五子棋需求分析报告

2021年1月27日发(作者：伍崇曜)






































.





中
国
矿
业
大
学









应用系统开发实践






设计题目
:






基于
VC
的五子棋游戏软件的设计与开发




指导教师
:










































Word
专业资料







































.
学




生
:









































专




业
:










计算机科学与技术
09-1
班

















2012
年

5
月


目


录

1
引


言

.................................... .................................................. ...............................
2

2
系统需求分析

.
.......................... .................................................. ..............................
2

2.1

系统需求

.
................ .................................................. .................................................. ..................
2

2.2

功能需求

.
............................ .................................................. .................................................. ......
2

2.3

系统运行环境
...... .................................................. .................................................. ....................
2

3
五子棋算法分析
.................................. .................................................. ...................
3

3.1

五子棋的发展
................................... .................................................. .........................................
3

3.2

五子棋的规则
............. .................................................. .................................................. .............
3

3.3

具体算法分析
.................................................. .................................................. ..........................
4

3.3.1
棋盘局势状态表示

............................. .................................................. ...................................
4

3.3.2
棋盘中下棋的顺序表示

.
............. .................................................. ...........................................
5

3.3.3
具体算法

.
......... .................................................. .................................................. ......................
5

4
系统流程
..................................... .................................................. ..........................
7

5
系统功能实现

.
.......................... .................................................. ..............................
8

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.
5.1

窗口设计

.
.................................................. .................................................. ..................................
9

5.2

棋盘设计

.
................ .................................................. .................................................. ..................
9

5.3

按钮功能的实现

.............................. .................................................. ....................................... 10

5.4

胜负判断

.
................ .................................................. .................................................. ............... 11

6
系统测试与分析
..... .................................................. ..............................................
13

7
结论
...................... .................................................. ..............................................
17

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.
1.
引


言


目前网络上有很多五子棋子游戏，玩法简单，娱乐性也很高 。五子棋不仅能增强思维能力，提高
智力，而且富含哲理，有助于修身养性。通过对五子棋的设计与开发 ，了解和掌握游戏开发的原理与
方法。让电脑像人脑一样思考，一直是人工智能发展的最终目标。作为一 门边缘学科，它有诸多的研
究领域，博弈即为其中之一。博弈的参加者可以是个人、集体、某种生物或机 器，他们都力图用自己
的“智力”去击败对手。博弈为人工智能提供了一个极好的试验场所，人工智能中 的许多概念和方法
都是从博弈程序中提炼出来的，人工智能中大多以下棋为例来研究博弈规律。本文以五 子棋为入口，
设计了一个五子棋双人对战和人机对弈系统，以实现人和人，人和计算机的博弈，最终的目 的是为了
建立一个有具体规则的五子棋平台。

2.
需求分析


目前网络上有很多五子棋子游戏，
玩法简单，
娱乐性也很高。
五子 棋不仅能增强思维
能力，提高智力，而且富含哲理，有助于修身养性。通过对五子棋的设计与开发，了解 和
掌握游戏开发的原理与方法。让电脑像人脑一样思考，一直是人工智能发展的最终目标。
作为 一门边缘学科，
它有诸多的研究领域，
博弈即为其中之一。
博弈的参加者可以是个人、
集体、
某种生物或机器，
他们都力图用自己的“智力”去击败对手。
人机对弈 程序的要点，
至少应具备以下
4
个部分：
(1)
状态表示：某种在机器中表示棋局的方法，能够让程序知
道博弈的状态。
(2) 走法产生：产生合法走法的规则，以使博弈公正地进行，并可判断对
手是否乱走。
(3)< br>搜索技术：从所有合法的走法中选择最佳的走法技术。
(4)
对弈界面。


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.
2.1
系统需求

五子棋作 为一款休闲益智游戏，
它最大的优点在于游戏规则家喻户晓，
简单，
上手快，
趣味性强，
所以受广大用户青睐，
在各大提供棋牌类游戏的平台都可以看到玩五子棋游戏
的人很多。
休闲益智游戏中等级并不是最重要的追求目标，
通过对游戏规则的熟悉，
能很
快上手掌握其操作方式，也更适合男女老幼全家共同娱乐，花费时间简短，速战速决，
在< br>短时间感受到游戏的乐趣，
完全享受气氛轻松活跃的游戏过程。
此种娱乐方式既不耽误时
间也能轻松调剂娱乐，
充分适合现代人们的娱乐需求。
更主要的是开发了人的智力，< br>成为
年轻一代最流行的游戏，据统计，五子棋游戏的玩家中，学生占了接近三分之一的比例，对学生的智力健康成长起一定作用，正所谓休闲娱乐两不误。

2.2
功能需求

要求系统界面简洁，
操作方便，
把五子棋游戏规则中最基 本的规则体现出来，
比如
“和
棋”、
“重新开局”等。五子棋还有一大特点就 是速战速决，电脑应在很短时间就应做出
判断，并能提供一定的帮助，
违反游戏规则的时候应立 即指出。在正规五子棋比赛中，
都
设置了“禁手”这一规则。

2.3
系统运行环境


Win 9X/Win ME/Win NT/Win 2000/Win XP/Win 2003/


3
五子棋算法分析


3.1
五子棋的发展

五子 棋是起源于中国古代的传统黑白棋种之一。
现代五子棋日文称之为“连珠”，
英
译为“ Renju”，英文称之为“Gobang”或“FIR”(Five in a Row
的缩写
)
，亦有“连
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.
五子”、“五子连”、“串珠”、“五目”、“五目碰”、“五格”等多种称谓。


五子棋不仅能增强思维能力，
提高智力，
而且富含哲理，有助于修身养性。
它 既有简
单易学的特性，
为人民群众所喜闻乐见，
又有深奥的技巧和高水平的国际性比赛 ；
它的棋
文化源渊流长，具有东方的神秘和西方的直观；既有“场”的概念，亦有“点”的连接 。
它是中西文化的交流点，是古今哲理的结晶。

五子棋起源于古代中国，
发 展于日本，
风靡于欧洲。
对于它与围棋的关系有两种说法，
一说早于围棋，早在“尧造 围棋”之前，民间就已有五子棋游戏；
一说源于围棋，是围棋
发展的一个分支。在中国的文化里 ，倍受人们的青睐。古代的五子棋的棋具与围棋相同，
纵横各十七道。
五子棋大约随围棋一起在 我国南北朝时先后传入朝鲜、
日本等地。
据日本
史料文献介绍，中国古代的五子棋是经 由高丽（朝鲜），于
1688
年至
1704
年的日本元
禄时代传到日 本的。到日本明治
32
年（公元
1899
年），经过公开征名，“连珠”这一
名称才被正式确定下来，
取意于“日月如合壁，五星如连珠”。从此，
连珠活动经过了 不
断的改良，主要是规则的变化（即对执黑棋一方的限制），例如，
1899
年规定， 禁止黑
白双方走“双三”；
1903
年规定，只禁止黑方走“双三”；
191 2
年规定，黑方被迫走
“双三”亦算输；
1916
年规定，黑方不许走“长连 ”；
1918
年规定，黑方不许走“四、
三、三”；
1931
年规定 ，黑方不许走“双四”，并规定将
19×19
的围棋盘改为
15×15
的连珠 专用棋盘。
本世纪初五子棋传入欧洲并迅速风靡全欧。
通过一系列的变化，
使五子棋这一简单的游戏复杂化、
规化，
而最终成为今天的职业连珠五子棋，
同时也成为 一种国
际比赛棋。

简单介绍一下文章中会遇到的一些关于五子棋最基本的术语

（
1
）先手：进攻的着法，也指对弈双方执黑棋先在棋盘上落子的一方；

（
2
）四三：指同时具备两个先手，其中一个四，另一个是活三；

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.
（
3
）活三
(
包括连三和跳三< br>)
：①连三：紧紧相连的同色三子②跳三：中间间隔一子
的活三

；

（
4
）四四：一子落下同时形成两个“四”的棋形

；

（
5
）三三：一子落下形成了两个活三的棋形；

（
6
）长连：相同颜色的连续六子或六子以上；

（
7
）禁手：对局中禁止使用的战术或被判为负的行棋手段；

（< br>8
）胜局：对局的一方获胜，称为“胜局”。包括：①一方首先在棋盘的直线或横
线或斜 线上形成连续的五子或五子以上
（特指白方）
。②对方表示认输。③对方超过比赛
规定 的时限。
④当黑方禁手形成未能同时形成五连，
白方立即指出禁手后，
判定为白方胜< br>局。⑤对方迟到超过容许时间。⑥对方严重犯规而被判负；

（
9
）和棋：不分胜负的对局或双方同意平局。

3.2
五子棋的规则

五子棋游戏的一个特点是先行的一方优势很大，
因此在职业比 赛中对黑方做了种种限
制，以利公平竞争。五子棋的比赛规则如下：

（
1
）黑棋先手、白棋后手，从天元开始相互顺序落子；

（
2
）最先在棋盘横向、纵向或斜向形成连续的同色五个棋子的一方为胜；

（
3
）黑棋禁手判负、白棋无禁手。黑棋禁手有“三、三”、“四、四”和“长连”，
包括“四、三、三”和“四、四、三”。黑棋只能以“四、三”取胜；

（
4
）如分不出胜负，则到为平局；

（
5
）五连与禁手同时形成，判胜；

（
6
）黑方 禁手形成时，白方应立即指出。若白方未发现或发现后不立即指出，反而
继续落子，则禁手失效，不再判 黑方负。


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.
五子棋是黑白双方或两个人之间的 竞技活动，
由于对黑白双方规则不同，
黑棋必须先
行。
一般采用猜先的方法来 决定谁执黑先行，
即双方各抓一种颜色的几枚棋子，
大数减小
数，单数双方交换，偶数不换；黑方在落下关键的第五子即形成五连的同时，如又形成禁
手，此时因黑方已经成五，而“ 五”在五子棋中是至高无上的，故禁手失效，黑方胜；所
谓黑方形成禁手，
是指黑方落下一子同 时形成两个或两个以上的活三、
冲四及长连等。
此
时白方应立即指出，自然而胜。

专业连珠五子棋虽然对黑棋采取了种种限制，但是黑棋先行的优势依然很大。因此，< br>在高段位的专业比赛中，又出现了三种特殊的规定：


（
1
）
“指定打法”：指比赛双方按照约定好的开局进行对弈。例如“斜月局”、
“长
星局 ”等。


（
2
）“三手可交换”：指黑棋下第二手棋〔盘面第三手 棋〕之后，白方如感觉黑方
棋形不利于己方，
可提出交换，
即执白棋一方变为执黑棋一 方
〔此方法不适用于指定开局
打法，而用于随意开局〕。采用此规定以后，黑棋就不会再使用诸 如“浦月”、“花月”
之类的必胜开局了。

（
3
）“五手两打”： 指黑棋在下盘面上关键的第五手棋时，必须下两步棋，让白方
在这两步棋中任选一步，然后再继续下。< br>

采用这一系列规定以后，黑棋先行就再无优势可言。


3.3
具体算法分析

3.3.1
棋盘局势状态表示

棋盘表示主要探讨的是是什么数据结构来表示棋盘上的信息。
一般说来，
这与具体的< br>棋类知识密切相关。通常，用来描述棋盘及其上棋子信息的是一个二维数组。

要让计算 机知道棋盘局势状态，
就是要它记住棋盘中哪个位置有黑子，
哪个位置有白
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.
子以及哪个位置是空点。因为五子棋的棋盘是
15
行，
15
列，因此可以将棋盘状态的描
述用一个
15
×
15
的 二维数组表示。

本程序的数据将用如下所示的数据表示：

int p[15][15]=
{{0,0,0,0,0,0,0,0,0,0,0,0,0,0,0},{0 ,0,0,0,0,0,0,0,0,0,0,0,0,0,0},
{0,0,0,0,0,0,0, 0,0,0,0,0,0,0,0},{0,0,0,0,0,0,0,0,0,0,0,0,0,0,0},
{0,0,0,0,0,0,0,0,0,0,0,0,0,0,0},{0,0,0,0,0,0,0 ,0,0,0,0,0,0,0,0},
{0,0,0,0,0,0,0,0,0,0,0,0,0, 0,0},{0,0,0,0,0,0,0,0,0,0,0,0,0,0,0},
{0,0,0,0 ,0,0,0,0,0,0,0,0,0,0,0},{0,0,0,0,0,0,0,0,0,0,0,0,0 ,0,0},
{0,0,0,0,0,0,0,0,0,0,0,0,0,0,0},{0,0,0, 0,0,0,0,0,0,0,0,0,0,0,0},
{0,0,0,0,0,0,0,0,0,0 ,0,0,0,0,0},{0,0,0,0,0,0,0,0,0,0,0,0,0,0,0},
{0,0,0,0,0,0,0,0,0,0,0,0,0,0,0}}
；

其中，
（
1
）棋盘状态数据由一个
15
×
15
的二 维数组表示。
（
2
）用数字“
1
”和“
2
”
来表示不同的棋子，黑色棋子用“
2
”表示，白色棋子用“
1
”表示。（< br>3
）没有棋子的格
子用“
0
”表示。

3.3.2
棋盘中下棋的顺序表示

棋局中下棋的顺序也很重要，应该是黑白双方交替下棋。

本程序用
t
来判断黑白双方下棋顺序，
t
为“
0
”时由白方下棋，
t
为“
1
”时由黑方
下棋，由于五子棋规则中黑棋先手，所以初始值
t=1，即玩家执黑先手。每次落棋后，都
应改变

t
的值，
t < br>在整个对弈过程中都只能为
1
或者为
0
，即在任意时刻，都有一方可< br>以落棋，也只能有一方落棋。

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.
3.3.3
具体算法

本系统中较复杂的部分是人机对战部分。
下面 将简单分析人机对战，
双人对战则省略。
电脑要选择有利于它的最佳下法，
就要能判断 哪种形势对它最有利。
但往往对一个形势的
判断是很难做到准确的，
特别是一盘棋刚开 始的时候，
棋盘的形势不明朗，
即使是专家也
不能做出准确的判断。
为了判断 哪种下法最有利，
我们往往需要向后面计算几步，
看看在
走了几步棋之后，局面的形势 如何。这被称为“多算胜”，也就是说，谁看得越深远，谁
就可以获胜。
这种思维方式被用到了 计算机上。
向后面计算的步数越多，
系统开销就越大，
本系统只向后计算一步，根据威 胁的优先级来选择落棋的最佳点。

轮到电脑下棋时，
电脑先向棋盘搜索合法的落棋点 ，
即棋盘的空白点。
然后再利用下
面的算法先择最佳落棋点。在每个空白点，都有四个 方向需要考虑，即—、
|
、﹨、∕四个
方向。
以下就用○表示电脑所执的黑棋 ，
用□表示玩家所执的白棋，
用×表示棋盘的空白点。
在设计的时候，
尽可能 把所有情况全面考虑，
设置为搜索一个最佳落棋点位置的时候，
需
要保证左右展开后碰 壁，之间的空间距离至少要有六格
(
而不是五子
)
，否则就是死子。

人机对战算法流程是：顺序向下搜索，每次有符合要求的点时，视为最佳落棋点，
并
在 该点落棋，同时将
t
赋值为１，退出搜索并判断是否有一方获胜，然后等待玩家落棋，
再重复这一过程，直到有一方获胜。如图。







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.
开始搜索棋盘

是

该点无子

否

搜

找出优先级最
索

高的点落子

下

一

点

分出胜负

否

是

Ｐ
+
＝
1
结束搜索








































.













图

人机对战算法流程图

（
1
），电脑搜索棋盘 里白棋是否有一步获胜的棋，即在同一条线路上有连续五个位
置上，有四颗为白棋，另外一颗为空，这时 就不用考虑玩家的棋局，直接就可以获胜。能
直接获胜的棋型有×○○○○×、□○○○○×，还包括通 过四三来形成的活四，包括有○○×○○、
○○○×○、○×○○○。

（
2
），电脑搜索棋盘里黑棋是否有一步获胜的棋，这时就应该让玩家的“活四”变
“死四”，这是 白棋威胁级别最高的，应立即做出反应。有直接威胁的棋型有□×□□□、
×□□□□×、□□□×□、 ×□□□□×。对于×□□□□×这种棋型，其实玩家已经获胜。

（
3
）， 电脑搜索棋盘里白棋是否有可形成活四的棋型，进一步冲四，这时就应该主
动进攻，这种棋型包括×○○ ○××、×○○×○×、×○×○○×。这样的棋只需两步方可获胜，
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.
威胁级别仅次于上面两种。

（
4
），电脑搜索棋盘里黑棋是否有可 形成活四的棋型，若有，就有阻止冲四，让玩
家的“活三”变死三，这时就体现了电脑的防守策略，这种 棋型包括：××□□□×、×□×
□□×、×□□×□×。其中××□□□×在封堵后还具有威胁性，所 以在电脑没有进攻机会时，
也应该考虑这样的棋型的威胁性，因为可以利用这种棋型来造四三来获胜。< br>
（
5
），电脑搜索棋盘里白棋是否有可形成活三的棋型，这是获胜的过渡棋， 在整个
棋局中非常重要，这样的棋型越多，
白棋造活三的机会就越多，是获胜的关键。这种棋型
包括：××○○××、××○×○×，由于需要三步获胜，所以优先级比较低。

表１ 是获胜情况分析表，
优先级是按所需步数和落棋的顺序来决定的，
在获胜所需步
数相同 的情况下，电脑所执的白棋优先级高于黑棋。


表
1
获胜情况分析表

棋盘上的情况：

电脑已有任意组活四或已有任意组死四

玩家已有任意组活四或已有任意组死四

电脑已有任意组活三或已有多于一组的死三

玩家已有一组死三和任意组的活二

玩家已有任意组活三或已有多于一组的死三

玩家已有一组死三和任意组的活二

获胜所需步数

一

一

二

三

三

三

优先级

1
2
3
4
5
6
4
系统流程


五子棋的规则如下：（
1
）棋盘 ：采用
15
×
15
的棋盘。（
2
）下法玩家一执黑先手，< br>电脑或玩家二执白后手，
轮流在棋盘上选择一个无子的交叉点落子。
无子的交叉点又被称
为空点。（
3
）输赢判断：黑、白双方有一方的
5
颗棋子在横、竖或 斜方向上连接成一线
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.
即为该方赢。
（
4
）对于五子棋可分为禁手和无禁手两类，本游戏采用三三禁手。可用
15
×
15
的二维数表示棋盘各点状态

(
空、白子、黑子
)
；

五子棋游戏规则简单，
在每次玩家或电脑落棋后，
都要去判断是否游戏是否分出胜负，
如没有，另一方才能继续下棋。
一局游戏结束后，可以选择再来一盘，这时将棋盘数据清
空，又开始新的棋局。系统流程如图
2
所示。


















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