Scratch制作五子棋人机对战版（高阶）

一、游戏概述

我们曾经在《电脑报》2021年第3期和2022年第42期介绍过用Scratc制作五子棋游戏，当时我们确定了绘制棋盘、限制光标移动、实现落子功能、判断棋盘状态、判断五子连珠和实现人机对下等目标。通过那两篇文章的学习，我们已经实现了前五项设计目标，今天我们要实现和AI对下五子棋的最终目标。而且我们还希望能够通过合适的AI算法，创建一个能战胜人类玩家的五子棋AI。

二、游戏规则

五子棋是一款简单的策略游戏，玩家通过在15×15的棋盘上轮流落子，试图使自己的五颗棋子横、竖或对角线连成一条线，即为胜利。游戏采用回合制，黑方先手，然后交替进行。本程序中没有考虑禁手。

三、程序流程图

通过流程图，可知我们的重点在于广播算法阻挡

四、程序逻辑与算法

1.棋盘绘制

初始化数据，并绘制棋盘。棋盘为15行×1 5列的196个小正方形组成的棋盘，棋盘间距为23，棋盘绘制是从舞台X轴-161.Y轴161开始绘制。

2.光标限制

鼠标在棋盘内光标跟随鼠标指针，在棋盘外不跟随。

实现算法：鼠X标坐标大于-161与鼠标X坐标小于161

鼠Y标坐标大于-161与鼠标Y坐标小于161

3.计算行列与作用

Y储存列的值：行=鼠标的Y坐标+161/间距

X储存行的值：列=鼠标的X坐标+161/间距

行列作用于计算落子点；记录落子点状态；落子点米字型方向计算。

计算落子点：X坐标=列×间距-161;Y坐标=行×间距-161。

落子点状态：列表储存落子点状态，0为空状态，1为棋手状态；2为AI棋手状态。

4.五子棋连珠方向：

落子点右上方向：列+1，行+1

落子点右下方向：列+1，行-1

落子点向上方向：列+0，行+1

落子点向左方向：列+1，行+0

反方向：乘以-1（得到8个方向：米字型）

5.落子坐标计算：

坐标号的作用是用于记录每一个落子点的编号，每一个编号储存棋点的状态，0为空状态，1为棋手状态（黑棋）；2为AI棋手状态（白棋）。

6.棋手落子功能（黑棋）

角色光标接收到游戏开始，每按下鼠标一次，广播落子消息一次，棋子接收到落子实现落子（黑棋），光标发送消息判断五子连珠一次。

7.机器AI落子（白棋）

按下鼠标落子成功之后判断连珠，连珠成立停止所有程序，不成立广播算法消息，算法OK之后实现机器人落子。

8.判断输赢

原理：

（1）判断五子连珠首先要知道五子棋的连珠规则，以最近一个棋子落下为原点，横竖斜等八个方向有5颗同色棋子连成一条线代表此方胜利。

（2）创建绘制新的角色“判断”。鼠标在棋盘内移动，注意行列的变量，你会发现方向变化的规律，总结出往八个方向每走一格数据的变化：

（3）正方向，向上走X增加0、Y增加1；斜上走X增加1、 Y增加1；右走X增加1、Y增加0。依次方向连续5次造型编号相同，说明连珠成功 

9.AI算法阻挡进攻落子

算法原理：在Scratch中，可以使用“控制”模块中的“重复”模块和“条件”模块来实现搜索算法。

搜索算法通常包括搜索空间的生成、状态评估、剪枝等步骤。在实现搜索算法时，需要根据五子棋的规则和特点，设计合适的搜索空间和评估函数。当一方连成五子后，需要计算其胜利点的周围八个位置将阻挡对方落子。

阻挡范围的计算方法如下：对于横向或竖向的五子连成一线，阻挡范围为上下左右四个方向各一个格子。例如，当黑方在水平方向上连成五子时，白方不能在黑方胜利点的上下两个格子落子。对于对角线上的五子连成一线，阻挡范围为左右两个格子。例如，当黑方在对角线上连成五子时，白方不能在黑方胜利点的左右两个格子落子。

实际阻挡落子在计算出阻挡范围后，需要将实际的阻挡效果应用到游戏界面上。我们可以通过修改对应格子的属性来实现这一功能。列表组成黑.2.3.4.5与列表组成白.2.3.4.5用于储存黑白方连珠方向的落子点记录。棋手落子加入下棋记录后，根据下棋记录计算AI防守与进攻坐标计算，利用条件如果组成黑2计算进攻坐标计算，黑3防守坐标计算。

条件判断列表组成黑2与组成白2返回进攻落子点坐标，组成黑3与组成白2返回防守落子点坐标，白3黑2返回进攻落子点坐标，根据棋手先后顺序依次类推列表组成黑白的逻辑关系。根据黑棋落子点，计算棋盘落子点0状态，如果连续计算一个方向都是0状态，确定最终落子坐标。根据黑棋坐标进行函数进攻防守，函数排序，广播计算完毕消息AI落子。

10.变量和列表的功能简介

行：储存行

列：储存列

Winner：黑白棋控制

个数：储存棋数

返回值：落子点状态

落子坐标：棋盘ID号

坐标：所有的坐标ID号，起始值为1，最终值为256.

列表判定结果：空，有棋黑和白

列表黑：记录黑棋状态

列表白：记录白棋状态

列表：组成白2345分别代表连珠12345

列表：组成黑2345分别代表连珠12345

列表候选落子：可选落子点

列表最终候选：最终落子点

列表进攻防守：进攻与防守落子坐标

11.小结

本项目参加了重庆科协组织的科技竞赛，并获奖。通过本项目的编程学习不仅培养了我们的编程和AI开发能力，还增强了我们对策略游戏的认知和理解。在未来的版本中，我们可以进一步优化成神经网络的结构和强化学习算法的参数，加入三三或三四禁手的判断，提升AI的性能。此外，我们还可以添加更多的玩法模式和功能，以满足不同玩家的需求。   

本文源代码在“壹零社”公众号编程相关中下载202338.zip

编辑｜张毅

审核｜吴新