy = snake[0][0]
         tempx = snake[0][1]
         new_head = [tempy, tempx]
         if key == curses.KEY_RIGHT:
             new_head[1] += 1
         elif key == curses.KEY_LEFT:
             new_head[1] -= 1
         elif key == curses.KEY_UP:
             new_head[0] -= 1
         elif key == curses.KEY_DOWN:
             new_head[0] += 1
         snake.insert(0, new_head)       #保留蛇头，根据按键更新蛇头

         #食物位置
         if snake[0] == food_pos:
             food_pos = None
             while food_pos is None:
                 new_food = [random.randint(1, y - 1), random.randint(1, x - 1)]
                 if new_food not in snake:
                     food_pos = new_food
             w.addch(food_pos[0], food_pos[1], '@')   #再次添加食物，保证食物不在蛇上
         else:
             tail = snake.pop()              #dict直接pop尾部
             w.addch(tail[0], tail[1], ' ')

         w.addch(snake[0][0], snake[0][1], 'Q')

 if __name__ == '__main__':
     Init_Curse()
     Start_Game()

     print('QAQ')
     Exit_Curse()

基本贪吃蛇

　　　　　　　

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　　　　　　　 3.代码剖析：

　　　　　　　　　[红色为代码所需函数]

　　　　　　　　（蛇每走一步，就更新snake距离food的board距离，涉及board_rest(更新每个非snake元素距离food的距离)和board_refresh（本文这里采用BFS算法）），寻找到best_move，然后让蛇移                                   动 即可

　　　　　　　　　　如果吃的到食物(find_safe_way)：----> 放出虚拟蛇(virtual_shortest_move)（防止蛇吃完食物就被自己绕死）
　　　　　　　　　　　　　　　　　　如果虚拟蛇吃完食物还可以找到 蛇尾（出的去）(is_tail_inside)
　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　直接吃食物(choose_shortest_safe_move)
　　　　　　　　　　　　　　　　　　反之，出不去：
　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　就跟着尾巴走(follow_tail)就好比一直上下绕，就绝对不会死，但是蛇就完全没有灵性
　　　　　　　　　　如果吃不到食物
　　　　　　　　　　　　　　　　　　跟着尾巴(走最远的路(choose_longest_safe_move))，四个方向走（如果是A*算法需要将8个方向改成4个方向）

　　　　　　　　　　如果上诉方法都不行，就涉及到any_possible_move，挑选距离最小的走(这里就会涉及到将自己吃死,有待改进)

　　　　　　　　　（通过以上方法，就可以制造一个基本AI贪吃蛇了，当然，还有很多细节方面东西需要考虑）

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　　　　　　　　　报错：

win = curses.newwin(HEIGHT, WIDTH, 0, 0)
                                                        _curses.error: curses function returned NULL

　　　　　　　　　 原因：      Pycharm下面（或者cmd、exe太小，需要拉大点）

　　　　　　

 #!/usr/bin/env python
 # -*- coding: utf-8 -*-
 # @Time : 2018/11/16 14:26
 # @Author : Empirefree
 # @File : 贪吃蛇-03.py
 # @Software: PyCharm Community Edition

 import curses
 from curses import KEY_RIGHT, KEY_LEFT, KEY_UP, KEY_DOWN
 from random import randint

 # 必须要弄成全局哇，不然需要用到的数据太多了
 # 1.初始化界面
 # 2.更新地图，判断是否可以吃到食物
 # 3.如果可以吃到，放出虚拟蛇(这里又设计到地图更新(board_reset)，记录距离(board_refresh)操作)
 # 3.1虚拟蛇若吃食物距离蛇尾有路径（直接吃），否则，追蛇尾
 # 3.2若吃不到，则追蛇尾
 # 4.更新best_move，改变距离
 ###########################################################################################
 #作者：
 print('**************************************************************************')
 print('*****************！！！   欢迎使用AI贪吃蛇    ！！！*************************')
 print('*****************作者：胡宇乔                         *********************')
 print('*****************工具: Pycharm                       *********************')
 print('*****************时间: 2018/11/16 14:26               ********************')
 print('*****************        (按Esc结束贪吃蛇游戏)        **********************')
 print('**************************************************************************')
 # 场地
 HEIGHT, WIDTH = map(int, input('请输入长度长宽[20 40]：').split())
 FIELD_SIZE = HEIGHT * WIDTH

 #蛇和食物
 HEAD = 0
 FOOD = 0
 UNDEFINED = (HEIGHT + 1) * (WIDTH + 1)
 SNAKE = 2 * UNDEFINED

 # 四个方向的移动
 LEFT = -1
 RIGHT = 1
 UP = -WIDTH
 DOWN = WIDTH

 # 错误码
 ERR = -1111

 # 用一维数组来表示二维的东西
 # board表示蛇运动的矩形场地
 # 初始化蛇头在(1,1)的地方，第0行，HEIGHT行，第0列，WIDTH列为围墙，不可用
 # 初始蛇长度为1
 board = [0] * FIELD_SIZE
 snake = [0] * (FIELD_SIZE + 1)
 snake[HEAD] = 1 * WIDTH + 1
 snake_size = 1
 # tmpsnake即虚拟蛇
 tmpboard = [0] * FIELD_SIZE
 tmpsnake = [0] * (FIELD_SIZE + 1)
 tmpsnake[HEAD] = 1 * WIDTH + 1
 tmpsnake_size = 1

 # food:食物位置(0~FIELD_SIZE-1),初始在(3, 3)
 # best_move: 运动方向
 food = 3 * WIDTH + 3
 best_move = ERR

 # 运动方向数组
 mov = [LEFT, RIGHT, UP, DOWN]
 # 接收到的键 和 分数
 key = KEY_RIGHT
 score = 1  # 分数也表示蛇长

 #cueses初始化
 curses.initscr()
 win = curses.newwin(HEIGHT, WIDTH, 0, 0)
 win.keypad(1)
 curses.noecho()
 curses.curs_set(0)
 win.border(0)
 win.nodelay(1)
 win.addch(food // WIDTH, food % WIDTH, '@')

 ###########################################################################################
 #判断是否为空（可走）
 def is_cell_free(idx, psize, psnake):
     return not (idx in psnake[:psize])

 # 检查某个位置idx是否可向move方向运动
 def is_move_possible(idx, move):
     flag = False
     if move == LEFT:
         flag = True if idx % WIDTH > 1 else False
     elif move == RIGHT:
         flag = True if idx % WIDTH < (WIDTH - 2) else False
     elif move == UP:
         flag = True if idx > (2 * WIDTH - 1) else False  # 即idx/WIDTH > 1
     elif move == DOWN:
         flag = True if idx < (FIELD_SIZE - 2 * WIDTH) else False  # 即idx/WIDTH < HEIGHT-2
     return flag

 # 计算出board中每个非SNAKE元素到达食物的路径长度,并判断是否可以找到食物
 def board_reset(psnake, psize, pboard):
     for i in range(FIELD_SIZE):
         if i == food:
             pboard[i] = FOOD
         elif is_cell_free(i, psize, psnake):  # 该位置为空
             pboard[i] = UNDEFINED
         else:  # 该位置为蛇身
             pboard[i] = SNAKE

 # 广度优先搜索遍历整个board，
 # 计算出board中每个非SNAKE元素到达食物的路径长度
 def board_refresh(pfood, psnake, pboard):
     queue = []
     queue.append(pfood)
     inqueue = [0] * FIELD_SIZE
     found = False
     # while循环结束后，除了蛇的身体，
     # 其它每个方格中的数字代码从它到食物的路径长度
     while len(queue) != 0:
         idx = queue.pop(0)
         if inqueue[idx] == 1: continue
         inqueue[idx] = 1
         for i in range(4):
             if is_move_possible(idx, mov[i]):
                 if idx + mov[i] == psnake[HEAD]:
                     found = True
                 if pboard[idx + mov[i]] < SNAKE:  # 如果该点不是蛇的身体

                     if pboard[idx + mov[i]] > pboard[idx] + 1:
                         pboard[idx + mov[i]] = pboard[idx] + 1
                     if inqueue[idx + mov[i]] == 0:
                         queue.append(idx + mov[i])

     return found

 #蛇头开始，根据蛇的4个领域选择最远路径(安全一点)
 def choose_shortest_safe_move(psnake, pboard):
     best_move = ERR
     min = SNAKE
     for i in range(4):
         if is_move_possible(psnake[HEAD], mov[i]) and pboard[psnake[HEAD] + mov[i]] < min:
             min = pboard[psnake[HEAD] + mov[i]]
             best_move = mov[i]
     return best_move

 # 从蛇头开始，根据board中元素值，
 # 从蛇头周围4个领域点中选择最远路径
 def choose_longest_safe_move(psnake, pboard):
     best_move = ERR
     max = -1
     for i in range(4):
         if is_move_possible(psnake[HEAD], mov[i]) and pboard[psnake[HEAD] + mov[i]] < UNDEFINED and pboard[psnake[HEAD] + mov[i]] > max:
             max = pboard[psnake[HEAD] + mov[i]]
             best_move = mov[i]
     return best_move

 # 检查是否可以追着蛇尾运动，即蛇头和蛇尾间是有路径的
 # 为的是避免蛇头陷入死路
 # 虚拟操作，在tmpboard,tmpsnake中进行
 def is_tail_inside():
     global tmpboard, tmpsnake, food, tmpsnake_size
     tmpboard[tmpsnake[tmpsnake_size - 1]] = 0  # 虚拟地将蛇尾变为食物(因为是虚拟的，所以在tmpsnake,tmpboard中进行)
     tmpboard[food] = SNAKE  # 放置食物的地方，看成蛇身
     result = board_refresh(tmpsnake[tmpsnake_size - 1], tmpsnake, tmpboard)  # 求得每个位置到蛇尾的路径长度
     for i in range(4):  # 如果蛇头和蛇尾紧挨着，则返回False。即不能follow_tail，追着蛇尾运动了
         if is_move_possible(tmpsnake[HEAD], mov[i]) and tmpsnake[HEAD] + mov[i] == tmpsnake[
                     tmpsnake_size - 1] and tmpsnake_size > 3:
             result = False
     return result

 # 让蛇头朝着蛇尾运行一步
 # 不管蛇身阻挡，朝蛇尾方向运行
 def follow_tail():
     global tmpboard, tmpsnake, food, tmpsnake_size
     tmpsnake_size = snake_size
     tmpsnake = snake[:]
     board_reset(tmpsnake, tmpsnake_size, tmpboard)  # 重置虚拟board
     tmpboard[tmpsnake[tmpsnake_size - 1]] = FOOD  # 让蛇尾成为食物
     tmpboard[food] = SNAKE  # 让食物的地方变成蛇身
     board_refresh(tmpsnake[tmpsnake_size - 1], tmpsnake, tmpboard)  # 求得各个位置到达蛇尾的路径长度
     tmpboard[tmpsnake[tmpsnake_size - 1]] = SNAKE  # 还原蛇尾

     return choose_longest_safe_move(tmpsnake, tmpboard)  # 返回运行方向(让蛇头运动1步)

 # 在各种方案都不行时，随便找一个可行的方向来走(1步),
 def any_possible_move():
     global food, snake, snake_size, board
     best_move = ERR
     board_reset(snake, snake_size, board)
     board_refresh(food, snake, board)
     min = SNAKE

     for i in range(4):
         if is_move_possible(snake[HEAD], mov[i]) and board[snake[HEAD] + mov[i]] < min:
             min = board[snake[HEAD] + mov[i]]
             best_move = mov[i]
     return best_move

 #虚拟蛇蛇移动
 def shift_array(arr, size):
     for i in range(size, 0, -1):
         arr[i] = arr[i - 1]

 #产生新食物
 def new_food():
     global food, snake_size
     cell_free = False
     while not cell_free:
         w = randint(1, WIDTH - 2)
         h = randint(1, HEIGHT - 2)
         food = h * WIDTH + w
         cell_free = is_cell_free(food, snake_size, snake)
     win.addch(food // WIDTH, food % WIDTH, '@')

 # 真正的蛇在这个函数中，朝pbest_move走1步
 def make_move(pbest_move):
     global key, snake, board, snake_size, score
     shift_array(snake, snake_size)
     snake[HEAD] += pbest_move

     # 按esc退出，getch同时保证绘图的流畅性，没有它只会看到最终结果
     win.timeout(10)
     event = win.getch()
     key = key if event == -1 else event
     if key == 27: return

     p = snake[HEAD]
     win.addch(p // WIDTH, p % WIDTH, '*')

     # 如果新加入的蛇头就是食物的位置
     # 蛇长加1，产生新的食物，重置board(因为原来那些路径长度已经用不上了)
     if snake[HEAD] == food:
         board[snake[HEAD]] = SNAKE  # 新的蛇头
         snake_size += 1
         score += 1
         if snake_size < FIELD_SIZE: new_food()
     else:  # 如果新加入的蛇头不是食物的位置
         board[snake[HEAD]] = SNAKE  # 新的蛇头
         board[snake[snake_size]] = UNDEFINED  # 蛇尾变为空格
         win.addch(snake[snake_size] // WIDTH, snake[snake_size] % WIDTH, ' ')

 #虚拟蛇最短移动
 def virtual_shortest_move():
     global snake, board, snake_size, tmpsnake, tmpboard, tmpsnake_size, food
     tmpsnake_size = snake_size
     tmpsnake = snake[:]  # 如果直接tmpsnake=snake，则两者指向同一处
     tmpboard = board[:]  # board中已经是各位置到达食物的路径长度了，不用再计算
     board_reset(tmpsnake, tmpsnake_size, tmpboard)

     food_eated = False
     while not food_eated:
         board_refresh(food, tmpsnake, tmpboard)
         move = choose_shortest_safe_move(tmpsnake, tmpboard)
         shift_array(tmpsnake, tmpsnake_size)
         tmpsnake[HEAD] += move  # 在蛇头前加入一个新的位置
         # 如果新加入的蛇头的位置正好是食物的位置
         # 则长度加1，重置board，食物那个位置变为蛇的一部分(SNAKE)
         if tmpsnake[HEAD] == food:
             tmpsnake_size += 1
             board_reset(tmpsnake, tmpsnake_size, tmpboard)  # 虚拟运行后，蛇在board的位置
             tmpboard[food] = SNAKE
             food_eated = True
         else:  # 如果蛇头不是食物的位置，则新加入的位置为蛇头，最后一个变为空格
             tmpboard[tmpsnake[HEAD]] = SNAKE
             tmpboard[tmpsnake[tmpsnake_size]] = UNDEFINED

 # 如果蛇与食物间有路径，则调用本函数
 def find_safe_way():
     global snake, board
     safe_move = ERR
     # 虚拟地运行一次，因为已经确保蛇与食物间有路径，所以执行有效
     # 运行后得到虚拟下蛇在board中的位置，即tmpboard，见label101010
     virtual_shortest_move()  # 该函数唯一调用处
     if is_tail_inside():  # 如果虚拟运行后，蛇头蛇尾间有通路，则选最短路运行(1步)
         return choose_shortest_safe_move(snake, board)
     safe_move = follow_tail()  # 否则虚拟地follow_tail 1步，如果可以做到，返回true
     return safe_move

 if __name__ == '__main__':

     while key != 27:
         win.border(0)
         win.addstr(0, 2, '分数:' + str(score) + ' ')
         win.timeout(10)
         # 接收键盘输入，同时也使显示流畅
         event = win.getch()
         key = key if event == -1 else event
         # 重置矩阵
         board_reset(snake, snake_size, board)

         # 如果蛇可以吃到食物，board_refresh返回true
         # 并且board中除了蛇身(=SNAKE)，其它的元素值表示从该点运动到食物的最短路径长
         if board_refresh(food, snake, board):
             best_move = find_safe_way()  # find_safe_way的唯一调用处
         else:
             best_move = follow_tail()

         if best_move == ERR:
             best_move = any_possible_move()
         # 上面一次思考，只得出一个方向，运行一步
         if best_move != ERR:
             make_move(best_move)
         else:
             break

     curses.endwin()
     print("\n 得分： " + str(score))

贪吃蛇-02

　　　　　　　　　在以上基础上，还需要引入第一步制造的基本贪吃蛇

　　　　　　　　　细节： 1.键盘蛇加入后如何与蛇抢分(只需要return即可，但是 new_food()里面是需要更改的)

　　　　　　　　　　

 # 产生新食物
             def new_food():
                 global food, snake_size, myfood
                 cell_free = False
                 while not cell_free:
                     food1 = [random.randint(1, HEIGHT - 2), random.randint(1, WIDTH - 2)]
                     w = randint(1, WIDTH - 2)
                     h = randint(1, HEIGHT - 2)
                     myfood = [h, w]
                     food = h * WIDTH + w
                     if (is_cell_free(food, snake_size, snake) and [w, h] not in snake1):
                         cell_free = True
                 win.addch(food // WIDTH, food % WIDTH, '@')

　　　　　　　　　　　2.一直没说，由于蛇加入后很多变量都需要global，导致变量看起来非常麻烦（读者要有心理准备）

　　　　　　　　　　    3.curses里面的win.timeout()是控制蛇的速度

　　　　　　　　　　　好像就没什么了，想起来了在更。我没加入2条蛇不能彼此碰撞（读者也可以弄成2个地图，然后看AI蛇和你自己的蛇如何操作跑，我是放在了一个地图里面）

　　　　　　　　　　　当然还有很多很多细节，不过主要思路写下来了。其余就靠分析代码自行研究了。

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　　　　　　　　　　最终源代码: https://pan.baidu.com/s/1TaPIja8FVpyFZRbvjuvEvA 提取码: ff6f