tic-tac-toe_3x3

Модуль для реалізації гри хрестики-нулики на полі 3x3. Реалізовано на Python з учбовою метою, але це не заважає використовувати цей пакет для реалізації гри в різноманітних варіантах.

Модуль надає абстрактні класи які визначають інтерфейси для реалізації гри для власних варіантів візуалізації.

додано в версії 1.1.0:

• класи з асинхронними методами: AsyncRenderer, AsyncPlayer, AsyncComputerPlayer, AsyncRandomComputerPlayer, AsyncMinimaxComputerPlayer, AsyncTicTacToe. Вони є повними аналогами відповідних класів без префіксу "Async" і мають аналогічні методи, але асинхронні.

В модулі реалізована нескладна консольна гра, яка використовується для демонстрації використання модуля і основних її конструкцій.

1. Інсталяція.

Встановлення модуля:

pip install tic-tac-toe-3x3

2. Використання консольного варіанту гри.

Консольний варіант гри використовується для демонстрації можливостей модуля і використання у якості прикладу використання API модуля для реалізації власних варіантів гри.

2.1. Запуск консольного варіанту гри.

Запуск консольного варіанта гри:

python -m tic_tac_toe_3x3.console_simple

Опціональні параметри для консольного варіанта гри:

• -X, гравець із відміткою "X". За замовченням має значення "human", доступні варіанти:
  • 'human' - гравець людина, хід вводиться за допомогою консолі
  • 'random' - компʼютерний гравець, хід обирається випадковим чином з доступних
  • 'minimax' - компʼютерний гравець з алгоритмом minimax, перший хід (якщо він перший) обирається випадковим чином, далі - оптимальним
• -0, гравець із відміткою "0". За замовченням має значення "minimax", доступні варіанти:
  • 'human' - гравець людина, хід вводиться за допомогою консолі
  • 'random' - компʼютерний гравець, хід обирається випадковим чином з доступних
  • 'minimax' - компʼютерний гравець з алгоритмом minimax, перший хід (якщо він перший) обирається випадковим чином, далі - оптимальним (використовується реалізація мінімаксного алгоритму)
• --starting, визначає хто починає гру. За замовченням має значення "X", доступні варіанти:
  • 'X' - гравець із відміткою "X" починає гру
  • '0' - гравець із відміткою "0" починає гру

Приклад запуску консольного варіанту гри із запуском двох компʼютериних гравців - з випадковими ходами (X) і використовуючого оптимальну стратегію (0), перший ход робить гравець "0":

python -m tic_tac_toe_3x3.console_simple -X random -0 minimax --starting 0

* - зверніть увагу на використання символу цифри 0 (нуль) а не букви "O"!

2.2. Використання консольного варіанту гри як приклада використання API модуля.

Код консольного варіанту гри розташовано в пакеті tic_tac_toe_3x3.console_simple.

Модулі і призначення:

• __main__.py - використовується для запуску консольного варіанту гри
• args.py - визначає обробку аргументів командного рядка (функція parse_args). Відповідно до введених параметрів (або не введених - за замовченням) створює відповідних гравців і визначає хто починає гру.
• cli.py - визначає основну "стартову" функцію main для режиму командного рядка: отримає від parse_args() всі налаштування для створення гри, створює екземпляр гри ("рушій гри" - екземпляр класу tic_tac_toe_3x3.game.engine.TicTacToe) з конкретними параметрами і запускає цикл гри.
• players.py - визначає клас консольного гравця наслідуючись від абстрактного класу Player і реалізує метод get_move() - специфічний для консольного гравця метод отримання ходу від гравця.
• renderes.py - визначає клас консольного рендерера наслідуючись від абстрактного класу Renderer і реалізує метод render() - специфічний для відображення гри в консолі. Також реалізує специфічні функції для використання в методі render().

3. Використання модуля для власної реалізації гри.

Створення власної реалізації гри на основі наданого рушія гри (екземпляр класу TicTacToe) буде повторювати логіку наведеного консольного варіанту:

• визначити клас специфічного гравця на основі абстрактного класу Player і реалізувати метод get_move() - отримати хід гравця
• визначити клас специфічного рендерера на основі абстрактного класу Renderer і реалізувати метод render() - відображення специфічного для гри відображення стану гри (поле, повідомлення)
• визначити модуль (модулі) які отримують первинні налаштування гри (гравці, хто починає гру), створюють і запускають відповідний рушій гри (екземпляр класу TicTacToe), використовуючи визначені класи гравців і рендерера.

4. API модуля.

• Модуль tic_tac_toe_3x3.game.engine

  пакет game містить елементи які реалізують ігровий механізм - в тому разі і в загальному вигляді (абстрактні класи):

  • Клас TicTacToe

    cтворює гру та реалізує основний ігровий цикл:

    • Параметри:

      • player1 (Player): перший гравець, реалізація якого повинна відповідати абстрактному класу Player.
      • player2 (Player): другий гравець, реалізація якого повинна відповідати абстрактному класу Player.
      • renderer (Renderer): реалізація класу, що наслідує абстрактний клас Renderer для відображення поточного стану гри.
      • error_handler (ErrorHandler | None, за замовчуванням None): функція для обробки помилок.

    • Методи:

      • __post_init__(self) -> None: викликається після ініціалізації для перевірки валідності гравців (різні позначки).
      • play(self, starting_mark: Mark = Mark("X")) -> None: створює гру (перший хід визначається параметром starting_mark), реалізує цикл гри: відобразити стан гри, перевірити умови завершення гри (якщо так - закінчити цикл), отримати наступний хід від чергового гравця (у випадку помилкового ходу - викликати error_handler(), за замовченням - виклик відсутній)
      • get_current_player(self, game_state: GameState) -> Player: повертає гравця, чия черга робити хід.

• Модуль tic_tac_toe_3x3.game.players

  визначає абстрактний клас Player для створення гравців і надає декілька конкретних реалізацій гравців.

  • Клас Player

    абстрактний клас, що представляє гравця в грі.

    • Параметри:

      • mark (Mark): маркер гравця (наприклад, "X" або "O").

    • Методи:

      • make_move(self, game_state: GameState) -> GameState: абстрактний метод, який повинен бути реалізований у підкласах для виконання ходу гравця.

  • Клас ComputerPlayer(Player)

    абстрактний клас специфікований для комп'ютерних гравців. Додає затримку перед ходом для імітації "розміреності" гравця.

    • Параметри:

      • mark (Mark): маркер гравця (наприклад, "X" або "O").
      • delay_seconds (float): затримка перед ходом у секундах. За замовченням встановлюється 0.25 секунди.

    • Методи:

      • make_move(self, game_state: GameState) -> GameState: реалізує хід гравця із затримкою.
      • get_computer_move(self, game_state: GameState) -> Move: абстрактний метод, що повинен бути реалізований у підкласах для визначення ходу комп'ютерного гравця.

  • Клас RandomComputerPlayer(ComputerPlayer)

    компʼютерний гравець що реалізує випадковий хід з числа допустимих правилами гри.

    • Параметри:

      • mark (Mark): маркер гравця (наприклад, "X" або "O").
      • delay_seconds (float): затримка перед ходом у секундах. За замовченням встановлюється 0.25 секунди.

  • Клас MinimaxComputerPlayer(ComputerPlayer)

    реалізація компʼютерного гравця з алгоритмом minimax для визначення оптимального ходу.

    Якщо цей гравець робить перший хід в грі - він робить випадковий хід. Далі обираються оптимальні ходи з точки зору мінімаксної стратегії.

    • Параметри:

      • mark (Mark): Маркер гравця (наприклад, "X" або "O").
      • delay_seconds (float): затримка перед ходом у секундах. За замовченням встановлюється 0.25 секунди.

• Модуль tic_tac_toe_3x3.game.renderers

  • Клас Renderer

    абстрактний клас, що представляє рендерер для відображення стану гри.

    • Методи:

      • render(self, game_state: GameState) -> None: абстрактний метод, який повинен бути реалізований у підкласах для відображення поточного стану гри.

• Модуль `tic_tac_toe_3x3.logic.exceptions

  • Клас InvalidGameState

    Виключення, яке виникає при некоректному стані гри.

  • Клас InvalidMove

    Виключення, яке виникає при некоректному ході.

  • Клас UnknownGameScore

    Виключення яке виникає коли граф гри не може бути зважено. Це може сигналізувати про помилковий стан гри.

• Модуль tic_tac_toe_3x3.logic.minimax

  Надає механізми для реалізації алгоритму minimax для визначення оптимального ходу комп'ютерного гравця.

  • Функція minimax

    допоміжна функція що реалізує рекурсивний алгоритм minimax оцінки запропонованого ходу (Movie) повертає оцінку ходу (-1 (програш), 0 (нічия), 1 (перемога)) з точки зору гравця maximizer і логіки обрання ходів choose_highest_score.

  • Функція find_best_move

    повертає найкращий хід з можливих для поточного гравця в стані гри game_state.

• Модуль tic_tac_toe_3x3.logic.models

  Модуль описує моделі що відповідають сутностям гри.

  • Константа WINNING_PATTERNS

    Список можливих виграшних комбінацій на полі 3x3.

  • Клас Mark

    Маркер гравця ("X" або "0").

  • Клас Grid

    Стан що зберігає і валідує стан сітки (поля гри).

    • Параметри:

      • cells (str): рядок що описує стан сітки (може складатись тільки з символів "X", "0" і " ", загальна кількість символів - 9).

    • Методи:

      • __post_init__(self) -> None: викликається після ініціалізації для перевірки валідності стану сітки.

    • Властивості

      так як Grid є не змінюваним об'єктом, всі властивості - кешовані: обчислюються при першому зверненні, при наступних зверненнях повертаються з кешу.
      • x_count (int): кількість відміток "X" на сітці.
      • o_count (int): кількість відміток "0" на сітці.
      • empty_count (int): кількість пустих клітинок на сітці.

  • Клас Move

    Описує хід гравця. Є типовим обʼєктом для передачі стану - DTO.

    • Параметри:

      • mark (Mark): гравець, що робить хід.
      • cell_index (int): індекс клітинки на полі (від 0 до 8) - куди робить хід гравець.
      • before_state (GameState): стан гри до ходу.
      • after_state (GameState): стан гри після ходу.

  • Клас GameState

    Описує стан гри.

    • Параметри:

      • grid (Grid): стан сітки (поля гри).
      • starting_mark (Mark): маркер гравця що починає гру. За замовченням має значення Mark("X").

    • Методи:

      • __post_init__(self) -> None: викликається після ініціалізації для перевірки валідності стану гри.
      • make_random_move (Move | None): випадковий хід для поточного гравця.
      • make_move_to(index: int) -> Move: створює хід гравця на клітинку з індексом index.
      • evalute_score(self, maximizer: Mark) -> int: оцінює стан гри з точки зору гравця maximizer (використовується для алгоритму minimax).

    • Властивості

      • current_mark (Mark): маркер гравця, що робить хід.
      • game_not_started (bool): показує чи гра не почалася (поле пусте).
      • tie (bool): показує чи гра закінчилася в нічию.
      • game_over (bool): показує чи гра закінчилася.
      • winner (Mark | str | None ): маркер переможця (якщо є).
      • winning_cells (List[int]): список індексів клітинок, що утворюють виграшну комбінацію (якщо є).
      • possible_moves (List[Move]): список можливих ходів для поточного гравця.

• Модуль tic_tac_toe_3x3.logic.validators

  Включає валідатори що використовуються в інших частинах коду для валідації.

• Модуль tic_tac_toe_3x3.console_simple

  Надає реалізацію простого консольного варіанту гри. Може бути використано як зразок використання API модуля для реалізації власних варіантів гри.