Крестики-нолики

Очень полезно в целях изучения языка программирования написать на нем несколько простых программ. Здесь мы представим игру крестики-нолики, которая написана на Python 3 с графическим интерфейсом.

О программе

В этой игре можно помериться силами с компьютером. Первый ход за игроком. Но победить искусственный интеллект в этом противостоянии будет не так уж и просто. Компьютер не делает «зевков» и если у него есть шанс победить, он непременно им воспользуется.

Внизу расположена кнопка для начала новой игры. По её нажатию игровое поле очистится и можно будет начать игру заново.

Игрок ставит крестики, а компьютер нолики. Как всегда, побеждает тот, кто первый составит линию из своих символов: по горизонтали, вертикали или диагонали.

Библиотеки и объявление переменных

Для отображения графики будем использовать стандартную библиотеку Tkinter, которая устанавливается вместе с Python. Так же нам потребуется библиотека random для того, чтобы получать случайные числа, благодаря которым ходы компьютера будут неожиданными.

Это также стандартная библиотека Python. Так что ничего дополнительно устанавливать не надо. Просто подключаем их с помощью import. Создаем окно root, устанавливаем ему заголовок и объявляем необходимые переменные:

• game_run – в эту переменную будем записывать False при завершении игры, чтобы запретить делать ходы когда уже выявлен победитель.
• field – это будет двумерный список, в котором будут храниться кнопки игрового поля. Ходом будет изменение надписи на кнопке на символ «X» или «O».
• cross_count в этой переменной мы будем отслеживать количество крестиков на поле. Чтобы по выставлению пятого крестика, в случае если никто не выиграл фиксировать ничью.

from tkinter import *
import random
root = Tk()
root.title('Criss-cross')
game_run = True
field = []
cross_count = 0

Обработка нажатия кнопок

Функция new_game будет вызываться при нажатии кнопки начала новой игры. На поле убираются все крестики и нолики. Цвет кнопок делаем бледно-лиловым. Устанавливаем глобальные переменные game_run и cross_count в начальные значения. Это глобальные переменные к которым пытаемся обратиться из функции. Поэтому перед попыткой изменить их значение, в Python надо использовать ключевое слово global.

def new_game():
    for row in range(3):
        for col in range(3):
            field[row][col]['text'] = ' '
            field[row][col]['background'] = 'lavender'
    global game_run
    game_run = True
    global cross_count
    cross_count = 0

Функция click будет вызываться после нажатия на поле, то есть при попытки поставить крестик. Если игра еще не завершена, то крестик ставится. После этого увеличиваем счетчик количества выставленных крестиков.

Потом проверяем с помощью функции check_win, не победили ли мы этим ходом. Если еще не выявлен победитель и есть еще ходы, то выполняет ход компьютер функцией computer_move, и также после хода идет проверка выигрыша.

def click(row, col):
    if game_run and field[row][col]['text'] == ' ':
        field[row][col]['text'] = 'X'
        global cross_count
        cross_count += 1
        check_win('X')
        if game_run and cross_count < 5:
            computer_move()
            check_win('O')

Проверка победы

Функция check_win осуществляет проверку выигрыша. Она перебирает все возможные комбинации полей, образующих линию и вызывает с ними функцию check_line. Переменная smb – это символ «X» или «O», то есть крестики или нолики. Если задан «O», то проверяется: не победил ли компьютер.

Если зафиксирован выигрыш, то меняем цвет фона кнопок, составляющих линию на розовый. А также записываем в game_run значение False.

def check_win(smb):
    for n in range(3):
        check_line(field[n][0], field[n][1], field[n][2], smb)
        check_line(field[0][n], field[1][n], field[2][n], smb)
    check_line(field[0][0], field[1][1], field[2][2], smb)
    check_line(field[2][0], field[1][1], field[0][2], smb)

def check_line(a1,a2,a3,smb):
    if a1['text'] == smb and a2['text'] == smb and a3['text'] == smb:
        a1['background'] = a2['background'] = a3['background'] = 'pink'
        global game_run
        game_run = False

Проверяем все возможные варианты, так как теоретически можно одним ходом составить сразу 2 линии.

Действия компьютера

Ход компьютера рассчитывается в функции computer_move. Алгоритм его действий следующий:

1. Проверка возможности победы. Если компьютеру представился шанс победы – он не должен его упустить. Сразу же делает победу.
2. Проверка возможной победы противника за один ход. Если игрок выставил два крестика в ряд, компьютер пытается разрушить планы игрока.
3. Случайный ход. Так как победить нет возможности и нет угрозы проигрыша, то выбирается случайное свободное поле. В бесконечном цикле wile перебираются случайные числа, пока они не выпадут на не занятое поле.

def can_win(a1,a2,a3,smb):
    res = False
    if a1['text'] == smb and a2['text'] == smb and a3['text'] == ' ':
        a3['text'] = 'O'
        res = True
    if a1['text'] == smb and a2['text'] == ' ' and a3['text'] == smb:
        a2['text'] = 'O'
        res = True
    if a1['text'] == ' ' and a2['text'] == smb and a3['text'] == smb:
        a1['text'] = 'O'
        res = True
    return res

def computer_move():
    for n in range(3):
        if can_win(field[n][0], field[n][1], field[n][2], 'O'):
            return
        if can_win(field[0][n], field[1][n], field[2][n], 'O'):
            return
    if can_win(field[0][0], field[1][1], field[2][2], 'O'):
        return
    if can_win(field[2][0], field[1][1], field[0][2], 'O'):
        return
    for n in range(3):
        if can_win(field[n][0], field[n][1], field[n][2], 'X'):
            return
        if can_win(field[0][n], field[1][n], field[2][n], 'X'):
            return
    if can_win(field[0][0], field[1][1], field[2][2], 'X'):
        return
    if can_win(field[2][0], field[1][1], field[0][2], 'X'):
        return
    while True:
        row = random.randint(0, 2)
        col = random.randint(0, 2)
        if field[row][col]['text'] == ' ':
            field[row][col]['text'] = 'O'
            break

Графический интерфейс

Все элементы графического интерфейса мы будем размещать с помощью упаковщика grid. В цикле добавим кнопки игрового поля. Они будут храниться в двумерном список. В языке программирования Python добавляют элементы в список с помощью метода append.

Свойство colorspan у кнопки начала игры выставляем в 3, чтобы он занимал всю ширину таблицы

for row in range(3):
    line = []
    for col in range(3):
        button = Button(root, text=' ', width=4, height=2, 
                        font=('Verdana', 20, 'bold'),
                        background='lavender',
                        command=lambda row=row, col=col: click(row,col))
        button.grid(row=row, column=col, sticky='nsew')
        line.append(button)
    field.append(line)
new_button = Button(root, text='new game', command=new_game)
new_button.grid(row=3, column=0, columnspan=3, sticky='nsew')
root.mainloop()

Игровое поле мы делали таким же образом как и кнопки в примере с калькулятором, размещённом в отдельной статье.

В целом, реализация игры крестики-нолики неплохо подходит для изучающих программирование на Python 3. Можно немного усложнить задачу, добавив уровни сложности. Например, на простом уровне сложности компьютер делает абсолютно случайные ходы. На более сложном не упускает возможности победить, но все еще может прозевать два крестика выставленных в ряд.