【案例目的】
本案例通过一个井字棋游戏的设计和实现，帮助读者了解Python函数的定义和使用。可以对应于教程正文的第8章。
【案例内容】
01
井字棋游戏概述
井字棋又称三子棋、三连棋，英文名为Tic Tac Toe，是一款休闲益智游戏。具体玩法为在一个3*3的棋盘上，一个玩家用X做棋子，另一个玩家用O做棋子，谁先在棋盘上的一行、一列或者对角线上画满三个棋子，即可获胜，如果棋盘下满无人胜出，即为平局。
02
井字棋游戏设计思路
棋盘采用包含9个元素的列表来表示，board[0]到board[8]存储代表棋子的字符串，字符串中可以包含'X'、'O'、或者数字0到8（表示未落子）。
程序的流程如下：
（1）初始化棋盘；
（2）询问玩家选择棋子：棋子X先走，棋子O后走；
（3）显示棋盘及落子布局（调用函数display_board()）；
（4）循环轮流落子：
（4-1）如果玩家落子，则询问落子位置（调用函数getPlayerMove(），然后判断玩家是否获胜（调用函数isWinner()），如果获胜，显示棋盘（调用函数display_board()），输出信息，break跳出循环；
（4-2）如果计算机人工智能（AI）落子，则根据计算机人工智能（AI）落子算法计算落子位置，然后判断AI是否获胜（调用函数isWinner()），如果AI获胜，则显示棋盘（调用函数display_board()），输出信息，break跳出循环；
（4-3）判断是否平局（调用函数isTie()），如果平局，则显示棋盘（调用函数display_board()），输出信息，break跳出循环；否则继续轮流落子。
计算机人工智能（AI）落子算法如下：
（1）如果某位置落子可以获胜，则选择该位置；
（2）否则，如果某个位置玩家下一步落子可以获胜，则选择该位置；
（3）否则，按中心（4）、角（0、2、6、8）、边（1、3、5、7）顺序选择空的位置。
判断输赢规则如下：如果三条横线（(0,1,2), (3,4,5), (6,7,8)）、三条竖线（(0,3,6), (1,4,7), (2,5,8)）、两条对角线（(0,4,8), (2,4,6)）共八种情况的三个位置的棋子相同，则该棋子方赢棋。如果全部位置落子，则平局。
03
井字棋游戏实现
【例CS.27】井字棋（Tic Tac Toe）游戏示例程序。y）。
# 模块：c:\pythonpa\cs\tic_tac_toe.py
def display_board(b):
'''显示棋盘'''
print('\t{0}|{1}|{2}'.format(b[0],b[1],b[2]))
print('\t_|_|_')
print('\t{0}|{1}|{2}'.format(b[3],b[4],b[5]))
print('\t_|_|_')
print('\t{0}|{1}|{2}'.format(b[6],b[7],b[8]))
def legal_moves(board):
'''返回可落子的位置列表'''
moves = []
for i in range(9):
if board[i] in list('012345678'):
moves.append(i)
return moves
def getPlayerMove(board):
'''询问并确定玩家(player)选择落子位置，无效位置时重复询问'''
move = 9 # 初始值9为错误的位置
while move not in legal_moves(board):
move = int(input('请选择落子位置(0-8):'))
return move
def getComputerMove(board, computerLetter, playerLetter):
'''计算人工智能AI的落子位置，Tic Tac Toe AI核心算法'''
boardcopy = board.copy() #拷贝棋盘，不影响原来
# 规则1：判断如果某位置落子可以获胜，则选择该位置
for move in legal_moves(boardcopy):
boardcopy[move] = computerLetter
if isWinner(boardcopy, computerLetter): #判断是否获胜
return move
boardcopy[move] = str(move)
# 规则2：某个位置玩家下一步落子可以获胜，则选择该位置
for move in legal_moves(boardcopy):
boardcopy[move] = playerLetter
if isWinner(boardcopy, playerLetter): #判断是否获胜
return move
boardcopy[move] = str(move)
# 规则2：按照中心（4）、角（0、2、6、8）、
# 以及边（1、3、5、7）的顺序选择空的位置
for move in (4,0,2,6,8,1,3,5,7):
if move in legal_moves(board):
return move
def isWinner(board, letter):
'''判断所给的棋子是否获胜'''
WAYS_TO_WIN = {(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 r in WAYS_TO_WIN:
if board[r[0]]==board[r[1]]==board[r[2]]:
return True
return False
def isTie(board):
'''判断是否平局'''
for i in list('012345678'):
if i in board:
return False
return True
def tic_tac_toe():
'''井字棋'''
#初始化棋盘为['0', '1', '2', '3', '4', '5', '6', '7', '8']
board = list('012345678')
#询问玩家选择棋子：棋子X先走，棋子O后走
playerLetter = input('请选择棋子X或O（X先走，O后走）：')
if playerLetter in ('X', 'x'):
turn = 'player' #玩家先走
computerLetter = 'O'
else:
turn = 'computer'
computerLetter = 'X'
playerLetter = 'O'
print('{}先走!'.format(turn))
while True: #循环轮流落子
display_board(board)
if turn == 'player': # 玩家落子
move = getPlayerMove(board) #询问落子位置
board[move] = playerLetter #落子
if isWinner(board, playerLetter): #判断是否获胜
display_board(board)
print('恭喜玩家获胜!')
break
else:
turn = 'computer'
else: #计算机人工智能AI落子
# 计算人工智能AI落子位置
move = getComputerMove(board, computerLetter, playerLetter)
print('计算机人工智能AI落子位置：', move)
board[move] = computerLetter #落子
if isWinner(board, computerLetter): #判断是否获胜
display_board(board)
print('计算机人工智能AI获胜!')
break
else:
turn = 'player'
#判断是否平局
if isTie(board):
display_board(board)
print('平局!')
break
if __name__ == '__main__':
tic_tac_toe()程序运行结果示例。
04
参考书籍
《Python程序设计与算法基础教程（第3版·项目实训·题库·微课视频版）》
ISBN：9787302623816
作者：江红、余青松
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