基于落点打分的井字棋智能下棋算法（C语言实现）

Gofan2023-10-17 13:01

本文设计了一种基于落地打分的井字棋下棋算法，能够实现电脑不败，所以如果玩家会玩的话，一般是平局。

算法核心

电脑根据对落子位置的打分，选择分数最高的位置，若不同落点分数相同则随机选择位置（随机选择就不会显得那么呆板）

所以怎么打分是关键！

基本思想是，判断落点附近的位置的棋子类型，进行打分，进一步解释，根据井字棋的规则，横、竖、对角连成三子则判获胜，所以每一个落点和与他同一横、竖、对角的棋子类型有关。所以我们可以指定一个打分表如下：

C代表己方棋子（电脑），P代表对方（玩家）棋子，空代表没有棋子

类型 得分
C+C 100
P+P 50
C+空 6
P+空 4
空+空 2
P+C 1

简单解释一下，C+C表示己方已经有2个棋子了，下一步马上可以赢，给最高分，且其他分数相加不会超过100分。同理P+P是50分，如果不存在C+C情况，那么50分将是最高分，其他分数相加不会超过。

C+空和P+空的分数高低取决于电脑是进攻型还是防守型，但是他们分数一定不能相差太多。

这里举个例子说明得分怎么计算

我们计算黄色方格的得分为 横(C+空)+竖（C+空）+对角(P+空）=6+6+4=16。橙色方格得分为横(C+空)+竖（P+空）+对角(P+空）=6+4+4=14。所以电脑会选择走黄色方格。

也就是说，最终每个可以下的格子的打分等于横、竖、对角的打分之和，若没有对角线，则对角线为0分。

核心算法介绍如上，接下来是实现。

代码实现

代码大致可分为三个模块，制定井字棋基本操作和规则、电脑下棋、界面打印。

井字棋下棋规则

我们创建一个SZQ_basic.c文件，在头文件SZQ_basic.h进行相关的定义和声明。

C 复制代码 
//`SZQ_basic.h`
#include<stdio.h>
#include <string.h>
#include<stdlib.h>

#define N 3
#define P_pawn 'o' //玩家棋子 o
#define C_pawn 'X' //电脑棋子 X

char** creatQP(); //创建棋盘
void printQP(char** QP); //打印棋盘
int inputQZ(char** QP, int row, int column); //输入棋子
int isPlayerWin(char** QP); //判断胜负
int isQPFull(char** QP); //判断平局

基本思想是，通过二维数char[3][3]组存储棋子，空位置则用空格符填充，输入棋子时判断是不是空格符，如果是才可以输入（下棋）。

判断胜负的返回值包括 1 ，0 ， -1，分别表示玩家胜，未结束，电脑胜。平局则是通过判断棋盘是否满，遍历二维数组看是否还有空格符就可以了。

  1. 创建棋盘

    C 复制代码 
    /*
* @brief    creat  chequer
*/
char** creatQP() {
	char** QP;
	QP = (char**)malloc(sizeof(char*) * N);
	if (QP == NULL)
		return NULL;
	for (int i = 0; i < N; i++) {
		QP[i] = (char*)malloc(sizeof(char) *N);
		if (QP[i] == NULL)
			return NULL;
		memset(QP[i], ' ', sizeof(char)*N);
	}
	return QP;
}

  2. 打印棋盘

    C 复制代码 
    /*
* @brief    printf Chequer
* @para     棋盘地址
*/
void printQP(char** QP) {

	if (QP == NULL) {
		printf("print Chequer failed!");
		return;
	}

	puts("|_____________________________    棋盘    ___________________________|");
	printf("\t\t 行号→  1   2   3\t\t玩家棋子："o"\n\t\t 列号↓\t\t\t\t电脑棋子："X"\n");
	printf("\t\t       |---|---|---|\n");
	for (int i = 0; i < N; i++) {
		printf("\t\t      %d|", i + 1);
		for (int j = 0; j < N; j++) {
			printf(" %c |", QP[i][j]);
		}
		printf("\n");
		printf("\t\t       |");
		for (int j = 0; j < N; j++) {
			printf("---|");
		}
		printf("\n");
	}
	puts("|--------------------------------------------------------------------|");
}

  3. 输入棋子

    c 复制代码 
    int inputQZ(char** QP, int row, int column) {
	if (row < 0 || row>2 || column < 0 || column>2) {
		printf("输入棋子位置不合法！\n请重新输入：>>");
		return 0;
	}
	if (QP[row][column] != ' ') {
		printf("该位置已有棋子！\n请重新输入：>>");
		return 0;
	}
	QP[row][column] = P_pawn;
	return 1;
}

  4. 判断棋盘满

    C 复制代码 
    /*
* brief  判断棋盘是否满了，满了即平局
*/
int isQPFull(char** QP) {
	for (int i = 0; i < N; i++)
	{
		for (int j = 0; j < N; j++)
		{
			if (QP[i][j] ==' ')
				return 0;
		}
	}
	return 1;
}

  5. 判断胜负

    C 复制代码 
    /*
*@brief  判断游戏是否结束（玩家获胜？）
*@ret    1:玩家胜   0：游戏未结束   -1：玩家败
*/
int isPlayerWin(char** QP) {
	int flag = 0;

	//判断行成线
	for (int i = 0; i < N; i++)
	{
		if (QP[i][0] == QP[i][1] && QP[i][0] == QP[i][2] && QP[i][0] == C_pawn)
			flag = -1;
		else if (QP[i][0] == QP[i][1] && QP[i][0] == QP[i][2] && QP[i][0] == P_pawn)
			flag = 1;
	}
	//判断列成线
	for (int j = 0; j < N; j++)
	{
		if (QP[0][j] == QP[1][j] && QP[0][j] == QP[2][j] && QP[0][j] == C_pawn)
			flag = -1;
		else if (QP[0][j] == QP[1][j] && QP[0][j] == QP[2][j] && QP[0][j] == P_pawn)
			flag = 1;
	}
	//判断正对角成线
	if (QP[0][0] == QP[1][1] && QP[0][0] == QP[2][2] && QP[0][0] == C_pawn)
		flag = -1;
	else if (QP[0][0] == QP[1][1] && QP[0][0] == QP[2][2] && QP[0][0] == P_pawn)
		flag = 1;

	//判断反对角成线
	if (QP[0][2] == QP[1][1] && QP[0][2] == QP[2][0] && QP[0][2] == C_pawn)
		flag = -1;
	else if (QP[0][2] == QP[1][1] && QP[0][2] == QP[2][0] && QP[0][2] == P_pawn)
		flag = 1;

	return flag;
}

电脑下棋算法

接下来创建SZQ_engine.c源文件实现电脑下棋，头文件相关的函数声明如下

C 复制代码 
#include <time.h>
#include "SZQ_basic.h"

int computerPlay(char** QP);

int row_score(char** QP, int row);
int column_score(char** QP, int column);
int Pdiag_score(char** QP, int postion);
int Ndiag_score(char** QP, int postion);

文件一共包含5个函数，含score的函数是计算在行、列、正对角、反对角情况下的得分，因为每一个落点位置最多只有这四种情况叠加（中心点位置特殊，这四种情况都有），所以只要把每种情况的得分相加，computerPlay函数负责汇总和确定落点，以及下棋。

还是以这个图为例，黄色方格由于只有行、列、正对角，没有反对角，所以反对角分数为0，其他大于0。具体是多少分还得参考打分表。

为了方便，我们将打分表以数组形式存储。三个不同字符，任意两个相加，得到的数一定不会出现相同的，可以通过数学证明。

C 复制代码 
int scoretable[6][2] = { {C_pawn + C_pawn,50},
						 {P_pawn + P_pawn,30},
						 {C_pawn + ' ',6},
						 {P_pawn + ' ',4},
						 {' ' +' ',2},
						 {P_pawn + C_pawn,1},
};

  1. 行得分计算

    C 复制代码 
    int row_score(char** QP,int row){
	int score=0;
	int type = 0;
	for (int i = 0; i < N; i++)
	{
		type = QP[row][i] + type;
	}
    //将落点对应那一行三个位置的字符相加，减去自身的空字符，得到类型type
	type = type - ' ';
    //查询打分表，type类型的对应得分score
	for (int k = 0; k < 6; k++)
	{
		if (scoretable[k][0] == type)
		{
			score = scoretable[k][1]; 
			break;
		}
	}
	return score;
}

  2. 列得分计算

    C 复制代码 
    int column_score(char** QP, int column) {
	int score = 0;
	int type = 0;
    //将落点对应那一列三个位置的字符相加，减去自身的空字符，得到类型type
	for (int i = 0; i < N; i++)
	{
		type = QP[i][column] + type;
	}
	type = type - ' ';
    //查询打分表，type类型的对应得分score
	for (int k = 0; k < 6; k++)
	{
		if (scoretable[k][0] == type)
		{
			score = scoretable[k][1];
			break;
		}
	}
	return score;
}

  3. 正对角得分计算

    C 复制代码 
    int Pdiag_score(char** QP, int postion) {
	int score = 0;
	int type ;
    //判断该位置是否存在正对角情况
	if (postion/N==postion%N)
	{
        //若存在，同样的将落点对应那一正对角三个位置的字符相加，减去自身的空字符，得到类型type
		type = QP[0][0] + QP[1][1] + QP[2][2];
		type = type - ' ';
        //查询打分表，type类型的对应得分score
		for (int k = 0; k < 6; k++)
		{
			if (scoretable[k][0] == type)
			{
				score = scoretable[k][1];
				break;
			}
		}
	}
	return score;
}

  4. 反对角计算得分

    C 复制代码 
    int Ndiag_score(char** QP, int postion) {
	int score = 0;
	int type;
    //判断该位置是否存在反对角情况，自行证明反对角满足(postion / N+postion % N)==2
	if ((postion / N+postion % N)==2)
	{
		type = QP[0][2] + QP[1][1] + QP[2][0];
		type = type - ' ';
		for (int k = 0; k < 6; k++)
		{
			if (scoretable[k][0] == type)
			{
				score = scoretable[k][1];
				break;
			}
		}
	}
	return score;
}

  5. 接下来是汇总分数，确定落点

    c 复制代码 
    int computerPlay(char** QP) {
	int index=0;
	int score = 0;

	for (int i = 0; i < N*N; i++)
	{
		int temp_score = 0;
        //遍历棋盘，并且找出空格符，即可落子的位置，计算分数
		if (QP[i / N][i % N] == ' ')
		{
            //把4种情况的分数相加得到总分数
			temp_score = row_score(QP, i/N) + column_score(QP, i%N) + Pdiag_score(QP, i) + Ndiag_score(QP, i);
			if (temp_score > score)   //取分数最大值
			{
				score = temp_score;
				index = i;
			}
			else if (temp_score == score)  //若分数相同，在两个随机选择一个位置作为落点
			{
				srand((unsigned)time(NULL));
				index=(rand() % 2)? i:index;
			}	
		}
	}
	return index;
}

    注意返回值是索引，就是把二维数组当一维数组，方便遍历和返回位置（二维数组行号和列号是两个值，不方便返回）。因此返回后需要根据索引index确定行和列。

    行：index / N

    列：index % N

打印棋盘界面

最后，我们把棋盘界面打印，就可以大功告成了。

这里我使用延时函数模拟电脑思考过程，不然打印太快了，没意思hhh。然后玩家也可以自行选择先手和后手。

这部分比较简单，C语言基础语法，直接把代码放下面。

C 复制代码 
#define _CRT_SECURE_NO_WARNINGS 
#include <windows.h> 
#include "SZQ_engine.h"
#include "SZQ_basic.h"
int main() {
	//printf("%d", C_pawn+C_pawn);
	int hang, lie;
	int cmd = 1;
	int position;
	char** TicTacToe = creatQP();
	puts("______________________________________________________________________");
	puts("|*********************** Tic-Tac-Logic (game) ***********************|");
	puts("|** author:gofan-SiTu ***********************************************|");
	puts("|************************           请选择以下功能      *************|");
	puts("|************************            0：退出游戏          ***********|");
	puts("|************************     1：作为先手开始与电脑对弈   ***********|");
	puts("|************************     2：作为后手开始与电脑对弈   ***********|");
	puts("|********************************************************************|");
	puts("|------------------------------------------------------------------------------------------------------|");
	printf(">请输入对应序号：>>");
	scanf_s("%d", &cmd);
	switch (cmd)
	{
	case 0:
		exit(0);
	case 1:
		printf(">您选择与电脑对弈，落子时请输入行号和列号确定位置，中间用空格隔开\n");
		printf(">您的棋子是"o",电脑的棋子是"X"\n");
		printQP(TicTacToe);
		printf(">您先走棋  ");
		while (1) {
			printf(">请输入您的下一步落子位置：>>");
			do {
				scanf_s("%d%d", &hang, &lie);
			} while (!inputQZ(TicTacToe, hang - 1, lie - 1));
			printf(">您走棋后，棋盘如下\n");
			printQP(TicTacToe);
			if (isPlayerWin(TicTacToe) == 1) {
				printf("\n>！恭喜玩家获胜 ！<\n >  您太强了  <\n");
				break;
			}
			else if (isPlayerWin(TicTacToe) == -1) {
				printf("\n >  电脑获胜  < \n >！你太菜拉！< \n");
				break;
			}
			else if (isQPFull(TicTacToe)) {
				printf(" >！平局 ！< \n");
				break;
			}
			position = computerPlay(TicTacToe);
			printf(" 电脑正在思考......\n");
			Sleep(1000);
			printf(">电脑的落子位置：>>%d %d\n>电脑落子后，棋盘如下\n", position / N + 1, position % N + 1);
			TicTacToe[position / N][position % N] = C_pawn;
			Sleep(100);
			printQP(TicTacToe);
			if (isPlayerWin(TicTacToe) == 1) {
				printf("\n>！恭喜玩家获胜 ！<\n >  您太强了  <\n");
				break;
			}
			else if (isPlayerWin(TicTacToe) == -1) {
				printf("\n >  电脑获胜  < \n >！你太菜拉！< \n");
				break;
			}
			else if (isQPFull(TicTacToe)) {
				printf(" >！平局 ！< \n");
				break;
			}
		}
		break;
	case 2:
		printf(">您选择与电脑对弈，落子时请输入行号和列号确定位置，中间用空格隔开\n");
		printf(">您的棋子是"o",电脑的棋子是"X"\n");
		printf(">电脑先走棋\n");
		while (1) {
			position = computerPlay(TicTacToe);
			printf(" 电脑正在思考......\n");
			Sleep(1000);
			printf(">电脑的落子位置：>>%d %d\n>电脑落子后，棋盘如下\n", position / N + 1, position % N + 1);
			TicTacToe[position / N][position % N] = C_pawn;
			Sleep(250);
			printQP(TicTacToe);
			if (isPlayerWin(TicTacToe) == 1) {
				printf("\n>！恭喜玩家获胜 ！<\n >  您太强了  <\n");
				break;
			}
			else if (isPlayerWin(TicTacToe) == -1) {
				printf("\n >  电脑获胜  < \n >！你太菜拉！< \n");
				break;
			}
			else if (isQPFull(TicTacToe)) {
				printf(" >！平局 ！< \n");
				break;
			}
			printf(">请输入您的下一步落子位置：>>");
			do {
				scanf_s("%d%d", &hang, &lie);
			} while (!inputQZ(TicTacToe, hang - 1, lie - 1));
			printf(">您走棋后，棋盘如下\n");
			printQP(TicTacToe);
			if (isPlayerWin(TicTacToe) == 1) {
				printf("\n>！恭喜玩家获胜 ！<\n >  您太强了  <\n");
				break;
			}
			else if (isPlayerWin(TicTacToe) == -1) {
				printf("\n >  电脑获胜  < \n >！你太菜拉！< \n");
				break;
			}
			else if (isQPFull(TicTacToe)) {
				printf(" >！平局 ！< \n");
				break;
			}

		}
		break;
	default:
		printf(">输入序号不准确，程序异常退出！\n 请重新启动！");
		exit(-1);
	}
	printf("\n  游戏结束！ \n");
	for (int i = 0; i < N; i++)
		free(TicTacToe[i]);
	free(TicTacToe);
	for (int i = 5; i >= 0; i--)
	{
		printf("程序将在%ds后关闭...\n", i);
		Sleep(1000);
	}
	return 0;
}

结果

目前这个算法可以实现电脑不败，当然，这个打分表也是我经过分析、筛选确定的分数，比较合理。但是如果把这思想拓展到五子棋上，似乎不太行，至少我现在还没想到思路，因为五子棋比井字棋复杂得多了，而且棋盘很大，就不能简单的对落点位置的附近棋子类型打分，就算可以，判断规则也相当复杂。所以结论就算，这个算法只适合井字棋子棋这种简单的类型。

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