20244117 实验四《Python程序设计》实验报告
20244117 2024-2025-2 《Python程序设计》实验x报告
课程：《Python程序设计》
班级： 2441
姓名： 魏凡翕
学号：20244117
实验教师：王志强
实验日期：2025年5月13日
必修/选修：专选课
一.实验内容及分析设计
（一）实验内容
Python综合应用：爬虫、数据处理、可视化、机器学习、神经网络、游戏、网络安全等。
例如：编写从社交网络爬取数据，实现可视化舆情监控或者情感分析。
例如：利用公开数据集，开展图像分类、恶意软件检测等。
例如：利用Python库，基于OCR技术实现自动化提取图片中数据，并填入excel中。
例如：爬取天气数据，实现自动化微信提醒。
例如：利用爬虫，实现自动化下载网站视频、文件等。
例如：编写小游戏：坦克大战、贪吃蛇、扫雷等等。
本次实验我选择编写一个扫雷的游戏程序。
（二）实验分析
1.选题分析：本次实验的内容选择较为自由，考虑到个人能力水平，并且综合个人兴趣爱好，我选择了做一个扫雷的小游戏程序。
2.程序编写分析：扫雷游戏的核心机制包括：一个由格子组成的棋盘，部分格子包含地雷；玩家可以揭开格子或标记可能有地雷的格子；揭开地雷格子游戏结束；揭开所有非地雷格子游戏胜利；数字表示周围8个格子中的地雷数量。需要根据这些机制特色编写相应的程序以实现这几种功能。同时，为了提升游戏体验，编写程序使得玩家在第一次点击格子时不会点到地雷所在的格子。
（三）实验设计
整个扫雷游戏的程序编写我将其分为四个大的部分：首先是准备阶段，这个阶段需要下载pygame、定义游戏的核心参数、设置游戏程序的像素、设置字体等，为后续的程序编写打下基础；然后编写游戏运行的核心机制：比如游戏的初始化、格子的存储信息以及揭开格子的运行逻辑、定义地雷设置的算法，在这一部分我打算实现一些小功能以优化游戏体验，比如玩家第一次点击时不会点击到有地雷的格子，这就要求程序在玩家第一次点击之后再在随机格子中防止地雷；随后是图形绘制，需要选择游戏的背景填充颜色、绘制状态栏、网格、重置按钮等；最后要创建扫雷游戏的主循环，包括遍历当前帧、进行鼠标点击处理、重置按钮检测、网格交互处理、渲染当前帧和更新屏幕显示、编写游戏推出模块等部分。以上就是我设计的扫雷游戏程序编写的基本框架。
二. 实验过程及结果
（一）实验过程
1.在正式编写程序前，需要下载pygame。
然后，使用import模块导入必要的库并初始化Pygame引擎，其中“pygame”用于图形界面和用户输入处理，“random”用于随机放置地雷，“sys”可以提供退出程序功能。
之后，定义游戏的核心参数和视觉样式，比如窗口尺寸、网格行列数、单个格子的像素大小、地雷总数等，以及游戏界面需要用到的颜色。
之后，创建游戏窗口，并命名为“扫雷游戏”。主绘图表面是400*450像素，把顶部50像素预留为状态栏，剩余400x400像素为游戏网格。
然后，设置并初始化字体。这里考虑到字体兼容问题，使用try-exceot结构提供两种字体方案，优先使用微软雅黑字体，如果不兼容则使用黑体。
2.之后，就需要定义扫雷游戏的核心机制了。首先应当定义游戏的初始化方法，使得每次运行程序时自动初始化游戏状态。
随后，定义格子的状态和游戏重置的机制。利用数字存储格子状态，-1存储有地雷的信息，0表示周围没有地雷，1-8表示格子周围的地雷数量；利用“revealed”记录格子是否被翻开；利用“flagged”记录格子是否被标记为地雷。
然后需要定义地雷设置的算法。为了强化游戏体验，使用if结构使得在玩家第一次点击格子之后再放置地雷；使用while循环保证地雷是随机放置的并且不会重复放置；使用for循环使得每放置一颗地雷，周围8个格子存储的数字+1。
然后定义格子被点击时的运行逻辑，此处需要和上面的程序统一，对第一次点击的格子做特殊处理，使得首次点击的格子存储的值为零，即它本身和周围8格都没有地雷；使用if语句进行踩雷判定，在点击到有地雷的格子时重置游戏；使用while语句实现DPS算法，使得以点击的格子为中心向外拓展，遇到有数字的格子则停止拓展，值为零的格子则继续拓展。
最后定义胜利条件，即所有没有地雷的格子都被揭开时获得游戏胜利。
3.绘制部分。首先是游戏的填充背景，这里选择使用白色来作为背景色。
然后，进行状态栏的绘制。这里选用灰色作为状态栏的颜色，使得格子在被翻开之前呈现灰色，在被翻开之后呈现白色；并生成特定标识到固定位置用以提示游戏中地雷的数量；以及游戏结束时的显示图标绘制，这里使用红色的图标提示游戏的胜利或者失败，图标显示在游戏格子的正上方。
接下来需要绘制网格，在这里使用了双重循环（GRID_SIZE × GRID_SIZE）遍历整个网格，其中外层循环y控制行，内层循环x控制列。然后为每个单元格创建pygame.Rect对象，单元格的位置由x和y值来确定，x值刻画水平坐标，y值刻画垂直坐标，并且为了避开状态栏，单元格的y值需要+50像素偏移。随后要对不同类型的单元格作不同的处理，对于已经被点开的单元格，绘制成白底黑框的矩形，如果格子中有地雷还需要在格子中央绘制实心黑点代表地雷，如果格子中需要显示数字则用对应颜色渲染数字并居中表示；对于未点开的单元格，绘制成灰底黑框的矩形，如果被标记，绘制成红色旗帜，旗帜使用四个点坐标绘制成三角形形状。
然后就是绘制游戏重置按钮，使得玩家可在任意时刻重新开始新的游戏。按钮为矩形样式，位置设置在右上角，颜色设置为深灰色，按钮中央有重置二字，并且文字处于按钮的正中。
4.最后需要创建扫雷游戏的主循环。首先利用game=Minesweeper()创建游戏核心逻辑实例。随后定义running=True，利用while循环使游戏持续运行到running变为False，实现游戏的状态持续更新和渲染。然后是事件队列的获取，利用for event in pygame.event.get():遍历当前帧的所有待处理事件，包括鼠标点击、键盘输入、关闭游戏窗口等；以及使用if循环进行退出检测，实现点击退出按钮时中止主循环，关闭游戏。
还要进行鼠标点击处理，实现由像素到网格坐标的转换。
使用if循环进行重置按钮检测，检查是否点击了重置按钮。
然后进行网格交互处理，event.button的值为1时是鼠标左键点击了格子，这时需要把格子揭开；值为3是右键点击了格子，这时给对应的格子标记上旗帜标记或取消标记，标记可以用来标记玩家认为可能的地雷的格子。
然后绘制游戏。使用game.draw()渲染当前帧，包括清空画布、绘制状态栏、绘制所有网格格子和绘制重置按钮；使用pygame.display.flip()更新屏幕显示，将后台缓冲区的图形交换到前台显示，这样可以避免屏幕闪烁，确保画面流畅。
最终编写游戏退出模块。使用pygame.quit()释放pygame资源；用sys.exit()实现安全退出。
（二）实验结果
整个程序就此编写完成，完整的源代码如下，此处添加的是可折叠的代码块：
点击查看代码
import pygame
import random
import sys
# 初始化pygame
pygame.init()
# 游戏常量
WIDTH, HEIGHT = 400, 450
GRID_SIZE = 10
CELL_SIZE = 40
MINE_COUNT = 15
# 颜色定义
WHITE = (255, 255, 255)
BLACK = (0, 0, 0)
GRAY = (200, 200, 200)
DARK_GRAY = (150, 150, 150)
RED = (255, 0, 0)
BLUE = (0, 0, 255)
COLORS = [BLUE, (0, 128, 0), RED, (0, 0, 128), (128, 0, 0),
(0, 128, 128), BLACK, (128, 128, 128)]
# 创建游戏窗口
screen = pygame.display.set_mode((WIDTH, HEIGHT))
pygame.display.set_caption("扫雷游戏")
# 字体
font = pygame.font.SysFont('Arial', 20)
large_font = pygame.font.SysFont('Arial', 30)
class Minesweeper:
def __init__(self):
self.reset_game()
def reset_game(self):
self.board = [[0 for _ in range(GRID_SIZE)] for _ in range(GRID_SIZE)]
self.revealed = [[False for _ in range(GRID_SIZE)] for _ in range(GRID_SIZE)]
self.flagged = [[False for _ in range(GRID_SIZE)] for _ in range(GRID_SIZE)]
self.game_over = False
self.win = False
self.mines_left = MINE_COUNT
self.first_click = True
self.place_mines()
def place_mines(self):
# 第一次点击后再放置地雷，确保第一次点击不是地雷
if not self.first_click:
mines_placed = 0
while mines_placed < MINE_COUNT:
x, y = random.randint(0, GRID_SIZE-1), random.randint(0, GRID_SIZE-1)
if self.board[y][x] != -1: # -1表示地雷
self.board[y][x] = -1
mines_placed += 1
# 更新周围格子的数字
for dy in [-1, 0, 1]:
for dx in [-1, 0, 1]:
nx, ny = x + dx, y + dy
if 0 <= nx < GRID_SIZE and 0 <= ny < GRID_SIZE and self.board[ny][nx] != -1:
self.board[ny][nx] += 1
def reveal(self, x, y):
if self.game_over or self.flagged[y][x]:
return
if self.first_click:
self.first_click = False
# 确保第一次点击的位置是0
while True:
self.reset_game()
self.first_click = False
self.place_mines()
if self.board[y][x] == 0:
break
if self.board[y][x] == -1: # 点到地雷
self.game_over = True
self.revealed[y][x] = True
return
# 使用DFS揭示空白区域
stack = [(x, y)]
while stack:
cx, cy = stack.pop()
if not (0 <= cx < GRID_SIZE and 0 <= cy < GRID_SIZE) or self.revealed[cy][cx] or self.flagged[cy][cx]:
continue
self.revealed[cy][cx] = True
if self.board[cy][cx] == 0:
for dy in [-1, 0, 1]:
for dx in [-1, 0, 1]:
if dx != 0 or dy != 0:
stack.append((cx + dx, cy + dy))
# 检查是否胜利
self.check_win()
def toggle_flag(self, x, y):
if not self.game_over and not self.revealed[y][x]:
self.flagged[y][x] = not self.flagged[y][x]
if self.flagged[y][x]:
self.mines_left -= 1
else:
self.mines_left += 1
def check_win(self):
for y in range(GRID_SIZE):
for x in range(GRID_SIZE):
if self.board[y][x] != -1 and not self.revealed[y][x]:
return
self.game_over = True
self.win = True
def draw(self):
# 绘制背景
screen.fill(WHITE)
# 绘制状态栏
pygame.draw.rect(screen, GRAY, (0, 0, WIDTH, 50))
mines_text = font.render(f"剩余地雷: {self.mines_left}", True, BLACK)
screen.blit(mines_text, (10, 15))
if self.game_over:
status_text = "你赢了!" if self.win else "你输了!"
status_render = large_font.render(status_text, True, RED)
screen.blit(status_render, (WIDTH//2 - status_render.get_width()//2, 10))
# 绘制网格
for y in range(GRID_SIZE):
for x in range(GRID_SIZE):
rect = pygame.Rect(x * CELL_SIZE, y * CELL_SIZE + 50, CELL_SIZE, CELL_SIZE)
if self.revealed[y][x]:
pygame.draw.rect(screen, WHITE, rect)
pygame.draw.rect(screen, DARK_GRAY, rect, 1)
if self.board[y][x] == -1: # 地雷
pygame.draw.circle(screen, BLACK, rect.center, CELL_SIZE//3)
elif self.board[y][x] > 0: # 数字
text = font.render(str(self.board[y][x]), True, COLORS[self.board[y][x]-1])
screen.blit(text, (x * CELL_SIZE + CELL_SIZE//2 - text.get_width()//2,
y * CELL_SIZE + 50 + CELL_SIZE//2 - text.get_height()//2))
else:
pygame.draw.rect(screen, GRAY, rect)
pygame.draw.rect(screen, DARK_GRAY, rect, 1)
if self.flagged[y][x]: # 旗帜
pygame.draw.polygon(screen, RED, [
(x * CELL_SIZE + CELL_SIZE//2, y * CELL_SIZE + 50 + CELL_SIZE//4),
(x * CELL_SIZE + CELL_SIZE//4, y * CELL_SIZE + 50 + CELL_SIZE//2),
(x * CELL_SIZE + CELL_SIZE//2, y * CELL_SIZE + 50 + CELL_SIZE*3//4),
(x * CELL_SIZE + CELL_SIZE//2, y * CELL_SIZE + 50 + CELL_SIZE//4)
])
# 绘制重置按钮
reset_rect = pygame.Rect(WIDTH - 100, 10, 80, 30)
pygame.draw.rect(screen, DARK_GRAY, reset_rect)
reset_text = font.render("重置", True, BLACK)
screen.blit(reset_text, (WIDTH - 100 + 40 - reset_text.get_width()//2, 15))
# 创建游戏实例
game = Minesweeper()
# 游戏主循环
running = True
while running:
for event in pygame.event.get():
if event.type == pygame.QUIT:
running = False
if event.type == pygame.MOUSEBUTTONDOWN:
x, y = event.pos[0] // CELL_SIZE, (event.pos[1] - 50) // CELL_SIZE
# 检查是否点击了重置按钮
if 300 <= event.pos[0] <= 380 and 10 <= event.pos[1] <= 40:
game.reset_game()
elif 0 <= x < GRID_SIZE and 0 <= y < GRID_SIZE:
if event.button == 1: # 左键点击
game.reveal(x, y)
elif event.button == 3: # 右键点击
game.toggle_flag(x, y)
# 绘制游戏
game.draw()
pygame.display.flip()
pygame.quit()
sys.exit()
这里是运行程序的视频：
https://www.bilibili.com/video/BV1Bzj9zVERJ/?spm_id_from=333.1387.list.card_archive.click&vd_source=d94fb707d5586654483cd488c609bce4
三. 实验过程中遇到的问题和解决过程
问题1：不知道扫雷游戏的程序编写思路。
问题1解决方案：上网查找资料，询问课程上老师指导下载的NexChatGPT，最终确定了一个扫雷游戏需要实现什么功能，并且如何实现。
问题2：原代码运行时无法显示出汉字，而显示矩形方框。
问题2解决方案：查阅资料并询问同学，得知问题的原因是字体不兼容。于是使用了try-except结构设置了备选字体，更换字体后显示正常。
其他（感悟、思考等）
（1）课程总结：在《Python程序设计》这门课程中，我对Python语言有了比较基本的认识。从最初介绍Python基本情况、标识符、保留字、类与对象等，到介绍序列、集合、元组、字典，再到最后介绍爬虫、类库、异常等；从最初使用print（）输出”hello world“，到学习for循环、while循环，再到最后使用套接字创建服务器和客户端......我一路走来学习许多新的知识，见识到了python语言的强大之处，并越来越能够体会到它在日常生活中发挥的巨大作用。在这个过程中，我的编程能力也得到了锻炼，从以前对编程一无所知到现在可以使用python实现自己心中的某些构想。我能够看到自己的成长，因此我认为这门课程对于自己的帮助是很大的。我也非常感谢老师孜孜不倦的教导，我几次被点名都回答不上来问题但是老师也没有说什么，在提问后还会把相关的知识点讲得很清楚，对我实在是大有益处。
从心理情感上来说，选择这门课程还是一个比较艰难的决定，毕竟我是一名文科生，理科的思维有限，对编程更是完全不懂。在一开始，python的基础知识还算比较好理解，但是到了介绍序列之后，整体的难度感觉一下子就上来了，当时觉得python不像一开始自己认为的或者是老师说的这样简单，不过最后好在还是坚持下来了，感觉还是很有成就感，坚持去做了一件自己可能会抵触的事情，最后还受益匪浅。我觉得在这个过程中，不仅是收获了知识，更是培养了能力，去做一件自己可能不那么喜欢做的、但是却对自我发展有利的事情的能力。而且在编写程序的过程中，我还养成了认真仔细的习惯，因为程序的编写一定是要求严谨的，就倒逼自己尽量少出差错。
这门课程给了我思考的内容。在学习socket编程技术时，我了解到这种技术在现代社会中的广泛应用，但是在以前我对它一无所知，我觉得自己也应当去学习一些基本的有关计算机的知识，才能更好地适应现代社会。
（2）实验总结：本次实验的自由性很大，最开始比较茫然，不知道要做什么，最后根据兴趣做好了实验，觉得还是很开心。
当然，本次实验的难度是很大的，自己去做一个程序还是面临不小的挑战，要自己去学习很多知识，了解这个程序的基本运行逻辑是什么，还是知道需要用什么代码去达成自己想要的效果。最后做出来的成果还是比较令我满意。在这个过程中，我切实地感受到了自学对自己python能力的提高，最后理解了本次实验对自己python能力巨大的锻炼作用，更加深化了自己对python的认识。
（3）意见和建议：从序列那里整个课程的难度明显加大，但是整体的速度感觉比较快，感觉可以在介绍这一部分时设当放慢速度。
老师写代码的速度比较快，有些时候跟不上，可以适当放慢速度。
最后讲网络爬虫时可以不用做那么多次实际操作，可以多一点对程序编写的讲解。
浙公网安备 33010602011771号