20224201 2023-2024-2《Python程序设计》实验四报告

[20224201任益里]

20224201 2023-2024-2 《Python程序设计》实验四报告
课程：《Python程序设计》
班级： 2242
姓名： 任益里
学号：20224201
实验教师：王志强
实验日期：2024年5月14日
必-修/选修： 公选课

1.实验内容

用python实现俄罗斯方块游戏

2.实验过程

（1）基础界面

①搭建基础窗体

使用tkinter库实现基础窗体，不加入任何功能只需如下三行代码

运行代码生成的窗口如下

 

接下来我们需要在窗体里面，添加一个画布容器用来“装”俄罗斯方块，就是让这个画布作为面板，俄罗斯方块的移动和绘制均在这个画板上实现。

这里我们设定一些俄罗斯方块游戏参数

行数为R（取20）

列数为C（取12）

俄罗斯方块的边长为cell_size（取30）

通过tkinger的画布类Canvas实现的代码如下

 

运行代码生成的窗口如下，此时界面的长宽就变成我们所需要的了

 

接下来在画板上绘制俄罗斯方块空白位

首先建立一个函数draw_cell_by_cr，用于在画板上绘制单个俄罗斯方块

然后建立一个函数draw_blank_board，用于在画板上绘制所有空白方块（也就是空白方块板，为了和背景区分，所以设置空白方块为轻灰色）

此时整体代码如下： 

 此时运行代码生成的窗口如下

②绘制o形俄罗斯方块

我们先要记录每各形状所有格子的坐标，以格子所在行序号为纵坐标，所在列序号为横坐标，用列表和元组记录如下

我们将俄罗斯方块形状字符串和坐标列表的映射关系存到字典SHAPES里（映射关系这里可以理解为一一对应的关系），

同时建立一个字典SHAPESCOLOR，来记录俄罗斯方块形状字符串和颜色的一一对应关系。

由于一个形状可以看成多个方格组成的，所以我们可以新建函数draw_cells用来绘制这个形状

最后选择一个地方来绘制这个形状。

 

 此时运行代码生成的窗口如下

③其他俄罗斯方块

俄罗斯方块主流分七种，除去上面的O型，其他六俄罗斯方块， 对应的，要在SHAPES和SHAPESCOLOR中添加其他方块的坐标和颜色，添加后如下

 绘制出来的效果如图

 （2）实现方块活动

 ①定时刷新页面

 写一个方法用于循环刷新，再定时调用

②移动俄罗斯方块

对于某个俄罗斯方块，要绘制出来需要知道它的位置和类型，以及内部的各个方格。

这三个数据可以用字典存起来，然后我们再建一个专门的方法draw_block_move，来绘制俄罗斯方块的移动,

修改下game_loop方法，更新修改部分如下：

 

 

 

 运行代码就发现界面中的俄罗斯方块动起来了

（3）生成、移动、固定、消除

①随机生成俄罗斯方块

这里需要导入python自带的随机库random，使用其中的choice方法，从俄罗斯方块形状列表中随机选出一个。

首先我们需要删除原来的位于game_loop方法上面的a_block = … 和draw_block_move(canvas, a_block)这2行代码（这两行代码俄罗斯方块是在固定位置，按照指定形状生成的，需要删掉这部分代码），然后再在原来的这2行代码所在位置，添加一个随机生成俄罗斯方块的方法generate_new_block

再将游戏运行方法game_loop修改成如下，其中，将当前的俄罗斯方块对象通过全局变量来存储，并在game_loop方法下面设置初始的俄罗斯方块为空（None），此时每次运行代码都会发现生成了随机的俄罗斯方块

②固定失效俄罗斯方块

判断俄罗斯方块落地的原则是，该方块是否可以继续向下移动，这里我们首先需要的是一个方法check_move需要判断俄罗斯方块是否可以向指定位置移动。

此时仍然有个问题就是老的俄罗斯方块会被新的落地的俄罗斯方块，这个需要处理

当俄罗斯方块发现下面有已固定的俄罗斯方块时，也不能移动

我们需要添加一个变量block_list来记录已固定的俄罗斯方块，再在固定俄罗斯方块的时候记录进去，然后还要再修改原来的check_move方法，发现下面有已固定的俄罗斯方块时，也不能移动。

③移动俄罗斯方块

我们需要新建一个左右移动俄罗斯方块的方法horizontal_move_block，其中的参数event对应键鼠事件。

在save_block_to_list方法下面添加horizontal_move_block方法，然后把键盘上的左右键绑定（bind）这个方法，此时运行，就可以按左右方向键来移动俄罗斯方块了。

左右键是移动俄罗斯方块，上下键我们则实现变换俄罗斯方块，按上键俄罗斯方块会进行顺时针九十度旋转。

这里我们需要添加旋转俄罗斯方块的方法rotate_block，以及让俄罗斯方块着陆的方法land，在horizontal_move_block方法下面添加rotate_block方法

具体代码如下：

 

 （4） 消除与得分

①消除与得分

最后，要实现俄罗斯方块的消除，就是当一行满了的时候，需要消除这行，同时在通过窗口标题展示得分情况

这里需要添加check_row_completed方法判断指定行是否可以消除，同时添加check_and_clear方法检查所有行并消除

而消除之后，我们需要在画板上重新绘制一遍消除后剩余的俄罗斯方块

将之前的draw_blank_board方法修改为可以绘制面板上残留的俄罗斯方块的方法，方法名改为draw_board

一般来说，当新的俄罗斯方块无法移动时，游戏就算game over了

这里的判断机制是，新生成的俄罗斯方块已经无法在出生点放置了，也就是出生点都已经被之前的固定的方块占用了，就算游戏结束。

到这里，代码编写就完成了。

3.实验完整代码

 

import tkinter as tk
from tkinter import messagebox
import random
print("公众号:IT入门")
cell_size = 30
C = 12
R = 20
height = R * cell_size
width = C * cell_size

FPS = 200  # 刷新页面的毫秒间隔

# 定义各种形状
SHAPES = {
    "O": [(-1, -1), (0, -1), (-1, 0), (0, 0)],
    "S": [(-1, 0), (0, 0), (0, -1), (1, -1)],
    "T": [(-1, 0), (0, 0), (0, -1), (1, 0)],
    "I": [(0, 1), (0, 0), (0, -1), (0, -2)],
    "L": [(-1, 0), (0, 0), (-1, -1), (-1, -2)],
    "J": [(-1, 0), (0, 0), (0, -1), (0, -2)],
    "Z": [(-1, -1), (0, -1), (0, 0), (1, 0)],
}

# 定义各种形状的颜色
SHAPESCOLOR = {
    "O": "blue",
    "S": "red",
    "T": "yellow",
    "I": "green",
    "L": "purple",
    "J": "orange",
    "Z": "Cyan",
}


def draw_cell_by_cr(canvas, c, r, color="#CCCCCC"):
    """
    :param canvas: 画板，用于绘制一个方块的Canvas对象
    :param c: 方块所在列
    :param r: 方块所在行
    :param color: 方块颜色，默认为#CCCCCC，轻灰色
    :return:
    """
    x0 = c * cell_size
    y0 = r * cell_size
    x1 = c * cell_size + cell_size
    y1 = r * cell_size + cell_size
    canvas.create_rectangle(x0, y0, x1, y1, fill=color, outline="white", width=2)


# 绘制空白面板
def draw_board(canvas, block_list):
    for ri in range(R):
        for ci in range(C):
            cell_type = block_list[ri][ci]
            if cell_type:
                draw_cell_by_cr(canvas, ci, ri, SHAPESCOLOR[cell_type])
            else:
                draw_cell_by_cr(canvas, ci, ri)


def draw_cells(canvas, c, r, cell_list, color="#CCCCCC"):
    """
    绘制指定形状指定颜色的俄罗斯方块
    :param canvas: 画板
    :param r: 该形状设定的原点所在的行
    :param c: 该形状设定的原点所在的列
    :param cell_list: 该形状各个方格相对自身所处位置
    :param color: 该形状颜色
    :return:
    """
    for cell in cell_list:
        cell_c, cell_r = cell
        ci = cell_c + c
        ri = cell_r + r
        # 判断该位置方格在画板内部(画板外部的方格不再绘制)
        if 0 <= c < C and 0 <= r < R:
            draw_cell_by_cr(canvas, ci, ri, color)


win = tk.Tk()
canvas = tk.Canvas(win, width=width, height=height, )
canvas.pack()

block_list = []
for i in range(R):
    i_row = ['' for j in range(C)]
    block_list.append(i_row)

draw_board(canvas, block_list)


def draw_block_move(canvas, block, direction=[0, 0]):
    """
    绘制向指定方向移动后的俄罗斯方块
    :param canvas: 画板
    :param block: 俄罗斯方块对象
    :param direction: 俄罗斯方块移动方向
    :return:
    """
    shape_type = block['kind']
    c, r = block['cr']
    cell_list = block['cell_list']

    # 移动前，先清除原有位置绘制的俄罗斯方块,也就是用背景色绘制原有的俄罗斯方块
    draw_cells(canvas, c, r, cell_list)

    dc, dr = direction
    new_c, new_r = c+dc, r+dr
    block['cr'] = [new_c, new_r]
    # 在新位置绘制新的俄罗斯方块就好
    draw_cells(canvas, new_c, new_r, cell_list, SHAPESCOLOR[shape_type])


def generate_new_block():
    # 随机生成新的俄罗斯方块

    kind = random.choice(list(SHAPES.keys()))
    # 对应横纵坐标，以左上角为原点，水平向右为x轴正方向，
    # 竖直向下为y轴正方向，x对应横坐标，y对应纵坐标
    cr = [C // 2, 0]
    new_block = {
        'kind': kind,  # 对应俄罗斯方块的类型
        'cell_list': SHAPES[kind],
        'cr': cr
    }

    return new_block


def check_move(block, direction=[0, 0]):
    """
        判断俄罗斯方块是否可以朝制定方向移动
        :param block: 俄罗斯方块对象
        :param direction: 俄罗斯方块移动方向
        :return: boolean 是否可以朝制定方向移动
        """
    cc, cr = block['cr']
    cell_list = block['cell_list']

    for cell in cell_list:
        cell_c, cell_r = cell
        c = cell_c + cc + direction[0]
        r = cell_r + cr + direction[1]
        # 判断该位置是否超出左右边界，以及下边界
        # 一般不判断上边界，因为俄罗斯方块生成的时候，可能有一部分在上边界之上还没有出来
        if c < 0 or c >= C or r >= R:
            return False

        # 必须要判断r不小于0才行，具体原因你可以不加这个判断，试试会出现什么效果
        if r >= 0 and block_list[r][c]:
            return False

    return True


def check_row_complete(row):
    for cell in row:
        if cell=='':
            return False

    return True


score = 0
win.title("SCORES: %s" % score) # 标题中展示分数


def check_and_clear():
    has_complete_row = False
    for ri in range(len(block_list)):
        if check_row_complete(block_list[ri]):
            has_complete_row = True
            # 当前行可消除
            if ri > 0:
                for cur_ri in range(ri, 0, -1):
                    block_list[cur_ri] = block_list[cur_ri-1][:]
                block_list[0] = ['' for j in range(C)]
            else:
                block_list[ri] = ['' for j in range(C)]
            global score
            score += 10

    if has_complete_row:
        draw_board(canvas, block_list)

        win.title("SCORES: %s" % score)


def save_block_to_list(block):
    shape_type = block['kind']
    cc, cr = block['cr']
    cell_list = block['cell_list']

    for cell in cell_list:
        cell_c, cell_r = cell
        c = cell_c + cc
        r = cell_r + cr
        # block_list 在对应位置记下其类型
        block_list[r][c] = shape_type


def horizontal_move_block(event):
    """
    左右水平移动俄罗斯方块
    """
    direction = [0, 0]
    if event.keysym == 'Left':
        direction = [-1, 0]
    elif event.keysym == 'Right':
        direction = [1, 0]
    else:
        return

    global current_block
    if current_block is not None and check_move(current_block, direction):
        draw_block_move(canvas, current_block, direction)


def rotate_block(event):
    global current_block
    if current_block is None:
        return

    cell_list = current_block['cell_list']
    rotate_list = []
    for cell in cell_list:
        cell_c, cell_r = cell
        rotate_cell = [cell_r, -cell_c]
        rotate_list.append(rotate_cell)

    block_after_rotate = {
        'kind': current_block['kind'],  # 对应俄罗斯方块的类型
        'cell_list': rotate_list,
        'cr': current_block['cr']
    }

    if check_move(block_after_rotate):
        cc, cr= current_block['cr']
        draw_cells(canvas, cc, cr, current_block['cell_list'])
        draw_cells(canvas, cc, cr, rotate_list,SHAPESCOLOR[current_block['kind']])
        current_block = block_after_rotate


def land(event):
    global current_block
    if current_block is None:
        return

    cell_list = current_block['cell_list']
    cc, cr = current_block['cr']
    min_height = R
    for cell in cell_list:
        cell_c, cell_r = cell
        c, r = cell_c + cc, cell_r + cr
        if r>=0 and block_list[r][c]:
            return
        h = 0
        for ri in range(r+1, R):
            if block_list[ri][c]:
                break
            else:
                h += 1
        if h < min_height:
            min_height = h

    down = [0, min_height]
    if check_move(current_block, down):
        draw_block_move(canvas, current_block, down)


def game_loop():
    win.update()
    global current_block
    if current_block is None:
        new_block = generate_new_block()
        # 新生成的俄罗斯方块需要先在生成位置绘制出来
        draw_block_move(canvas, new_block)
        current_block = new_block
        if not check_move(current_block, [0, 0]):
            messagebox.showinfo("Game Over!", "Your Score is %s" % score)
            win.destroy()
            return
    else:
        if check_move(current_block, [0, 1]):
            draw_block_move(canvas, current_block, [0, 1])
        else:
            # 无法移动，记入 block_list 中
            save_block_to_list(current_block)
            current_block = None
            check_and_clear()

    win.after(FPS, game_loop)

canvas.focus_set() # 聚焦到canvas画板对象上
canvas.bind("<KeyPress-Left>", horizontal_move_block)
canvas.bind("<KeyPress-Right>", horizontal_move_block)
canvas.bind("<KeyPress-Up>", rotate_block)
canvas.bind("<KeyPress-Down>", land)


current_block = None


win.update()
win.after(FPS, game_loop) # 在FPS 毫秒后调用 game_loop方法


win.mainloop()

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 4.上传代码至码云

5.实验4中遇到的问题

（1）在实验最初由于颜色没有进行区分，背景板和空白方块均为白色，导致视觉效果不佳。为了和背景区分，将设置空白方块为轻灰色，解决问题。
（2）在试玩过程中，发现没有旋转功能游戏难度较高，故添加了按上键俄罗斯方块会进行顺时针九十度旋转，使用旋转俄罗斯方块的方法rotate_block，解决问题。

6.课程总结

（1）感想体会

在我看来，Python不仅仅是一种编程语言，它更是一种富有创造力和实用性的工具。自从我第一节课开始接触Python，我就被其独特的魅力所吸引。对我而言，作为一名文科生，Python的简洁性让我印象深刻，它不像其他编程语言那样繁琐，而是以一种直观易懂的方式表达代码，让我能够轻松上手。同时，Python的灵活性也让我惊叹不已，它支持多种编程范式，可以轻松地实现各种功能。王老师的教学方式生动而幽默，总能在课堂上将复杂的编程概念以简单易懂的方式呈现出来，还会设置抽点同学回答问题的方法来活跃气氛，让我在轻松愉快的氛围中学习Python。由于我之前在高中接触过Python的课程，对编程有了一定的基础，因此在学习Python的过程中，我发现自己能够更快地掌握课程强调的重点，并将其应用于自己的作业中。但我也难免遇到难以解决的问题，但CSDN上丰富的资料和热心的同班同学总是能给予我及时的帮助，让我能够顺利地克服一个又一个作业中的困难。

此外，我深知自己在Python方面还有许多知识需要学习。Python是一个博大精深的领域，它拥有庞大的库和框架，可以应用于数据分析、机器学习、Web开发等多个领域。我计划在未来继续深入学习Python，掌握更多的技能和知识，以便能够更加熟练地运用这一有用的工具。对于一名文科学子，python不仅带给了我一种编程的能力，更带给了我理科严谨的思维方法与严谨求证的科学态度，它们会在我的成长路上一直伴随着我，再次感谢王志强老师的悉心教导，感谢相遇！

（2）课程建议

建议适当降低课程容量，目前每节课的内容对于文科生而言有些过大，可能难以全部接收，内容上可以尽可能选取一些和工作岗位更为贴近的小技巧。

可以增设一些激励式宣讲，前期同学们自由结组报名，老师对ppt和讲稿进行审核，每节课让一到两组同学上台讲解一个python小知识点，并对这组进行一定的加分奖励，促进同学们的自主学习积极性。