电子五子棋游戏设计方案

1 电子五子棋游戏设计方案 五子棋是一种两人对弈的纯策略型汉族棋类益智游戏，棋具与围棋通用，由中国汉族人发明，起源于中国上古时代的传统黑白棋种之一。主要流行于华人和汉字文化圈的国家以及欧美一些地区。规则为双方交替落子，直到有一方下出五子连续，五子连珠为赢。容易上手，老少皆宜，而且趣味横生，引人入胜；不仅能增强思维能力，提高智力，而且富含哲理，有助于修身养性。 技术上的可行性分析主要技术条件是否顺利完成开发工作，硬、软件是否满足开发者的需要等。该系统的软件开发平台已 成熟可行。硬件方面，科技飞速发展的今天，硬件更新的速度越来越快，容量越来越大，可靠性越来越高，价格越来越低，棋硬件平台完全能满足此系统的需求。而且网上有许多关于五子棋软件的设计的文献资料以及核心代码，同时组员兴趣浓烈，有信心完成该项目的开发工作，综上所述，本项目技术上可行。 此项目所需用环境平台、技术、所需其他东西都是可以找到的， 2 所以经济上可行。并且本系统实施后可以让用户很好的对五子棋进行更加深入的研究，有助于开发用户智力。 主要是管理人员是否支持，现有的管理制度和方法 是否科学，规章制度是否齐全，原始数据是否正确等。规章制度和管理方法为系统的建设提供了制度保障。 操作上是鼠标的使用，主要凭借在棋盘上点击方格或按钮进行游戏，方便简单。使用前只要看明白游戏规则及其方法即可。 3项目技术支撑 在 012 集成开发环境下用 C#语言及 构编写软件；采用 现棋局信息传输中的数据储存功能。 五子棋核心算法、 CS 架构、多线程、 制。 #简介 C#是一种安全的、稳定的、简单的、优雅的，由 C 和 C+衍生出来的 面向对象 的编程语言。它在继承 C 和 C+强大功能的同时去掉了一些它们的复杂特性（例如没有 宏 以及不允许多重继承）。 C#综合了 +的高运行效率，以其强大的操作能力、优雅的语法风格、创新的语言特性和便捷的面向 组件 编程的支持成为 开发的首选语言。 1 C#是 面向对象 的编程语言。它使得程序员可以快速地编写各种基于 台的应用程序， 供了一系列的 工 具 和服务来最大程度地开发利用计算与通讯领域。 S 架构 C/S 结构，即大家熟知的客户机和服务器结构。它是软件 系统体系结构 ，通过它可以充分利用两端硬件环境的优势，将任务合理分配到 和 来实现，降低了系统的通讯开销。目前大多数应用软件系统都是 于现在的软件应用系统正在向分布式的 用发展， 用都可以进行同样的业务处理，应用不同的模块共享逻辑组件；因此，内部的和外部的用户都可以访问新的和现有 的应用系统，通过现有应用系统中的逻辑可以扩展出新的应用系统。这也就是目前应用系统的发展方向。 C/S 结构的优点是能充分发挥 客户端 多工作可以在客户端处理后再提交给服务器。对应的优点就是 客户端 响应速度快。具体表现在以下两点： （ 1）应用服务器 运行数据负荷较轻。 一旦服务器程序被启动，就随时等待响应客户程序发来的请求；客户应用程序运行在用户自己的电脑上，对应于 数据库服务器 ，可称为客户电脑，当需要对数据库中的数据进行任何操作时，客户程序就自动地寻找服务器程序，并向其 4 发出请求，服务器程序根据预定的规则作出应答，送回结果，应用服务器运行数据负荷较轻。 （ 2）数据的储存管理功能较为透明。在数据库应用中，数据的储存管理功能，是由 服务器程序和客户应用程序分别独立进行的，并且通常把那些不同的（不管是已知还是未知的）前台应用所不能违反的规则，在服务器程序中集中实现，例如访问者的权限，编号可以重复、必须有客户才能建立定单这样的规则。所有这些，对于工作在前台程序上的最终用户，是 “ 透明 ” 的，他们无须过问（通常也无法干涉）背后的过程，就可以完成自己的一切工作。 制 面向客户 /服务器模型设计的，网络上的两个程序通过一个双向的通讯连接实现数据的交换，这个双向链路的一端称为一个 常用 来实现客户方和服务方的连接。客户程序可以向 请求，服务器将处理此请求，然后通过结果返回给用户。 信机制提供了两种通讯方式：有联接和无联接方式，分别面向不同的应用需求。使用有联接方式时，通信链路提供了可靠的，全双工的字节流服务。在该方式下，通信双方必须创建一个联接过程并建立一条通讯链路，以后的网络通信操作完全在这一对进程之间进行，通信完毕关闭此联接过程。使用无联接方式时其系统开销比无联接方式小，但通信链路提供了不可靠的数据报服务，不能保证信源所传输的数据一定能够到达信宿 。在该 5 方式下，通信双方不必创建一个联接过程和建立一条通讯链路，网络通信操作在不同的主机和进程之间转发进行。 二、概要分析 1. 基本设计概念 本软件采用面向对象的设计方案，通过把对弈接口组件化，来实现界面设计与算法设计的完全分离。 游戏 程序 界面 对弈 接口 组件 搜索 算法 引擎 估值 算法 核心 游戏界面只与对弈接口进行相互通讯，与使用的博弈算法无关。 搜索算法引擎通过递归调用估值算法核心来找出最佳落子点。 对弈接口组件将具体的博弈算法封装成可以与界面交互的接口。 图 1 总体处理流程图 6 表 1 类模块列表 类标识符 类名 功能 子棋主程序窗体类 它是程序界面设计部分的实现，它主要负责界面的绘制，而真正的人机对弈操作委托完成。 子棋对弈接口类 它定义了完成人机对弈的操作接口，这样主窗体类可以通过这些操作接口来完成人机对弈的过程。而实际这些操作的实现是通过桥接的方式委托搜索引擎 佳走法的线程类 它 是 通 过 委 托 例 中 的象的 作来找出当前电脑的最佳走法。而它本身却是在被实例化并被调用的。 索引擎类 在它当中定义了搜索算法所需 要的数据结构和操作，而搜索算法中的核心操作是委托估值核心 7 值核心类 在它当中定义了估值核心所需要的数据结构和操作，并实现了估值核心。 表 2 各个类中的属性和操作列表 属性操作标识符 所属类 功能 回指定位置落子状态，委托现 回所指定的步数的走法，委托现 回所指定步数的走法得分，委托现 回 当 前 走 法 索 引 ， 委 托现 定或返回电脑的棋色 定或返回电脑的棋力水平值 回游戏是否开始 家下子，如果玩家未赢，则紧跟着电脑下子 8 家认输 家悔棋，棋局退回到玩家下最后一颗子之前的状态 始游戏，开局后，棋色和棋力属性将不能再改变 束游戏，游戏结束后，棋色和棋力属性可以改变 回或设定指定位置落子状态，委托现 回所指定的步数的走法 回所指定的步数的走法得分 回当前走法索引 回获胜者 回游戏是否结束 回最佳走法 回或设定指定位置落子状态 回是否平局 回棋局估值 上面所列出的属性和操作仅为 属性和操作， 性和操作这里没有给出定义，它们将在接口设计和系统数 9 据结构设计中进行讨论。 另外 中定义了三个比 较特殊的事件属性，通过这三个事件，可以使界面设计更加灵活方便，这三个事件的功能在下表中给出： 表 3 事件 描述 戏开始事件 戏中棋盘状态改变所触发的事件 戏结束事件 能需求与程序的关系 面 界面算法接口 算法 未解决的问题 10 因 为博弈算法中搜索引擎的改进是影响整个游戏智能化程度的关键，但是搜索算法有很多，现在还不能确定哪种搜索算法更适合于本游戏，这些算法的测试将在详细设计和编码调试时再进行。 2. 接口设计 户接口 用户的所有操作全部通过鼠标或者热键来完成。开始游戏、悔棋、认输和结束游戏这些操作通过点击按钮、右键菜单或使用热键来完成。棋色和水平选择通过点击单选框或右键菜单来完成。游戏中棋子状态将直接反映在棋盘上，其他反馈信息（比如棋盘当前局面、走棋时间、棋谱等信息）将在单独的反馈信息栏中显示。 部接口 本程序 与其他比赛程序通过裁判程序（有比赛裁判委员会给出）来进行相互通讯，棋盘上落子通过鼠标事件的触发来完成，裁判程序将模拟这一鼠标事件。裁判程序对棋盘状态的获取将直接根据棋盘颜色变化来检测。 部接口 件定义了界面和算法的接口， 聚合了的实例 聚合了 实例 过这种设计，提高了系统的松散耦合性。 11 界面及图形模块 五子棋 界面及画图函数模块 主控模块 人人对战模块 块 人机对战模块 胜负判断模块 界面及图形模块 欢迎界面设计函数 模式选择界面 游戏进行界面 结束界面 棋子函数 12 服务器端与客户端流程图 服务器端侦听游戏连接端口 侦听游戏搜索端口收到客户端的连接收到客户端的搜索请求开始游戏发送本机地址和游戏名否否否 13 14 客 户 端发 送 局 域 网 广 播 搜索 游 戏 服 务 器收 到 游 戏 服 务器 信 息保 存 服 务 器 信 息 添加 到 游 戏 列 表与 服 务 器 建 立 联 系开 始 游 戏否 15 开 始白 方 下 子判 断 该 位 置 是否 有 棋找 另 一 位白 方 下 子判 断 白 方 是 否胜 出跳 出 白 方 获 胜黑 方 下 子判 断 该 位 置 是否 有 棋找 另 一 位黑 方 下 子判 断 黑 方 是 否胜 出跳 出 黑 方 获 胜选 择 是 否 重 新开 局游 戏 结 束有是否无是否是有 16 的奇偶来判断，初值为 0 奇 偶 否 是 是 否 棋手下棋流程 /棋色类型 ( /黑棋 /白棋 /落子点状态类型 ( /有黑棋 /有白棋 人人对战 1 号棋手 2 号棋手 移动棋子 移动棋子 下棋 下棋 判断胜负 判断胜负 交换棋手 显示胜负信息 交换棋手 显示胜负信息 17 /没有棋 /无效位置 A D/ W/ S/ 无 是 否 电脑下棋流程 示当前下棋的棋手 左移光标 右移光标 下棋 上移光标 下移光标 退出 判断当前有无棋子 退出循环 显示棋子 改变棋型表相应值 判断胜负 结束 退出循环，交换棋手 18 三、详细设计 5,15储存棋盘的状态，以 0 表示没有放子的位置，以 1 表示放黑子的位置，以 2 表示放白子的位置； 、白棋子），当鼠标在棋盘上点击的时候产生事件，处理鼠标的位置产生对应的棋盘坐标位置； 5判断落子出是否可以落子：不可以则不做任何处理，不改变鼠标的状态；可以落子，则打印对应的棋子图像，记录棋盘位置，并将位置传递给判定函数； 复落子过程，直到判定函数产生胜出结果； 2 程序流程 19 本程序由六个基本功能模块构成，各模块的详细分析如下： (1)初始化：首先，建立盘面数组 121、对战双方的棋型表1214和 1214并将它们清零以备使用 (2)主循环控制模块：控制下棋顺序，当轮到某方下子时，负责将程序转到相应的模块中去，主要担当一个调度者的角色。 (3)玩家下子：当轮到玩家下时，玩家通过鼠标在棋盘上落子，程序会根据该点的位置，在 121数组的相应地方记录。 (4)盘面分析填写棋型表：本程序核心模块之一，人工智能算法的根本依据！其具体实现方法如下：玩家在下五子棋时，一定会先根据棋盘上的情况，找出 当前最重要的一些点位，如“活三”、“冲四”等；然后再在其中选择落子点。但是，电脑不会像人一样分析问题，要让它知道哪是“活三”、哪是“冲四”，就得在棋盘上逐点计算，一步一步的教它。 先来分析己方的棋型，从棋盘左上角出发，向右逐行搜索，当遇到一个空白点时，以它为中心向左挨个查找，如果遇到己方的子则记录然后继续，如果遇到对方的子、空白点或边界就停止查找。左边完成后再向右进行同样的操作；最后把左右两边的记录合并起来，得到的数据就是该点横向上的棋型，然后把棋型的编号填入到xyn中就行了（ x、 y 代表坐标， n=0、 1、 2、 3 分别代表横、竖、左斜、右斜四个方向）。而其他三个方向的棋型也可用同样的方法得到，当搜索完整张棋盘后，己方棋型表也就填写完毕了。然后再用同样的方法填写电脑的棋型表。 电脑下子：有了上面填写的两张棋型表，现在要作的就是让电脑知道在哪一点下子了。遍历棋型表 5154和5154找出其中数值最大的一点，在该点下子即可。 本功能模块主要对游戏的胜负进行判定 . 由系统判定胜负 ,若 胜 ,则游戏结束 ;否则 ,游戏继续 . 2对胜负判定需先确定一个中心棋子位置 . 20 3由一个中心棋子可以引出四条线形成五子连一线 . 4判定过程中注意越界现象 . 概要设计 1 五子棋的判胜条件即为 5 个相同的棋子连在一条线上 . 2 以一个棋子为中心 ,有 4条线可以形成五子连线 （描红的为中心棋子） 3 中心棋子即为最后一步所下棋子 . 4 以 1线为例 ,从中心棋子出发 (设为白子 ),先向左进行判断 ,若棋子为白子 ,则计数器加 1(初始值为 1),否则 (为黑子或无子 ),则返 21 回中心棋子 ,向右进行判断 ,进行相同操作 . 5 1 线判定结束后 ,若计数器为 5，则判白子胜 ,否则 ,计数器归 1，再从 2,3,4 线按顺序进行判定 . 6 棋盘的每个坐标有 3 个状态 ,分别为无子（标记为 0），白子（标记为 1），黑子（标记为 2），对棋盘点进行判断时，只需判定其所在状态即可。 7 若棋盘下满，仍未有五子连线，则判和。 流程图为： 设 定 计 数 器始值为 0） 线上是否有相同棋子（连 续）？ 计数器加 1 换线继续进行判定 计数器大于等于 5？ 胜利 22 1线 判定 2线 判定 3线 判定 4线 判定 是否胜利 ？ 是否胜利 ？ 是否胜利 ？ 是否胜利 ？ 确定中心棋子（黑或白） 棋盘下满 判和 黑（白） 子胜！ 23 开始以前按钮设置为禁止（ F），只有在棋局的过程中，并且轮到该本方落子，并且棋盘有 2 个棋子或 2个棋子以上时，“悔棋”按钮才被置于激活状态 (T);一局比赛中只可以悔棋 2次。 结构化说明： 方下棋 IF 子 =2 激活“悔棋”按钮 方同意 子 =2 回 回 回 在游戏中，如果一方点击“悔棋”按钮，则向对方提出悔棋请求。对方在收到“悔棋”请求后会弹出确认对话框，点击“是”接受“悔棋”请求，也可以点击“否”来 拒绝。如果点击 接受按钮，则在双方棋盘上清除最新下的两个棋子，然后请双方继续进行下子操作。 流程图为： 24 极大极小树 目前绝大部分的博弈类游戏中的人工算法都采用这种方法。假设己方为 方则为 果当层的节点为奇数时那么就为，同样 节点 为偶数时就为 。当在 时，该层的值就应该为下一个 在 层的值就应该为它子层 深度优先搜索 25 在图论中有两个很重要的遍历的方法，一个是深度优先搜索（ 另外一个是广度优先搜索 (这两个方法的主要区别在于下一个节点的选择。 先选择它的连接节点，若它的下个节点已经全部被遍历过或者不存在的话。则向上返回到上一个节点，在遍其他的未被访问过的点。很容易想到这要用到堆栈结构，使用一个递归来实现。而 已经访问过的点放入队列中。然后再依次取出继续这个过程。 剪枝方法 当预测的深度 达到 3 的时候，最坏情况下 225*225*225=11390625个，这在目前 的一些常规平均的机器性能下也需要 40 多秒的时间，这是不能够容忍的。那么是否有很好的改进技术，去除那些不必要的节点，并且在剪去了这些点后不影响结果呢？答案是肯定的，这种方法就是 枝。 本设计所使用的人工智能算法主要分为四步： 第一步：考虑到系统的运行效率，根据平常下棋的经验，第一步子不需要经过复杂的分析计算。如果人类玩家下的第一步子是落在棋盘边界上时，则 电脑 的第一步子将落在棋盘的正中央；否则， 电脑 的第一步子将在紧挨着人类玩家第一步子的左边位置落下 。 第二步：为了缩短系统搜索分析时间，防止 电脑 每下一步棋都要将整个棋盘上所有的空白点都分析一次，本设计将设计一个函数计算搜索范围。然后根据搜索范围进行第一次搜索分析，排除不在搜 26 索范围之内的空白点、不可能连成五子即不可能胜利的点以及活 1，半活 2点。搜索游戏双方有没有哪方即将胜利，即双方有没有成五或者可不可以制造出活 4。 第三步：对第一次分析的结果进行再次分析。找出双方可以制造出活 4的点的位置，如果没有的话，就分别整理出双方可以制造出活3 的点的位置，半活 4 的点的位置，双活 3 的点的位置，半活 3的 点的位置，双活 2的点的位置，活 2的点的位置。 第四步：由前两次的搜索分析得出双方都不可能制造活 4，所以只能找活 3，再没有的话就找半活 4，在没有的话就找单活 3，双活 2等棋型。 遍历整个棋盘，找出所有空白点，在每个空白点判断与该点相邻的 4 个方向上各方连续的棋子数，在每一个方向上，判断白子和黑子的连续的个数，判断活 3，冲 4等各种棋形状况，为各种状况赋权值。然后将该方向上的权值返回，将每个空白点的各个方向的权值相加，为该点权值。令设计一个数组，储存每个空白点权值，然后在遍历整个棋盘空白点，计 算出每个空格点，找出权值最大点，也就是当前情况下，电脑最应该落子的点。返回权值最大的点的坐标 确定棋盘为二维数组，先写一个 数，用双重 i， j)语句，遍历整个棋盘，找出所有空白点，即 ij= 个函数分别判断上，右上，右下，右， 4 个方向上连续的黑子数，连续的白子数。 27 在每个方向上用 录白子数。用 果白色有是那个连续 （ ） ,加权 20；如果黑色有三个连续（ ） ,加权 10；如果白色有 4 个相连 (） ,加权 100；如果黑色有 4 个相连（ ） ,加权 来记录棋子两边的阻碍数，判断黑子两边是否有白子或已到边界。然后记录（ *5该点在该方向上的权值，返回该权值到 定义一个三位数组 ij4,其中 i,4代表 4 个方向，将每个方向上的返回值分别赋给 ij0 ij1 ij2 ij3，即该点 4 个方向权值均确定 然后再遍历整个棋盘空白点，计算出每个空格点 4 个方向上权值的总和，做比较，放回权值最大的点的坐标（这里用全局变量 dx,通过比较，不断修改全局变量的值，最后所得的 dx, 流程图为： 28 29 务器的设计 网络五子棋是采用网络协议为 P 的网上对弈游戏，运用“客户端服务器“ (c/s)网络架构模 式。服务器可以创建任意多局游戏。 通过使用多线程和网络套接字 实现游戏之间的通讯，它是基于点对点的通讯。开始让服务器初始化建立服务器套接字于某个端口 务器始终处于监听状态。客户端是动作的发起者，何时发出申请由客户端决定。客户端向服务器发出申请，服务器给予响应。打开客户端套接字 接到服务器端的地址建一个 开始一个线程，监听该客户端请求。服务器继续监听其它用户的连接。服务器通过数据输入流从客户端接收信息， 并且通过数据输出流把相应的信息发送给客户端。客户端发送请求和响应接收到的各种信息。 P 协议的作用在于网络互联，但其本身就是物理网上的一组完整的网络协议集。 互联网层上提供服务。这两个主要协议提供的服务，加上高层的服务，共同实现了P 协议集的功能。 一种应用程序的编程接口，它通过一组管套函数使应用程序在本地系统和远程系统之间建立通信信道，实现连接的管理和数据的传输。它为网络上进程之间的通信提供了一种透明的方法，并支持包括 P 在内 的多种网络通信协议。 30 服务器端主要通过建立流连接来连接客户端，与客户端进行相互通信、转发信息。接收客户端的信息，接收信息后按照此客户端的要求将信息发送到相应的客户端，服务器端起到了中转的作用。服务器端主要方法如下： (1) 在主类的 函数中，用于初始化连接的信息为： 服务器端 了保证连接的正确性和转发数据的高效性，因此定义了两 个端口变量： 服务器端用 务器套接字等待请求通过网络传入。用 来发送和接收数据报包的套接字。 (2)在主类 ，其用于接受客户端连接信息的函数，服务器端每接收一个客户端连接，就会为每个客户端在服务器端启动一个 程， 集成了服务器端的所有功能，包括与各客户端之间的相互通信，转发信息。 户端设计 游戏客户端主要用于初始化玩家信息，定义 玩家的操作状态，包括游戏客户端界面的结构组织，定义游戏控制按钮的实现，定义键盘事件的实现。 主要方法： (1)方法 用于在玩家客户端启动时，为用户发送连接服务器信息。 (2)方法 e)用于实现玩家单击客户端下文的控制按钮的功能。在此方法中主要实现了玩家加入游戏、放弃游戏以及人机对战等各个按钮的功能。参数为触发事件的行为事件。 在游戏开始时，需要对网络进行设置，其包含的内容如下： A、可以选择当前用户是主机，还是客 户机。如果是主机则执黑子，如果是客户机则执白子。 31 B、当用户选择为主机时 ,址如：“ 端口号由用户填写。 C、当用户为客户机时，则需要在设置连接到主机的 址及端口号。 D、如果上面已经设置过，则从新开始游戏时，把上一次设置的 建 立 并 运 行 服 务 器输 入 用 户 I 户 发 送 准 备 请求开 始 游 戏 断 开 连 接客 户 服 务 器网 络 1 网 络 2系统基本隐形过程图 程接口网络连接 32 玩家一 1. 初始化用户界面 2. 向服务器请求连接，并从服务器获知所用棋子的标记。 3. 从服务器得到开始标志。 4. 等待玩家标记单元格，并向服务器发送单元格的行号和列号。 5. 从服务器接收游戏状态。 6. 如果状态是 示是胜者，如果玩家二获胜，接收玩家二的最后一步走棋信息。中断循环。 7. 如果状态是 示游戏结束，中断循环。 8. 如果状态是收玩家二选定的单元格的行号和列号，标记玩家二选定的单元格。 服务器 创建一个服务器套接字。 接收第一个玩家的连接请求，并且通知玩家他是玩家一，使用标记“ X”。 接收第二个玩家的连接请求，并且通知玩家他是玩家二，使用标记“ O” 。启动对局线程。 处理对局： 1 告诉玩家一开始游戏。 2 接收玩家一选定单元格的行和列。 3 判断游戏状态（ 如果玩家一退出，向玩家二发送状态（ 退出。 4 如果玩家一获胜，给两个玩家都发送状态（ 并且向玩家二发送玩家一的走棋信息。退出。 5 如果状态是 知玩家二轮他走棋，并且向玩家二发送玩家一最新选定单元格的行和列。 6 接收玩家二选定的单元格的行和 列。 7 如果玩家二退出，向玩家一发送状态（ 退出。 8 如果玩家二获胜，给两个玩家都发送状态（ ,并且向玩家一发送玩家二的走棋信息。退出。 9 如果状态是 送状态，并且向玩家一发送玩家二最近选定的单元格的行和列。 玩家二 1 初始化用户界面 2 向服务器请求连接，并从服务器获知所用棋子的标记。 3 从服务器接收游戏状态。 4 如果状态是 示是胜者，如果玩家一获胜，接收玩家一的最后一步走棋信息。中断循环。 5 如 果 状 态 是收玩家一选定的单元 格的行号和列号，标记玩家一选定的单元格。 6 等待玩家标记单元格，并向服务器发送单元格的行号和列号。 33 系统用例图如下：