用C++开发五子棋及其AI(一)

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用C++开发五子棋及其AI(一)


前言:有了用C++开发象棋及其AI的经验后,我就萌生了再用C++开发五子棋及其AI的想法。有了想法还等什么?付诸实施呗!

用C++开发五子棋及其AI(一)

首先明确一盘五子棋需要什么属性:一盘五子棋有黑棋有白棋,与象棋不同的是,五子棋的棋子数目不是确定的,而是随着下棋随着增加的,所以,需要一个存放整盘棋棋子数目的整型变量num_of_Stone。五子棋下棋的有两方,黑方和白方,所以需要一个存放当前该谁走的布尔型变量_bBlackTurn,黑棋先行,顾名思义,初始化时应该将它的值置为true。还需要一个存放棋盘上存在的所有棋子的数组_s,由于不确定棋子的数目,所以将这个数组的类型设置为QVector<Stone>。此外,为了更方便地处理棋盘信息,再引入存放棋盘信息的二维数组map[15][15],将横竖撇捺四个方向上线段化之后形成的一维数组的集合L。

给大家看一下棋盘类:

#ifndef BOARD_H
#define BOARD_H
 
#include <QFrame>
#include "Stone.h"
#include "Step.h"
#include <QVector>
#include <QMouseEvent>
class Board : public QWidget
{
 Q_OBJECT
public:
 //棋盘类的构造函数
 explicit Board(QWidget *parent = 0);
 //棋盘类的析构函数
 ~Board();
 //棋子半径
 int _r;
 //棋子数目
 int num_of_stone;
 //存放所有棋子的数组
 QVector<Stone> _s;
 //是不是应该黑棋走
 bool _bBlackTurn;
 //棋盘地图
 int map[15][15];
 //线段化的棋盘信息
 struct
 {
 int line[15];
 }L[21+15+15+21];
 //画界面的函数
 void paintEvent(QPaintEvent *);
 //鼠标释放的响应函数
 void mouseReleaseEvent(QMouseEvent *);
 //点击屏幕上某个点的响应函数
 void click(QPoint pt);
 virtual void click(int id,int row,int col);
 //绘制棋子的函数
 void drawStone(QPainter& painter,int id);
 //判断行走是否合法的函数
 bool canMove(int row,int col);
 //走棋函数
 void moveStone(int moveid, int row, int col);
 //悔棋函数
 void reliveStone(int row,int col);
 //输入行列坐标获取棋子id的函数
 int getStoneId(int row,int col);
 //判断谁胜谁负的函数
 int whowin();
 
 //将棋盘信息线段化
 void turnLine();
 
 //保存棋子的行棋信息的函数
 void saveStep(int moveid, int row, int col, QVector<Step*>& steps);
 //获取用户点击位置的行列坐标的函数
 bool getRowCol(QPoint pt,int &row,int &col);
 //输入行列坐标返回像素坐标的函数
 QPoint center(int row,int col);
 //输入棋子的id 返回像素坐标
 QPoint center(int id);
};
 
#endif // BOARD_H

首先使用棋盘类的构造函数初始化棋盘信息:

Board::Board(QWidget *parent) : QWidget(parent)
{
 int i,j;
 //将棋子个数初始化为0
 num_of_stone=0;
 //黑棋先行
 _bBlackTurn=true;
 //初始化地图 二维数组的元素的值为-1代表该位置上没有棋子 值为0代表该位置上有黑棋 值为1代表该位置上有白棋
 for(i=0;i<15;i++)
 for(j=0;j<15;j++)
 {
 map[i][j]=-1;
 }
}

然后在paintEvent函数里绘制整个棋盘:

void Board::paintEvent(QPaintEvent *)
{
 //初始化画笔painter
 QPainter painter(this);
 //初始化棋子直径
 int d=30;
 //初始化棋子半径
 _r=d/2;
 //整盘棋局的胜负信息 flag=1时黑方胜利 flag=2时白方胜利
 int flag=whowin();
 if(flag==1)
 {
 //将画笔painter的颜色设置为黑色
 painter.setPen(Qt::black);
 painter.drawText(rect(), Qt::AlignCenter, QStringLiteral("黑方胜利!"));
 }
 else if(flag==2)
 {
 //将画笔painter的颜色设置为红色
 painter.setPen(Qt::red);
 painter.drawText(rect(), Qt::AlignCenter, QStringLiteral("白方胜利!"));
 }
 else
 {
 //画10条横线
 for(int i=1;i<=15;i++)
 painter.drawLine(QPoint(d,i*d),QPoint(15*d,i*d));
 //画9条竖线
 for(int i=1;i<=15;i++)
 painter.drawLine(QPoint(i*d,d),QPoint(i*d,15*d));
 //绘制棋子
 for(int i=0;i<num_of_stone;i++)
 {
 drawStone(painter,i);
 }
 }
}

五子棋的棋盘共15行15列。paintEvent函数是用来画界面的,每调用一次update函数就会被自动调用,paintEvent函数里也需要绘制棋子,因此在paintEvent函数里点用了drawStone函数,drawStone函数在下面介绍。此外,调用whowin函数是用来判断棋局是否已经分出胜负的,如果已经分出胜负当然要展示对局结果给用户看啦,whowin函数在下文中介绍。

另外,棋子也需要单独划分成一类,给大家看一下棋子类:

#ifndef STONE_H
#define STONE_H
 
class Stone
{
public:
 Stone();
 bool _black;
 int _row;
 int _col;
 int _id;
 
 void init(int id);
};
 
#endif // STONE_H

五子棋里的棋子类就比象棋的简单多了,棋子的属性基本上只有只有行列坐标和棋子属于哪一方。​​​​​​

棋子有个初始化函数init:

void Stone::init(int id)
{
 _id=id;
 if(_id%2==0)
 {
 _black=true;
 }
 else
 {
 _black=false;
 }
}

这里就有必要说一下对棋子类型的判断了。前面讲到了一个存放全盘棋子数目的变量num_of_Stone,这里就巧妙运用这个变量对棋子进行初始化,棋子的id就是该棋子放到棋盘上之前的num_of_Stone的值。举个例子,第一个下上去的棋子是黑棋,该棋子的id为该棋子放到棋盘上之前的num_of_Stone的值,也就是0,id除以2的余数为0,所以以id除以2的余数为标志,初始化棋子类型,余数为0的是黑棋。余数为1的是白棋;第二个下上去的棋子是白棋。该棋子的id便是1,id除以2的余数是1,也就初始化该枚棋子白棋。

上drawStone函数的源代码:

void Board::drawStone(QPainter& painter,int id)
{
 painter.setPen(Qt::black);
 if(_s[id]._black)
 painter.setBrush(QBrush(Qt::black));
 else
 painter.setBrush(QBrush(Qt::white));
 //画圆
 painter.drawEllipse(center(id),_r,_r);
}

给大家看一下一系列鼠标事件响应函数的源代码:

void Board::mouseReleaseEvent(QMouseEvent *ev)
{
 if(ev->button() != Qt::LeftButton)
 {
 return;
 }
 click(ev->pos());
}
void Board::click(QPoint pt)
{
 int row, col;
 bool bClicked = getRowCol(pt, row, col);
 if(!bClicked) return;
 if(canMove(row,col))
 {
 int id=num_of_stone;
 click(id, row, col);
 }
}
//获取用户点击位置的行列坐标 如果点击在合法范围内返回true 点击在合法范围外返回false
bool Board::getRowCol(QPoint pt,int &row,int &col)
{
 for(row=0;row<15;row++)
 for(col=0;col<15;col++)
 {
 QPoint c = center(row,col);
 int dx = c.x() - pt.x();
 int dy = c.y() - pt.y();
 int dist = dx*dx + dy*dy;
 if(dist<_r*_r)
 return true;
 }
 return false;
}

getRowCol函数有两个引用的参数,因此该函数的功能不仅仅是返回了一个布尔类型的值,其主要功能还有确定用户点击位置所属的行列坐标。以所有行列坐标为圆心,假想一个个圆形区域,用户点击在圆形区域范围内便确定了一个行列坐标。

//输入行列坐标 返回像素坐标
QPoint Board::center(int row,int col)
{
 QPoint ret;
 ret.rx()=(col+1)*_r*2;
 ret.ry()=(row+1)*_r*2;
 return ret;
}
//输入棋子的id 返回像素坐标
QPoint Board::center(int id)
{
 return center(_s[id]._row,_s[id]._col);
}

形参为id的center函数在drawStone函数中有调用。

void Board::click(int id, int row, int col)
{
 moveStone(id,row,col);
 update();
}
//行棋函数
void Board::moveStone(int moveid, int row, int col)
{
 Stone p;
 p.init(moveid);
 //将新生成的棋子压入vector
 _s.append(p);
 _s[moveid]._row = row;
 _s[moveid]._col = col;
 //转换行棋的一方
 _bBlackTurn=!_bBlackTurn;
 //全盘棋子数目增加1
 num_of_stone++;
 //修改相应的地图信息
 map[row][col]=moveid%2;
}

在moveStone函数里,要生成一个棋子并将其压入已存在的棋子的集合中,转换行棋方,将棋盘上已有的棋子数加1,最后修改相应的地图信息。

接下来,重点介绍将棋盘信息线段化的turnLine函数和判断棋局胜负的whowin函数,turnLine函数是whowin函数的基础。

turnLine函数的作用是在棋盘所有的可放棋子的位置个数大于等于5的横竖撇捺四个方向上分别形成单独的一维数组,并将所有的一维数组存放在board类的结构体数组L中。

//将棋盘坐标线段化
void Board::turnLine()
{
 int i,row,col,pos,start_row=0,start_col=10;
 int t;
 for(i=0;i<21+15+15+21;i++)
 {
 //走捺
 if(i>=0&&i<10)
 {
 pos=0;
 for(row=start_row,col=start_col;row<15&&row>=0&&col<15&&col>=0;row++,col++,pos++)
 {
 L[i].line[pos]=map[row][col];
 }
 
 for(t=pos;t<15;t++)
 {
 L[i].line[t]=-1;
 }
 start_col--;
 }
 //走捺
 else if(i<21)
 {
 pos=0;
 for(row=start_row,col=start_col;row<15&&row>=0&&col<15&&col>=0;row++,col++,pos++)
 L[i].line[pos]=map[row][col];
 for(t=pos;t<15;t++)
 {
 L[i].line[t]=-1;
 }
 start_row++;
 if(i==20)
 {
 start_row=14;
 start_col=0;
 }
 }
 //走竖
 else if(i<21+15)
 {
 pos=0;
 for(row=start_row,col=start_col;row<15&&row>=0&&col<15&&col>=0;row--,pos++)
 L[i].line[pos]=map[row][col];
 for(t=pos;t<15;t++)
 {
 L[i].line[t]=-1;
 }
 start_col++;
 if(i==21+14)
 {
 start_row=14;
 start_col=14;
 }
 }
 //走横
 else if(i<21+15+15)
 {
 pos=0;
 for(row=start_row,col=start_col;row<15&&row>=0&&col<15&&col>=0;col--,pos++)
 L[i].line[pos]=map[row][col];
 for(t=pos;t<15;t++)
 {
 L[i].line[t]=-1;
 }
 start_row--;
 if(i==21+15+14)
 {
 start_row=0;
 start_col=4;
 }
 }
 //走撇
 else if(i<21+15+15+10)
 {
 pos=0;
 for(row=start_row,col=start_col;row<15&&row>=0&&col<15&&col>=0;row++,col--,pos++)
 L[i].line[pos]=map[row][col];
 for(t=pos;t<15;t++)
 {
 L[i].line[t]=-1;
 }
 start_col++;
 }
 //走撇
 else if(i<21+15+15+21)
 {
 pos=0;
 for(row=start_row,col=start_col;row<15&&row>=0&&col<15&&col>=0;row++,col--,pos++)
 L[i].line[pos]=map[row][col];
 for(t=pos;t<15;t++)
 {
 L[i].line[t]=-1;
 }
 start_row++;
 }
 }
}

一维数组中的元素值为-1代表没有棋子,值为0代表有黑子,值为1代表有白子。turnLine的过程就是初始化结构体数组L的过程。这就为判断胜负提供了遍历,判断胜负的时候只需要一行一行遍历结构体数组L,如果L中有形成五子连珠的情况则返回胜负信息并break。

上whowin函数的源代码:

//获取棋局胜负信息的函数
int Board::whowin()
{
 //初始化结构体数组L
 turnLine();
 int sum_black,sum_white;
 int i,j;
 //看看是否有黑棋五子连珠的情况
 for(i=0;i<21+15+15+21;i++)
 {
 sum_black=0;
 for(j=0;j<15;j++)
 {
 if(L[i].line[j]==0)
 sum_black++;
 else
 //计数器重新置零
 sum_black=0;
 
 if(sum_black>=5)
 {
 return 1;
 }
 }
 }
 //看看是否有白棋五子连珠的情况
 for(i=0;i<21+15+15+21;i++)
 {
 sum_white=0;
 for(j=0;j<15;j++)
 {
 if(L[i].line[j]==1)
 sum_white++;
 else
 //计数器重新置零
 sum_white=0;
 
 if(sum_white>=5)
 {
 return 2;
 }
 }
 }
 return 0;
}

先调用turnLine函数初始化结构体数组L,再分别对黑白两方判断胜利与否。在判断的时候以行为单位,出现胜利的一方立刻跳出循环。若黑方胜利返回1;若白方胜利返回2;若两方都没有胜利,则最后返回0。

还有另外一种形式的whowin函数:

int Board::whowin()
{
 int sum;
 int i,j,k;
 for(i=0;i<num_of_stone;i++)
 {
 if(i%2==0)
 {
 sum=0;
 for(j=_s[i]._row;j>=0&&j<15&&j<_s[i]._row+5;j++)
 {
 if(getStoneId(j,_s[i]._col)%2==0)
 sum++;
 }
 if(sum==5)
 return 1;
 
 sum=0;
 for(j=_s[i]._row;j>=0&&j<15&&j>_s[i]._row-5;j--)
 {
 if(getStoneId(j,_s[i]._col)%2==0)
 sum++;
 }
 if(sum==5)
 return 1;
 
 sum=0;
 for(j=_s[i]._col;j>=0&&j<15&&j<_s[i]._col+5;j++)
 {
 if(getStoneId(_s[i]._row,j)%2==0)
 sum++;
 }
 if(sum==5)
 return 1;
 
 sum=0;
 for(j=_s[i]._col;j>=0&&j<15&&j>_s[i]._col-5;j--)
 {
 if(getStoneId(_s[i]._row,j)%2==0)
 sum++;
 }
 if(sum==5)
 return 1;
 
 sum=0;
 for(j=_s[i]._row,k=_s[i]._col;j>=0&&j<15&&k>=0&&k<15&&j<_s[i]._row+5&&k<_s[i]._col+5;j++,k++)
 {
 if(getStoneId(j,k)%2==0)
 sum++;
 }
 if(sum==5)
 return 1;
 
 sum=0;
 for(j=_s[i]._row,k=_s[i]._col;j>=0&&j<15&&k>=0&&k<15&&j<_s[i]._row+5&&k>_s[i]._col-5;j++,k--)
 {
 if(getStoneId(j,k)%2==0)
 sum++;
 }
 if(sum==5)
 return 1;
 
 sum=0;
 for(j=_s[i]._row,k=_s[i]._col;j>=0&&j<15&&k>=0&&k<15&&j>_s[i]._row-5&&k<_s[i]._col+5;j--,k++)
 {
 if(getStoneId(j,k)%2==0)
 sum++;
 }
 if(sum==5)
 return 1;
 
 sum=0;
 for(j=_s[i]._row,k=_s[i]._col;j>=0&&j<15&&k>=0&&k<15&&j>_s[i]._row-5&&k>_s[i]._col-5;j--,k--)
 {
 if(getStoneId(j,k)%2==0)
 sum++;
 }
 if(sum==5)
 return 1;
 }
 else
 {
 sum=0;
 for(j=_s[i]._row;j>=0&&j<15&&j<_s[i]._row+5&&j<15;j++)
 {
 if(getStoneId(j,_s[i]._col)%2==1)
 sum++;
 }
 if(sum==5)
 return 2;
 
 sum=0;
 for(j=_s[i]._row;j>=0&&j<15&&j>_s[i]._row-5&&j<15;j--)
 {
 if(getStoneId(j,_s[i]._col)%2==1)
 sum++;
 }
 if(sum==5)
 return 2;
 
 sum=0;
 for(j=_s[i]._col;j>=0&&j<15&&j<_s[i]._col+5&&j<15;j++)
 {
 if(getStoneId(_s[i]._row,j)%2==1)
 sum++;
 }
 if(sum==5)
 return 2;
 
 sum=0;
 for(j=_s[i]._col;j>=0&&j<15&&j>_s[i]._col-5&&j<15;j--)
 {
 if(getStoneId(_s[i]._row,j)%2==1)
 sum++;
 }
 if(sum==5)
 return 2;
 
 sum=0;
 for(j=_s[i]._row,k=_s[i]._col;j>=0&&j<15&&k>=0&&k<15&&j<_s[i]._row+5&&k<_s[i]._col+5;j++,k++)
 {
 if(getStoneId(j,k)%2==1)
 sum++;
 }
 if(sum==5)
 return 2;
 
 sum=0;
 for(j=_s[i]._row,k=_s[i]._col;j>=0&&j<15&&k>=0&&k<15&&j<_s[i]._row+5&&k>_s[i]._col-5;j++,k--)
 {
 if(getStoneId(j,k)%2==1)
 sum++;
 }
 if(sum==5)
 return 2;
 
 sum=0;
 for(j=_s[i]._row,k=_s[i]._col;j>=0&&j<15&&k>=0&&k<15&&j>_s[i]._row-5&&k<_s[i]._col+5;j--,k++)
 {
 if(getStoneId(j,k)%2==1)
 sum++;
 }
 if(sum==5)
 return 2;
 
 sum=0;
 for(j=_s[i]._row,k=_s[i]._col;j>=0&&j<15&&k>=0&&k<15&&j>_s[i]._row-5&&k>_s[i]._col-5;j--,k--)
 {
 if(getStoneId(j,k)%2==1)
 sum++;
 }
 if(sum==5)
 return 2;
 }
 }
 return 0;
}

该函数的函数体较为庞杂,因为它采用了一个棋子一个棋子判断的方法,遍历到一个棋子,那么由该棋子向其左上、左、左下、右上、右、右下延伸判断,出现五子连珠则跳出循环。

最后给大家看一下程序效果图:

用C++开发五子棋及其AI(一)

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