作者：太陽雪

來源：Python 技術(shù)

周末在家，兒子鬧著要玩游戲，讓玩吧，不利于健康，不讓玩吧，扛不住他折騰，于是想，不如一起搞個(gè)小游戲玩玩！

之前給他編過猜數(shù)字 和 擲骰子 游戲，現(xiàn)在已經(jīng)沒有吸引力了，就對(duì)他說：“我們來玩?zhèn)€迷宮游戲吧。”

果不其然，有了興趣，于是和他一起設(shè)計(jì)實(shí)現(xiàn)起來，現(xiàn)在一起看看我們是怎么做的吧，說不定也能成為一個(gè)陪娃神器~

先一睹為快：

構(gòu)思

迷宮游戲，相對(duì)比較簡單，設(shè)置好地圖，然后用遞歸算法來尋找出口，并將過程顯示出來，增強(qiáng)趣味性。

不如想到需要讓孩子一起參與，選擇了繪圖程序 Turtle[1] 作為實(shí)現(xiàn)工具。

這樣就可以先在紙上繪制一個(gè)迷宮，然后編寫成代碼，讓 Turtle 去繪制，因?yàn)楹⒆佑霉P畫過，所以在實(shí)現(xiàn)代碼時(shí)，他可以充分參與，不僅是為了得到最終的游戲，而且更是享受制作過程，開發(fā)編程思維，說不定省了一筆不小的少兒編程費(fèi)用哈哈哈~

首先和孩子一起制作迷宮，在紙上畫出 5 X 5 的小格子，然后，讓他在格子中畫一條通路，像這樣：

繪制迷宮

然后，將這幅圖轉(zhuǎn)化為一個(gè)迷宮矩陣，用 1 表示墻，用 空格 表示通路，需要注意的是網(wǎng)格每條邊線都是墻，連通部分的墻需要打通，成為路。

這時(shí)可以和他一起來實(shí)現(xiàn)，比如讓他用自己的積木等擺設(shè)一個(gè)迷宮，而我們來做數(shù)字化轉(zhuǎn)化，最后轉(zhuǎn)化成的結(jié)果是：

1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 

如果孩子看不清楚，可以將路徑表示出來 哈哈哈：

1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 ->_____ 1 _____ 1 1 1 1 1 1 | 1 | 1 | 1 1 1 1 ____| 1 | 1 |___ 1 1 | 1 1 1 | 1 1 1 | 1 1 |____ 1 | 1 ____| 1 1 1 1 | 1 | 1 | 1 1 1 1 ____| 1 | 1 |____ 1 1 | 1 1 1 | 1 1 1 | 1 1 |_______| 1 1 1 | 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1|/1 

做完了迷宮數(shù)字化，就需要將迷宮在電腦上表示出來了。

繪制迷宮

之所以選擇 Turtle，就是因?yàn)樗鼤?huì)像用筆做圖畫一樣，可以讓孩子充分參與。

找出一張紙，用剛才整理的迷宮數(shù)字化結(jié)果作為指導(dǎo)繪圖，遇到 1 就畫一個(gè)小方格，遇到 空格 就跳過，可以和孩子一起畫，主要是讓他體會(huì)過程中的規(guī)律。

好了，趁他繪制的時(shí)候，我們來實(shí)現(xiàn)繪制代碼吧。

首先需要知道 Turtle 的一些特點(diǎn)：

1. Turtle 的初始坐標(biāo)在屏幕中心，可以將屏幕分成平面坐標(biāo)系的四個(gè)象限
2. Turtle 畫筆默認(rèn)的移動(dòng)最小單位是一個(gè)像素，因此需要做坐標(biāo)點(diǎn)的初始化
3. Turtle 畫筆移動(dòng)都是相對(duì)于筆尖的朝向的，因此需要特別注意筆尖朝向

實(shí)現(xiàn)的方式和孩子用筆畫是一樣的，從第一個(gè)格子畫起：

效果

下面看看代碼：

def drawCenteredBox(self, x, y, color): self.t.up() self.t.goto(x - 0.5,    y - 0.5) self.t.color('black', color) self.t.setheading(90) self.t.down() self.t.begin_fill() for _ in range(4): self.t.forward(1) self.t.right(90) self.t.end_fill()
    update()

• drawCenteredBox 是 迷宮類 Maze 的成員方法，self 指的就是迷宮類本身，可以暫時(shí)將其理解為全局變量
• self.t 是一個(gè) Turtle 模塊實(shí)例，可以理解成畫筆
• up 方法表示抬起筆尖
• goto 方法的作用是移動(dòng)到指定的位置，這里需要移動(dòng)到指定位置的左下角，所以各自減去了 0.5（這里做了坐標(biāo)值轉(zhuǎn)化，后面會(huì)有說明）
• color 表示設(shè)置顏色，兩個(gè)參數(shù)分別是筆的顏色和填充顏色
• setheading 表示讓筆尖朝上，即將筆尖朝向 90 度
• down 表示落下筆尖，意思是隨后的移動(dòng)相當(dāng)于繪制
• begin_fill 表示準(zhǔn)備填充，也就是它會(huì)把從調(diào)用起到調(diào)用 end_fill 為止所繪制的區(qū)域做填充
• 然后是循環(huán)四次，用來繪制方格，循環(huán)內(nèi)，每次向前（筆尖朝向）繪制一個(gè)單位，向右轉(zhuǎn) 90 度，這樣就繪制好了一個(gè)方格
• end_fill 即為填充當(dāng)前繪制的方格
• update 表示更新一下繪圖區(qū)域

看看這個(gè)過程，是不是和孩子手工繪制一模一樣！

現(xiàn)在遍歷整個(gè)迷宮矩陣，不斷調(diào)用 drawCenteredBox 就可以繪制出迷宮了：

效果

代碼如下：

def drawMaze(self): for y in range(self.rowsInMaze): for x in range(self.columnsInMaze): if self.mazelist[y][x] == 1: self.drawCenteredBox(x + self.xTranslate, -y + self.yTranslate, 'tan')

• rowsInMaze、columnsInMaze 表示迷宮矩陣的行和列
• tan 為沙漠迷彩色[2]的顏色名稱

走出迷宮

迷宮繪制好了，如何走出出呢？

可以先問問孩子，讓他想想辦法。

實(shí)現(xiàn)思路也很簡單，就是超一個(gè)方向走，如果是墻，就換一個(gè)方向，如果不是墻，就繼續(xù)走下去，如此往復(fù)……

但是，這里可以和孩子做個(gè)預(yù)演，比如迷宮很大的時(shí)候，記不住走過哪些路怎么辦？

探索了一條路，走不通，返回后，不記得走過哪些路，這是非常危險(xiǎn)的事情，如果有種方法可以記住走過的路，就好了。

這里我給兒子講了一下忒修斯大戰(zhàn)牛頭怪[3]的古希臘神話傳說，啟發(fā)他想出好的方法。

如何用代碼實(shí)現(xiàn)呢，只要在迷宮矩陣種，標(biāo)記一下走過的路就可以了：

PART_OF_PATH = 0 OBSTACLE = 1 TRIED = 3 DEAD_END = 4 def search(maze, startRow, startColumn):  # 從指定的點(diǎn)開始搜索 if maze[startRow][startColumn] == OBSTACLE: return False if maze[startRow][startColumn] == TRIED: return False if maze.isExit(startRow, startColumn): maze.updatePosition(startRow, startColumn, PART_OF_PATH) return True maze.updatePosition(startRow, startColumn, TRIED) found = search(maze, startRow-1, startColumn) or 
            search(maze, startRow, startColumn-1) or 
            search(maze, startRow+1, startColumn) or 
            search(maze, startRow, startColumn+1) if found: maze.updatePosition(startRow, startColumn, PART_OF_PATH) else: maze.updatePosition(startRow, startColumn, DEAD_END) return found 

因?yàn)槭褂昧诉f歸方式，所以代碼比較簡短，我們來看看：

• PART_OF_PATH、OBSTACLE、TRIED、DEAD_END 是四個(gè)全局變量，分別表示迷宮矩陣中的通路，墻，探索過的路和死路
• search 方法用于探索迷宮，接受一個(gè)迷宮對(duì)象，和起始位置
• 然后看看指定的位置是否為墻、或者是走過的，以及是否是出口
• 然后繼續(xù)探索，講指定的位置標(biāo)記為已走過
• 接下來朝四個(gè)方向探索，分別是像西、向東、向南、向北
• 每個(gè)方向的探索都是遞歸的調(diào)用 search 方法
• 如果探索的結(jié)果是找到了出口，就將當(dāng)前的位置標(biāo)記為路線，否則標(biāo)記為死路

這里還需要看看 updatePosition 方法的實(shí)現(xiàn)：

def updatePosition(self, row, col, val=None): if val: self.mazelist[row][col] = val self.moveTurtle(col, row) if val == PART_OF_PATH: color = 'green' elif val == OBSTACLE: color = 'red' elif val == TRIED: color = 'black' elif val == DEAD_END: color = 'red' else: color = None if color: self.dropBreadcrumb(color) def moveTurtle(self, x, y): self.t.up() self.t.setheading(self.t.towards(x+self.xTranslate, -y+self.yTranslate)) self.t.goto(x+self.xTranslate, -y+self.yTranslate) def dropBreadcrumb(self, color): self.t.dot(color)

• updatePosition 方法本身不復(fù)雜，首先對(duì)迷宮矩陣做標(biāo)記，然后將筆尖移動(dòng)到指定的點(diǎn)，之后判斷標(biāo)記的值，在指定的點(diǎn)上畫點(diǎn)
• 移動(dòng)的方法是 moveTurtle，首先抬起筆尖，然后將筆尖轉(zhuǎn)向?qū)⒁苿?dòng)過去的點(diǎn)
• Turtle 的 towards 方法會(huì)計(jì)算一個(gè)筆尖當(dāng)前點(diǎn)到指定點(diǎn)之間的一個(gè)夾角，作用是讓筆尖轉(zhuǎn)向要移動(dòng)過去的點(diǎn)，其中 xTranslate 和 yTranslate 是在坐標(biāo)系中像素點(diǎn)的偏移量（后面會(huì)有說明）
• Turtle 的 dot 方法作用是繪制一個(gè)點(diǎn)

看一下效果：

走出迷宮

更大的挑戰(zhàn)

當(dāng)孩子看到自己做的迷宮，被小烏龜走出來時(shí)，別提有多開心了。

不過，沒多久，他就想要更復(fù)雜的迷宮，有多條分支的迷宮。

顯然有手工的方式有點(diǎn)困難，而且無趣。需要讓程序自動(dòng)生成迷宮。

本來想大干一場，突然想到之前 豆豆 寫的一篇關(guān)于迷宮文章[4]，找來一看，剛好有迷宮生成算法，太好了。

關(guān)于如何動(dòng)態(tài)生成迷宮，請參加 豆豆的文章，其中有詳細(xì)說明

分析代碼之后，將其中的迷宮類移植過來，生成的結(jié)果之間導(dǎo)入到筆者寫的迷宮類中，將迷宮規(guī)模設(shè)置為 100 X 100，震撼了：

巨型迷宮

看著小烏龜在巨大的迷宮中蹣跚，還有種莫名的悲傷~

有了有了迷宮生成工具，就很多好玩的了：

• 如何讓烏龜更快的找到出路
• 如何讓烏龜隨機(jī)出現(xiàn)在迷宮中
• 如何動(dòng)態(tài)設(shè)置迷宮的出入口
• ……

對(duì)這些問題，我們一一做了實(shí)現(xiàn)，孩子在整個(gè)過程中，積極參與，時(shí)不時(shí)因?yàn)楹玫南敕ǘ治枳愕福灰鄻泛酢?/span>

感興趣的讀者可以回復(fù)關(guān)鍵字，獲得源碼，研究一下解決方案，期待與你交流。

關(guān)于坐標(biāo)系設(shè)置

前面留了幾個(gè)坑，是關(guān)于 Turtle 坐標(biāo)系的，這里統(tǒng)一做下說明。

第一個(gè)問題，坐標(biāo)單位

默認(rèn)情況下，Turtle 的坐標(biāo)單位是一個(gè)像素，如果要放大顯示的華，需要計(jì)算出來我們使用的單元相當(dāng)于多少個(gè)像素，然后每次計(jì)算坐標(biāo)時(shí)都得考慮到這個(gè)值，當(dāng)現(xiàn)實(shí)區(qū)域發(fā)生變化時(shí)還得調(diào)整這個(gè)數(shù)值，非常麻煩，而且容易出錯(cuò)。

所以 Turtle 提供了一個(gè)設(shè)置我們自己坐標(biāo)單位的方法 setworldcoordinates，它接受四個(gè)參數(shù)，分別是坐標(biāo)系中，左下角的點(diǎn) x坐標(biāo)，y坐標(biāo)，和 右上角的 x坐標(biāo)、y坐標(biāo)。

如果將左下角設(shè)置為 (-5, -5)，右上角設(shè)置為 (5, 5)，那么 Turtle 就會(huì)將坐標(biāo)原點(diǎn)設(shè)置在屏幕中心，并將屏幕分割成 10 X 10 的方塊，每個(gè)塊的邊長，相當(dāng)于一個(gè)坐標(biāo)單位，也就是說，當(dāng)我們說將筆尖移動(dòng)到 (3, 4) 這個(gè)坐標(biāo)點(diǎn)時(shí)，Turtle 就會(huì)從屏幕中心向右移動(dòng)三個(gè)單位，再向上移動(dòng)4個(gè)單位。

這樣就非常方便了，無論屏幕大小如何，像素大小如何，Turtle 都會(huì)按照我們的指令，做出正確的響應(yīng)。

另一個(gè)問題是 兩個(gè)偏移量 xTranslate和 yTranslate

分別是這樣計(jì)算得到的:

self.xTranslate = -columnsInMaze/2 self.yTranslate = rowsInMaze/2 

存在的意義就是從行和列值中，轉(zhuǎn)化為 Turtle 坐標(biāo)系的值，比如行列表示法中，(0, 0) 點(diǎn)，在我們變換后的 10 X 10 的坐標(biāo)系中，對(duì)應(yīng)的坐標(biāo)點(diǎn)是 (-5, 5)。

因?yàn)槲覀儾檎覕?shù)據(jù)時(shí)用行列表示法比較方便，但在坐標(biāo)系中，以原點(diǎn)為基準(zhǔn)表示比較方便。

總結(jié)

好了，關(guān)于 Turtle 實(shí)現(xiàn)的迷宮就介紹到這里，只是簡單說明了實(shí)現(xiàn)思路，和孩子的互動(dòng)，代碼實(shí)現(xiàn)中還要需要細(xì)節(jié)和問題，限于篇幅，沒有展開，有興趣的讀者可以下載源碼，自己跑跑試試，也許還要更好玩的想法，歡迎在評(píng)論去交流。

我們學(xué)習(xí)代碼不僅可以用來解決問題，完成工作，更多的時(shí)候還可以用了娛樂和陪伴孩子，在這個(gè)過程中，給予孩子的不僅僅是陪伴，還要處理問題的方式，以及生活的態(tài)度。