Python 小游戏实战：打造视觉精美的数独小游戏

Python 小游戏实战：打造视觉精美的数独小游戏，数独是一款经典的逻辑推理数字游戏，通过填充数字 1-9 到 9x9 的网格中，使得每行、每列和每个 3x3 子网格都包含 1-9 的所有数字，不重复。本文将带大家使用 Python 的 Pygame 库实现一个视觉精美、交互友好的数独小游戏。

一、前言

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✨ 正文开始

数独是一款经典的逻辑推理数字游戏，通过填充数字1-9到9x9的网格中，使得每行、每列和每个3x3子网格都包含1-9的所有数字，不重复。本文将带大家使用Python的Pygame库实现一个视觉精美、交互友好的数独小游戏。

二、开发准备

2.1 所需环境

• Python 3.6+
• Pygame库（用于图形界面和交互）

2.2安装依赖

首先确保安装了Pygame库，如果没有安装，可以使用pip命令安装：

pip install pygame

三、项目结构设计

我们将项目分为两个主要文件：

• main.py：负责游戏界面渲染和用户交互
• build.py：负责数独谜题的生成和验证逻辑

这种分离设计使代码结构更清晰，便于维护和扩展。

四 、核心功能实现

4.1. 数独谜题生成与验证（build.py）

首先实现数独的核心逻辑，包括数独生成、验证等功能：

import random

def print_matrix(matrix):
    """打印矩阵，用于调试"""
    print('—'*19)
    for row in matrix:
        print('|'+' '.join([str(col) for col in row])+'|')
    print('—'*19)

def shuffle_number(_list):
    """随机打乱列表，用于生成不同的数独"""
    random.shuffle(_list)
    return _list

def check(matrix, i, j, number):
    """
    检查数字是否可以放置在指定位置
    规则：行、列、3x3子网格中不能有重复数字
    """
    # 检查行
    if number in matrix[i]:
        return False
    # 检查列
    if number in [row[j] for row in matrix]:
        return False
    # 检查3x3子网格
    group_i, group_j = int(i/3), int(j/3)
    if number in [matrix[i][j] for i in range(group_i*3, (group_i+1)*3) 
                 for j in range(group_j*3, (group_j+1)*3)]:
        return False
    return True

def build_game(matrix, i, j, number):
    """递归构建完整数独矩阵"""
    if i > 8 or j > 8:
        return matrix
    if check(matrix, i, j, number):
        # 创建矩阵副本进行修改
        _matrix = [[col for col in row] for row in matrix]
        _matrix[i][j] = number
        # 计算下一个位置
        next_i, next_j = (i+1, 0) if j == 8 else (i, j+1)
        # 尝试下一个位置的所有可能数字
        for _number in shuffle_number(number_list):
            __matrix = build_game(_matrix, next_i, next_j, _number)
            # 验证是否生成了完整有效的数独
            if __matrix and sum([sum(row) for row in __matrix]) == (sum(range(1,10)) * 9):
                return __matrix
    return None

def give_me_a_game(blank_size=9):
    """生成带空白的数独游戏"""
    # 生成完整数独
    matrix_all = build_game(matrix, 0, 0, random.choice(number_list))
    # 随机生成要空白的位置
    set_ij = set()
    while len(list(set_ij)) < blank_size:
        set_ij.add(f"{random.choice(range(9))},{random.choice(range(9))}")
    
    # 创建带空白的数独
    matrix_blank = [[col for col in row] for row in matrix_all]
    blank_ij = []
    for ij in list(set_ij):
        i, j = int(ij.split(',')[0]), int(ij.split(',')[1])
        blank_ij.append((i, j))
        matrix_blank[i][j] = 0
    
    return matrix_all, matrix_blank, blank_ij

# 全局变量
number_list = [1,2,3,4,5,6,7,8,9]
matrix = [([0]*9) for i in range(9)]

if __name__ == "__main__":
    # 测试生成数独
    print_matrix(build_game(matrix, 0, 0, random.choice(number_list)))

4.2. 游戏界面与交互（main.py）

接下来实现游戏的可视化界面和用户交互逻辑：

import sys
import pygame
from pygame.color import THECOLORS as COLORS
from build import print_matrix, give_me_a_game, check

def draw_background():
    """绘制游戏背景和网格"""
    # 白色背景
    screen.fill(COLORS['white'])
    
    # 绘制9x9网格，加粗绘制3x3大格子边界
    # 垂直线
    for i in range(10):
        line_width = 5 if i % 3 == 0 else 2
        pygame.draw.line(screen, COLORS['black'], 
                         (i*100, 0), (i*100, 900), line_width)
    
    # 水平线
    for i in range(10):
        line_width = 5 if i % 3 == 0 else 2
        pygame.draw.line(screen, COLORS['black'], 
                         (0, i*100), (900, i*100), line_width)

def draw_choose():
    """绘制当前选中的单元格高亮框"""
    # 绘制蓝色高亮框，留出边框
    pygame.draw.rect(screen, COLORS['blue'], 
                    (cur_j*100+5, cur_i*100+5, 100-10, 100-10), 0)

def check_win(matrix_all, matrix):
    """检查是否完成数独"""
    return matrix_all == matrix

def check_color(matrix, i, j):
    """检查数字是否符合规则，返回对应的颜色"""
    _matrix = [[col for col in row] for row in matrix]
    _matrix[i][j] = 0  # 临时清空当前位置以便检查
    if check(_matrix, i, j, matrix[i][j]):
        return COLORS['green']  # 合法数字显示绿色
    return COLORS['red']      # 非法数字显示红色

def draw_number():
    """绘制数独中的数字"""
    for i in range(len(MATRIX)):
        for j in range(len(MATRIX[0])):
            # 空白格子的数字颜色根据合法性变化，固定数字显示灰色
            _color = check_color(MATRIX, i, j) if (i,j) in BLANK_IJ else COLORS['gray']
            # 渲染数字，空值不显示
            txt = font80.render(
                str(MATRIX[i][j] if MATRIX[i][j] not in [0, '0'] else ''), 
                True, _color)
            x, y = j*100 + 30, i*100 + 10  # 居中显示
            screen.blit(txt, (x, y))

def draw_context():
    """绘制游戏状态信息"""
    txt = font100.render(
        f'Blank: {cur_blank_size}   Changes: {cur_change_size}', 
        True, COLORS['black'])
    screen.blit(txt, (10, 900))  # 显示在底部

if __name__ == "__main__":
    # 初始化pygame
    pygame.init()
    
    # 常量定义
    SIZE = [900, 1000]  # 窗口大小，额外100像素显示状态信息
    font80 = pygame.font.SysFont('Times', 80)   # 数字字体
    font100 = pygame.font.SysFont('Times', 90)  # 状态信息字体
    
    # 创建窗口
    screen = pygame.display.set_mode(SIZE)
    pygame.display.set_caption("数独小游戏")  # 设置窗口标题
    
    # 变量初始化
    cur_i, cur_j = 0, 0  # 当前选中的单元格
    cur_blank_size = int(sys.argv[1]) if len(sys.argv) > 1 else 10  # 空白数量，可通过命令行参数设置
    cur_change_size = 0  # 已修改次数
    
    # 生成数独游戏
    MATRIX_ANSWER, MATRIX, BLANK_IJ = give_me_a_game(blank_size=cur_blank_size)
    print(BLANK_IJ)
    print_matrix(MATRIX)
    
    # 主游戏循环
    running = True
    while running:
        # 事件处理
        for event in pygame.event.get():
            if event.type == pygame.QUIT:
                running = False
                break
            elif event.type == pygame.MOUSEBUTTONDOWN:
                # 鼠标点击选择单元格
                x, y = event.pos
                cur_j, cur_i = int(x / 100), int(y / 100)
                # 确保选择在有效范围内
                cur_i = max(0, min(8, cur_i))
                cur_j = max(0, min(8, cur_j))
            elif event.type == pygame.KEYUP:
                # 键盘输入数字
                if chr(event.key) in ['1','2','3','4','5','6','7','8','9'] and (cur_i, cur_j) in BLANK_IJ:
                    MATRIX[cur_i][cur_j] = int(chr(event.key))
                    # 更新空白数量
                    cur_blank_size = sum(1 for row in MATRIX for col in row if col in [0, '0'])
                    cur_change_size += 1
        
        # 绘制游戏元素
        draw_background()
        draw_choose()
        draw_number()
        draw_context()
        
        # 刷新屏幕
        pygame.display.flip()
        
        # 检查是否完成
        if check_win(MATRIX_ANSWER, MATRIX):
            print('恭喜你，完成了数独挑战！')
            break
    
    # 退出游戏
    pygame.quit()

运行效果图：

五 、 功能解析

5.1. 数独生成逻辑

• build_game() 函数使用递归回溯算法生成完整的数独矩阵
• give_me_a_game() 函数从完整数独中随机挖去指定数量的数字作为谜题
• check() 函数验证数字放置是否符合数独规则

5.2. 游戏界面设计

• 9x9的网格布局，使用不同粗细的线条区分3x3子网格
• 选中的单元格会显示蓝色高亮框
• 固定数字显示为灰色，玩家输入的数字根据合法性显示绿色（合法）或红色（非法）
• 底部状态栏显示剩余空白数量和已修改次数

5.3. 用户交互

• 鼠标点击选择单元格
• 键盘输入1-9数字填充选中的空白单元格
• 自动检查输入合法性并通过颜色提示
• 完成数独后自动提示成功

六、游戏玩法

1. 运行程序，可通过命令行参数指定空白格数量（难度）：

   python main.py 20  # 生成有20个空白格的数独
   

2. 鼠标点击要填充的单元格（蓝色高亮显示）

3. 按键盘1-9数字键填入数字

4. 绿色数字表示符合数独规则，红色数字表示有冲突

5. 填满所有空白且全部正确后，游戏结束并提示成功

七、优化建议

1. 增加难度选择界面，无需通过命令行参数设置
2. 添加计时器功能，记录完成时间
3. 增加错误次数限制
4. 添加提示功能
5. 优化UI，增加更精美的背景和动画效果
6. 保存游戏进度功能

八、总结

本项目通过Pygame实现了一个功能完整的数独游戏，包含了数独生成、规则验证、用户交互等核心功能。代码结构清晰，注释完善，便于理解和扩展。

通过这个项目，我们学习了递归回溯算法在数独生成中的应用，以及如何使用Pygame构建图形界面和处理用户交互。希望这个教程能帮助你入门Python游戏开发，也欢迎在此基础上进行更多创新和改进！

附录：扩展学习资源

1. 官方资源：
   • Python官网：https://www.python.org
   • PyPI：https://pypi.org（查找第三方库）
   • 安装包等相关文件（另附带pycharm工具），网盘下载地址：https://pan.quark.cn/s/649af731037c
   • 学习资料视频和文档资源，网盘下载地址： https://pan.quark.cn/s/ee16901a8954
2. 本专栏特色资源：
   • 代码资源仓库：CSDN专属资源在线获取
   • 海量Python教程：关注公众号：xcLeigh，获取网盘地址
   • 一对一答疑：添加微信与博主在线沟通（备注“Python专栏”）

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    亲爱的朋友，无论前路如何漫长与崎岖，都请怀揣梦想的火种，因为在生活的广袤星空中，总有一颗属于你的璀璨星辰在熠熠生辉，静候你抵达。

     愿你在这纷繁世间，能时常收获微小而确定的幸福，如春日微风轻拂面庞，所有的疲惫与烦恼都能被温柔以待，内心永远充盈着安宁与慰藉。

    至此，文章已至尾声，而您的故事仍在续写，不知您对文中所叙有何独特见解？期待您在心中与我对话，开启思想的新交流。

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