20222223 实验四 《Python程序设计》实验报告
20222223 2024-2025-2 《Python程序设计》实验四报告
课程：《Python程序设计》
班级： 2222
姓名： 李東霖
学号：20222223
实验教师：王志强
实验日期：2025年5月14日
必修/选修： 公选课
一、实验目的
作为计算机科学专业的学生，我在本学期的Python课程学习了必要的知识，是时候大展身手做一个小游戏了，那就先从复刻经典扫雷游戏开始吧。这个项目完全聚焦于Python在游戏开发中的应用，我将详细分享从游戏设计到最终实现的全过程，以及在开发过程中解决的技术挑战与获得的宝贵经验。
二、实验内容
1.游戏架构与核心技术
1.1游戏设计理念
扫雷游戏的核心设计理念围绕以下几个关键点：
简洁直观的界面设计，首次点击绝对安全提供游戏性，实时显示格子状态变化给予反馈，游戏失败后显示所有地雷位置验证判断是否正确。
1.2游戏核心组件
class Cell:
def __init__(self):
self.is_mine = False
self.is_revealed = False
self.is_flagged = False
self.neighbor_mines = 0
self.correctly_flagged = False # 用于游戏结束时的正确标记检测
class Board:
def __init__(self, width, height, mines):
self.width = width
self.height = height
self.mines = mines
self.cells = [[Cell() for _ in range(height)] for _ in range(width)]
self.first_click = True
self.game_over = False
self.win = False
self.mines_flagged = 0
1.3核心算法实现
安全布雷算法
def place_mines(self, first_x, first_y):
# 创建安全区域（3×3方格）
safe_cells = []
for dx in range(-1, 2):
for dy in range(-1, 2):
nx, ny = first_x + dx, first_y + dy
if 0 <= nx < self.width and 0 <= ny < self.height:
safe_cells.append((nx, ny))
# 在安全区域外随机布雷
mines_placed = 0
while mines_placed < self.mines:
x = random.randint(0, self.width - 1)
y = random.randint(0, self.height - 1)
if (x, y) not in safe_cells and not self.cells[x][y].is_mine:
self.cells[x][y].is_mine = True
mines_placed += 1
# 更新邻居的地雷计数
self.update_neighbor_counts(x, y)
def update_neighbor_counts(self, x, y):
for dx in range(-1, 2):
for dy in range(-1, 2):
nx, ny = x + dx, y + dy
if 0 <= nx < self.width and 0 <= ny < self.height:
self.cells[nx][ny].neighbor_mines += 1
区域展开算法（递归实现）
def reveal_neighbors(self, x, y):
# 实现空白区域的连锁展开
for dx in range(-1, 2):
for dy in range(-1, 2):
if dx == 0 and dy == 0: # 跳过自身
continue
nx, ny = x + dx, y + dy
if 0 <= nx < self.width and 0 <= ny < self.height:
cell = self.cells[nx][ny]
if not cell.is_revealed and not cell.is_flagged:
cell.is_revealed = True
if cell.neighbor_mines == 0:
self.reveal_neighbors(nx, ny) # 递归调用
2.Pygame界面实现
2.1界面布局设计
def init_ui(self):
# 创建游戏窗口
self.screen = pygame.display.set_mode((WIDTH, HEIGHT))
pygame.display.set_caption('扫雷游戏')
# 创建游戏状态面板
self.info_panel = pygame.Surface((WIDTH, 60))
self.info_panel.fill((230, 230, 230))
# 创建游戏网格区域
self.grid_panel = pygame.Surface((GRID_WIDTH * GRID_SIZE, GRID_HEIGHT * GRID_SIZE))
# 初始化字体
self.font = pygame.font.SysFont('Microsoft YaHei', 24)
self.title_font = pygame.font.SysFont('Microsoft YaHei', 32)
2.2状态信息展示
def draw_info_panel(self):
# 绘制旗帜计数
flags_text = self.font.render(f"旗帜: {self.mines_flagged}/{self.mines}", True, BLUE)
self.info_panel.blit(flags_text, (20, 20))
# 绘制游戏状态
status_text = "游戏进行中"
status_color = BLACK
if self.game_over:
status_text = "游戏结束!"
status_color = RED
elif self.win:
status_text = "恭喜获胜!"
status_color = GREEN
status_render = self.font.render(status_text, True, status_color)
self.info_panel.blit(status_render, (WIDTH - status_render.get_width() - 30, 20))
# 绘制重置按钮
pygame.draw.rect(self.info_panel, (180, 180, 180),
(WIDTH//2 - 50, 10, 100, 40))
reset_text = self.font.render("重置", True, BLACK)
self.info_panel.blit(reset_text, (WIDTH//2 - reset_text.get_width()//2, 20))
2.3游戏网格渲染
def draw_grid(self):
for x in range(self.width):
for y in range(self.height):
cell = self.cells[x][y]
rect_x = x * GRID_SIZE
rect_y = y * GRID_SIZE
# 绘制格子背景
if cell.is_revealed:
if self.game_over and cell.is_flagged and not cell.is_mine:
pygame.draw.rect(self.grid_panel, LIGHT_RED, (rect_x, rect_y, GRID_SIZE, GRID_SIZE))
else:
pygame.draw.rect(self.grid_panel, WHITE, (rect_x, rect_y, GRID_SIZE, GRID_SIZE))
else:
pygame.draw.rect(self.grid_panel, GRAY, (rect_x, rect_y, GRID_SIZE, GRID_SIZE))
# 绘制格子内容
if cell.is_revealed:
if cell.is_mine:
# 绘制地雷（核心位置）
pygame.draw.circle(self.grid_panel, BLACK,
(rect_x + GRID_SIZE//2, rect_y + GRID_SIZE//2),
GRID_SIZE//3)
# 错误标记提示
if self.game_over and not cell.is_flagged:
pygame.draw.circle(self.grid_panel, RED,
(rect_x + GRID_SIZE//2, rect_y + GRID_SIZE//2),
GRID_SIZE//4, 2)
elif cell.neighbor_mines > 0:
# 绘制数字
text = self.font.render(str(cell.neighbor_mines), True,
NUMBER_COLORS[cell.neighbor_mines])
self.grid_panel.blit(text,
(rect_x + GRID_SIZE//2 - text.get_width()//2,
rect_y + GRID_SIZE//2 - text.get_height()//2))
# 绘制旗帜标记
if cell.is_flagged:
if self.game_over and cell.correctly_flagged:
color = GREEN
else:
color = RED
pygame.draw.polygon(self.grid_panel, color, [
(rect_x + 8, rect_y + 8),
(rect_x + GRID_SIZE - 8, rect_y + 15),
(rect_x + 8, rect_y + GRID_SIZE - 8)
])
# 绘制格子边框
pygame.draw.rect(self.grid_panel, DARK_GRAY,
(rect_x, rect_y, GRID_SIZE, GRID_SIZE), 1)
3.游戏交互设计
3.1鼠标事件处理
def handle_events(self):
for event in pygame.event.get():
if event.type == pygame.QUIT:
pygame.quit()
sys.exit()
if event.type == pygame.MOUSEBUTTONDOWN:
mouse_x, mouse_y = pygame.mouse.get_pos()
# 检查重置按钮点击
if WIDTH//2 - 50 <= mouse_x <= WIDTH//2 + 50 and 10 <= mouse_y <= 50:
self.__init__(GRID_WIDTH, GRID_HEIGHT, MINES)
continue
# 转换到网格坐标
grid_x = (mouse_x - GRID_OFFSET_X) // GRID_SIZE
grid_y = (mouse_y - GRID_OFFSET_Y) // GRID_SIZE
if 0 <= grid_x < self.width and 0 <= grid_y < self.height:
if event.button == 1: # 左键翻开格子
self.reveal(grid_x, grid_y)
elif event.button == 3: # 右键标记旗帜
self.toggle_flag(grid_x, grid_y)
3.2游戏状态转换
def reveal(self, x, y):
cell = self.cells[x][y]
# 跳过已翻开或已标记的格子
if cell.is_revealed or cell.is_flagged or self.game_over or self.win:
return
# 首次点击处理
if self.first_click:
self.place_mines(x, y)
self.first_click = False
cell.is_revealed = True
# 触雷处理
if cell.is_mine:
self.game_over = True
self.reveal_all_mines()
return
# 展开空白区域
if cell.neighbor_mines == 0:
self.reveal_neighbors(x, y)
# 检查胜利条件
self.check_win()
3.3游戏结束处理
def reveal_all_mines(self):
"""揭示所有地雷位置并检测错误标记"""
for x in range(self.width):
for y in range(self.height):
cell = self.cells[x][y]
if cell.is_mine and not cell.is_flagged:
cell.is_revealed = True # 显示未标记的地雷
elif cell.is_flagged and not cell.is_mine:
cell.is_revealed = True # 显示错误的标记
elif cell.is_flagged and cell.is_mine:
cell.correctly_flagged = True # 正确标记的旗帜
def check_win(self):
"""检查是否满足胜利条件"""
for x in range(self.width):
for y in range(self.height):
cell = self.cells[x][y]
# 所有非地雷格子都已翻开
if not cell.is_mine and not cell.is_revealed:
return
# 所有地雷都已正确标记
if cell.is_mine and not cell.is_flagged:
return
self.win = True
三、实验结果
（40个雷我是真的赢不了啊，我知道自己菜，别喷我）
四、实验总结
1.遇到的问题
1.1递归展开导致的堆栈溢出问题
问题描述：
当玩家点击空白区域时，游戏需要自动展开相邻的所有空白格子。最初我使用递归算法实现这一功能：
def reveal_neighbors(x, y):
for dx, dy in [(0,1), (1,0), (0,-1), (-1,0)]:
nx, ny = x+dx, y+dy
if 0 <= nx < width and 0 <= ny < height:
if not cells[nx][ny].revealed and cells[nx][ny].value == 0:
cells[nx][ny].revealed = True
reveal_neighbors(nx, ny) # 递归调用
但在大型网格上测试时，游戏经常崩溃，Python抛出"RecursionError: maximum recursion depth exceeded"错误。
解决方案：
使用队列替代递归，实现迭代式区域展开：
from collections import deque
def reveal_neighbors_iterative(start_x, start_y):
queue = deque([(start_x, start_y)])
while queue:
x, y = queue.popleft()
for dx, dy in [(0,1), (1,0), (0,-1), (-1,0)]:
nx, ny = x+dx, y+dy
if 0 <= nx < width and 0 <= ny < height:
cell = cells[nx][ny]
if not cell.revealed and not cell.flagged:
cell.revealed = True
if cell.value == 0: # 空白格子
queue.append((nx, ny)) # 添加到队列
这种方法完全避免了递归深度限制，即使在最大尺寸的网格上也能稳定运行。
1.2游戏界面渲染性能问题
问题描述：
在游戏网格较大时（如24×24），每次刷新都重绘整个界面导致帧率明显下降，游戏体验卡顿。
借助AI工具后，发现pygame.draw.rect()和pygame.draw.circle()是主要性能瓶颈。
解决方案：
实现脏矩形渲染技术，只重绘发生变化的区域：
class RenderOptimizer:
def __init__(self):
self.dirty_cells = set() # 记录需要重绘的格子
def mark_dirty(self, x, y):
"""标记需要重绘的格子"""
self.dirty_cells.add((x, y))
def optimized_render(self):
"""只重绘标记过的格子"""
for (x, y) in self.dirty_cells:
# 计算格子位置
rect_x = x * CELL_SIZE + MARGIN_X
rect_y = y * CELL_SIZE + MARGIN_Y
# 绘制单个格子
self.draw_single_cell(x, y, rect_x, rect_y)
self.dirty_cells.clear() # 清空标记
def draw_single_cell(self, x, y, rect_x, rect_y):
"""高效绘制单个格子"""
cell = self.cells[x][y]
1.3首次点击踩雷问题
问题描述：
传统扫雷游戏中，第一次点击永远不会是地雷。但我的初始实现在某些情况下，首次点击仍可能触雷。
布雷算法在游戏初始化时就放置了所有地雷，而不是在第一次点击后。
解决方案：
重构布雷逻辑，延迟到第一次点击后执行：
def on_first_click(self, x, y):
"""处理第一次点击"""
# 在点击位置周围创建安全区
safe_zone = set()
for dx in range(-1, 2):
for dy in range(-1, 2):
safe_zone.add((x+dx, y+dy))
# 放置地雷（避开安全区）
mines_placed = 0
while mines_placed < self.total_mines:
mx = random.randint(0, self.width-1)
my = random.randint(0, self.height-1)
# 跳过安全区内的位置
if (mx, my) in safe_zone:
continue
if not self.cells[mx][my].is_mine:
self.cells[mx][my].is_mine = True
mines_placed += 1
self.update_neighbor_counts(mx, my) # 更新周围格子数字
# 揭示点击的格子
self.reveal(x, y)
这种方法保证了玩家第一次点击绝对安全，符合扫雷游戏的传统规则。
2.实验总结
这次开发扫雷游戏的经历，像是一场充满惊喜的探险。最初搭建游戏框架时，我怎么也想不到自己会为一堆小小方块的展开效果如此费神。当递归算法在大地图上频繁崩溃时，望着满屏的错误提示，那种挫败感至今难忘。但正是这种困境教会了我重要一课：解决问题不仅需要技术，更需要灵活的思维。改用队列算法后，看着方块流畅展开的样子，比什么都更有成就感。
调试过程中的煎熬与突破同样记忆犹新。记得有个周末，我为了找出布雷位置随机的bug，在屏幕前坐了整整六个小时。反复追踪代码路径，添加日志，最终发现是个不起眼的循环边界错误。那一刻的欣喜若狂，恐怕只有经历过的人才会懂。
整个项目做下来，最深切的体会就是要给思考留够空间。开始时埋头就写的习惯让我吃了不少苦头，后期的设计先行策略反而事半功倍。当看到玩家们在各种设备上体验游戏时，那些绞尽脑汁的日夜都化作了满足的笑容。这段经历就像是编程世界给我的一封信：写代码不仅要用脑，更要用心；技术不仅是解决难题的工具，更是创造连接的艺术。
五、课程总结
《python程序设计》这门课对我来说真的很实在。最开始感觉就像学一门新语言的手册，明白了那些基础的词汇和句子怎么写——像怎么存个数字、名字，怎么决定电脑执行不同的动作。学完这些，心里就有点底了，起码能写点能跑起来的小玩意儿了。
最实用的就是学了那些“容器”——列表、字典啥的。以前要是整理一堆数据，我可能会很头大，现在知道怎么用它们来装不同类型的信息，找起来也方便多了。还有“函数”这个东西，简直是救星。学会了把常用的操作打包成一个命令，需要的时候直接调出来用就行，不用一遍遍重复写同样的代码，真的大大提高了效率，代码看着也清爽多了。
后面学着怎么让程序跟文件打交道，比如读取一个文本文件或者存点数据进去。虽然简单，但感觉一下子把程序变活了，能处理点实际东西了。学面向对象那块儿（就是类和对象），说实话开始有点抽象，但后来慢慢理解了，觉得这是一种更好的组织代码的方式，尤其是模仿现实世界的东西，让大点的程序写起来思路更清晰了。
总的来看，这门课最大的收获不是只记住了那些概念和规则（当然这些也很重要），而是感觉自己真的学到了一种新能力。从开始的磕磕绊绊，连个符号打错都找半天（调试真的很磨练耐心！），到现在能独立用Python解决一些小问题，尤其是处理数据和自动化一些简单任务。虽然跟复杂的项目还有距离，但它让我明白了编程没那么神秘，就是解决问题的另一种工具，Python在这方面特别友好也特别强大。
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