结对作业

组员	任务分配
孙晴晴	原型设计，游戏路线输出等
李佳乐	AI设计，图片分割，调换图片等

GitHub链接：https://github.com/031804126/pairWork
队友的博客链接：https://www.cnblogs.com/Jelor/p/13836371.html
队友的GitHub链接：https://github.com/031804120/huarongdao
part one：原型设计
（一）： 设计说明
1、html 文件用于整个游戏界面的布局；整个布局分为两个部分，一个是游戏菜单部分，就是最上面蓝色背景部分；另一部分是游戏内容区域，包含左右两个部分，左边是进行游戏的区域，右边是提示图片；
2、整个html文件采用flex布局，所以css文件里需要使用flex布局实现html文件的界面需求；总体布局采用列方向排列子元素；然后每一列中采用行方向排列子元素；总体布局示意图如下：

模型图：

当点击提示的时候，程序会自动进行操作，直到完成拼图。

实际开发时的效果如图：

点击开局即可开始游戏，点击下一张更换图片

操作时在下面即时输出操作路径

（二）：开发工具：JavaScript、prototype

（三）：结对的初衷是我们两个在同一宿舍，这样有问题方便即时交流。

（四）遇到的困难；模型图不太稳定，有时候会加载不出来，如图所示

或者是图片的按钮功能实现不了。
解决尝试：曾尝试修改部分代码或是更换打开的浏览器，以及重启电脑，但是问题还是没有解决。
收获：刚开始都不太懂原型设计是什么意思，以为只是描绘出游戏界面，走了很多弯路，弄懂真正的要求后，赶紧学习了JavaScript相关知识，也算是又掌握了新的知识吧。

part two：AI与原型设计实现

（一）AI部分
网络接口我们是直接用postman，比较方便，不用再编码。
AI部分我们采用了BFS广度优先搜索与A*算法
1、BFS广度优先搜索：其基本思想是优先从当前节点的邻居节点开始搜索，如果搜索不到，再搜索邻居的邻居。其在算法设计的时候，主要考虑节点的标记和邻居的保存。

2、A算法
A算法最为核心的部分，就在于它的一个估值函数的设计上：f(n)=g(n)+h(n)
其中f(n)是每个可能试探点的估值，它有两部分组成：一部分，为g(n)，它表示从起始搜索点到当前点的代价（通常用某结点在搜索树中的深度来表示），另一部分，即h(n)，它表示启发式搜索中最为重要的一部分，即当前结点到目标结点的估值。
用一个实例来说明：

过程：
①.初始化列表open和close，将起点元素存入open中，其中open用来保存探索列表而close则保存访问列表
②.如果open不为空，则取出open的第一个元素，并转到2；如果open为空，则结束
③.取出第一个元素后，删除open中和第一个元素有相同目的节点的元素，并且对其邻居进行遍历，如果该邻居不在close中，则存入open中
④.对open中的节点按照f(n)大小进行升序排序，并转到2
代码实现：

关键代码

`
# 计算当前点到目标点的距离, 即A*算法的估计函数

    def cal_distance(idxs):

        distance = 0

        for i in range(len(idxs)):
            if idxs[i] == 0:
                continue
            distance += abs(i // width - (idxs[i] - 1) // width) + abs(i % width - (idxs[i] - 1) % width)
        
   return distance

`

`
# BFS搜索

    while not pq.empty():

        # 获取中间值
        _, board, position, step, move_str, board_roads = pq.get()

        # 最终结果返回, 循环停止条件
        if board == board_end:
            return step, move_str, board_roads
        # BFS遍历上下左右的相邻结点
        for idx in (-width, width, -1, 1):
            # wsad字母 对应 上下左右 的按钮
            id2button = {-1:"a", 1:"d", -"w", "s"}
            # 下一个需要遍历的点
            neighbor = position + idx
            # 不是相邻点的跳过
            if abs(neighbor // width - position // width) + abs(neighbor % width - position % width) != 1:
                continue
            # 遍历上下左右符合边界条件的相邻数字(图片)
            if 0 <= neighbor < width * hight:
                board_mid = list(board)
                # 交换, 即移动0(即空图片)
                board_mid[position], board_mid[neighbor] = board_mid[neighbor], board_mid[position]
                board_new = tuple(board_mid)
                if board_new not in visited:
                    visited.add(board_new)
                    pq.put([cal_distance(board_new) + step + 1, board_new, neighbor, step + 1,
                                move_str + id2button[idx], board_roads + [board_mid]])
    # 遍历整个循环都没有，则无解，返回-1

    return -1, None, None

`

路线输出：
`

              for idx in (-width, width, -1, 1):

            # wsad字母 对应 上下左右 的按钮
            id2button = {-1: "a", 1: "d", - "w",  "s"}
            # 下一个需要遍历的点
            neighbor = position + idx
            # 不是相邻点的跳过
            if abs(neighbor // width - position // width) + abs(neighbor % width - position % width) != 1:
                continue
            # 遍历上下左右符合边界条件的相邻数字(图片)
            if 0 <= neighbor < width * hight:
                board_mid = list(board)
                # 交换, 即移动0(即空图片)
                board_mid[position], board_mid[neighbor] = board_mid[neighbor], board_mid[position]
                board_new = tuple(board_mid)
                if board_new not in visited:
                    visited.add(board_new)
                    pq.put([cal_distance(board_new) + step + 1, board_new, neighbor, step + 1,
                            move_str + id2button[idx], board_roads + [board_mid]])
    # 遍历整个循环都没有，则无解，返回-1
    return -1, None, None

`

类图：

原型设计部分分为更换游戏图片、难度选择、记录操作步数、小方块的填充、判断游戏结束、交换小方块图片、数据存储、重新开局以及提示功能几个模块，每个模块都构造了相应地函数实现。
重要代码：
`

  /**
   * 提示的点击函数，从操作栈里弹出一个函数，然后调用即可复原
   */
  function onTips(){
      let doFunction=operateStack.pop();
      if(doFunction){
          doFunction();
      }//实际上，操作栈为空的时候，游戏也就结束了
  }

`

`

  /**
   * 该函数起到洗牌操作，但是不展示“特效”，仅仅在数据上实现洗牌；
   * 该洗牌算法保证了游戏一定有解，但是比较愚蠢，有可能左移晚就右移，实际上也应该可以处理
   * 但是由于尚未实现
   * @returns {Array}图片位置信息数组
   */
  function getOpeningPositions(){
      let positions=[];
      operateStack=[];
      for(let y=0;y<difficulty;y++){
          for(let x=0;x<difficulty;x++){
              positions[y*difficulty+x]=new Position(x,y);
    }
}//完成顺序填充
let currentEmptyX=difficulty-1;
let currentEmptyY=difficulty-1;//记录空块位置信息
let emptyPositionId=currentEmptyX+currentEmptyY*difficulty;
let moveNum=5*difficulty;//生成移动次数
let tempPosition;
let targetPositionId;
let directionNum;
let doExchange=false;//是否需要执行交换
for(let i=0;i<moveNum;i++){
    directionNum=Math.floor(Math.random()*4+1);//产生随机方向数，上下左右四个
    //检查是否可以移动
    switch(directionNum){
        case 1://上
            if(currentEmptyY-1>=0){
                currentEmptyY--;
                operateStack.push(emptyMoveDown);
                doExchange=true;
            }else{
                doExchange=false;
            }
            break;
        case 2://下
            if(currentEmptyY+1<difficulty){
                currentEmptyY++;
                operateStack.push(emptyMoveUp);
                doExchange=true;
            }else{
                doExchange=false;
            }
            break;
        case 3://左
            if(currentEmptyX-1>=0){
                currentEmptyX--;
                operateStack.push(emptyMoveRight);
                doExchange=true;
            }else{
                doExchange=false;
            }
            break;
        case 4://右
            if(currentEmptyX+1<difficulty){
                currentEmptyX++;
                operateStack.push(emptyMoveLeft);
                doExchange=true;
            }else{
                doExchange=false;
            }
            break;
    }
    if(doExchange){//执行交换
        targetPositionId=currentEmptyX+currentEmptyY*difficulty;
        tempPosition=positions[targetPositionId];
        positions[targetPositionId]=positions[emptyPositionId];
        positions[emptyPositionId]=tempPosition;
        emptyPositionId=targetPositionId;
    }
}
emptyBlockId=emptyPositionId;//记录空块id
return positions;
  }

`

AI性能

游戏部分性能

单元测试：
`

  import unittest

  from AI import sliding_puzzle_2

  class MyTestCase(unittest.TestCase):


      def test_something(self):
          swap_res = []
          # 第二个条件, step步时则替换图片
          step = 10
          swap = [3, 5]
          # board = [[1, 8, 0],
          #          [6, 5, 4],
          #          [2, 7, 3]]
          board = [[2, 1, 0],
                   [6, 5, 4],
                   [8, 7, 3]]
          res = sliding_puzzle_2(board, step, swap)
          if res[0] != -1:
              # print(res)
              print(res[0])
              print(res[1])


  if __name__ == '__main__':
      unittest.main()

`

表示一共用了24步完成拼图，其中在第10步的时候交换了第8张跟第1张图片。

（三）遇到的问题：
不知道该怎么用wasd字符输出路线，，，这是困扰我们最大的问题，询问大佬后，大佬说可以采用数组回溯的方法，再用wasd字符表示，经过无数次尝试之后，发现还可以，不愧是大佬。所以有时候遇到问题，自己埋头苦干也许并不是一件好事，询问一下有能力的人，可以节省很多时间与精力。

（四）评价我的队友：
值得学习的地方：佳乐很有耐心，做事比较细致，遇到不好解决的问题，她会很耐心地去查找解决办法，或者去问同学或者去网上找相关资料，遇事不急躁，这一点我必须要向她学习。
需要改进的地方：对代码的解读能力还需要加强。

PSP和学习进度条

第N周	新增代码（行）	累计代码（行）	本周学习耗时（小时）	累计学习耗时（小时）	重要成长
1	111	111	10	10	熟悉了用JavaScript创建原型，并且用语言切割图片及处理
2	36	147	8	18	用JSON连接原型配置文件，并添加了键盘操作功能，学习到了对键盘事件的监听
3	56	203	18	36	实现了游戏中的提示功能
4	74	277	25	61	通过了解数组的回溯功能，实现了玩家操作的路线输出