【c语言】震惊！300行代码教你写出 N子棋 无敌AI人机（三子棋（井字棋）、四子棋、五子棋和六子棋等） |
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目录
前言：1. 游戏规则与程序设计2. 极小化极大算法概述3. 极小化极大算法的实现步骤（1）建立评估函数：（2）极小化极大搜索：（3）剪枝优化：（水平有限没有实现）
实现效果视频展示AI三子棋实现效果视频展示（两局平局）AI四子棋实现效果视频展示（一输一赢）AI五子棋实现效果视频展示（一输一赢）AI六子棋实现效果（奋战半小时，被ai打败了）
展示所创建的函数关键步骤代码解析1.判断N子棋游戏是否结束并返回胜利方 char check_win( )2. 判断N子棋游戏加权连子数，以及棋型并给予相应的得分 int evaluate_count( )3.极小化极大算法 int minimax( )
完整代码+详细注释头文件 game.h源文件 game.c (300行代码)源文件 test.c
前言：
N子棋是一种经典的棋类游戏，它在计算机科学领域有着广泛的应用。本文将介绍如何使用C语言编写N子棋游戏程序，并详细解析使用极小化极大算法实现AI对战的方法。 1. 游戏规则与程序设计N子棋游戏的规则已经在前文提到，我们需要先定义一个设定大小的棋盘数组作为游戏的核心数据结构。使用C语言的二维数组可以很方便地表示棋盘状态。玩家和AI轮流落子，通过输入坐标来在空位上下子，并判断是否获胜。 2. 极小化极大算法概述极小化极大算法（Minimax Algorithm）是一种常用于博弈游戏的决策算法，在N子棋中也可以有效地应用。该算法通过递归搜索所有可能的落子情况，并给每个局面评分，以找到最优的走法。 3. 极小化极大算法的实现步骤 （1）建立评估函数：为了给每个局面评分，我们需要定义一个评估函数。评估函数的设计需要考虑棋子的布局、攻防情况等因素，以尽可能准确地评估当前局面的优劣。 （2）极小化极大搜索：通过递归搜索所有可能的落子情况，每一步轮到AI时，它会选择对自己最有利的走法；每一步轮到玩家时，它会选择对AI最不利的走法。通过不断深入搜索并更新评分，AI可以找到最优的走法。 （3）剪枝优化：（水平有限没有实现）由于N子棋的搜索空间很大，为了减少搜索时间，我们可以使用剪枝技术，如Alpha-Beta剪枝。这种剪枝算法可以排除一些明显不会被选择的走法，从而加速搜索过程。 实现效果视频展示 AI三子棋实现效果视频展示（两局平局）链接：https://live.csdn.net/v/314862?spm=1001.2014.3001.5501 AI三子棋 AI四子棋实现效果视频展示（一输一赢）链接：https://live.csdn.net/v/314866?spm=1001.2014.3001.5501 AI 四子棋 AI五子棋实现效果视频展示（一输一赢）链接：https://live.csdn.net/v/314872?spm=1001.2014.3001.5501 AI 五子棋 AI六子棋实现效果（奋战半小时，被ai打败了）链接：https://live.csdn.net/v/314891?spm=1001.2014.3001.5501 AI 六子棋，我竟然被自己写的AI打败了 展示所创建的函数 //game.h #pragma once #include #include #include #include //定义棋盘大小(可更改) #define board_size 15 // 定义玩家和AI的棋子类型 #define PLAYER 'X' #define AI 'O' // 定义符号 #define EMPTY ' ' #define NOFULL '-' #define FULL '*' //初始化棋盘 void init_board(char board[board_size][board_size]); //打印棋盘 void display_board(char board[board_size][board_size]); //判断位置是否为空 int isPositionEmpty(char board[board_size][board_size], int x, int y); //玩家下棋 void player_move(char board[board_size][board_size]); // 判断当前位置是否为有效的落子点 bool isValidMove(int x, int y); // 判断N子棋游戏加权连子数，以及棋型并给予相应的得分 char check_win(char board[board_size][board_size]); // 判断N子棋游戏连子数 int evaluate_count(char board[board_size][board_size]); //评估当前局面的得分 int evaluate(char board[board_size][board_size], int i, int j); // 极小化极大算法 int minimax(char board[board_size][board_size], int depth, int isMaximizingPlayer, int i, int j); // AI 下棋 void ai_move(char board[board_size][board_size]); 关键步骤代码解析 1.判断N子棋游戏是否结束并返回胜利方 char check_win( )这段代码是一个用于判断五子棋游戏是否结束并返回胜利方的函数 check_win。函数接受一个二维字符数组 board 作为参数，表示棋盘，并返回一个字符表示游戏结果。 函数首先定义了四个方向：水平、垂直、左上到右下、右上到左下。然后通过两层循环遍历棋盘上的每个位置。对于每个位置，如果没有棋子，则跳过；否则，获取当前位置的颜色（玩家或AI）。 接下来，使用四个方向进行遍历并统计连续相同颜色的棋子数。遍历过程中，通过增量 dx 和 dy 来改变当前位置的坐标，不断在当前方向上移动。使用 isValidMove 函数判断新的位置是否合法（在棋盘范围内），并继续判断该位置的棋子颜色是否与当前颜色相同。如果是相同的颜色，则将计数器 count 自增，表示连续相同颜色的棋子数增加了一个。 如果任何一个方向上的连子数达到胜利条件（WinNum，即五子棋规则中连成一排的棋子数），则返回胜利方的颜色。 如果棋盘上没有空位置，表示平局，返回平局标志 FULL。 //game.c // 判断N子棋游戏是否结束并返回胜利方 char check_win(char board[board_size][board_size]) { // 定义四个方向：水平、垂直、左上到右下、右上到左下 int directions[4][2] = { {1, 0}, {0, 1}, {1, 1}, {1, -1} }; int n = board_size;// 棋盘大小 for (int i = 0; i if (board[i][j] == EMPTY) { continue; // 当前位置没有棋子，跳过 } char player = board[i][j]; for (int k = 0; k // 沿当前方向连续相同颜色的棋子数 count++; x += dx; y += dy; } if (count >= WinNum) { return player; // 有一方获胜，返回胜利方 } } } } // 判断棋盘是否已满，即平局 for (int i = 0; i if (board[i][j] == EMPTY) { return NOFULL; // 棋盘还未满 } } } return FULL; // 棋盘已满平局 } 2. 判断N子棋游戏加权连子数，以及棋型并给予相应的得分 int evaluate_count( )首先，判断游戏是否胜利的函数 check_win 使用了一个二维数组 board 来表示棋盘，其中 board_size 是棋盘的大小。函数通过遍历棋盘上的每个位置，并检查每个位置是否有棋子，如果当前位置没有棋子则跳过。如果当前位置有棋子，则使用四个固定方向（水平、垂直、左上到右下、右上到左下）进行遍历，统计连续相同颜色的棋子数。如果有任何一个方向上的连子数达到胜利条件（WinNum，即五子棋规则中连成一排的棋子数），则返回胜利方。如果棋盘上没有空位置，表示平局，返回平局标志。 其次，计算加权连子数以及棋型得分的函数 evaluate_count 也使用了一个二维数组 board 来表示棋盘。函数遍历棋盘上的每个位置，并检查每个位置是否有棋子，如果没有棋子则跳过。如果当前位置有棋子，则使用四个固定方向进行遍历，统计连续相同颜色的棋子数。根据当前棋子的颜色和连子数，给出相应的得分。AI得分的计算基于连子数的平方，而玩家得分则是减去连子数的平方。同时，根据不同的棋型（如活五、活四、活三等），给予特定的得分。 这两个函数的实现细节还依赖了其他辅助函数，如判断当前位置是否合法的 isValidMove 函数、判断目标位置是否为空的 isPositionEmpty 函数等（详细可见完整代码部分）。 //game.c // 判断N子棋游戏是否结束并返回胜利方 char check_win(char board[board_size][board_size]) { // 定义四个方向：水平、垂直、左上到右下、右上到左下 int directions[4][2] = { {1, 0}, {0, 1}, {1, 1}, {1, -1} }; int n = board_size;// 棋盘大小 for (int i = 0; i if (board[i][j] == EMPTY) { continue; // 当前位置没有棋子，跳过 } char player = board[i][j]; for (int k = 0; k // 沿当前方向连续相同颜色的棋子数 count++; x += dx; y += dy; } if (count >= WinNum) { return player; // 有一方获胜，返回胜利方 } } } } // 判断棋盘是否已满，即平局 for (int i = 0; i if (board[i][j] == EMPTY) { return NOFULL; // 棋盘还未满 } } } return FULL; // 棋盘已满平局 } // 判断N子棋游戏加权连子数，以及棋型并给予相应的得分 int evaluate_count(char board[board_size][board_size]) { int directions[4][2] = { {1, 0}, {0, 1}, {1, 1}, {1, -1} }; // 定义四个方向的增量数组，分别表示横向、纵向、左上到右下斜向、右上到左下斜向 int n = board_size; int count; int sorce = 0; // 初始化计数器和得分 for (int i = 0; i if (board[i][j] == EMPTY) { continue; // 当前位置没有棋子，跳过 } char player = board[i][j]; for (int k = 0; k count++; x += dx; y += dy; } // 在当前方向上统计连续的棋子个数，直到边界或者不是同一种棋子 if (player == AI) { sorce += 20 * (int)pow(count, 2);// AI连成其他长度的连子，基于平方的得分增加 } if (player == PLAYER) { sorce -= 30 * (int)pow(count, 2); // 玩家连成其他长度的连子，基于平方的得分减少 } // 判断棋型并给予相应的得分 if (count == WinNum) { if (player == AI) sorce += 1000; // “活五”，AI得分加1000 else if (player == PLAYER) sorce -= 1500; // “活五”，玩家得分减1500 } else if (count == WinNum - 1) { if ((player == AI && isPositionEmpty(board, x + dx, y + dy) && isPositionEmpty(board, i - dx, j - dy)) || (player == PLAYER && isPositionEmpty(board, x + dx, y + dy) && isPositionEmpty(board, i - dx, j - dy))) { if (player == AI) sorce += 800; // “活四”，AI得分加800 else if (player == PLAYER) sorce -= 1200; // “活四”，玩家得分减1200 } } else if (count == WinNum - 2) { if ((player == AI && isPositionEmpty(board, x + dx, y + dy) && isPositionEmpty(board, x - 2 * dx, y - 2 * dy) && isPositionEmpty(board, i - dx, j - dy) && isPositionEmpty(board, i + 2 * dx, j + 2 * dy)) || (player == PLAYER && isPositionEmpty(board, x + dx, y + dy) && isPositionEmpty(board, x - 2 * dx, y - 2 * dy) && isPositionEmpty(board, i - dx, j - dy) && isPositionEmpty(board, i + 2 * dx, j + 2 * dy))) { if (player == AI) sorce += 300; // “活三”，AI得分加300 else if (player == PLAYER) sorce -= 400; // “活三”，玩家得分减400 } } } } } return sorce; } 3.极小化极大算法 int minimax( )这段代码是一个使用极小化极大算法评估当前局面得分的函数 minimax，该函数接受一个二维字符数组 board 作为参数，表示棋盘状态，以及当前搜索深度 depth、当前玩家是否为最大化玩家 isMaximizingPlayer 以及当前位置 (i, j)。 函数首先判断是否达到指定深度 或 游戏已经结束，如果是则返回当前局面的得分，调用 evaluate 函数计算基本得分。如果游戏未结束，则根据当前玩家是最大化玩家还是最小化玩家进行不同的处理。 如果是最大化玩家（即AI），函数会初始化最大得分为负无穷大，并通过两层循环遍历棋盘上的每个位置。对于每个空格的位置，假设AI在该位置下棋，然后递归调用 minimax 函数切换到最小化玩家，继续搜索子节点的得分。在递归结束后，将该位置恢复为空格，并更新最大得分 maxEval。 如果是最小化玩家（即玩家），函数会初始化最小得分为正无穷大，并通过两层循环遍历棋盘上的每个位置。对于每个空格的位置，假设玩家在该位置下棋，然后递归调用 minimax 函数切换到最大化玩家，继续搜索子节点的得分。在递归结束后，将该位置恢复为空格，并更新最小得分 minEval。 最终，如果当前玩家为最大化玩家，则返回最大得分 maxEval；如果当前玩家为最小化玩家，则返回最小得分 minEval。 需要注意的是，这段代码中使用了一个评估函数 evaluate，用于计算每个局面的得分。在 evaluate 函数中，首先调用 evaluate_count 函数计算基本得分，然后根据棋盘中心的距离对基本得分进行调整，离中心越远得分越低。最后返回调整后的得分。 //game.c //评估当前局面的得分 int evaluate(char board[board_size][board_size], int i, int j) { int sorce = evaluate_count(board);// 先调用evaluate_count函数计算基本得分 sorce += (1000/sqrt((i + 1 - board_size/2) * (i + 1 - board_size/2) + (j + 1 - board_size/2) * (j + 1 - board_size/2))/ board_size); // 根据棋盘中心的距离对基本得分进行调整，离中心越远，得分越低 return sorce; } // 极小化极大算法 int minimax(char board[board_size][board_size], int depth, int isMaximizingPlayer, int i, int j) { // 如果达到指定深度或游戏结束，则返回当前局面的得分 if (depth == 0 || check_win(board) != NOFULL) { return evaluate(board, i, j); // 如果游戏结束，则返回当前局面的得分 } if (isMaximizingPlayer) // 最大化玩家（AI） { int maxEval = -1000000;// 初始化最大得分为负无穷大 int i, j; for (i = 0; i if (board[i][j] == EMPTY) { // 检查该位置是否为空格 board[i][j] = AI; // 假设AI在该位置下棋 int eval = minimax(board, depth - 1, 0, i, j); // 递归搜索子节点，切换到最小化玩家 board[i][j] = EMPTY; // 恢复该位置为空格 if (eval > maxEval) { maxEval = eval; // 更新最大得分 } } } } return maxEval; } else { // 最小化玩家（玩家） int minEval = 1000000; // 初始化最小得分为正无穷大 int i, j; for (i = 0; i if (board[i][j] == EMPTY) { // 检查该位置是否为空格 board[i][j] = PLAYER; // 假设玩家在该位置下棋 int eval = minimax(board, depth - 1, 1, i, j); // 递归搜索子节点，切换到最小化玩家 board[i][j] = EMPTY; // 恢复该位置为空格 if (eval int i = 0; int j = 0; for (i = 0; i board[i][j] = EMPTY; } } } //打印棋盘 void display_board(char board[board_size][board_size]) { int i = 0; int j = 0; int tmp = 0; printf(" "); for (i = 1; i printf(" "); } printf(" %2d", i); } printf("\n"); for (i = 0; i for (j = 0; j printf("---|"); } else { printf(" |"); } } } else { for (j = 0; j printf("%2d|", i / 2 + 1); } else { tmp = i / 2; printf(" %c |", board[tmp][j - 1]); } } } printf("\n"); } } // 判断位置是否为空 int isPositionEmpty(char board[board_size][board_size], int x, int y) { return board[x][y] == EMPTY; } //玩家下棋 void player_move(char board[board_size][board_size]) { int x = 0; int y = 0; while (1) { scanf("%d%d", &y, &x); //判断输入是否合法 if ((x >= 1 && x = 1 && y board[x - 1][y - 1] = PLAYER; break; } else { printf("该位置已有棋子, 请重新输入！\n"); } } else { printf("输入非法，请重新输入！\n"); } } } // 判断当前位置是否为有效的落子点 bool isValidMove(int x, int y) { // 判断 (x, y) 是否在棋盘范围内，这里假设棋盘大小为board_size if (x = board_size || y = board_size) { return false; } return true; } // 判断五N子棋游戏是否结束并返回胜利方 char check_win(char board[board_size][board_size]) { // 定义四个方向：水平、垂直、左上到右下、右上到左下 int directions[4][2] = { {1, 0}, {0, 1}, {1, 1}, {1, -1} }; int n = board_size;// 棋盘大小 for (int i = 0; i if (board[i][j] == EMPTY) { continue; // 当前位置没有棋子，跳过 } char player = board[i][j]; for (int k = 0; k // 沿当前方向连续相同颜色的棋子数 count++; x += dx; y += dy; } if (count >= WinNum) { return player; // 有一方获胜，返回胜利方 } } } } // 判断棋盘是否已满，即平局 for (int i = 0; i if (board[i][j] == EMPTY) { return NOFULL; // 棋盘还未满 } } } return FULL; // 棋盘已满平局 } // 判断五N子棋游戏加权连子数，以及棋型并给予相应的得分 int evaluate_count(char board[board_size][board_size]) { int directions[4][2] = { {1, 0}, {0, 1}, {1, 1}, {1, -1} }; // 定义四个方向的增量数组，分别表示横向、纵向、左上到右下斜向、右上到左下斜向 int n = board_size; int count; int sorce = 0; // 初始化计数器和得分 for (int i = 0; i if (board[i][j] == EMPTY) { continue; // 当前位置没有棋子，跳过 } char player = board[i][j]; for (int k = 0; k count++; x += dx; y += dy; } // 在当前方向上统计连续的棋子个数，直到边界或者不是同一种棋子 if (player == AI) { sorce += 20 * (int)pow(count, 2);// AI连成其他长度的连子，基于平方的得分增加 } if (player == PLAYER) { sorce -= 30 * (int)pow(count, 2); // 玩家连成其他长度的连子，基于平方的得分减少 } // 判断棋型并给予相应的得分 if (count == WinNum) { if (player == AI) sorce += 1000; // “活五”，AI得分加1000 else if (player == PLAYER) sorce -= 1500; // “活五”，玩家得分减1500 } else if (count == WinNum - 1) { if ((player == AI && isPositionEmpty(board, x + dx, y + dy) && isPositionEmpty(board, i - dx, j - dy)) || (player == PLAYER && isPositionEmpty(board, x + dx, y + dy) && isPositionEmpty(board, i - dx, j - dy))) { if (player == AI) sorce += 800; // “活四”，AI得分加800 else if (player == PLAYER) sorce -= 1200; // “活四”，玩家得分减1200 } } else if (count == WinNum - 2) { if ((player == AI && isPositionEmpty(board, x + dx, y + dy) && isPositionEmpty(board, x - 2 * dx, y - 2 * dy) && isPositionEmpty(board, i - dx, j - dy) && isPositionEmpty(board, i + 2 * dx, j + 2 * dy)) || (player == PLAYER && isPositionEmpty(board, x + dx, y + dy) && isPositionEmpty(board, x - 2 * dx, y - 2 * dy) && isPositionEmpty(board, i - dx, j - dy) && isPositionEmpty(board, i + 2 * dx, j + 2 * dy))) { if (player == AI) sorce += 300; // “活三”，AI得分加300 else if (player == PLAYER) sorce -= 400; // “活三”，玩家得分减400 } } } } } return sorce; } //评估当前局面的得分 int evaluate(char board[board_size][board_size], int i, int j) { int sorce = evaluate_count(board);// 先调用evaluate_count函数计算基本得分 sorce += (1000/sqrt((i + 1 - board_size/2) * (i + 1 - board_size/2) + (j + 1 - board_size/2) * (j + 1 - board_size/2))/ board_size); // 根据棋盘中心的距离对基本得分进行调整，离中心越远，得分越低 return sorce; } // 极小化极大算法 int minimax(char board[board_size][board_size], int depth, int isMaximizingPlayer, int i, int j) { // 如果达到指定深度或游戏结束，则返回当前局面的得分 if (depth == 0 || check_win(board) != NOFULL) { return evaluate(board, i, j); // 如果游戏结束，则返回当前局面的得分 } if (isMaximizingPlayer) // 最大化玩家（AI） { int maxEval = -1000000;// 初始化最大得分为负无穷大 int i, j; for (i = 0; i if (board[i][j] == EMPTY) { // 检查该位置是否为空格 board[i][j] = AI; // 假设AI在该位置下棋 int eval = minimax(board, depth - 1, 0, i, j); // 递归搜索子节点，切换到最小化玩家 board[i][j] = EMPTY; // 恢复该位置为空格 if (eval > maxEval) { maxEval = eval; // 更新最大得分 } } } } return maxEval; } else { // 最小化玩家（玩家） int minEval = 1000000; // 初始化最小得分为正无穷大 int i, j; for (i = 0; i if (board[i][j] == EMPTY) { // 检查该位置是否为空格 board[i][j] = PLAYER; // 假设玩家在该位置下棋 int eval = minimax(board, depth - 1, 1, i, j); // 递归搜索子节点，切换到最小化玩家 board[i][j] = EMPTY; // 恢复该位置为空格 if (eval int bestEval = -1000000;// 初始化最优得分为负无穷大 int bestRow = -1;// 初始化最优位置的行号 int bestCol = -1;// 初始化最优位置的列号 int depth = 0;//递归深度，深度越高耗时越长 // 根据棋盘大小确定递归深度 if (board_size depth = 5; } else if (board_size depth = 3; } else{ depth = 2; } int i, j; for (i = 0; i if (board[i][j] == EMPTY) { board[i][j] = AI; // 假设AI在该位置下棋 int eval = minimax(board, depth, 0, i, j); // 调用极小化极大算法计算得分 board[i][j] = EMPTY; // 恢复该位置为空格 if (eval > bestEval) { bestEval = eval; // 更新最优得分 bestRow = i;// 更新最优位置的行号 bestCol = j;// 更新最优位置的列号 } } } } // 在最优位置下棋 board[bestRow][bestCol] = AI; } 源文件 test.c //test.c #define _CRT_SECURE_NO_WARNINGS 1 #include"game.h" //定义胜利条件 int WinNum = 0; void menu() { printf("********************\n"); printf("****** 1.play ******\n"); printf("****** 0.exit ******\n"); printf("********************\n"); printf("请选择：>"); } bool display_win(char board[board_size][board_size]) { if (check_win(board) == PLAYER) { display_board(board); // 最终显示棋盘 printf("玩家胜利！\n"); return true; } else if (check_win(board) == AI) { display_board(board); // 最终显示棋盘 printf("AI 胜利！\n"); return true; } else if (check_win(board) == FULL) { display_board(board); // 最终显示棋盘 printf("平局！\n"); return true; } return false; } void game(char board[board_size][board_size]) { int is_player_turn = 0; // 玩家先手 printf("************************\n"); printf("****** 1.玩家先手 ******\n"); printf("****** 0.AI先手 *******\n"); printf("************************\n"); printf("请输入:>"); scanf("%d", &is_player_turn); int turn = 0; // 回合数 init_board(board); // 游戏循环 while (1) { turn++; if (is_player_turn) { system("cls");// 清屏 printf("***** %d子棋游戏！*****\n", WinNum); display_board(board); // 显示棋盘 printf("请玩家输入坐标下棋：>"); player_move(board); // 玩家下棋 if (display_win(board)) break; system("cls"); display_board(board); // 显示棋盘 printf("AI正在下棋！\n"); ai_move(board); // AI 下棋 if (display_win(board)) break; } else { system("cls");// 清屏 printf("***** %d子棋游戏！*****\n", WinNum); display_board(board); // 显示棋盘 printf("AI正在下棋！\n"); if (turn == 1) { board[board_size/2][board_size / 2] = AI; } else { ai_move(board); // AI 下棋 if (display_win(board)) break; } system("cls");// 清屏 printf("***** %d子棋游戏！*****\n", WinNum); display_board(board); // 显示棋盘 printf("请玩家输入坐标下棋：>"); player_move(board); // 玩家下棋 if (display_win(board)) break; } } printf("总共进行了 %d 回合。\n", turn); } int main() { while (1) { menu(); int input = 0; scanf("%d", & input); if (input) { while (1) { printf("请输入连胜棋子个数：>"); scanf("%d", &WinNum); if (WinNum > board_size) { printf("输入的连胜棋子个数已超过棋盘大小，请重新输入，或者调整棋盘大小\n"); } else { printf("**** %d子棋游戏开始 ****\n", WinNum); break; } } } else { printf("已退出%d子棋游戏！\n", WinNum); break; } char board[board_size][board_size] = { 0 }; //创建棋盘 game(board); } return 0; } |
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