20191219 2020-2021-2 《Python程序设计》实验四报告

实验四 Python综合实践

课程：《Python程序设计》
班级： 1912
姓名： 雷天荣
学号：20191219
实验教师：王志强
实验日期：2021年6月25日
必修/选修： 公选课

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。

二、实验过程
1.pygame库的安装
这次实验是用python的pygame库来做的游戏，所以首先要安装pygame库。
安装步骤
（1）在pycharm软件中定位到File—Settings

（2）定位到：project（自己的项目中）–python interpreter，选择右边的pip

（3）双击pip，进入查询插件界面，输入pygame,进行查询这个插件，最后点击install package

（4）安装成功后，会提示安装成功

2.实现一个打飞机小游戏

• 整体框架
  这个游戏设计用到了面向对象的编程思想。
  游戏主体划分为三个主要的类：

子弹类class Bullet
玩家类class Player
敌机类class Enemy
在屏幕上可见的也就是这三个东西了。自己的飞机、敌人的飞机、子弹。因此整个游戏的核心就是：

把这三个东西的图像呈现在屏幕上。
判断和处理子弹撞击敌机和敌机撞击玩家这两种情况。

• 精灵类Sprite
  在下面的代码中，会有大量的pygame.sprite模块。“sprite”，中文翻译“精灵”，在游戏动画一般是指一个独立运动的画面元素，在pygame中，就可以是一个带有图像（Surface）和大小位置（Rect）的对象。 简单来说是一个会动图片。它的两个成员变量

• self.image=要显示图片的Surface

• self.rect = 显示Surface的区域
  对于self.rect，常用的设置rect的方法：self.rect = self.image.get_rect()。然后设定self.rect.topleft=(0,0)来设定左上角的位置，从而设定这个精灵在屏幕上的显示位置。精灵特别适合用在OO语言中，比如Python。pygame.sprite.Sprite是pygame精灵的基类，一般来说，你总是需要写一个自己的精灵类继承一下它然后加入自己的代码。

• 子弹类class Bullet

class Bullet(pygame.sprite.Sprite):
 
   def __init__(self, bullet_img, init_pos):
        pygame.sprite.Sprite.__init__(self)
        self.image = bullet_img
        self.rect = self.image.get_rect()
        self.rect.midbottom = init_pos
        self.speed = 10
    def move(self):
        self.rect.top -= self.speed

子弹类继承于pygame.sprite.Sprite， 成员主要是子弹的图片对象和子弹刷出来的位置，当然，还有移动速度。一个方法就是移动，从发出位置直线往屏幕上方移动。

• 玩家飞机类class Player

class Player(pygame.sprite.Sprite):
    def __init__(self, plane_img, player_rect, init_pos):
        pygame.sprite.Sprite.__init__(self)
        self.image = []                                
        for i in range(len(player_rect)):
            self.image.append(plane_img.subsurface(player_rect[i]).convert_alpha())
        self.rect = player_rect[0]                      
        self.rect.topleft = init_pos                    
        self.speed = 8                                  
        self.bullets = pygame.sprite.Group()            
        self.is_hit = False                             
    def shoot(self, bullet_img):
        bullet = Bullet(bullet_img, self.rect.midtop)
        self.bullets.add(bullet)
    def moveUp(self):
        if self.rect.top <= 0:
            self.rect.top = 0
        else:
            self.rect.top -= self.speed
    def moveDown(self):
        if self.rect.top >= SCREEN_HEIGHT - self.rect.height:
            self.rect.top = SCREEN_HEIGHT - self.rect.height
        else:
            self.rect.top += self.speed
    def moveLeft(self):
        if self.rect.left <= 0:
            self.rect.left = 0
        else:
            self.rect.left -= self.speed
    def moveRight(self):
        if self.rect.left >= SCREEN_WIDTH - self.rect.width:
            self.rect.left = SCREEN_WIDTH - self.rect.width
        else:
            self.rect.left += self.speed

老样子，成员变量主要还是那几个。图像对象以及矩形参数和刷出位置，当然还会有移动速度和子弹集合（用来保存飞机射出的子弹）。方法的话就是上下左右移动了，不过需要做好边界判断。

• 敌机类class Enemy

class Enemy(pygame.sprite.Sprite):
    def __init__(self, enemy_img, enemy_down_imgs, init_pos):
       pygame.sprite.Sprite.__init__(self)
       self.image = enemy_img
       self.rect = self.image.get_rect()
       self.rect.topleft = init_pos
       self.down_imgs = enemy_down_imgs
       self.speed = 2
    def move(self):
        self.rect.top += self.speed

需要注意的时候，该类保存了两个图像对象，一个是正常情况下的敌机图像。一个是爆炸的敌机图像。以便在撞击时能把撞击效果显示出来。一个方法就是和子弹差不多的移动了，不过它是从屏幕上方往底下移动的而已。然后刷出位置的话，后面我们会用一个随机函数生成。

• 把飞机敌机子弹都画出来
  最终我们要把这三个主要的对象画到屏幕上显示出来，然后通过每一次running循环更新它们的状态（正常？撞击？爆炸？）。

enemies1_down = pygame.sprite.groupcollide(enemies1, player.bullets, 1, 1)
    for enemy_down in enemies1_down:
        enemies_down.add(enemy_down)
    screen.fill(0)
    screen.blit(background, (0, 0))
    if not player.is_hit:
        screen.blit(player.image[0], player.rect)
    else:
        screen.blit(player.image[1], player.rect)
        running = False
    for enemy_down in enemies_down:
        enemies_down.remove(enemy_down)
        score += 1
        screen.blit(enemy_down.down_imgs, enemy_down.rect)
    player.bullets.draw(screen)
    enemies1.draw(screen)

• 分数显示 和 GameOver

font = pygame.font.Font(None, 64)
text = font.render('Final Score: '+ str(score), True, (255, 0, 0))
text_rect = text.get_rect()
text_rect.centerx = screen.get_rect().centerx
text_rect.centery = screen.get_rect().centery + 24
screen.blit(game_over, (0, 0))
screen.blit(text, text_rect)

• 最终代码

import pygame
from sys import exit
from pygame.locals import *
import random

# 设置游戏屏幕大小
SCREEN_WIDTH = 480
SCREEN_HEIGHT = 800

# 子弹类
class Bullet(pygame.sprite.Sprite):
    def __init__(self, bullet_img, init_pos):
        pygame.sprite.Sprite.__init__(self)
        self.image = bullet_img
        self.rect = self.image.get_rect()
        self.rect.midbottom = init_pos
        self.speed = 10

    def move(self):
        self.rect.top -= self.speed

# 玩家飞机类
class Player(pygame.sprite.Sprite):
    def __init__(self, plane_img, player_rect, init_pos):
        pygame.sprite.Sprite.__init__(self)
        self.image = []                                 # 用来存储玩家飞机图片的列表
        for i in range(len(player_rect)):
            self.image.append(plane_img.subsurface(player_rect[i]).convert_alpha())
        self.rect = player_rect[0]                      # 初始化图片所在的矩形
        self.rect.topleft = init_pos                    # 初始化矩形的左上角坐标
        self.speed = 8                                  # 初始化玩家飞机速度，这里是一个确定的值
        self.bullets = pygame.sprite.Group()            # 玩家飞机所发射的子弹的集合
        self.is_hit = False                             # 玩家是否被击中

    # 发射子弹
    def shoot(self, bullet_img):
        bullet = Bullet(bullet_img, self.rect.midtop)
        self.bullets.add(bullet)

    # 向上移动，需要判断边界
    def moveUp(self):
        if self.rect.top <= 0:
            self.rect.top = 0
        else:
            self.rect.top -= self.speed

    # 向下移动，需要判断边界
    def moveDown(self):
        if self.rect.top >= SCREEN_HEIGHT - self.rect.height:
            self.rect.top = SCREEN_HEIGHT - self.rect.height
        else:
            self.rect.top += self.speed

    # 向左移动，需要判断边界
    def moveLeft(self):
        if self.rect.left <= 0:
            self.rect.left = 0
        else:
            self.rect.left -= self.speed

    # 向右移动，需要判断边界        
    def moveRight(self):
        if self.rect.left >= SCREEN_WIDTH - self.rect.width:
            self.rect.left = SCREEN_WIDTH - self.rect.width
        else:
            self.rect.left += self.speed

# 敌机类
class Enemy(pygame.sprite.Sprite):
    def __init__(self, enemy_img, enemy_down_imgs, init_pos):
       pygame.sprite.Sprite.__init__(self)
       self.image = enemy_img
       self.rect = self.image.get_rect()
       self.rect.topleft = init_pos
       self.down_imgs = enemy_down_imgs
       self.speed = 2

    # 敌机移动，边界判断及删除在游戏主循环里处理
    def move(self):
        self.rect.top += self.speed

# 初始化 pygame
pygame.init()

# 设置游戏界面大小、背景图片及标题
# 游戏界面像素大小
screen = pygame.display.set_mode((SCREEN_WIDTH, SCREEN_HEIGHT))

# 游戏界面标题
pygame.display.set_caption('Python打飞机大战')

# 背景图
background = pygame.image.load('resources/image/background.png').convert()

# Game Over 的背景图
game_over = pygame.image.load('resources/image/gameover.png')

# 飞机及子弹图片集合
plane_img = pygame.image.load('resources/image/shoot.png')

# 设置玩家飞机不同状态的图片列表，多张图片展示为动画效果
player_rect = []
player_rect.append(pygame.Rect(0, 99, 102, 126))        # 玩家飞机图片
player_rect.append(pygame.Rect(165, 234, 102, 126))     # 玩家爆炸图片

player_pos = [200, 600]
player = Player(plane_img, player_rect, player_pos)

# 子弹图片
bullet_rect = pygame.Rect(1004, 987, 9, 21)
bullet_img = plane_img.subsurface(bullet_rect)

# 敌机不同状态的图片列表，包括正常敌机，爆炸的敌机图片
enemy1_rect = pygame.Rect(534, 612, 57, 43)
enemy1_img = plane_img.subsurface(enemy1_rect)
enemy1_down_imgs = plane_img.subsurface(pygame.Rect(267, 347, 57, 43))


#存储敌机，管理多个对象
enemies1 = pygame.sprite.Group()

# 存储被击毁的飞机
enemies_down = pygame.sprite.Group()

# 初始化射击及敌机移动频率
shoot_frequency = 0
enemy_frequency = 0

# 初始化分数
score = 0

# 游戏循环帧率设置
clock = pygame.time.Clock()

# 判断游戏循环退出的参数
running = True

# 游戏主循环
while running:
    # 控制游戏最大帧率为 60
    clock.tick(60)

    # 生成子弹，需要控制发射频率
    # 首先判断玩家飞机没有被击中
    # 循环15次发射一个子弹
    if not player.is_hit:
        if shoot_frequency % 15 == 0:
            player.shoot(bullet_img)
        shoot_frequency += 1
        if shoot_frequency >= 15:
            shoot_frequency = 0

    # 生成敌机，需要控制生成频率
    # 循环50次生成一架敌机
    if enemy_frequency % 50 == 0:
        enemy1_pos = [random.randint(0, SCREEN_WIDTH - enemy1_rect.width), 0]
        enemy1 = Enemy(enemy1_img, enemy1_down_imgs, enemy1_pos)
        enemies1.add(enemy1)
    enemy_frequency += 1
    if enemy_frequency >= 100:
        enemy_frequency = 0

    for bullet in player.bullets:
        # 以固定速度移动子弹
        bullet.move()
        # 移动出屏幕后删除子弹
        if bullet.rect.bottom < 0:
            player.bullets.remove(bullet)   

    for enemy in enemies1:
        #2. 移动敌机
        enemy.move()
        #3. 敌机与玩家飞机碰撞效果处理
        if pygame.sprite.collide_circle(enemy, player):
            enemies_down.add(enemy)
            enemies1.remove(enemy)
            player.is_hit = True
            break
        #4. 移动出屏幕后删除敌人
        if enemy.rect.top < 0:
            enemies1.remove(enemy)

    #敌机被子弹击中效果处理
    #将被击中的敌机对象添加到击毁敌机 Group 中
    enemies1_down = pygame.sprite.groupcollide(enemies1, player.bullets, 1, 1)
    for enemy_down in enemies1_down:
        enemies_down.add(enemy_down)

    # 绘制背景
    screen.fill(0)
    screen.blit(background, (0, 0))

    # 绘制玩家飞机
    if not player.is_hit:
        screen.blit(player.image[0], player.rect) #将正常飞机画出来
    else:
        # 玩家飞机被击中后的效果处理
        screen.blit(player.image[1], player.rect) #将爆炸的飞机画出来
        running = False

    # 敌机被子弹击中效果显示
    for enemy_down in enemies_down:
        enemies_down.remove(enemy_down)
        score += 1
        screen.blit(enemy_down.down_imgs, enemy_down.rect) #将爆炸的敌机画出来


    # 显示子弹
    player.bullets.draw(screen)
    # 显示敌机
    enemies1.draw(screen)

    # 绘制得分
    score_font = pygame.font.Font(None, 36)
    score_text = score_font.render('score: '+str(score), True, (128, 128, 128))
    text_rect = score_text.get_rect()
    text_rect.topleft = [10, 10]
    screen.blit(score_text, text_rect)

    # 更新屏幕
    pygame.display.update()

    # 处理游戏退出
    for event in pygame.event.get():
        if event.type == pygame.QUIT:
            pygame.quit()
            exit()

    # 获取键盘事件（上下左右按键）
    key_pressed = pygame.key.get_pressed()

    # 处理键盘事件（移动飞机的位置）
    if key_pressed[K_w] or key_pressed[K_UP]:
        player.moveUp()
    if key_pressed[K_s] or key_pressed[K_DOWN]:
        player.moveDown()
    if key_pressed[K_a] or key_pressed[K_LEFT]:
        player.moveLeft()
    if key_pressed[K_d] or key_pressed[K_RIGHT]:
        player.moveRight()

# 游戏 Game Over 后显示最终得分
font = pygame.font.Font(None, 64)
text = font.render('Final Score: '+ str(score), True, (255, 0, 0))
text_rect = text.get_rect()
text_rect.centerx = screen.get_rect().centerx
text_rect.centery = screen.get_rect().centery + 24
screen.blit(game_over, (0, 0))
screen.blit(text, text_rect)

# 显示得分并处理游戏退出
while 1:
    for event in pygame.event.get():
        if event.type == pygame.QUIT:
            pygame.quit()
            exit()
    pygame.display.update()

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3.运行截图

三、课程总结
这学期我选了王老师教的python这门课，学了一个学期下来感觉收获颇丰，在此做一个课程总结。
Python语言强调简洁直观、可读性强，常被称为“可执行的伪代码”。Python是面向对象的编程语言，数、字符串、数据容器、函数、类、模块（函数）等都是对象。每个对象都有其类型、内部数据、方法，这使得Python语言非常灵活。
在这门课上学到的有：
git基本操作和如何使用码云gitee、数据类型、变量、流程控制语句、函数、异常处理、文件操作、正则表达式、Socket编程、python与数据库以及最后一节课的网络爬虫等等，这些知识都让我受益匪浅。

最后是一些感悟
通过对python的学习，我体会到了python的强大，python的库十分丰富，功能强大，品类繁多，这些都是其他语言少有的。总之通过王老师的深情而又有趣的授课使我对python更加感兴趣了，虽然我目前还不能完成比较大的项目的开发，但是完成一些小程序之后也能让我有满满的成就感和快乐。
建议的话，我觉得目前王老师这种授课方式非常好，不是照着ppt念，而是列出知识点之后又结合一些例子，然后课上也都是实践操作，希望能继续下去吧。
最后，“师傅领进门，修行在个人。”课程的结束不意味着学习就结束了，而是新的开始。希望自己能够在以后的时间中，继续学习python，在python之路上越走越远。

四、参考资料
如何在pycharm中安装pygame
pygame游戏编程