毕业设计（论文）-基于Java ME的黑白棋游戏设计及实现.doc

济源职业技术学院毕 业 设 计（论文）题目基于Java ME的黑白棋游戏设计及实现 系别信息工程系 专业软件技术 班级软件1001班 姓名学号指导教师日期二零一二年十二月 基于Java ME的黑白棋游戏设计及实现总计：毕业设计（论文）19 页图表 7 幅摘 要在现代社会中,手机及其它无线设备越来越多的走进普通老百姓的工作和生活。随着3G技术的普及与应用，基于Java开发的软件在手机上的使用非常的广泛，手机增值服务的内容也是越来越多，对丰富人们的生活内容、提供快捷的资讯起着不可忽视的作用。本文基于Java ME技术，以计算机手机游戏的运行流程为基础，分模块开发一款黑白棋游戏软件。本文对以下几点内容做了重点研究和探讨：系统整体结构，根据设计目标，结合普通手机游戏的运行流程，给出了系统总体设计方案，并探讨了系统设计时需要用到的关键技术。本设计通过一个棋类游戏的开发，阐述了棋类游戏的开发过程，包括软件开发的逻辑分析，程序设计，软件实现和软件测试几个步骤。关键词：Java ME；手机游戏；黑白棋ABSTRACTIn modern society, more and more cell phones and other wireless devices into the work and life of ordinary people. With the popularization and application of 3G technology, developed in Java-based software on the mobile phone use is very extensive, mobile value-added services is more and more content to enrich peoples lives, to provide quick information and plays an essential role.Based on Java ME technology, computer phone game running processes based on a Reversi game software module development.In this paper, the following contents focus on research and explore:The structure of the system as a whole, according to the design goals, combined with ordinary mobile phone games running processes, given the overall system design, and discusses the key technologies required system design. The design through the development of a chess game of chess game development process, including the analysis of the logic of the software development, program design, software implementation and software testing several steps.Keywords: Java ME; Mobile Games; Black and White Chess目 录第1章 绪论- 1 -1.1 研究背景- 1 -1.1.1 Java ME概况- 1 -1.1.2黑白棋开发背景- 2 -1.2 研究现状及发展趋势- 3 -1.2.1 国内外研究现状- 3 -1.2.2 发展趋势- 4 -1.3 黑白棋研究意义- 4 -第2章 黑白棋游戏简介及需求分析- 6 -2.1 项目可行性分析- 6 -2.1.1 技术可行性- 6 -2.1.2 操作可行性- 6 -2.2 需求分析- 6 -2.2.1 黑白棋规则- 7 -2.2.2 黑白棋战术分析- 7 -2.2.3 黑白棋程序界面的需求- 7 -第3章 游戏设计与实现- 8 -3.1 游戏的设计- 8 -3.1.1 游戏的模块- 8 -3.1.2 游戏功能流程图- 8 -3.1.3 游戏详细设计- 9 -3.14 黑白棋开发环境- 10 -3.2 游戏的实现- 10 -第4章 游戏测试- 15 -4.1 系统测试- 15 -4.1.1 测试方法- 15 -4.1.2 测试用例及结果- 15 -4.1.3游戏的发布- 16 -总 结- 17 -致 谢- 18 -参 考 文 献- 19 -Java ME黑白棋设计与实现第1章 绪论1.1 研究背景1.1.1 Java ME概况Java的最大目标和特点，就是一次编写，到处运行的平台无关性。但是，一套标准无法适应各种不同的需求。因此，Java技术目前共有三套，分别针对不同的平台和应用。Standard Edition（J2SE，标准版）：针对桌面端PC和工作站的个人和低端商务应用。 Enterprise Edition（J2EE，企业版）：针对服务器端企业级应用，支持Servlets, JSP和XML等等。Micro Edition（J2ME，袖珍版）：针对有限内存，显示和处理能力的设备，主要是消费电子和嵌入式设备领域（这实际正是Java语言设计最初的目标领域）。图1.1 Java总体架构图在消费电子和嵌入式设备领域，内存从几百K到几十M，从没有屏幕到Web-TV，CPU从低功耗的嵌入式处理器到206MHz的RISC处理器，硬件条件的差异是相当大的。这就使得J2ME的标准需要有不同的层次和类别来适应这个复杂的领域，因此相比之下J2ME就比J2SE和J2EE的标准要复杂得多。因此，清楚的理解J2ME的体系结构的划分才能更好的理解和掌握J2ME。J2ME的3层体系结构依照各种设备的资源特性，将J2ME技术构架分为简表（Profile）、配置（Configuration）和Java Virtual Machine（JVM）3层，然后再进一步细分，这使J2ME能够在每一类设备的限制下工作，而同时提供最低限度的Java语言功能性。关于J2ME的体系结构，可以这样来进行总结：Configuration的分类是根据计算能力的不同来划分的，同类设备的计算能力相近。Configuration是一个规范，定义了这类设备的共同Java平台，定义与设备无关的Java虚拟机和核心库，是平台相容性的基础。Profile的分类是根据设备功能划分的，同类功能的设备其他各种硬件条件和需求也相近。Profile是一组API，在某一Configuration的基础上扩展了针对设备特定功能的API，使得标准能够完全适应特殊的设备，彻底发挥设备的功能。J2ME体系的一般结构是：由Configuration定义的Java虚拟机运行于设备的宿主操作系统之上，构成整个平台的基础。Configuration提供了基本的语言特性，Profile提供针对设备的特殊功能API和扩展类库。应用程序的运行环境需要一个Configuration和至少一个Profile，多个Profile可以共存，也可以叠加。MIDP（Mobile Information Device Profile）定义了针对移动信息处理设备（主要指智能手机和一部分具有无线通信功能的PDA）的图形界面，输入和时间处理，持久性存储，无线电话网络连接之上的一些消息处理（例如短消息），安全等等API，并且考虑到了移动信息设备的屏幕和内存限制。类似于J2SE中的Applet框架，MIDP提供了基于javax.microedition.midlet 包的MIDlet应用程序框架。应为MIDP提出较的比较早，目前重要的智能手机和PDA操作系统上都已有了相应的实现，而且应用的也比较广泛。 1.1.2黑白棋开发背景Java语言是美国Sun Microsystem的James Gosling、Pratrick Naughton及Mike Sheridan等人于1991年精心设计出来的计算机编程语言，其构想在于实现使用同一种编程语言所写出来的程序可以在不同的平台上运作。这种架构对于消费性电子产品而言是具有革命性的，因为在消费性电子产品中的处理器及操作系统各不相同，要在这些平台上开发程序必须要了解各个平台的特性。近几年，由于微处理器性能的大幅提升，加上无线通讯技术的突破，手持式移动设备开始受到大众的青睐。短短几年内，手机已经升级了几代产品，普及率逐年攀升，生产效率不断上升，以至手机是大多是城市居民不可缺少的一件随身设备。继短信、彩信等服务之后，中国移动提供基于Java的百宝箱业务，应用产品遍及商务应用、信息获取、英汉互译、游戏娱乐等多媒体领域。为了适应移动数据的发展，推动无线电子商务等业务的发展，J2ME（Java 2 Micro Edition）既用于嵌入式系统的Java被引入无线领域。J2ME的出现实际上是Java技术的回归。随着J2ME的应用，它为移动互联引入了一种新的模型，既允许手机可以从互联网上下载各种应用程序，并在手机创造可执行环境离线运行这些程序。由于定义了可执行下载的标准，并在手机上创立了可执行环境和程序开发语言。随着计算机技术的日新月异，计算机的运算速度不仅变得更加的快，也变得更加的智能。利用计算机资源来实现原本人类才有的思考过程已经成为现实。在过去的30多年中，已经建立了一些具有一定“智能”的计算机程序，例如下棋程序、定理证明系统、集成电路设计与分析系统、自然语言翻译系统、智能信息检索系统、疾病诊断系统等。这些“人工智能” (Artificial Intelligence，简称AI)被运用在人们生活的各个方面。1997年5月11日，超级计算机深蓝以3胜2负1平击败世界国际象棋棋王卡斯帕罗夫，这标志着人工智能已经达到新的高度。通过设计开发一套玩棋盘游戏可以研究人工智能的实现过程。而黑白棋是一种常见的棋类游戏，它具有规则简单、对弈时间短、趣味性强的特点。1.2 研究现状及发展趋势1.2.1 国内外研究现状Java语言的学习热潮并没有因为时间的推移而消退，相反，由于计算机技术的发展所带来新应用的出现，Java越来越流行，这种情况是以往程序设计语言在其生存周期内所不多见的。Java语言之所以这样长盛不衰，一是因为其众多的技术特点与现今的应用十分合拍，可以覆盖大部分的需求；二是因为SUN公司不断推出新的版本，完善Java自身的功能。黑白棋作为一个棋类竞技运动，在民间十分流行，为了熟悉黑白棋规则及技巧，以及研究简单的人工智能，决定用Java开发黑白棋游戏。主要完成了人机对战功能。在人机对弈中通过深度搜索和估值模块，来提高电脑棋手的智能。分析估值模块中的影响精准性的几个要素，以及提出若干提高精准性的办法，以及对它们搜索的节点数进行比较，如递归算法、电脑学习等。算法的研究有助于理解程序结构，增强逻辑思维能力，在其他人工智能方面也有很大的参考作用。尽管黑白棋的规则比较简单，但它所包括的丰富战略，不亚于那些相当“经典”的策略游戏。其中人工智能部分，由于采用了大量的搜索算法，其中很多被利用到各方面。1.2.2 发展趋势近来随着计算机的快速发展，各种各样的电脑游戏层出不穷，使得我们能有更多的娱乐项目，而棋类游戏能起到锻炼人的思维和修身养性的作用，而且棋类游戏水平颇高，大有与人脑分庭抗礼之势。其中战胜过国际象棋世界冠军-卡斯帕罗夫的“深蓝”便是最具说服力的代表，其它像围棋的“手淡”、象棋的“将族”等也以其优秀的人工智能深受棋迷喜爱。越来越多的具有智能的机器进入了人类的生活，人工智能的重要性如今显而易见。自人工智能属于计算机科学的领域，它以计算机技术为基础，近几十年来，它的理论和技术已经日益成熟，应用领域也正在不断扩大，显示出强大的生命力。人工智能在专家系统，自然语言理解，自动定理证明，自动程序设计，人工智能在机器人学、模式识别、物景分析、数据库的智能检索、机器下棋（实质上是博弈论问题）和家用电器智能化等领域都有广泛的应用。1.3 黑白棋研究意义利用这次毕业设计的机会可以熟悉java语言的各种特性，锻炼程序设计的实践能力，熟悉Java ME图形用户界面的开发,以及巩固数据结构和算法等课程的学习成果，并深入理解数据结构和算法在程序设计中的核心地位。同时，借助开发本游戏的过程，可以熟悉人工智能的程序实现，有助于掌握棋类所需人工智能的常见算法，随着游戏产业的日益壮大，人工智能在游戏中的突出表现，人工智能越来越得到世人的重视。在这次的人机对战算法中，通过一定的算法，实现电脑的下棋及走棋运作，加深了对人工智能工作原理的了解。第2章 黑白棋游戏简介及需求分析黑白棋是19世纪末英国人发明的。直到上个世纪70年代一个日本人将其发展，借用莎士比亚名剧奥赛罗（othello)为这个游戏重新命名，也就是现在大家玩的黑白棋。游戏通过相互翻转对方的棋子，最后以棋盘上谁的棋子多来判断胜负。它的游戏规则简单，因此上手很容易，但是它的变化又非常复杂。有一种说法是：只需要几分钟学会它，却需要一生的时间去精通它。2.1 项目可行性分析获得项目需求并对其进行详细分析，是项目开始的基础。只有获得明确的需求，并做出好的需求分析文档并得到有效解决，才能保证项目最后的成功。2.1.1 技术可行性技术上的可行性分析主要分析技术条件是否能顺利完成开发工作，硬、软件能否满足开发者的需要等。软件方面，手机游戏需要的各种软件环境都已具备，其灵活性、安全性和易用性为游戏编程提供了良好的条件。因此，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，其硬件平台完全能满足此系统的需要。2.1.2 操作可行性操作可行性，是对开发系统在一个给定的工作环境中能否运行或运行好坏程度的量度。本系统以手机应用为主，游戏简单、易于操作。所有玩过手机游戏的人都可以玩。2.2 需求分析为了开发出真正满足用户需求的程序，尤其是游戏程序，首先必须知道用户的需求。把用户需求作为前提条件，来指导程序的开发2.2.1 黑白棋规则棋盘共有8行8列共64格。开局时，棋盘正中央的4格先置放黑白相隔的4枚棋子。黑子先行，双方轮流落子。只要落子和棋盘上任一枚己方的棋子在一条线上（横、直、斜线皆可）夹着对方棋子（不可以有空格），就能将对方的这些棋子转变为我己方。如果在任一位置落子都不能夹住对手的任一颗棋子，就要让对手下子。当双方皆不能下子时，游戏就结束，子多的一方胜。2.2.2 黑白棋战术分析因为黑白棋独特的规则，很容易出现双方比分的剧烈变化，在游戏后期可能仅用几个回合就将大量对方棋子变成己方，从而扭转局势。因此，太着眼于比分是没有必要的，更重要的是占据有利位置。中间位置的棋子最容易受到夹击，有横、直、斜线共四个方向的可能。而边缘的棋子则只有一个可能被夹击的方向，四个角落上的位置被占据后，则完全不可能被攻击。游戏的后期是关键位置的争夺，而前期的布局，就是为抢占关键位置作准备。比如，若不想让对方占据棋盘边缘的有利位置，那么自己就应避免在靠近边缘的那一排落子。2.2.3 黑白棋程序界面的需求通过常见的一些具有代表性的黑白棋程序的对比分析，现在一个基于界面上的用户需求已经基本确立。该需求包含以下几点： 1. 作为按钮出现在主界面上的：开始、分数、帮助、全屏。2. 能够直观显示在游戏界面上的：各方棋子数目显示。第3章 游戏设计与实现3.1 游戏的设计3.1.1 游戏的模块为了实现黑白棋游戏的开发，通过流程图的分析，计划采用以下几大模块。1、绘图模块：本模块用来负责主界面的绘制，包括棋盘、棋子、棋子个数的显示、以及其它需要显示的部分。2、人机模块：人机模块是本程序得以运行的基础，并通过规则模块决定能否下子。3、规则模块：本模块主要负责判断下棋是否符合规则。4、按键模块：本模块通过判断用户按键的位置，判断出该坐标所处棋盘中响应位置。3.1.2 游戏功能流程图程序所需执行的流程见图3.1，该图表示出了程序执行的流程，也基本表示出了程序的各个模块和相互关系，后面的详细设计和代码实现，就是基于本图设计的。图3.1 黑白棋功能流程图3.1.3 游戏详细设计在这个黑白棋游戏中我们对其作了详细设计，程序没有涉及到数据库方面的知识，其实现的功能模块包括：游戏棋盘的设计：棋盘由8*8个方格组成，可用drawRect（）；方法画出方格；用for循环依次画出8*8个方格。最初黑棋和白棋各两颗子占据一个方格的对角线。棋子的存储：将棋盘作为一个二维数组，黑棋和白棋赋予不同的值，每落一个棋子，就将棋子的值存储在数组相应的位置。新的游戏开始，将所存储的值清除。白棋的落子位置：纵观棋局，寻找落子点；比较各落子点给自己带来的收益，选择最大的落子；在选择落子点时会根据一些自己的经验来进行，比如某一个点十分重要，则下棋时会努力争夺该点，某些点已方占据后非常不利，则会极力避免下在该位置通过计算机程序来模拟人的思考过程：1、纵观棋局，寻找落子点：设定 电脑为：Computer 1 人为: Man 1a.通过对当前棋盘进行搜索，找到已方（Computer）的棋子O，然后对O进行八个方向的搜索（因为对于一个点有八个方向的线段通过它，如图） ,找到每个方向上的落子点（如果有），如此循环每个Computer棋子，找到所有的落子点，然后将所有点进行比较，去掉其中重复的，最后对每个落子点进行递归搜索，按照合理的估分原则进行评价，得出每个落子点的价值（即可获得的长期利益），将其进行比较，取最大者落子，并改变棋局b.对当前棋盘进行搜索，找到空白点Ox，然后对Ox进八方向搜索，看是否满足落子条件，即看空白点Ox是否为合乎规则的落子点，如果是，可以进行递归搜索，得到该点的价值，然后将所有合乎规则的Ox进行比较，选择值最大的落子，并改变棋局c.分析可以发现总共有50条直线存在落子的可能性，当然一条线上存在着多个落子的可能性。可能通过对这50条线的固定搜索，找到可落子点，其中也存在着可能重复的现象，所以要像a方法一样对已搜索到的落子点进行比较排除，然后对每个点进行递归深入搜索此方法我们可以在每个方向上设定一个值表示该方向上是否还存在落子可能，当显示不可能时，我们可以跳过，以节省时间。2、估值系统：因为此棋最后是比较看谁最后的棋子多谁就赢，所以人在选择落子点的时候主要是判断那个落子点能够吃到的子最多来选择的，每个点代表的棋面实际价值是相同的，所以我们可以设定每个棋子的面值均为1，但棋盘上有一些经验必争点Ax，占据这些点可能带来不是一个或几个子的收益，而是关乎整个棋局的胜负（例如，四个顶点），Ax它具有超过面值1的战略意义；而另外一些与必争点Ax相关的落子点也根据其与战略点Ax位置关系具有不同于面值的战略意义，所以整个估值系统就是要找出各个点的准确战略值x。经过分析，在不同情况下，相同点可能具有不同的战略意义，所以要列出精确的战略值可能比较难，只能采用统计平均值。由于分析上的难度+本人懒惰所以此程序仅采用一个大概经验值，没有经过详细的统计分析，相信通过详细的分析后，可以提高AI的思考准确性3、寻找最佳：我们通过对落子点进行递归搜索，并结合估值系统，得到每个落子点的得分，然后比较选择最大进行落子。3.14 黑白棋开发环境操作系统：Microsoft Windows XP程序语言：Java 开发平台：Java Micro Edition开发工具：jdk-6u10-rc2-bin-b32-windows-i586-p-12_sep_2008.exe3.2 游戏的实现本游戏中用到了两个包,javax.microedition.midlet：只能包含一个MIDlet类,可作为所有MIDlet的父类:javax.microedition.lcdui:界面类包，对GUI组件提供支持。1、界面的实现棋盘用drawRect() 方法实现，用for循环来画8*8的棋盘方框背景为一张图片，用g.drawImage （）；方法将背景画入界面；黑色子和白色棋子的画法同背景。运行程序，进入游戏的初始界面；点击按钮可进入相对应的界面。相关代码：private void drawReady()g.setColor(0x0000ff);g.setFont(Font.getFont(Font.FACE_SYSTEM,Font.STYLE_PLAIN,Font.SIZE_LARGE);g.drawString(黑白棋游戏, getWidth()/2, getHeight()/2,Graphics.BASELINE | Graphics.HCENTER);g.drawString(毕业设计, getWidth()/2+2*UNITY, getHeight()/2+UNITY,Graphics.BASELINE | Graphics.HCENTER);效果如下图：1、运行游戏，游戏进入的最初界面，由此界面进入游戏的各个界面。图3.2 黑白棋游戏初始界面2、此界面为游戏开始界面，由8*8个方格组成，黑棋和白棋各两颗子占据棋盘中间的一个方格的对角线图3.3 黑白棋游戏开始界面3、帮助界面向玩家说明如何通过按键控制下棋。图3.4 黑白棋游戏的帮助界面4、游戏分数界面在游戏结束时自动弹出，根据各方的棋子总数来计算分数，在游戏过程中也可点击【分数】按钮查看分数。图3.5 白棋游戏的分数界面本游戏的重新开始、白棋如何下子、吃子功能的部分代码如下： 重新开始的实现：if(myGameCanvas.restartCommand = c) myGameCanvas.m_game.m_state = oldState = AllDef.RUN; m_game.m_black.init();m_game.m_white.init(); 白子下棋如何下棋：以上一个棋子的位置向八个方向搜索符合规则的位置来下子。如果沿着指定方向,下一个子的坐标过大或过小,及超出棋盘范围,返回false；如果下一个棋子和要下的棋子是同一种颜色,返回false。部分代码如下：for(x=1; x=8; x+) for(y=1; y=8; y+)if(2=x&7=y) | (7=x&2=y) | (2=x&2=y) | (7=x&7=y) | (1=x&2=y) | (2=x&1=y) | (1=x&7=y) | (7=x&1=y) | (8=x&2=y) | (2=x&8=y) | (8=x&7=y) | (7=x&8=y) ) continue; if(true=tempxy) xy0= x; xy1 = y;return xy;吃子功能：当下子的位置与离最近的同色旗子中， 若有其他棋子则中间的棋子则将其他的棋子图片换为我方的图片private boolean eat(int x, int y, int xChange, int yChange)if(x8 | y8)return AllDef.ERROR; int xNext = x + xChange;int yNext = y + yChange;while(true)if(xNext8 | yNext8|m_bod.getChessMan(xNext, yNext) = null |m_bod.getChessMan(x+xChange, y+yChange).toBool() = m_turn ) return AllDef.ERROR;判断输赢当游戏结束时，用m_game.m_black.getNum() 来统计黑棋和白棋各个的总数，棋子多者为胜。部分代码如下：if(m_game.m_white.getNum()+m_game.m_black.getNum() = 64)if(m_game.m_white.getNum() m_game.m_black.getNum()msgStr = 白棋赢; 第4章 游戏测试4.1 系统测试系统测试的目的主要在于发现错误，找出软件的缺陷和隐患，是确保软件质量的重要方法。在完成黑白棋游戏之后，分别对游戏中各个进行了测试，主要是检验该游戏在各种情况下中的功能能否实现，是否满足黑白棋游戏规则的走棋，从而验证该系统确实符合预订的需求。软件测试就是在软件投入运行前，对软件需求分析、设计规格说明和编码的最终复查，是软件质量保证的关键步骤。早在1973年， W.Hetael曾经指出，测试是对程序或系统能否完成特定任务建立信心的过程。系统在开发过程中采用了多种措施保证软件质量，但是实际开发过程中还是不可避免地会产生差错。系统中通常可能隐藏着错误和缺陷，若将未经周密测试的系统投入运行，将会造成难以想象的后果。因此系统测试是管理系统开发过程中为保证软件质量必须进行的工作。大量统计资料表明，系统测试的工作量往往占管理系统开发总工作量的40%以上。因此必须重视测试工作。4.1.1 测试方法系统测试一般有白盒测试与黑盒测试两种方法。考虑到各种因素和条件的限制，我们决定采用黑盒测试方案。黑盒测试注重于测试软件的功能性需求，也就是说黑盒测试要求软件工程师列出程序所有功能需求的输入条件。通过黑盒测试，我们能发现一些平时不能发现的细节性错误。4.1.2 测试用例及结果黑白棋功能测试用例见表4.1：表4.1 黑白棋游戏功能测试用例集测试用例测试记录用例编号测试目的/对应需求输入/预置条件预期输出操作过程结果1游戏能否吃子1、夹住对方的棋子，按【ok】键下棋。2、多次重复步骤1。1、被夹住对方的棋子变为我方棋子，吃子成功。2、被夹住对方的棋子变为我方棋子，吃子成功。2下子是否符合规则1、在没有夹住对方棋子的地方按【OK】键。2、在夹住对方又留有空格的地方按【OK】键。3、在夹住对方又没有空格的地方按【OK】键1、 未成功下棋2、 未成功下棋3、 成功下棋3点击按钮页面能否跳转。1、单击开始按钮.2、返回按钮后，单击分数按钮。3、按钮后，单击帮助按钮。4、返回按钮后，单击全屏按钮。5、单击退出全屏按钮。1、进入开始页面。2、返回初始页面后，进入分数页面。3、返回初始页面后，进入帮助页面4、返回初始页面后，页面全屏显示。5、退出全屏4.1.3游戏的发布1、找到项目文件夹并打开。2、打开dist文件夹找到一个与项目名相同的Jar文件。3、将dist文件夹里名的Jar文件拷入手机4、安装Jar文件即可。总 结通过这次毕业设计，对很多东西有了新的认识和新的见解，认识问题的和思考解决办法有了本质上的进步，特别是对一个游戏开发的模式有了更深的认识，对专业技能的运用更熟练。我觉得对自己有很大提高克服了自己粗心大意的