Python制作AI贪吃蛇，很多很多细节、思路都写下来了！

Love The Way You Lie 2024-02-05 13:17 26阅读 0赞

前提：本文实现AI贪吃蛇自行对战，加上人机对战，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）

### **实现效果：** ###

![图片][9de6a29505e54126dd465c72b76e6055.jpeg]

### **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

### **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）

2.算法思路：

AI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AI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)

![图片][b7420d64247b422d4cdfbbe4faafde39.jpeg]

\#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)

1 #!/usr/bin/env python
     2 # -*- coding: utf-8 -*-
     3 # @Time : 2018/11/5 17:08
     4 # @Author : Empirefree
     5 # @File : 贪吃蛇-01.py
     6 # @Software: PyCharm Community Edition
     7
     8 #curses官方手册：https://docs.python.org/3.5/library/curses.html#module-curses
     9 #curses参考手册：https://blog.csdn.net/chenxiaohua/article/details/2099304
     10
     11 # 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，
     12 # 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
     13 # 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
     14
     15 # 1.蛇的移动和吃食物后的变化
     16 # 2.按键:按其他键和方向键
     17 # 3.死亡判断
     18
     19 import curses
     20 import random
     21
     22 # 开启curses
     23 def Init_Curse():
     24 global s
     25 s = curses.initscr()
     26 curses.curs_set(0) #能见度光标,写错了哇
     27 curses.noecho()
     28 curses.cbreak() #立即得到响应
     29 s.keypad(True) #特殊处理键位，返回KEY_LEFT
     30
     31 #关闭并回到终端
     32 def Exit_Curse():
     33 curses.echo()
     34 curses.nocbreak()
     35 s.keypad(False)
     36 curses.endwin()
     37
     38 def Start_Game():
     39 # 窗口化操作
     40 y, x = s.getmaxyx() # curses中是y,x
     41 w = curses.newwin(y, x, 0, 0)
     42 w.keypad(1)
     43 w.timeout(100)
     44
     45 # 初始化蛇的位置,并用dict存储
     46 snake_x = int(x / 4)
     47 snake_y = int(y / 2)
     48 snake = [[snake_y, snake_x], [snake_y, snake_x - 1], [snake_y, snake_x - 2]]
     49
     50 # 初始化食物
     51 food_pos = [int(y / 2), int(x / 2)]
     52 w.addch(food_pos[0], food_pos[1], '@') # 用@显示食物字元
     53
     54 key = curses.KEY_RIGHT # 得到右方向键
     55
     56 # 开始,为什么我感觉True比1看的爽一些
     57 while True:
     58 next_key = w.getch() # 等待输入，传回整数
     59 print(next_key, 'QAQ')
     60 # 防止Error
     61 if next_key != -1:
     62 if key == curses.KEY_RIGHT and next_key != curses.KEY_LEFT
     63 or key == curses.KEY_LEFT and next_key != curses.KEY_RIGHT
     64 or key == curses.KEY_DOWN and next_key != curses.KEY_UP
     65 or key == curses.KEY_UP and next_key != curses.KEY_DOWN:
     66 key = next_key
     67
     68 # 蛇死亡, 当蛇头碰到蛇身或墙壁
     69 if snake[0][0] in [0, y] or snake[0][1] in [0, x] or snake[0] in snake[1:]:
     70 # 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
     71 curses.endwin()
     72 print('!!!游戏结束!!!')
     73 quit()
     74
     75 #按键移动
     76 tempy = snake[0][0]
     77 tempx = snake[0][1]
     78 new_head = [tempy, tempx]
     79 if key == curses.KEY_RIGHT:
     80 new_head[1] += 1
     81 elif key == curses.KEY_LEFT:
     82 new_head[1] -= 1
     83 elif key == curses.KEY_UP:
     84 new_head[0] -= 1
     85 elif key == curses.KEY_DOWN:
     86 new_head[0] += 1
     87 snake.insert(0, new_head) #保留蛇头，根据按键更新蛇头
     88
     89 #食物位置
     90 if snake[0] == food_pos:
     91 food_pos = None
     92 while food_pos is None:
     93 new_food = [random.randint(1, y - 1), random.randint(1, x - 1)]
     94 if new_food not in snake:
     95 food_pos = new_food
     96 w.addch(food_pos[0], food_pos[1], '@') #再次添加食物，保证食物不在蛇上
     97 else:
     98 tail = snake.pop() #dict直接pop尾部
     99 w.addch(tail[0], tail[1], ' ')
    100
    101 w.addch(snake[0][0], snake[0][1], 'Q')
    102
    103 if __name__ == '__main__':
    104 Init_Curse()
    105 Start_Game()
    106
    107 print('QAQ')
    108 Exit_Curse()
    基本贪吃蛇

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a ny\_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）

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）

1 #!/usr/bin/env python
     2 # -*- coding: utf-8 -*-
     3 # @Time : 2018/11/16 14:26
     4 # @Author : Empirefree
     5 # @File : 贪吃蛇-03.py
     6 # @Software: PyCharm Community Edition
     7
     8 import curses
     9 from curses import KEY_RIGHT, KEY_LEFT, KEY_UP, KEY_DOWN
     10 from random import randint
     11
     12 # 必须要弄成全局哇，不然需要用到的数据太多了
     13 # 1.初始化界面
     14 # 2.更新地图，判断是否可以吃到食物
     15 # 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)
     16 # 3.1虚拟蛇若吃食物距离蛇尾有路径（直接吃），否则，追蛇尾
     17 # 3.2若吃不到，则追蛇尾
     18 # 4.更新best_move，改变距离
     19 ###########################################################################################
     20 #作者：
     21 print('**************************************************************************')
     22 print('*****************！！！欢迎使用AI贪吃蛇 ！！！*************************')
     23 print('*****************作者：胡宇乔 *********************')
     24 print('*****************工具: Pycharm *********************')
     25 print('*****************时间: 2018/11/16 14:26 ********************')
     26 print('***************** (按Esc结束贪吃蛇游戏) **********************')
     27 print('**************************************************************************')
     28 # 场地
     29 HEIGHT, WIDTH = map(int, input('请输入长度长宽[20 40]：').split())
     30 FIELD_SIZE = HEIGHT * WIDTH
     31
     32 #蛇和食物
     33 HEAD = 0
     34 FOOD = 0
     35 UNDEFINED = (HEIGHT + 1) * (WIDTH + 1)
     36 SNAKE = 2 * UNDEFINED
     37
     38 # 四个方向的移动
     39 LEFT = -1
     40 RIGHT = 1
     41 UP = -WIDTH
     42 DOWN = WIDTH
     43
     44 # 错误码
     45 ERR = -1111
     46
     47 # 用一维数组来表示二维的东西
     48 # board表示蛇运动的矩形场地
     49 # 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
     50 # 初始蛇长度为1
     51 board = [0] * FIELD_SIZE
     52 snake = [0] * (FIELD_SIZE + 1)
     53 snake[HEAD] = 1 * WIDTH + 1
     54 snake_size = 1
     55 # tmpsnake即虚拟蛇
     56 tmpboard = [0] * FIELD_SIZE
     57 tmpsnake = [0] * (FIELD_SIZE + 1)
     58 tmpsnake[HEAD] = 1 * WIDTH + 1
     59 tmpsnake_size = 1
     60
     61 # food:食物位置(0~FIELD_SIZE-1),初始在(3, 3)
     62 # best_move: 运动方向
     63 food = 3 * WIDTH + 3
     64 best_move = ERR
     65
     66 # 运动方向数组
     67 mov = [LEFT, RIGHT, UP, DOWN]
     68 # 接收到的键 和 分数
     69 key = KEY_RIGHT
     70 score = 1 # 分数也表示蛇长
     71
     72 #cueses初始化
     73 curses.initscr()
     74 win = curses.newwin(HEIGHT, WIDTH, 0, 0)
     75 win.keypad(1)
     76 curses.noecho()
     77 curses.curs_set(0)
     78 win.border(0)
     79 win.nodelay(1)
     80 win.addch(food // WIDTH, food % WIDTH, '@')
     81
     82 ###########################################################################################
     83 #判断是否为空（可走）
     84 def is_cell_free(idx, psize, psnake):
     85 return not (idx in psnake[:psize])
     86
     87
     88 # 检查某个位置idx是否可向move方向运动
     89 def is_move_possible(idx, move):
     90 flag = False
     91 if move == LEFT:
     92 flag = True if idx % WIDTH > 1 else False
     93 elif move == RIGHT:
     94 flag = True if idx % WIDTH < (WIDTH - 2) else False
     95 elif move == UP:
     96 flag = True if idx > (2 * WIDTH - 1) else False # 即idx/WIDTH > 1
     97 elif move == DOWN:
     98 flag = True if idx < (FIELD_SIZE - 2 * WIDTH) else False # 即idx/WIDTH < HEIGHT-2
     99 return flag
    100
    101
    102 # 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
    103 def board_reset(psnake, psize, pboard):
    104 for i in range(FIELD_SIZE):
    105 if i == food:
    106 pboard[i] = FOOD
    107 elif is_cell_free(i, psize, psnake): # 该位置为空
    108 pboard[i] = UNDEFINED
    109 else: # 该位置为蛇身
    110 pboard[i] = SNAKE
    111
    112
    113 # 广度优先搜索遍历整个board，
    114 # 计算出board中每个非SNAKE元素到达食物的路径长度
    115 def board_refresh(pfood, psnake, pboard):
    116 queue = []
    117 queue.append(pfood)
    118 inqueue = [0] * FIELD_SIZE
    119 found = False
    120 # while循环结束后，除了蛇的身体，
    121 # 其它每个方格中的数字代码从它到食物的路径长度
    122 while len(queue) != 0:
    123 idx = queue.pop(0)
    124 if inqueue[idx] == 1: continue
    125 inqueue[idx] = 1
    126 for i in range(4):
    127 if is_move_possible(idx, mov[i]):
    128 if idx + mov[i] == psnake[HEAD]:
    129 found = True
    130 if pboard[idx + mov[i]] < SNAKE: # 如果该点不是蛇的身体
    131
    132 if pboard[idx + mov[i]] > pboard[idx] + 1:
    133 pboard[idx + mov[i]] = pboard[idx] + 1
    134 if inqueue[idx + mov[i]] == 0:
    135 queue.append(idx + mov[i])
    136
    137 return found
    138
    139
    140 #蛇头开始，根据蛇的4个领域选择最远路径(安全一点)
    141 def choose_shortest_safe_move(psnake, pboard):
    142 best_move = ERR
    143 min = SNAKE
    144 for i in range(4):
    145 if is_move_possible(psnake[HEAD], mov[i]) and pboard[psnake[HEAD] + mov[i]] < min:
    146 min = pboard[psnake[HEAD] + mov[i]]
    147 best_move = mov[i]
    148 return best_move
    149
    150
    151 # 从蛇头开始，根据board中元素值，
    152 # 从蛇头周围4个领域点中选择最远路径
    153 def choose_longest_safe_move(psnake, pboard):
    154 best_move = ERR
    155 max = -1
    156 for i in range(4):
    157 if is_move_possible(psnake[HEAD], mov[i]) and pboard[psnake[HEAD] + mov[i]] < UNDEFINED and pboard[psnake[HEAD] + mov[i]] > max:
    158 max = pboard[psnake[HEAD] + mov[i]]
    159 best_move = mov[i]
    160 return best_move
    161
    162
    163 # 检查是否可以追着蛇尾运动，即蛇头和蛇尾间是有路径的
    164 # 为的是避免蛇头陷入死路
    165 # 虚拟操作，在tmpboard,tmpsnake中进行
    166 def is_tail_inside():
    167 global tmpboard, tmpsnake, food, tmpsnake_size
    168 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)
    169 tmpboard[food] = SNAKE # 放置食物的地方，看成蛇身
    170 result = board_refresh(tmpsnake[tmpsnake_size - 1], tmpsnake, tmpboard) # 求得每个位置到蛇尾的路径长度
    171 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
    172 if is_move_possible(tmpsnake[HEAD], mov[i]) and tmpsnake[HEAD] + mov[i] == tmpsnake[
    173 tmpsnake_size - 1] and tmpsnake_size > 3:
    174 result = False
    175 return result
    176
    177
    178 # 让蛇头朝着蛇尾运行一步
    179 # 不管蛇身阻挡，朝蛇尾方向运行
    180 def follow_tail():
    181 global tmpboard, tmpsnake, food, tmpsnake_size
    182 tmpsnake_size = snake_size
    183 tmpsnake = snake[:]
    184 board_reset(tmpsnake, tmpsnake_size, tmpboard) # 重置虚拟board
    185 tmpboard[tmpsnake[tmpsnake_size - 1]] = FOOD # 让蛇尾成为食物
    186 tmpboard[food] = SNAKE # 让食物的地方变成蛇身
    187 board_refresh(tmpsnake[tmpsnake_size - 1], tmpsnake, tmpboard) # 求得各个位置到达蛇尾的路径长度
    188 tmpboard[tmpsnake[tmpsnake_size - 1]] = SNAKE # 还原蛇尾
    189
    190 return choose_longest_safe_move(tmpsnake, tmpboard) # 返回运行方向(让蛇头运动1步)
    191
    192
    193 # 在各种方案都不行时，随便找一个可行的方向来走(1步),
    194 def any_possible_move():
    195 global food, snake, snake_size, board
    196 best_move = ERR
    197 board_reset(snake, snake_size, board)
    198 board_refresh(food, snake, board)
    199 min = SNAKE
    200
    201 for i in range(4):
    202 if is_move_possible(snake[HEAD], mov[i]) and board[snake[HEAD] + mov[i]] < min:
    203 min = board[snake[HEAD] + mov[i]]
    204 best_move = mov[i]
    205 return best_move
    206
    207 #虚拟蛇蛇移动
    208 def shift_array(arr, size):
    209 for i in range(size, 0, -1):
    210 arr[i] = arr[i - 1]
    211
    212 #产生新食物
    213 def new_food():
    214 global food, snake_size
    215 cell_free = False
    216 while not cell_free:
    217 w = randint(1, WIDTH - 2)
    218 h = randint(1, HEIGHT - 2)
    219 food = h * WIDTH + w
    220 cell_free = is_cell_free(food, snake_size, snake)
    221 win.addch(food // WIDTH, food % WIDTH, '@')
    222
    223
    224 # 真正的蛇在这个函数中，朝pbest_move走1步
    225 def make_move(pbest_move):
    226 global key, snake, board, snake_size, score
    227 shift_array(snake, snake_size)
    228 snake[HEAD] += pbest_move
    229
    230 # 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
    231 win.timeout(10)
    232 event = win.getch()
    233 key = key if event == -1 else event
    234 if key == 27: return
    235
    236 p = snake[HEAD]
    237 win.addch(p // WIDTH, p % WIDTH, '*')
    238
    239 # 如果新加入的蛇头就是食物的位置
    240 # 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)
    241 if snake[HEAD] == food:
    242 board[snake[HEAD]] = SNAKE # 新的蛇头
    243 snake_size += 1
    244 score += 1
    245 if snake_size < FIELD_SIZE: new_food()
    246 else: # 如果新加入的蛇头不是食物的位置
    247 board[snake[HEAD]] = SNAKE # 新的蛇头
    248 board[snake[snake_size]] = UNDEFINED # 蛇尾变为空格
    249 win.addch(snake[snake_size] // WIDTH, snake[snake_size] % WIDTH, ' ')
    250
    251
    252 #虚拟蛇最短移动
    253 def virtual_shortest_move():
    254 global snake, board, snake_size, tmpsnake, tmpboard, tmpsnake_size, food
    255 tmpsnake_size = snake_size
    256 tmpsnake = snake[:] # 如果直接tmpsnake=snake，则两者指向同一处
    257 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
    258 board_reset(tmpsnake, tmpsnake_size, tmpboard)
    259
    260 food_eated = False
    261 while not food_eated:
    262 board_refresh(food, tmpsnake, tmpboard)
    263 move = choose_shortest_safe_move(tmpsnake, tmpboard)
    264 shift_array(tmpsnake, tmpsnake_size)
    265 tmpsnake[HEAD] += move # 在蛇头前加入一个新的位置
    266 # 如果新加入的蛇头的位置正好是食物的位置
    267 # 则长度加1，重置board，食物那个位置变为蛇的一部分(SNAKE)
    268 if tmpsnake[HEAD] == food:
    269 tmpsnake_size += 1
    270 board_reset(tmpsnake, tmpsnake_size, tmpboard) # 虚拟运行后，蛇在board的位置
    271 tmpboard[food] = SNAKE
    272 food_eated = True
    273 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
    274 tmpboard[tmpsnake[HEAD]] = SNAKE
    275 tmpboard[tmpsnake[tmpsnake_size]] = UNDEFINED
    276
    277
    278 # 如果蛇与食物间有路径，则调用本函数
    279 def find_safe_way():
    280 global snake, board
    281 safe_move = ERR
    282 # 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
    283 # 运行后得到虚拟下蛇在board中的位置，即tmpboard，见label101010
    284 virtual_shortest_move() # 该函数唯一调用处
    285 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)
    286 return choose_shortest_safe_move(snake, board)
    287 safe_move = follow_tail() # 否则虚拟地follow_tail 1步，如果可以做到，返回true
    288 return safe_move
    289
    290 if __name__ == '__main__':
    291
    292 while key != 27:
    293 win.border(0)
    294 win.addstr(0, 2, '分数:' + str(score) + ' ')
    295 win.timeout(10)
    296 # 接收键盘输入，同时也使显示流畅
    297 event = win.getch()
    298 key = key if event == -1 else event
    299 # 重置矩阵
    300 board_reset(snake, snake_size, board)
    301
    302 # 如果蛇可以吃到食物，board_refresh返回true
    303 # 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
    304 if board_refresh(food, snake, board):
    305 best_move = find_safe_way() # find_safe_way的唯一调用处
    306 else:
    307 best_move = follow_tail()
    308
    309 if best_move == ERR:
    310 best_move = any_possible_move()
    311 # 上面一次思考，只得出一个方向，运行一步
    312 if best_move != ERR:
    313 make_move(best_move)
    314 else:
    315 break
    316
    317 curses.endwin()
    318 print("
     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

![图片][c6aa183fddbaf314cba3912f08baeead.jpeg]

### **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)

1 # 产生新食物
     2 def new_food():
     3 global food, snake_size, myfood
     4 cell_free = False
     5 while not cell_free:
     6 food1 = [random.randint(1, HEIGHT - 2), random.randint(1, WIDTH - 2)]
     7 w = randint(1, WIDTH - 2)
     8 h = randint(1, HEIGHT - 2)
     9 myfood = [h, w]
    10 food = h * WIDTH + w
    11 if (is_cell_free(food, snake_size, snake) and [w, h] not in snake1):
    12 cell_free = True
    13 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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