软件工程第二次作业

使用 Python 与 AIGC 完成“一箭又一箭”小游戏

一、作业基本信息

项目	内容
这个作业属于哪个课程	202601软件工程
这个作业要求在哪里	2026秋软件工程个人作业（第二次）
这个作业的目标	使用 Python 和 AIGC 完成“一箭又一箭”小游戏
学号	102401615
GitHub 仓库	ArrowEscapeGame

二、项目展示

“一箭又一箭”是一款方格箭头消除游戏。棋盘中的每个非空方格包含一个上、下、左或右方向的箭头。玩家点击箭头后，程序会检查箭头前方直到棋盘边界之间是否存在其他箭头。

• 前方没有阻挡：箭头沿自身方向飞出棋盘并消失；
• 前方存在阻挡：箭头不能消失，扣除一次失误机会；
• 清空本关全部箭头：显示通关界面并进入下一关；
• 失误次数耗尽：显示失败界面，可以重新开始。

项目包含开始界面、关卡选择界面、游戏界面以及通关/失败界面。游戏界面会显示当前关卡、剩余箭头数量、剩余失误次数、得分、用时以及重新开始按钮。

2.1 开始界面

2.2 游戏过程

2.3 通关与失败界面

2.4 游玩画面显示

三、项目介绍

3.1 游戏规则

玩家使用鼠标点击箭头所在方格。程序根据箭头方向检查同一行或同一列中位于它前方的所有方格。如果全部为空，箭头可以离开；如果其中任意方格仍有箭头，则本次操作判定为碰撞。

每关开始时有 3 次失误机会。成功消除箭头可以获得分数，错误点击会扣分并减少一次机会。清空全部箭头后，根据剩余机会和是否使用辅助功能给出星级评价。

3.2 主要功能

基础功能包括：

1. 正常显示和操作的图形化界面；
2. 上、下、左、右四种箭头；
3. 鼠标点击选择箭头；
4. 四个方向的路径判断；
5. 无阻挡时消除箭头；
6. 有阻挡时给出碰撞反馈并扣除失误次数；
7. 5 个可以正常通关的关卡以及可以随机生成关卡；
8. 通关、失败、下一关和重新开始流程。

在基础功能上，我选择实现了以下 7 项扩展：

1. 更多关卡和关卡选择；
2. 得分、计时和星级评价；
3. 提示功能；
4. 撤销上一步；
5. 保存游戏进度；
6. 随机生成可通关关卡；
7. 自动求解当前关卡。

3.3 开发环境与运行方法

本项目使用以下环境开发：

• Windows；
• Python 3.12.10 64 位；
• Pygame 2.6.1；
• Visual Studio。

安装 Pygame：

py -3.12 -m pip install pygame

运行项目：

py -3.12 ArrowEscapeGame.py

四、实现思路

4.1 棋盘和箭头表示

棋盘使用二维列表表示。每个元素只有五种可能值：

• "U"：向上；
• "D"：向下；
• "L"：向左；
• "R"：向右；
• None：空方格。

四个方向对应的行列增量为：

DIRECTIONS = {
    "U": (-1, 0),
    "D": (1, 0),
    "L": (0, -1),
    "R": (0, 1),
}

这种表示方法使绘图、点击定位和路径判断都可以使用统一的行列坐标。

4.2 路径检测

路径检测是本项目的核心。程序从箭头相邻的方格开始，按照方向增量逐格向前移动：

def path_is_clear(board, row, col, direction):
    dr, dc = DIRECTIONS[direction]
    row += dr
    col += dc

    while 0 <= row < len(board) and 0 <= col < len(board):
        if board[row][col] is not None:
            return False
        row += dr
        col += dc

    return True

如果循环中遇到非空格子，立即返回 False；如果坐标越过边界仍未遇到箭头，则返回 True。这个方法同时适用于四个方向，也能正确处理位于边缘且朝向棋盘外的箭头。

4.3 飞出与碰撞反馈

路径畅通时，程序先把对应棋盘元素改为 None，再保存箭头的当前位置和方向。每帧根据经过时间更新箭头坐标，直到整支箭头越过棋盘边界。路径受阻时，箭头会短暂变红并晃动，同时剩余失误次数减 1。

图形动画和棋盘逻辑相互分离，可以避免动画尚未结束时重复点击导致状态混乱。

4.4 游戏状态与界面

程序使用状态变量区分不同页面：

menu → select → playing → won / lost

• menu：开始界面；
• select：关卡选择；
• playing：游戏进行中；
• won：通关界面；
• lost：失败界面。

事件处理、状态更新和界面绘制分别放在不同方法中，使程序结构更清晰。

4.5 可通关关卡的生成

随机放置箭头可能形成没有任何箭头能够离开的死局。为避免这一问题，程序采用逆向构造方法：逐个放入箭头时，只选择当前前方没有阻挡的方向。

假设箭头的放入顺序为 A、B、C，那么按照 C、B、A 的顺序移除时，每一个箭头都至少存在一条已验证的离开路径。因此生成的关卡一定存在可通关顺序。开发过程中还批量生成并求解了不同尺寸的测试棋盘，用于检查算法是否出现死局。

4.6 提示、撤销、存档和自动求解

• 提示：搜索当前所有 path_is_clear 为真的箭头，并高亮其中一个；
• 撤销：操作前保存棋盘、生命值和得分的副本，撤销时恢复；
• 存档：将当前棋盘和进度保存为 JSON，重新运行时可以继续；
• 自动求解：反复搜索当前可以离开的箭头并执行，直到棋盘清空。

五、AIGC 辅助开发过程

本项目使用 ChatGPT/Codex 进行辅助开发。AIGC 主要用于分析需求、提供代码思路和排查问题，最终游戏规则、代码取舍和测试结果由我确认。以下记录来自实际开发过程。

5.1 第一次：开发环境与编码问题

项目	内容
子任务	配置 Python、Pygame 和 Visual Studio 开发环境
使用工具	ChatGPT/Codex
我提出的要求	在 Visual Studio 中运行 Python 图形游戏，并解决解释器和中文代码报错
AI 提供的内容	建议安装 Python 3.12 64 位和 Pygame；分析 No Python interpreters found；指出源文件需要使用 UTF-8 编码
实际效果	Python 和 Pygame 安装成功，程序窗口能够正常打开
人工修改	将源文件保存为 UTF-8；把系统字体调用改为读取可用字体，避免字体兼容异常

5.2 第二次：纠正游戏规则和界面理解

项目	内容
子任务	确认箭头的显示形式与核心玩法
使用工具	ChatGPT/Codex
我提出的要求	根据作业要求实现点击箭头、判断前方阻挡和清空棋盘
AI 提供的内容	初期曾把题目理解成传统迷宫人物游戏，后来又尝试过长路线箭头方案
实际效果	初期方案与题目示例不一致
人工修改	我重新审题并提供清晰截图，明确要求采用“方格中放置短箭头”的形式，最终重构棋盘和箭头表示

这一过程让我认识到，AIGC 给出的方案必须结合原始题目逐条检查，不能只看程序能否运行。

5.3 第三次：四方向路径判断

项目	内容
子任务	实现箭头前方路径检测
使用工具	ChatGPT/Codex
我提出的要求	四个方向都要能判断阻挡，边缘箭头不能发生数组越界
AI 提供的内容	使用方向增量表统一处理上、下、左、右，并逐格检查到棋盘边界
实际效果	基本逻辑可用，能够区分可消除与受阻箭头
人工修改	根据实际点击结果检查方向和边界条件，并在最终代码中将棋盘逻辑与动画分离

5.4 第四次：关卡生成与完整功能整合

项目	内容
子任务	设计多关卡并整合附加功能
使用工具	ChatGPT/Codex
我提出的要求	至少 3 关可正常通关，并选择 5～7 项扩展功能完成
AI 提供的内容	逆向构造可通关棋盘；整合选关、计时计分、提示、撤销、存档、随机关卡和自动求解
实际效果	完整程序可以运行并能够通关
人工修改	我在 Visual Studio 中完整复制运行，对界面和通关流程进行测试，并继续记录发现的问题

六、项目测试

编号	测试内容	预期结果	实际结果	是否通过
T01	点击前方无阻挡的箭头	箭头飞出棋盘并消失	箭头沿自身方向飞出，剩余箭头数量减1	通过
T02	点击前方有阻挡的箭头	箭头不消失，失误次数减1	箭头保留并出现红色晃动反馈，剩余失误次数减1	通过
T03	点击位于边缘且朝向棋盘外的箭头	正常消失，不发生数组越界	箭头正常飞出，程序未报错或闪退	通过
T04	消除本关全部箭头	显示通关并进入下一关	清空棋盘后显示通关界面，可以进入下一关	通过
T05	失误次数耗尽	显示失败并允许重新开始	3次机会耗尽后显示失败界面，可以重新挑战	通过
T06	游戏进行中重新开始	箭头布局、得分和失误次数恢复	棋盘恢复初始布局，得分、计时和失误次数重新计算	通过
T07	使用提示功能	高亮一个当前可消除的箭头	点击提示后，一个可消除箭头显示金色边框	通过
T08	撤销上一步	恢复操作前的棋盘、得分和机会	撤销后箭头和操作前的游戏数据均正确恢复	通过
T09	关闭程序后继续游戏	恢复保存的棋盘和进度	重新运行并选择继续游戏后，棋盘和进度正确恢复	通过
T10	自动求解固定或随机关卡	自动清空棋盘并显示通关	程序依次消除可用箭头，最终清空棋盘并显示通关	通过

七、PSP 表格

任务	预估耗时（小时）	实际耗时（小时）	差异（小时）
需求分析与游戏设计	1.0	1.0	0
Python 与图形库学习	0.5	1.0	+0.5
游戏界面实现	1.0	1.5	+0.5
路径与碰撞逻辑实现	3.0	1.5	-1.5
关卡设计	2.0	0.5	-0.5
AIGC 辅助开发	1.5	1.0	-0.5
测试与修改	1.0	1.0	0
README 与博客撰写	1.5	1.5	0
合计	11.5	10.0	-1.5

八、项目心得体会

这次作业让我第一次比较完整地经历了从需求理解、环境配置、代码实现到测试和文档整理的过程。最开始，我对游戏示例理解得不够准确，导致实现方向出现偏差。虽然早期版本也能运行，但并不符合题目要求。重新阅读任务说明后，我把长路线箭头改成了方格短箭头，并重新设计棋盘结构和路径判断。

AIGC 在配置环境、解释错误和提供代码框架方面提高了开发效率。例如，解释器未识别、文件编码错误和字体调用异常都可以通过错误信息快速定位。但 AIGC 也可能在信息不完整时做出错误假设，因此我需要根据题目截图和实际运行效果进行审核，而不能直接接受所有输出。

在程序实现方面，我对二维列表、鼠标事件、游戏状态切换和路径检测有了更具体的理解。路径判断代码本身不长，但必须认真处理四个方向和棋盘边界。加入提示、撤销、存档和自动求解后，我也认识到功能越多，越需要把棋盘逻辑、动画和界面状态分开管理。

最大的收获不是让 AI 一次生成完整程序，而是学会明确提出要求、验证结果、指出错误并不断修改。最终提交的代码仍需要由我本人运行、测试和解释，这也是使用 AIGC 完成软件项目时最重要的责任。