基于落点打分的井字棋智能下棋算法(C语言实现)

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。