《用MATLAB玩轉游戲開發》貪吃蛇的百變玩法:從命令行到AI對戰

《用MATLAB玩轉游戲開發:從零開始打造你的數字樂園》基礎篇(2D圖形交互)-🐍 貪吃蛇的百變玩法:從命令行到AI對戰 🎮

歡迎來到這篇MATLAB貪吃蛇編程全攻略!本文將帶你從零開始,一步步實現一個功能豐富的貪吃蛇游戲,最終進階到AI自動對戰。準備好你的MATLAB環境(2016b版本),讓我們開始這段有趣的編程之旅吧!🚀

文章目錄 📚

  • 《用MATLAB玩轉游戲開發:從零開始打造你的數字樂園》基礎篇(2D圖形交互)-🐍 貪吃蛇的百變玩法:從命令行到AI對戰 🎮
    • 1. 基礎貪吃蛇實現 🏗?
      • 1.1 設計思路
      • 1.2 整體實現流程
        • 1.2.1 流程圖說明
        • 1.2.2 關鍵路徑說明
      • 1.3 實現步驟
        • 1.3.1 初始化游戲參數
        • 1.3.2 主游戲循環
        • 1.3.3 關鍵函數實現
    • 2. 圖形界面美化 🎨
      • 2.1 創建圖形窗口
      • 2.2 改進繪制函數
    • 3. 游戲功能擴展 ?
      • 3.1 障礙物模式
      • 3.2 特殊食物效果
    • 4. AI對戰實現 🤖
      • 4.1 路徑尋找算法
      • 4.2 啟發式函數
      • 4.3 AI決策函數
    • 🎉 完整代碼 🎉
    • 結語 🏁

在這里插入圖片描述

1. 基礎貪吃蛇實現 🏗?

1.1 設計思路

貪吃蛇的基本原理很簡單:控制蛇頭移動,吃到食物后身體變長,碰到邊界或自身游戲結束。我們需要考慮以下幾個核心組件:

  • 游戲區域:二維矩陣表示
  • 蛇的表示:用坐標序列存儲蛇身
  • 食物生成:隨機位置出現
  • 游戲循環:處理輸入、更新狀態、渲染畫面

1.2 整體實現流程

以下是貪吃蛇游戲的完整流程圖設計,包含游戲初始化、主循環、用戶輸入、AI決策、碰撞檢測等關鍵模塊:

食物系統
碰撞檢測
AI決策
初始化
AI模式
手動模式
碰撞
無碰撞
吃到食物
未吃到
路徑存在
無路徑
隨機位置生成
生成新食物
確定食物類型
不同顏色渲染
檢測邊界碰撞
檢測碰撞
檢測自身碰撞
檢測障礙物碰撞
計算到食物路徑
AI決策移動方向
沿路徑移動
避險策略
隨機選擇安全方向
設置游戲區域大小
初始化游戲
創建蛇初始位置
生成第一個食物
設置初始分數/速度
開始
繪制游戲界面
游戲主循環
檢測輸入模式
檢測鍵盤輸入
更新蛇位置
游戲結束處理
檢測是否吃到食物
增加蛇長+更新分數
正常移動
繪制新幀
結束
1.2.1 流程圖說明
  1. 初始化階段

    • 設置游戲區域(20x20網格)
    • 創建長度為3的初始蛇(水平放置)
    • 隨機生成第一個食物(含不同類型)
    • 初始化分數(0)和游戲速度(0.1秒/幀)
  2. 主游戲循環

    • 檢測當前控制模式(AI/手動)
    • AI模式使用簡化A*算法尋路
    • 手動模式響應鍵盤方向鍵
  3. 移動處理

    H
    計算新頭部位置
    是否吃到食物
    保留尾部
    刪除尾部
  4. 碰撞檢測系統

    頭部越界
    碰到身體
    碰到障礙物
    I1
    J
    I2
    I3
  5. 食物系統

    80%
    15%
    5%
    N2
    普通食物+10分
    黃金食物+50分+加速
    有毒食物-20分+縮短
  6. AI決策邏輯

    F1
    計算水平優先路徑
    計算垂直優先路徑
    路徑有效?
    F3
1.2.2 關鍵路徑說明
  1. 正常游戲流程

    開始 → 初始化 → 主循環 → 輸入處理 → 移動 → 碰撞檢測 → 食物檢測 → 畫面更新 → 主循環
    
  2. 游戲結束條件

    碰撞檢測 → 邊界/自身/障礙物碰撞 → 結束畫面 → 退出
    
  3. AI決策流程

    AI模式激活 → 路徑計算 → 存在路徑 → 沿路徑移動↘ 無路徑 → 避險移動
    

小總結,以上所有流程圖完整呈現了以下幾部分內容,請再吸收一下哦:

  • 游戲狀態轉換
  • 用戶輸入與AI決策的并行處理
  • 碰撞檢測的三重判斷
  • 食物系統的概率分支
  • 蛇移動的核心邏輯

建議讀者在閱讀后面的代碼時可以對照此流程圖咀嚼代碼,便于清晰理解各模塊的交互關系。

1.3 實現步驟

1.3.1 初始化游戲參數
% 游戲區域大小
width = 20;
height = 20;% 初始化蛇 (初始長度為3,水平放置)
snake = [10,10; 10,9; 10,8];  % 初始方向 (1=上, 2=右, 3=下, 4=左)
direction = 2;  % 生成第一個食物
food = generateFood(width, height, snake);% 游戲狀態
gameOver = false;
score = 0;
1.3.2 主游戲循環
while ~gameOver% 處理鍵盤輸入[direction, exitFlag] = processInput(direction);if exitFlagbreak;end% 移動蛇[snake, ateFood] = moveSnake(snake, direction, food, width, height);% 檢查游戲結束條件gameOver = checkCollision(snake, width, height);% 如果吃到食物if ateFoodscore = score + 10;food = generateFood(width, height, snake);end% 繪制游戲畫面drawGame(snake, food, width, height, score);% 控制游戲速度pause(0.1);
end
1.3.3 關鍵函數實現

食物生成函數

function food = generateFood(width, height, snake)% 生成不在蛇身上的隨機位置while truefood = [randi(height), randi(width)];if ~ismember(food, snake, 'rows')break;endend
end

移動蛇函數

function [newSnake, ateFood] = moveSnake(snake, direction, food, width, height)% 計算新頭部位置head = snake(1,:);switch directioncase 1 % 上newHead = [head(1)-1, head(2)];case 2 % 右newHead = [head(1), head(2)+1];case 3 % 下newHead = [head(1)+1, head(2)];case 4 % 左newHead = [head(1), head(2)-1];end% 檢查是否吃到食物ateFood = isequal(newHead, food);% 更新蛇身if ateFoodnewSnake = [newHead; snake]; % 吃到食物,不刪除尾部elsenewSnake = [newHead; snake(1:end-1,:)]; % 沒吃到,刪除尾部end
end

2. 圖形界面美化 🎨

命令行版本雖然功能完整,但視覺效果欠佳。讓我們用MATLAB的圖形功能來美化它!

2.1 創建圖形窗口

function initGUI()figure('Name','MATLAB貪吃蛇','NumberTitle','off',...'MenuBar','none','Color',[0.2 0.2 0.2],...'KeyPressFcn',@keyPressHandler);axis equal; axis off; hold on;% 設置游戲區域set(gca,'XLim',[0.5 width+0.5],'YLim',[0.5 height+0.5],...'XTick',[],'YTick',[],'Color',[0.1 0.1 0.1]);% 分數顯示scoreText = text(width+2, height/2, ['分數: 0'],...'Color','w','FontSize',12);
end

2.2 改進繪制函數

function drawGame(snake, food, width, height, score)cla; % 清除當前軸% 繪制網格for i = 1:widthfor j = 1:heightrectangle('Position',[i-0.5,j-0.5,1,1],...'EdgeColor',[0.3 0.3 0.3],...'FaceColor',[0.15 0.15 0.15]);endend% 繪制蛇for i = 1:size(snake,1)pos = snake(i,:);rectangle('Position',[pos(2)-0.5,pos(1)-0.5,1,1],...'Curvature',[0.3 0.3],...'FaceColor',[0 0.8 0],...'EdgeColor','none');end% 繪制蛇頭 (不同顏色)head = snake(1,:);rectangle('Position',[head(2)-0.5,head(1)-0.5,1,1],...'Curvature',[0.3 0.3],...'FaceColor',[0 1 0],...'EdgeColor','none');% 繪制食物rectangle('Position',[food(2)-0.5,food(1)-0.5,1,1],...'Curvature',[1 1],...'FaceColor',[1 0 0],...'EdgeColor','none');% 更新分數scoreText.String = ['分數: ' num2str(score)];drawnow;
end

3. 游戲功能擴展 ?

讓我們為游戲添加更多有趣的功能!

3.1 障礙物模式

% 初始化障礙物
obstacles = [5,5; 5,6; 5,7; 15,15; 15,16; 15,17];% 修改碰撞檢測函數
function collision = checkCollision(snake, width, height, obstacles)head = snake(1,:);% 檢查邊界碰撞if head(1) < 1 || head(1) > height || head(2) < 1 || head(2) > widthcollision = true;return;end% 檢查自身碰撞if size(snake,1) > 1 && ismember(head, snake(2:end,:), 'rows')collision = true;return;end% 檢查障礙物碰撞if exist('obstacles','var') && ~isempty(obstacles) && ismember(head, obstacles, 'rows')collision = true;return;endcollision = false;
end

3.2 特殊食物效果

% 定義食物類型
foodTypes = struct(...'normal', struct('color',[1 0 0], 'score',10, 'effect','none'),...'golden', struct('color',[1 1 0], 'score',50, 'effect','speedUp'),...'toxic', struct('color',[0 1 0], 'score',-20, 'effect','shrink')...
);% 修改食物生成函數
function [food, foodType] = generateFood(width, height, snake)% 80%普通食物,15%黃金食物,5%有毒食物r = rand();if r < 0.8foodType = 'normal';elseif r < 0.95foodType = 'golden';elsefoodType = 'toxic';end% 生成位置while truefood = [randi(height), randi(width)];if ~ismember(food, snake, 'rows')break;endend
end

4. AI對戰實現 🤖

現在讓我們實現一個簡單的AI自動玩貪吃蛇!

4.1 路徑尋找算法

我們將使用A*算法來尋找蛇頭到食物的最短路徑。

function path = findPath(snake, food, width, height, obstacles)% 實現A*算法尋找路徑start = snake(1,:);goal = food;% 初始化開放集和關閉集openSet = start;closedSet = [];% 來自節點的路徑cameFrom = containers.Map();% gScore[node] = 從起點到node的實際距離gScore = containers.Map(mat2str(start), 0);% fScore[node] = gScore[node] + h(node) (估計總距離)fScore = containers.Map(mat2str(start), heuristic(start, goal));while ~isempty(openSet)% 在開放集中找到fScore最小的節點[~, currentIdx] = min(cell2mat(values(fScore, mat2str(openSet))));current = openSet(currentIdx,:);% 如果到達目標if isequal(current, goal)path = reconstructPath(cameFrom, current);return;end% 從開放集移動到關閉集openSet(currentIdx,:) = [];closedSet = [closedSet; current];% 檢查所有鄰居neighbors = getNeighbors(current, width, height, snake, obstacles);for i = 1:size(neighbors,1)neighbor = neighbors(i,:);% 如果鄰居在關閉集中,跳過if ismember(neighbor, closedSet, 'rows')continue;end% 計算從起點到鄰居的臨時gScoretempGScore = gScore(mat2str(current)) + 1;% 如果鄰居不在開放集中,或者找到更好的路徑if ~ismember(neighbor, openSet, 'rows') || ...tempGScore < gScore(mat2str(neighbor))cameFrom(mat2str(neighbor)) = current;gScore(mat2str(neighbor)) = tempGScore;fScore(mat2str(neighbor)) = tempGScore + heuristic(neighbor, goal);if ~ismember(neighbor, openSet, 'rows')openSet = [openSet; neighbor];endendendend% 開放集為空但未找到路徑path = [];
end

4.2 啟發式函數

function h = heuristic(pos, goal)% 曼哈頓距離h = abs(pos(1)-goal(1)) + abs(pos(2)-goal(2));
end

4.3 AI決策函數

function direction = decideAIMove(snake, food, width, height, obstacles)% 尋找路徑path = findPath(snake, food, width, height, obstacles);if ~isempty(path)% 路徑存在,按路徑移動nextPos = path(1,:);head = snake(1,:);% 確定方向if nextPos(1) < head(1)direction = 1; % 上elseif nextPos(1) > head(1)direction = 3; % 下elseif nextPos(2) > head(2)direction = 2; % 右elsedirection = 4; % 左endelse% 沒有找到路徑,采取避險策略directions = [1,2,3,4]; % 上,右,下,左validDirections = [];% 檢查每個方向是否安全for dir = directions[newSnake, ~] = moveSnake(snake, dir, food, width, height);if ~checkCollision(newSnake, width, height, obstacles)validDirections = [validDirections, dir];endend% 如果有安全方向,隨機選擇一個if ~isempty(validDirections)direction = validDirections(randi(length(validDirections)));elsedirection = 1; % 沒有安全方向,默認向上(游戲結束)endend
end

🎉 完整代碼 🎉

下面是一個完整可運行的貪吃蛇游戲代碼,適配MATLAB 2016b:

function snakeGame()% 主貪吃蛇游戲函數% 初始化游戲參數clcclearclose allwidth = 20;height = 20;snake = [10,10; 10,9; 10,8];  % 初始蛇direction = 2;                 % 初始方向 (右)[food, foodType] = generateFood(width, height, snake);gameOver = false;score = 0;speed = 0.1;obstacles = [5,5; 5,6; 5,7; 15,15; 15,16; 15,17]; % 障礙物
%     aiMode = false; % 是否啟用AI模式aiMode = true; % 是否啟用AI模式% 初始化圖形界面fig = figure('Name','MATLAB貪吃蛇','NumberTitle','off',...'MenuBar','none','Color',[0.2 0.2 0.2],...'KeyPressFcn',@keyPressHandler);axis equal; axis off; hold on;set(gca,'XLim',[0.5 width+0.5],'YLim',[0.5 height+0.5],...'XTick',[],'YTick',[],'Color',[0.1 0.1 0.1]);% 分數顯示scoreText = text(width+2, height/2, ['分數: 0'],...'Color','w','FontSize',12);% 游戲模式顯示modeText.String = text(width+2, height/2+2, ['模式: 手動'],...'Color','w','FontSize',12);% 主游戲循環while ~gameOver% AI模式下的自動移動if aiModedirection = decideAIMove(snake, food, width, height, obstacles);modeText.String = '模式: AI自動';elsemodeText.String = '模式: 手動';end% 移動蛇[snake, ateFood] = moveSnake(snake, direction, food, width, height);% 檢查游戲結束條件gameOver = checkCollision(snake, width, height, obstacles);% 如果吃到食物if ateFoodswitch foodTypecase 'normal'score = score + 10;case 'golden'score = score + 50;speed = max(0.05, speed * 0.9); % 加速case 'toxic'score = max(0, score - 20);if size(snake,1) > 3snake = snake(1:end-1,:); % 縮短endend[food, foodType] = generateFood(width, height, snake);end% 繪制游戲畫面drawGame(snake, food, width, height, score, obstacles, foodType);% 控制游戲速度pause(speed);end% 游戲結束顯示text(width/2-2, height/2, '游戲結束!', 'Color','r','FontSize',20);text(width/2-4, height/2-1, ['最終分數: ' num2str(score)],...'Color','w','FontSize',15);% 鍵盤處理函數function keyPressHandler(~, event)switch event.Keycase 'uparrow'if direction ~= 3 % 不能直接反向direction = 1;endcase 'rightarrow'if direction ~= 4direction = 2;endcase 'downarrow'if direction ~= 1direction = 3;endcase 'leftarrow'if direction ~= 2direction = 4;endcase 'space'aiMode = ~aiMode; % 切換AI模式case 'escape'gameOver = true;endend
endfunction [food, foodType] = generateFood(width, height, snake)% 80%普通食物,15%黃金食物,5%有毒食物r = rand();if r < 0.8foodType = 'normal';elseif r < 0.95foodType = 'golden';elsefoodType = 'toxic';end% 生成位置while truefood = [randi(height), randi(width)];if ~ismember(food, snake, 'rows')break;endend
endfunction [newSnake, ateFood] = moveSnake(snake, direction, food, width, height)% 計算新頭部位置head = snake(1,:);switch directioncase 1 % 上newHead = [head(1)-1, head(2)];case 2 % 右newHead = [head(1), head(2)+1];case 3 % 下newHead = [head(1)+1, head(2)];case 4 % 左newHead = [head(1), head(2)-1];end% 檢查是否吃到食物ateFood = isequal(newHead, food);% 更新蛇身if ateFoodnewSnake = [newHead; snake]; % 吃到食物,不刪除尾部elsenewSnake = [newHead; snake(1:end-1,:)]; % 沒吃到,刪除尾部end
endfunction collision = checkCollision(snake, width, height, obstacles)head = snake(1,:);% 檢查邊界碰撞if head(1) < 1 || head(1) > height || head(2) < 1 || head(2) > widthcollision = true;return;end% 檢查自身碰撞if size(snake,1) > 1 && ismember(head, snake(2:end,:), 'rows')collision = true;return;end% 檢查障礙物碰撞if exist('obstacles','var') && ~isempty(obstacles) && ismember(head, obstacles, 'rows')collision = true;return;endcollision = false;
endfunction drawGame(snake, food, width, height, score, obstacles, foodType)cla; % 清除當前軸% 繪制網格for i = 1:widthfor j = 1:heightrectangle('Position',[i-0.5,j-0.5,1,1],...'EdgeColor',[0.3 0.3 0.3],...'FaceColor',[0.15 0.15 0.15]);endend% 繪制障礙物if exist('obstacles','var') && ~isempty(obstacles)for i = 1:size(obstacles,1)pos = obstacles(i,:);rectangle('Position',[pos(2)-0.5,pos(1)-0.5,1,1],...'FaceColor',[0.5 0.5 0.5],...'EdgeColor','none');endend% 繪制蛇for i = 1:size(snake,1)pos = snake(i,:);color = [0 0.8 0]; % 身體綠色if i == 1color = [0 1 0]; % 頭部亮綠色endrectangle('Position',[pos(2)-0.5,pos(1)-0.5,1,1],...'Curvature',[0.3 0.3],...'FaceColor',color,...'EdgeColor','none');end% 繪制食物switch foodTypecase 'normal'foodColor = [1 0 0]; % 紅色case 'golden'foodColor = [1 1 0]; % 黃色case 'toxic'foodColor = [0 1 0]; % 綠色endrectangle('Position',[food(2)-0.5,food(1)-0.5,1,1],...'Curvature',[1 1],...'FaceColor',foodColor,...'EdgeColor','none');% 更新分數textObjects = findobj(gca,'Type','text');for i = 1:length(textObjects)if strcmp(textObjects(i).String(1:2), '分數')textObjects(i).String = ['分數: ' num2str(score)];endenddrawnow;
endfunction direction = decideAIMove(snake, food, width, height, obstacles)% 簡單AI決策:尋找食物路徑或避險% 1. 嘗試尋找路徑到食物path = findPath(snake, food, width, height, obstacles);if ~isempty(path)% 路徑存在,按路徑移動nextPos = path(1,:);head = snake(1,:);% 確定方向if nextPos(1) < head(1)direction = 1; % 上elseif nextPos(1) > head(1)direction = 3; % 下elseif nextPos(2) > head(2)direction = 2; % 右elsedirection = 4; % 左endelse% 沒有找到路徑,采取避險策略directions = [1,2,3,4]; % 上,右,下,左validDirections = [];% 檢查每個方向是否安全for dir = directions[newSnake, ~] = moveSnake(snake, dir, food, width, height);if ~checkCollision(newSnake, width, height, obstacles)validDirections = [validDirections, dir];endend% 如果有安全方向,隨機選擇一個if ~isempty(validDirections)direction = validDirections(randi(length(validDirections)));elsedirection = 1; % 沒有安全方向,默認向上(游戲結束)endend
endfunction path = findPath(snake, food, width, height, obstacles)% 簡化版A*路徑尋找算法start = snake(1,:);goal = food;% 如果可以直接移動,直接返回if abs(start(1)-goal(1)) + abs(start(2)-goal(2)) == 1path = goal;return;end% 簡單實現:總是嘗試先水平后垂直或先垂直后水平path1 = []; path2 = [];% 嘗試先水平后垂直if start(2) ~= goal(2)intermediate = [start(1), goal(2)];if ~checkCollision([intermediate; snake], width, height, obstacles) && ...~checkCollision([goal; intermediate; snake], width, height, obstacles)path1 = [intermediate; goal];endend% 嘗試先垂直后水平if start(1) ~= goal(1)intermediate = [goal(1), start(2)];if ~checkCollision([intermediate; snake], width, height, obstacles) && ...~checkCollision([goal; intermediate; snake], width, height, obstacles)path2 = [intermediate; goal];endend% 返回找到的路徑if ~isempty(path1)path = path1;elseif ~isempty(path2)path = path2;elsepath = [];end
end

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結語 🏁

恭喜你完成了這個MATLAB貪吃蛇游戲的完整實現!🎉 從基礎版本到圖形界面,再到AI自動對戰,我們一步步構建了一個功能豐富的游戲。

你可以進一步擴展這個項目:

  • 添加更多特殊食物效果 🍎🍇🍍
  • 實現多人對戰模式 👥
  • 改進AI算法,使用更智能的路徑規劃 🧠
  • 添加音效和更多視覺特效 ?

希望這篇教程對你有所幫助!Happy coding! 💻🐍

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模板信息 簡歷范文名稱&#xff1a;渠道銷售簡歷模板范文&#xff0c;所屬行業&#xff1a;其他 | 職位&#xff0c;模板編號&#xff1a;KRZ3J3 專業的個人簡歷模板&#xff0c;邏輯清晰&#xff0c;排版簡潔美觀&#xff0c;讓你的個人簡歷顯得更專業&#xff0c;找到好工作…

Java大數據可視化在城市空氣質量監測與污染溯源中的應用:GIS與實時數據流的技術融合

隨著城市化進程加速&#xff0c;空氣質量監測與污染溯源成為智慧城市建設的核心議題。傳統監測手段受限于數據離散性、分析滯后性及可視化能力不足&#xff0c;難以支撐實時決策。2025年4月27日發布的《Java大數據可視化在城市空氣質量監測與污染溯源中的應用》一文&#xff0c…

《面向對象程序設計-C++》實驗五 虛函數的使用及抽象類

程序片段編程題 1.【問題描述】 基類shape類是一個表示形狀的抽象類&#xff0c;area( )為求圖形面積的函數。請從shape類派生三角形類(triangle)、圓類&#xff08;circles&#xff09;、并給出具體的求面積函數。注&#xff1a;圓周率取3.14 #include<iostream> #in…

用c語言實現——一個交互式的中序線索二叉樹系統,支持用戶動態構建、線索化、遍歷和查詢功能

知識補充&#xff1a;什么是中序線索化 中序遍歷是什么 一、代碼解釋 1.結構體定義 Node 結構體&#xff1a; 成員說明&#xff1a; int data&#xff1a;存儲節點的數據值。 struct Node* lchild&#xff1a;該節點的左孩子 struct Node* rchild&#xff1a;該節點的右孩子…

高擬人化客服機器人顯著提升用戶接受度

高擬人化客服機器人顯著提升用戶接受度 目錄 高擬人化客服機器人顯著提升用戶接受度思維導圖詳細總結一、研究背景與目的二、理論基礎與變量設計三、研究方法與實驗設計四、核心結論與策略建議五、研究局限與未來方向關鍵問題與答案高擬人化客服機器人顯著提升用戶接受度,且與…

202534 | KafKa簡介+應用場景+集群搭建+快速入門

Apache Kafka 簡介 一、什么是 Kafka&#xff1f; Apache Kafka 是一個高吞吐量、分布式、可擴展的流處理平臺&#xff0c;用于構建實時數據管道和流應用程序。它最初由 LinkedIn 開發&#xff0c;并于 2011 年開源&#xff0c;目前由 Apache 軟件基金會進行維護。 Kafka 具備…

Blender 初學者指南 以及模型格式怎么下載

glbxz.com glbxz.com 可以直接下載Blender格式模型 第 1 步&#xff1a;打開 這就是 blender 打開時的樣子。 您面對的是左側和右側的工具欄&#xff0c;頂部是文件作&#xff0c;底部是時間軸&#xff0c;中間是 3D 視圖。 Blender 的默認起始網格是一個立方體&#xff0c…