Как сделать крестики нолики на python

ushchent / Tic tac toe in Jupyter Notebook

Save ushchent/73bb2cf2dec469240e5ef60cf000f0ca to your computer and use it in GitHub Desktop.

Крестики-нолики на питоне

This file contains bidirectional Unicode text that may be interpreted or compiled differently than what appears below. To review, open the file in an editor that reveals hidden Unicode characters. Learn more about bidirectional Unicode characters

Крестики-Нолики (Tic Tac Toe) с компьютером на Python. Мой первый шаг к Machine Learning. Часть 1

Всем привет. Я любитель Python и совсем недолго осваиваю язык всеми доступными способами. Моя цель — понять принципы машинного обучения и его взаимосвязь с нейросетью. Никакого опыта в IT не имел, тем не менее постараюсь излагать общепринятой терминологией, не судите строго. Моя основная профессия (оперирующий травматолог, кандидат наук) не менее сложная, далека от IT, но для упрощения работы в нее все больше внедряются AI и ML. Мною движет лишь интерес к современным технологиям, программированию.

В первой части покажу только основные этапы создания игры, где пользователь выбирает роль (Х или О), играя с компьютером. Поиск в сети Python аналогов дал только несколько вариантов игры с рандомным ответом компьютера. Мой целью в этой части стало самостоятельно научиться оценивать текущую позицию на поле «Крестики-Нолики» и подбирать оптимальный вариант следующего хода компьютера. К слову, уже перед окончанием статьи нашел готовую web-игру в google, где уже реализован такой подход. Тем интереснее было проверить себя и поделиться «изобретением колеса, но по-своему».

Во второй части попробую прикрутить к игровой логике другой подход — машинное обучение на основе большого числа сыгранных партий компьютером с самим собой.

Кому будет полезен материал: любителям Python, логики, алгоритмов. В финальном коде все переменные, функции и действия прокомментированы на английском.

Содержание статьи:

1. Зачем Крестикам‑Ноликам машинное обучение?
2. Представление поля 3х3 в виде одномерного числового списка.
3. Коротко о функциях.
4. Карта лучших ходов и алгоритм для компьютера.
5. Функция для Игрока.
6. Недостаток алгоритма?
7. Финальный код.
8. Анонс второй части статьи

Зачем Крестикам‑Ноликам машинное обучение?

Ответ простой: шахматы и переводчики на основе ИИ. Эти популярные в жизни приложения по своей сути — сложная игра. Как мне казалось, все ходы как и переводы просчитать невероятно сложно. Однако движок на CHESS.com поражает, как и выходные результаты переведенного текста в DEEP-L. Оказывается, все профессиональные шахматные партии с XIX века внесли в базу ИИ (благо записывают их в виде шахматных формул). Затем разными алгоритмами организовали поиск оптимального хода. Выяснили, что оптимальный ход может устаревать, ведь шахматисты растут да и играет уже весь мир. А чем больше партий, тем достовернее их анализ (хоть и дольше). Придумали непрерывно пополнять шахматную базу в ИИ, снова обновлять лучшие варианты хода, расширяя критерии поиска. Так я решил, что надо подобрать какую-то простую известную игру, где машину можно обучить до идеала по этой схеме. Выбор пал Tic Tac Toe с полем 3х3. Но для начала мне нужно было еще ее создать с нуля. Обозначил себе этапы Machine Learning (тема второй части):

• пополнить ИИ уже известными результатами игр,
• придумать критерии и алгоритм для отбора оптимального хода.

Представление поля 3х3 в виде одномерного числового списка

Я решил уйти от многомерных списков list, которые здесь напрашиваются для изображения поля. Игрока «Х» обозначил как «-1», «О» как «1». Незаполненное поле останется «0». Это числовой тип данных. Наша игра — это одномерный список с 9ю аргументами на позициях от 0 до 8, значит начало: TTT=[0, 0, 0, 0, 0, 0, 0, 0, 0] (рис. 1 и 2):

Коротко о функциях

Игра имеет стандартные игровые составляющие, соответствующие названию функций, что можно будет увидеть в финальном коде со всеми комментариями на английском языке.

pygame: Выбрана простая графика и события. Библиотека осваивается за полчаса с гугл.

import pygame as pg, sys from pygame.locals import * import time, random width = 400 height = 400 white = (255, 255, 255) RED = (255, 0, 0) BLACK = (0, 0, 0) line_color = (10, 10, 10) # initializing pygame window pg.init() fps = 30 CLOCK = pg.time.Clock() screen = pg.display.set_mode((width, height + 100), 0, 32) pg.display.set_caption("Tic Tac Toe") # loading the images opening = pg.image.load('tic tac opening.png') x_img = pg.image.load('x.png') o_img = pg.image.load('o.png') # resizing images x_img = pg.transform.scale(x_img, (80, 80)) o_img = pg.transform.scale(o_img, (80, 80)) opening = pg.transform.scale(opening, (width, height + 100))

user_click(): Выбор мышкой нужного поля без изысков: координаты внутри сектора определяют его номер как на рис.1., что заложено в числовую переменную move.

def user_click(): # mouse click global move move = None # get coordinates of mouse click x, y = pg.mouse.get_pos() # get x,y of mouse click (cell 0-8) if (y < height / 3) and (x < width / 3): move = 0 elif (y < height / 3) and (x < width / 3 * 2): move = 1 elif (y < height / 3) and (x < width): move = 2 elif (y < height / 3 * 2) and (x < width / 3): move = 3 elif (y < height / 3 * 2) and (x < width / 3 * 2): move = 4 elif (y < height / 3 * 2) and (x < width): move = 5 elif (y < height) and (x < width / 3): move = 6 elif (y < height) and (x < width / 3 * 2): move = 7 elif (y < height) and (x < width): move = 8

Переменные: XO - это очередь Х (-1) или О (1) оказаться в списке TTT=[ ]. Перменные ХО и move по умолчанию None, глобальные, числовые, поскольку будут использованы в разных функциях. Говорящие за себя winner и draw - победитель и ничья.

XO = None # -1 is X-player, 1 is O-player move = None # numbers from 0 to 8 winner = None draw = False # TicTacToe 3x3 board TTT= [0,0,0,0,0,0,0,0,0] # game field is shared on 9 cells with determination of each one from left to right in upper,middle & lower row: # 0,1,2 - upper row # 3,4,5 - middle row # 6,7,8 - lower row # totaly = 3x3 field = 9 numbers (from 0 to 8 considering that list [TTT] starts with 0 position)

сheck_win(): Перебором комбинаций текущего поля ТТТ получаем три -1 или 1 в ряду (но и не ноль!), вертикали или диагонали. Программа рисует линию через победную комбинацию и присваивает переменной winner значение -1 (Х) или 1 (О).

def check_win(): # check winner and drawing the appropriate lines global TTT, winner, draw # check for winning rows for row in range(0, 7, 3): # jump through 3 in TTT list if ((TTT[row] == TTT[row + 1] == TTT[row + 2]) and (TTT[row] != 0)): # this row won winner = TTT[row] pg.draw.line(screen, (250, 0, 0), (0, (row/3 + 1) * height / 3 - height / 6), \ (width, (row/3 + 1) * height / 3 - height / 6), 6) break # check for winning columns for col in range(0, 3, 1): # jump through 1 in TTT list if (TTT[col] == TTT[col + 3] == TTT[col + 6]) and (TTT[col] != 0): # this column won winner = TTT[col] # draw winning line pg.draw.line(screen, (250, 0, 0), ((col + 1) * width / 3 - width / 6, 0), \ ((col + 1) * width / 3 - width / 6, height), 6) break # check for diagonal winners if (TTT[0] == TTT[4] == TTT[8]) and (TTT[0] != 0): # game won diagonally left to right winner = TTT[0] pg.draw.line(screen, (250, 70, 70), (50, 50), (350, 350), 6) if (TTT[2] == TTT[4] == TTT[6]) and (TTT[2] != 0): # game won diagonally right to left winner = TTT[2] pg.draw.line(screen, (250, 70, 70), (350, 50), (50, 350), 6) if TTT.count(0) == 0 and winner is None: # all cells are filled in draw = True game_status()

Карта лучших ходов и алгоритм для компьютера

Собственно - это самое интересное. Я решил создать такой же список mov_map для текущего поля. Сюда аналогично на текущую позицию попадает только критически нужный последний ход для победы. Пару ключевых примеров.

1. Представим самый простой вариант (Рис.4.), когда на 7м ходу Х (ХО=-1) нужно поставить именно туда, где уже есть ХХ рядом согласно правилам (диагональ Лево-Право):

1. Однако если, например, обороняется игрок О (ХО=1), а критическое победное поле Х уже создал (Рис. 5)? Тогда приоритет для хода О как раз та же желтая клетка (mov_map[8]=-1). Результат хода это предотвращение победы Х и ничья для игрока О:

1. Следующий вариант, если в одну клетку сходятся две победные комбинации игрока Х, при этом ход игрока О (ХО=1):

1. Комбинация, когда в одну клетку сходится и победа Х и победа О. Для того, чтобы избежать ноль после суммирования -1 и 1 лучше складывать модули значений, а затем умножать его на их знаки (проще говоря, если есть хоть один минус, то значение возвращется в список отрицательным во избежании путаницы в логике).

def check_moves(): # finding the best cell for the next computer's move global TTT, move mov_map = [0, 0, 0, 0, 0, 0, 0, 0, 0] # map of the moves before each computer's move in current situation move = None # check for winning rows # the sum of the moduli of the current value and the winning cell of the checked player, and then multiply them by the sign of the checked player # in the most cases: zero + 1 or -1 (current player), but if the cell has two or three winners simultaneously, the module of the value must be 2 or 3 (-2 or -3) for row in range(0, 7, 3): # jump through 1 in TTT list r=TTT[row] + TTT[row + 1] + TTT[row + 2] if abs(r) == 2: if TTT[row] == 0: mov = row mov_map[mov] = (abs(mov_map[mov])+abs(int((r) / 2)))*int((r) / 2) #the sum of winning's module both of players & multiple on the current player's sign elif TTT[row + 1] == 0: mov = row + 1 mov_map[mov] = (abs(mov_map[mov])+abs(int((r) / 2)))*int((r) / 2) elif TTT[row + 2] == 0: mov = row + 2 mov_map[mov] = (abs(mov_map[mov])+abs(int((r) / 2)))*int((r) / 2) # check for winning columns for col in range(0, 3, 1): # jump through 1 in TTT list c=TTT[col] + TTT[col + 3] + TTT[col + 6] if abs(c) == 2: if TTT[col] == 0: mov = col mov_map[mov] = (abs(mov_map[mov])+abs(int((c) / 2)))*int((c) / 2) elif TTT[col + 3] == 0: mov = col + 3 mov_map[mov] = (abs(mov_map[mov])+abs(int((c) / 2)))*int((c) / 2) elif TTT[col + 6] == 0: mov = col + 6 mov_map[mov] = (abs(mov_map[mov]) + abs(int((c) / 2))) * int((c) / 2) # check for diagonal winners: L>R d_Lr=TTT[0] + TTT[4] + TTT[8] if abs(d_Lr) == 2: if TTT[0] == 0: mov = 0 mov_map[mov] = (abs(mov_map[mov])+abs(int((d_Lr) / 2)))*int((d_Lr) / 2) elif TTT[4] == 0: mov = 4 mov_map[mov] = (abs(mov_map[mov])+abs(int((d_Lr) / 2)))*int((d_Lr) / 2) elif TTT[8] == 0: mov = 8 mov_map[mov] = (abs(mov_map[mov])+abs(int((d_Lr) / 2)))*int((d_Lr) / 2) # check for diagonal winners: R>L d_Rl=TTT[2] + TTT[4] + TTT[6] if abs(d_Rl) == 2: if TTT[2] == 0: mov = 2 mov_map[mov] = (abs(mov_map[mov])+abs(int((d_Rl) / 2)))*int((d_Rl) / 2) elif TTT[4] == 0: mov = 4 mov_map[mov] = (abs(mov_map[mov])+abs(int((d_Rl) / 2)))*int((d_Rl) / 2) elif TTT[6] == 0: mov = 6 mov_map[mov] = (abs(mov_map[mov])+abs(int((d_Rl) / 2)))*int((d_Rl) / 2)

Выбор хода после заполнения списка mov_map=[ ]:

Знак перед модулем значений в списке mov_map создает чувствительность для конкретного игрока. Разберем на примере, когда наступает ход Х (т.е. ХО=-1):

1. если в списке mov_map хотя бы единожды встречается -1, то это победный выбор.
2. если в списке mov_map -1 нет, а присутствует 1, то для Х (напомню, ХО=-1) это ход для спасения от поражения.
3. если в списке mov_map присутствуют и -1 и 1, то выбирается модуль со своим знаком для победы (т.е. -1 для ХО=-1).

# if one winner in one cell if mov_map.count(XO) > 0 and mov_map.count(-1*XO) == 0: #current player must choose his own square if the opponent hasn't a winning cell move = mov_map.index(XO) if mov_map.count(-1*XO) > 0 and mov_map.count(XO) == 0: #current player must choose opponent's square if the there isn't his own winning cell move = mov_map.index(-1*XO) if mov_map.count(XO) > 0 and mov_map.count(-1*XO) > 0: # current player must choose his own square if the opponent has a winning cell as well move = mov_map.index(XO)

1. Вне зависимости какой игрок (Х или О): любое значение с модулем 2 требует хода именно туда. Там сходятся или две победы одного игрока, или победа у каждого.

# if two winners or double one are in one cell - the always preference goes to current player if mov_map.count(2) > 0: move = mov_map.index(2) if mov_map.count(-2) > 0: move = mov_map.index(-2)

Функция для Игрока

Раздельный способ запуска игры для Х- или О- пользователя показался более оптимальным на отладке во избежании путаницы и усложнения логики.

X_player(). Запускает главный цикл while True и обработку события выхода из игры (стандартный цикл for event. в pygame).

def X_player(): # X-player global TTT, XO, move, winner, draw while (True): # run the game loop forever for event in pg.event.get(): if event.type == QUIT: pg.quit() sys.exit()

Один ход на каждого игрока - это две ветки:

1. Игрок Х - пользователь - (ХО==-1) выбирает мышкой желаемую клетку на поле функцией user_click(), которая должна возвратить значение от 0 до 8 переменной move (согласно схеме на рис.1). Если move=None, значит ожидается повторный клик. Удобно обходиться без обработки ошибок если пользователь промахивается мимо поля, просто разместив это условие в цикле на первом месте с повтором (continue).
2. Если все же пользователь указал пустую клетку TTT[move] == 0, то запускается функция прорисовки фигуры на поле DrawXO() (см. ниже).

 if XO == -1: # X's move if event.type == MOUSEBUTTONDOWN: user_click() # click mouse button for Х's move if move == None: continue else: if (TTT[move] == 0): DrawXO()

1. Игрок О - компьютер - (ХО==1):
   • Проверка наличия оптимальных ходов: check_moves(). Если их нет, то запускается локальный цикл while True:
   • Попытка поставить "О" в центр TTT[4] == 0 ("защита от дурака", т.к. это ослабит большое преимущество у Х после первого хода).
   • При исключении - случайный ход "О", но только в пустое место: random.
   • Прорисовка, переход хода и проверка в DrawXO() (см. ниже).

 if XO == 1 and draw is False and winner is None: # O's move check_moves() # check for XX, X_X, OO, O_O if move is None: while True: if TTT[4] == 0: # protection from the fool (when a rival makes typical triangle of "X") move = 4 break else: # a move for good luck, gives a chance to play fair without algorithm move = random.randint(0, 8) if TTT[move] == 0: break DrawXO()

1. В случае чьей-то победы или ничьи - перезагрузка reset_game().
2. В главном цикле обновляется картинка на экране pg.display.update().

 if (winner or draw): reset_game() pg.display.update() CLOCK.tick(fps)

DrawXO(). Запускается только при имеющемся готовом значении хода move.

• Сначала вносит в список новый ход: TTT[move] = XO.
• Затем прорисовывает Х (или О) в своем поле.
• После этого XO = -1*XO дает тригер для перехода хода (от Х к О или наоборот), меняя свой знак на обратный.
• В финале проверяет все текущее поле ТТТ на победу check_win().

def DrawXO(): # drawing of X or O, and after a sign will be reversed (XO => - XO) for player changing global TTT, XO, move TTT[move] = XO if move == 0: posx = 30 posy = 30 if move == 1: posx = width / 3 + 30 posy = 30 if move == 2: posx = width / 3 * 2 + 30 posy = 30 if move == 3: posx = 30 posy = height / 3 + 30 if move == 4: posx = width / 3 + 30 posy = height / 3 + 30 if move == 5: posx = width / 3 * 2 + 30 posy = height / 3 + 30 if move == 6: posx = 30 posy = height / 3 * 2 + 30 if move == 7: posx = width / 3 + 30 posy = height / 3 * 2 + 30 if move == 8: posx = width / 3 * 2 + 30 posy = height / 3 * 2 + 30 if XO == -1: screen.blit(x_img, (posx, posy)) else: screen.blit(o_img, (posx, posy)) XO = -1*XO pg.display.update() check_win()

Один полноценный главный цикл X_player() это:

1. ход Х (пользователь), прорисовка и смена игрока, проверка на победу.
2. алгоритм поиска хода для О (компьютер), прорисовка и смена игрока, проверка на победу.

O_player(). Устроена аналогично, но зеркально наоборот.

Недостаток алгоритма?

С точки зрения пользователя - недостатки алгоритма компьютерного хода - это увеличенные шансы для победы человека. На поле 3х3 важны первые три хода, когда О-игрок мешает Х сделать вилку, т.е. одновременно появляются две клетки для безоговорочной победы Х (Рис.7).

Таким образом, если проработать все варианты дебютов "от вилки" (их три), то алгоритм станет мощнее. Однако это окочательно "засушит" игру до постоянной ничьи. Например, у детей пропадет всякий азарт и желание сыграть (проверил на своих). Поэтому решено оставить только "защиту от дурака" в виде постановки "О" в центр, что уменьшило шансы для победы "Х", но не исключило их. Либо можно отказаться даже от этого ради азарта.

Финальный код

Начальное меню и выбор пользователем роли в статье не рассматривалось, там все предельно просто и понятно.

Проект финального кода и три картинки для скачивания находятся в архивном файле здесь.

Анонс второй части статьи

1. Запуск игр компьютера против самого себя.
2. Функции для записи всех игр пошагово в CSV-файл.
3. Анализ и выбор нужного хода из базы данных: какой способ оптимален?
4. Результаты: это ли машинное обучение?

Python: создаем игру «Крестики-нолики» с помощью ChatGPT

Игра «Крестики-нолики» — это классическая настольная игра, которая является прекрасным примером для создания игрового приложения на Python с использованием модели ChatGPT от OpenAI. В этой статье мы узнаем , как создать игру «Крестики-нолики» с помощью Python и интеграции модели ChatGPT для предоставления подсказок игрокам.

Подготовка к проекту

Перед началом работы над проектом необходимо определить основные компоненты игры, включая игровое поле, логику игры и пользовательский интерфейс. Также важно установить необходимые библиотеки, например Pygame для создания графического интерфейса, и ChatGPT для интеграции искусственного интеллекта.

Создание игрового поля

Начнем с создания игрового поля для крестиков и ноликов. Мы можем использовать двумерный список или массив для представления игрового поля и его клеток. Каждая клетка может быть представлена символом «X», «O» или пустым значением, чтобы обозначить ходы игроков.

Пример кода:

python # Создание игрового поля board = [[" " for _ in range(3)] for _ in range(3)] # Функция для отображения игрового поля def print_board(): for row in board: print("|".join(row)) print("-----")

Логика игры

Далее мы реализуем логику игры, включая проверку выигрышных комбинаций, определение победителя и обработку ходов игроков. Мы также можем добавить проверку на ничью, когда все клетки на игровом поле заполнены.

Создание пользовательского интерфейса

Создадим графический пользовательский интерфейс (GUI) для игры, чтобы игроки могли взаимодействовать с игровым полем с помощью мыши или клавиатуры. Мы можем использовать библиотеку Pygame для создания окна приложения, кнопок и текстовых полей.

Интеграция модели ChatGPT

Чтобы обеспечить игроков подсказками и советами, мы можем интегрировать модель ChatGPT. Модель может предоставлять игрокам советы по оптимальным ходам и стратегиям, а также реагировать на запросы игроков.

Пример кода:

python import openai openai.api_key = "your-api-key" # Функция для получения подсказки от модели ChatGPT def get_hint(): prompt = "Мой ход на игровом поле: |X|O| | |X| | | |O|" response = openai.Completion.create( engine="davinci-codex", prompt=prompt, temperature=0.7, max_tokens=50, top_p=1, frequency_penalty=0, presence_penalty=0 ) return response.choices[0].text.strip()

Обработка пользовательского ввода

При создании игры крестики-нолики необходимо обеспечить корректную обработку пользовательского ввода. Это включает в себя проверку корректности выбранной клетки игрового поля, а также обработку хода игрока и передачу управления следующему игроку.

Пример кода:

python # Функция для обработки хода игрока def make_move(row, col, symbol): if board[row][col] == " ": board[row][col] = symbol return True else: print("Эта клетка уже занята! Пожалуйста, выберите другую.") return False

Проверка на выигрыш

Необходимо реализовать механизм проверки наличия выигрышной комбинации на игровом поле после каждого хода игрока. Это даст определить победителя и завершить игру при достижении условия победы.

Пример кода:

python # Функция для проверки наличия выигрышной комбинации def check_winner(symbol): # Проверка по строкам, столбцам и диагоналям for i in range(3): if all(board[i][j] == symbol for j in range(3)) or \ all(board[j][i] == symbol for j in range(3)): return True if all(board[i][i] == symbol for i in range(3)) or \ all(board[i][2-i] == symbol for i in range(3)): return True return False

Завершение игры

После каждого хода необходимо проверить состояние игрового поля и определить, есть ли победитель или наступила ничья. При наступлении одного из этих условий необходимо завершить игру и вывести соответствующее сообщение.

Пример кода:

python # Функция для завершения игры def end_game(winner): if winner == "X": print("Поздравляем! Выиграли крестики!") elif winner == "O": print("Поздравляем! Выиграли нолики!") else: print("Ничья!")

Заключение

Создание игры «Крестики-нолики» с использованием Python и модели ChatGPT от OpenAI — это увлекательный и творческий процесс, который дает вам научиться программировать и разрабатывать игровые приложения. Надеемся, что эта статья поможет вам создать свою собственную версию этой классической игры и научиться интегрировать искусственный интеллект для предоставления подсказок игрокам.

Крестики-нолики на Python

Статьи

Автор Admin На чтение 5 мин Просмотров 12.8к. Опубликовано 09.11.2022

Введение

В статье напишем игру «Крестики-нолики» на Python.

Крестики-нолики — логическая игра между двумя соперниками на квадратном поле 3×3 клетки, или бо́льшего размера. Один из игроков играет за «крестики», а второй за «нолики».

Рисуем игровое поле

Начнём с того, что нарисуем само игровое поле для игры.

Для начала сгенерируем список с числами от одного, до 9:

board = list(range(1, 10))

Создадим функцию draw_board(), аргументом которой будет board:

def draw_board(board): print("-" * 13) for i in range(3): print("|", board[0 + i * 3], "|", board[1 + i * 3], "|", board[2 + i * 3], "|") print("-" * 13)

В функции выводим первую строку состоящую из 13 символов «тире», после чего, в цикле прорисовываем остальные края поля.

При вызове функции будет следующий вывод:

Принимаем ввод пользователя

Теперь нам нужно создать функцию для приёма ввода.

Создадим функцию take_input() с аргументом player_token:

def take_input(player_token): valid = False while not valid: player_answer = input("Куда поставим " + player_token + "? ") try: player_answer = int(player_answer) except ValueError: print("Некорректный ввод. Вы уверены, что ввели число?") continue if 1 

def check_win(board): win_coord = ((0, 1, 2), (3, 4, 5), (6, 7, 8), (0, 3, 6), (1, 4, 7), (2, 5, 8), (0, 4, 8), (2, 4, 6)) for each in win_coord: if board[each[0]] == board[each[1]] == board[each[2]]: return board[each[0]] return False

def main(board): counter = 0 win = False while not win: draw_board(board) if counter % 2 == 0: take_input("X") else: take_input("O") counter += 1 tmp = check_win(board) if tmp: print(tmp, "выиграл!") win = True break if counter == 9: print("Ничья!") break draw_board(board)

board = list(range(1, 10)) def draw_board(board): print("-" * 13) for i in range(3): print("|", board[0 + i * 3], "|", board[1 + i * 3], "|", board[2 + i * 3], "|") print("-" * 13) def take_input(player_token): valid = False while not valid: player_answer = input("Куда поставим " + player_token + "? ") try: player_answer = int(player_answer) except ValueError: print("Некорректный ввод. Вы уверены, что ввели число?") continue if 1