实践出真知：零基础小白学编程作游戏的 14 周历程

人人都应该学编程吗？随着每一个人的工做与电脑连结愈发紧密，也许这是真的。

我是游戏设计师，在分工细致的国内网游业界，不须要研发或美术背景也能担当游戏设计重任的角色多了起来。有时候他们甚至只需负责撰写剧情文档或游戏文案，一切涉及程序的工做内容都有开发同窗代为解决。不离开本身的 comfort zone 也能很好地完成任务。

但在本职以外，了解程序如何工做，能带来许多好处：平常工做中重复的工序能够自行使用程序解决；易犯的错误能够经过程序避免；更不用提编写脚本的能力，可以让你直接控制你所设计的内容的每一个细节，了解设计的边界及内部空间。

毕竟，太初之时，只有程序。程序员想：「专职美术、策划、设计、产品经理是好的。」便有了他们一干人等。

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「每周一游」：每一个星期快速开发一个游戏，连续进行数个星期。这是许多开发者们磨练本身想法和技巧的方式。

我没有计算机背景或美术基础，但乘中国游戏行业大发展，却也幸运入行成为一名游戏策划。我但愿在平常工做之余，用一个办法来锻炼本身对游戏系统设计和开发过程的理解。所以，我参加了 Coursera 上的几个课程，而且用课程提供的方便工具来实现设想中的功能。

一开始的成果很是基本、很是简单，但到后面挑战等级逐渐上升，到最后已经能独立完成 600 行左右的程序。

接下来我就给各位看看我在这近四个月中的成果，以及我从中学习和体会到的内容。我尽可能省略比较枯燥的实现细节，一来能够避免无聊，二来须要下功夫的东西仍是亲手实践比较有帮助。若有兴趣可来个人微博交流。

第一周：包剪锤蜥史波克（Rock-paper-scissors-lizard-Spock）

Sheldon 喜欢的游戏。

谢耳朵爱玩的游戏，石头剪子布的升级版。内容最最基本，只要在控制台里输入命令，命令经过 if-elif-else 转化成数字（0-4，分别表明出的5个东西）。

电脑则会随机生成一个数字，转换成字符串。再根据双方数字，用 if-else 判断胜负便可。

对我来讲这是本身亲手编写的第一个游戏。它虽然简单，但包含了一个游戏必须的所有要素：它有着固定的开始和结束，以及胜负的规则。

第二周：猜数字

猜数字游戏就是由电脑随机生成指定范围内的一个数字，由你来猜，电脑告诉你是高仍是低，必定次数后未猜中则输掉的游戏。

在这个游戏中第一次引入全局变量的概念。初始化时，上下限以及容许你猜想的次数都是读取全局变量。这样一来，咱们能够在游戏核心的方法以外，使用别的方法来修改全局变量，让玩家能够本身选择数字范围和猜想次数。游戏自己则依然是 if-elif-else 这样写成的。

这是我亲手编写的第一个能够由玩家调整游戏设置的游戏。

第三周：秒表游戏

秒表游戏是个考反应的游戏。点击开始后秒表开始向前走，若你按停秒表时，秒表的时间恰巧停在整数（小数点后为0），则你得1分。游戏会记录你按停的总次数和得分数。

这个游戏中涉及到为每一个功能编写单独的方法。如玩家控制的按钮start()、stop()、reset()；游戏自己时间前进的tick()等。同时，为了让时间正确地显示在屏幕上，还有一个将时间转化为「A:BC:D」这种形式的方法。

咱们计时的方法是定义一个叫 time 的变量。因为这个游戏中最小的计时单位是 0.1 秒，因此每通过 100 毫秒咱们就让这个数字 +1。与此同时，编写一个 format() 方法通过一系列计算将这个数字转化为分、秒和0.1秒，显示在屏幕上便可。判断玩家是否得分仍然使用 if-else 结构。

这是第一次涉及到玩家进行的复杂操做，也是第一次认识到，在游戏画面的表象之下究竟应该有些什么机制在运行。

第四周：乒乓（Pong）

终于咱们从小朋友玩的游戏进入了街机时代！

传说 Pong 是世界上第一个电子游戏。在那个游戏机只有滚轴操做的年代，这个有着极简单画面的游戏启发了无限后来者。看着它在手下造成还有些小感动呢。

这个游戏也是我制做的第一个不模拟现实中的「逻辑」，而是模拟「物理」的游戏。它的核心部分是球的速度变化、板子的速度变化，以及球与边界和板子的碰撞。

为了让这个游戏不至于无限地进行下去，我让球的速度随着每一次板子碰撞上升。但上升的公式写成了指数函数，因而这球就啪啪啪越打越快每一回合很快就结束了。若改成对数函数，则会缓慢地趋近一个上限，令每一回合后期的双人对局很是紧张、充满变数。

这是我第一次体会到游戏的「手感」究竟是怎么回事。每一次对参数的细微调整对手感带来的变化，可让设计者与游戏自己有着更深入的接触。这是在目前分工充分的网游公司的平常工做中体会不到的感受。

除此以外，很快地你就能从一个简单原型中看出将来变化的可能。是否能够加入：

• 「球击打在板子的不一样部位，会弹向不一样方向」？
• 「当板子击球时，板子自己的速度会令球曲线飞出」？
• 或者「连续击中球数次后玩家能够发出大招」？

等等诸如此类。想到这里，这个游戏能成为数十年游戏业的起点，也是有其道理的。

第五周：记忆游戏

记忆游戏就是将多对牌打乱顺序朝下放置，玩家一次翻开两张，若相同则原样留着，若不一样则翻回去。全部牌都翻开后玩家胜利。

在这个游戏中，暂且用数字来代替扑克牌。咱们用了一个 list （我有点搞不太清 list, array, tuple, set 几个词的中文翻译，不乱讲了……）来以 Boolean 值（True 和 False）记录每张牌是否翻开的状态。当设为翻开时，露出数字，不然在相应位置绘制一张牌背。

这个游戏的逻辑方面比较 tricky 的地方就是整个游戏实际上有三种状态，须要分别处理：

1. 新游戏，一张牌都没翻开
2. 翻开了（本回合内）第一张牌，等待翻开第二张
3. 翻开了（本回合内）第二张牌，等待判断是否相同

因而我使用一个叫作 state 的变量，分别以 0, 1, 2 表明三种状态。在核心方法中利用 state 的值来决定接下来要作什么。

第六周：21点（Blackjack）

啊，21 点。我人生中接触的第一个扑克游戏。是的，在我会打「拖拉机」以前，7岁的我就在DOS下的初代大航海时代的酒馆里学会了 21 点。这是年幼的我在那个游戏里玩懂的惟一一个系统……

这是个赌博游戏。简单来讲规则是：庄家给本身和玩家各发(deal)一张暗牌、一张明牌，玩家决定是否继续加牌(hit)；玩家加牌结束(stand)后庄家自行加牌，接着双方摊牌。拥有最高点数的玩家获胜，其点数必须等于或低于21点。

在编写这个游戏的过程当中第一次引入了类(class)概念。由于在游戏中许多物件都会重复出现，使用类能够很方便地重复制造它们：

• 每一张牌是 Class Card；
  
  
  • 方法 get_suit() 能够获取它的花色；
  • 方法 get_rank() 能够获取它的数字；
  • 还有一个方法来把它绘制出来。
• 手牌是 Class Hand；
  
  
  • 方法 add_card() 能够在手牌中增长一张牌；
  • 方法 get_value() 能够算出手牌的分数。
• 牌库则是 Class Deck。
  
  
  • 方法 shuffle() 能够洗牌库；
  • 方法 deal_card() 用来发牌。

规定好这些基础方法之后，重发牌、加牌、摊牌均可以经过这些功能的组合来实现。例如开局就是洗牌库，向双方发牌；双方手牌加上两张发出来的牌。等等。

此外这个游戏还第一次涉及到怎样在画面上绘制固定的图形。整张牌表是一张大图，怎么样根据牌的值定位到对应的牌面也是要好好算一下。

第七周：小行星（Asteroid）

经典街机游戏的复刻版！大制做来临了！

这回的游戏涉及的内容比之前多，除了控制小飞船打来打去以外，动画、音效、UI 等也都引入了游戏中。但每一部分的实现均可以经过以前尝试的小功能叠加实现。简单地了解游戏图像和声音到底怎么运做后，并没有特别的困难。只是这一次我学着一个模块一个模块渐次开发和测试，一个功能调通无误，再进行下一个。

反而是在游戏设计方面，制做这个游戏的过程给我带来不少思考。在这个游戏中可供调整的变量太多了：飞船须要推动和旋转；但推动是给飞船一个向前的加速度，而飞船自己还会有向着其余方向的速度。宇宙空间中微小的摩擦力、和陨石撞击后受到的力，都要考虑而且编入游戏中。

这时你会发现，一样的一些参数，通过调整会让整个游戏变得完全不一样。这艘飞船究竟是笨重、转向慢、射速慢、射程远的战列舰，仍是轻盈、转向快、射速快、射程近的战斗机？你要躲闪的是从一个方向袭来的流星群（陨石都从一边来，并且向一个方向阻力特别大），仍是四面八方出现的乱石？每一种选择，好像都挺好玩的……

到这时我才了解到一个游戏设计者脑中「指挥意图」清晰的重要性。你到底要作一个什么样的游戏，给玩家带来什么样的情感？只有一个大概的「我要爽」是不够的：到底是控制巨大战舰缓慢机动将将擦过一块流星的那种屏气凝神的爽，仍是控制战斗机高速穿梭在流星群中那种险象环生的爽？有时候本身也会犹豫。只有记住一开始你要提供的是怎么样的情感，而且在全程中反复回看，才不会偏离目标。

一我的制做尚且如此，当须要团队合做的时候，若不把一个肯定的思路贯彻到底，怎么行呢？

第八周：2048

啊，HTML 小游戏。在这个星期，2048 游戏忽然流行了起来。因而我也跟风复刻了一个。看似简单的游戏，真的要作出来，对于新手来讲仍是挺费脑筋的。

第一个问题就是，这个网格怎么作呢？我采用的转化方法是使用一个二维的list。看起来就是：

[[0, 1, 2, 3]
[0, 1, 2, 3]
[0, 1, 2, 3]
[0, 1, 2, 3]]

这样一来，若是我要定位到第三(2)行第一(0)个格子，我就读取这个 list 中的 List[2][0] 便可。这样一来看起来颇为直观，又能解决问题。

接下来又有好几个问题须要一一解决。首先，当你按下一个方向键之后，全部行（列）的数字都会向着那个方向合并。这件事怎么办呢？

首先我单独写了一个 merge() 方法。只要传来一个 list，就逐个 iterate 并将合并后的值返回去。而后在主要 Class 中间的移动方法 move() 中规定，向哪一个方向移动，就以那个方向的四个格子为排头创建四个 list，传去 merge() 那边再替换回来。这样一来这个游戏的核心规则就实现完成，剩下的边边角角多测试修缮便可。当测试成功的那一刻真是有一种爆棚的成就感——不多有解谜游戏的谜题能这样让你研究琢磨几个小时。

当你把游戏的每一个部分分入不一样的 Class 和方法中后，能够感受到效率提高很多。例如你在制做模块 B ，此时要用到模块 A 中的功能，你能够彻底无论模块 A 怎么实现的，只要把指定的数据传进去，等着它传出结果来就行了。

第九周：Cookie Clicker（点击-放置游戏）

这是个挺有病（误）的游戏。你只要点这块饼干就能够加饼干数，饼干能够买帮你加饼干的道具，越高级的道具加饼干越快，子子孙孙无穷匮也。据说最近这种放置类游戏在一些小圈子里挺流行的……

游戏自己的设计相对简单。加饼干数，加加饼干速度，获取各类升级和冷却的时间，购买道具等等，并不复杂。

但咱们不想本身玩，咱们想要电脑自动玩，算出最快速的策略，看看到底能得到多少饼干。

为了这样，咱们专门作了一个叫 simulator_clicker() 的方法，它会根据输入的策略，在合适的时间购买固定道具；而每一个策略均可以另外定义。这样一来，这个方法里引用的方法又引用了别的方法，复杂性上了一个台阶。

至于「策略」，就进入了 AI 的范畴。此时咱们虽然只能使用最基本的条件判断，但反复计算应该让 AI 怎样动做，仍是挺有挑战性的。只不过，发现让 AI 采用「纯随机策略」乱买道具出来的结果比你辛苦计算的结果还好，就有点蛋疼……

第十周：Yahtzee

这是个投骰的游戏，一样涉及本身的「手」概念。你们本身玩一玩这个就明白了。 这一次制做的只涉及分数表上半区的部分。

Yahtzee游戏打印出的策略

为这个游戏编写 AI 最有趣的地方是涉及到了几率和指望。我手上还有这么些骰子，那么接下来可能出现的全部手我都要算一遍，列成一个树，而后找到几率最大的一种。我把列出全部可能手、为一手计算指望值、为一手计算分数和 AI 策略分别写在 4 个方法里。

第十一周：僵尸末日

一群人类（绿点）被僵尸（红点）包围在破败废墟中的场景。请自行脑补。

啊，僵尸。也不知道谁规定的，僵尸及其变种的怪物成了无数影视游戏中人类能够毫无道德顾虑地击杀的游戏怪物。

这个游戏的画面如上图所示：

• 黑色是障碍物。能够理解为房子、篱笆、烂掉的车什么的；任何单位不能经过。
• 红色是僵尸。它们能够向上下左右四个方向移动，会自动前往最近的人类。
• 绿色是人类。他们能够向8个方向移动，会自动远离僵尸。请不要吐槽为何颜色好像应该反过来。
• 紫色是感染者。被僵尸抓到的人类就会这样，不会动。能够理解为啃翻在地上，过一下子就要变成僵尸起来。

全部的格子都是能够由玩家自行布置的。所以这是个乐趣在于 YY 的沙盒游戏。

点击 "humans flee" 按钮则人类移动一回合，点击 "zombies stalk" 按钮则僵尸移动一回合。它们采起的寻路策略都是广度优先搜索。游戏不会结束，你能够在这个沙盒中给本身安排胜利条件。布置各类各样的场面看着它们行动，也还能支撑个半小时的乐趣，是到目前为止制做的可玩性最强的游戏……

一样的，这个游戏也是一个具备充分扩展性的游戏。感染者会不会转化成僵尸？人类能不能拿到武器反击僵尸？僵尸中间会不会有特殊感染者，可以范围攻击、远程拉住人类、能跳来跳去或者会爆炸？玩家这个上帝的力量有多大？跳出「玩家扮演游戏中的某个角色」的框框，会发现沙盒类游戏的乐趣所在。

第十二周：猜词游戏

猜词游戏就是这样：你指定一个词，电脑会搜索词库，将这个词的字母能组成的全部词以星号遮住，你逐个尝试将他们列出来的游戏。

这个游戏中第一次涉及到读取文件。

为了成功的读取到输入的词汇而且匹配全部可能组成的词，咱们须要使用一个 merge_sort() 方法来将一个打乱的列表变成有序的。这时我第一次接触到「递归(recursion)」。

要理解递归，首先要理解递归（误）。也就是说这个方法本身不断引用本身。看起来就像

merge_sort(something):
    ...
    merge_sort(something_again)
    ...

这样。

设计一个递归方法前，首先要明确中止递归的条件(base case)。在这个基础上推算每一步应该怎么办。能够拿一个简单的例子在纸上演示，无误后写出来看看效果。

个人设想中，当给出一个 list 后，首先应当将其分红两半，当字母的个数小于等于 1 就应该中止递归。

最后写成的方法看起来像这样：

def merge_sort(list1):
    """
    Sort the elements of list1.
    Return a new sorted list with the same elements as list1.
    This function should be recursive.
    """
    new_list = list(list1)
    # base case: when length is 1 or 0
    if len(new_list) <= 1:
        return new_list
    # recurrences:
    if len(new_list) > 1:
        # split in half
        mid = len(new_list) / 2
        half_list1 = new_list[0:mid]
        half_list2 = new_list[mid:]
        # call merge_sort on each half
        list1_sorted = merge_sort(half_list1) 
        list2_sorted = merge_sort(half_list2)
        # and merge each sorted <- 在这个方法中会对2个元素进行排序
        return merge(list1_sorted, list2_sorted)

对我来讲递归仍是挺复杂的。一个简单的递归就要想好久，不过想清楚了以后的效果仍是不错的。很多复杂的游戏设计中都会出现相似的规则。

固然，你也能够不使用递归，而是设定一些条件重复地调用一个方法。但那样的话代码量就变得很大，执行效率可能也会变慢。你是要牺牲易理解性换取效率，仍是牺牲效率换取易理解性呢？不少时候玩家也会试图来理解你游戏的内在逻辑，能不能让他们轻松办到呢？

第十三周：九宫格（tic-tac-toe）

九宫格，世界各地的小朋友可能都玩过的经典游戏。放大到5连就是五子棋。

为这个游戏编写电脑对手采用的是所谓的「蒙特卡罗方法」。也就是从目前这一步开始，推算出每个可能的游戏结果。胜则加分，负则扣分，和则不加不减；最后选定分数最高的一步落子。这种算法在棋盘复杂的的状况下很难实用，但应付九宫格是绰绰有余。

而后，为了测试这个对手到底强不强，我把游戏规则反了一下变成「逆九宫格」。也就是谁先连到 3 个就算输。这种模式下，没有下中间那个位置的不败手，更能看出电脑的实力。第一盘我还没反应过来，结果输掉了。

逆九宫格：先达成三个一线者负

到这里，我编写的 AI 就摆脱了特别直觉的 if-else 或者广度优先搜索规则，进入了一个发挥其强大计算力的时代。假如把棋盘扩大几倍，胜利条件相应放大，人类就很难打败电脑了。

第十四周：数字推盘游戏（n-Puzzle）

一开始的游戏是15个方格，数字错乱了，须要你来把它们移动回正确的位置。有一种改进型就是拼图，首先你要找出图片的正确顺序，而后还要推回正确位置。

游戏自己的规则不难，但要作一个自动解 Puzzle 的 AI 就有点意思了，根据反复试玩观察，一个盘面能够分为几个区域，各自有固定解法：

• 第二行如下第一列右侧的的
• 第二行如下最左边一列的
• 第一行的
• 第二行的
• 最末阶段左上角的4个

你们能够观察动画里面解开的过程，研究一下在这些区域我让电脑怎么动做的……

一个个模块分别编写和测试，在内部再分状况讨论，真是件体力活！但只要测试无误，不管这个 puzzle 扩展到多大，解开它也就是时间问题。之后谁再拿这种东西为难你，只要把题目输入进去，就能看着电脑瞬间自动解开而且给你一个操做顺序了。

结语

在整个的 14 周过程当中间，我从能写简单的几十行程序，逐渐进步到能完成较复杂的600行程序（不含UI部分）。在此过程当中，我逐步学到和应用的知识有：

• python 基础语法
• 变量
• list
• 方法(function)
• 类(class)
• 各类算法
• 递归
• 编程的 style 要求

……等等，族繁不及备载。这些知识以及应用的方法有可能忘却，但在此过程当中有着更多东西是令我体会深入，很难忘记的：

• 将「手感好」、「手感很差」等感受分析成多个具体部分，进行调整。
• 评估各类实现某个功能的手段，依据其复杂程度或者实现效率。
• 分步计划并实现你指望的功能，最后组合成完整的游戏。

这些是在布鲁姆教育目标分类法被列为比较高级的认知类型。知识能够被忘记，理解和应用的过程会让你有一些印象，而分析、评估、合成的过程则能够逐步内化成你本身的能力。你从别人那里听来的经验是知识，也许你在本身行事的过程当中可以理解一些、应用一些，但更高级的认知，则非亲手实践不能取得。

若是你在游戏或者互联网行业，但你并不知道程序同窗们怎么工做、想些什么；或者总以为本身的设想与实现之间有着一道障壁。也许本身亲手实现(implement)本身设想的过程会带给你启发。

至少我在这 14 周每周作一个游戏的过程当中，确实有这样的体会。除此以外，亲手实现设计的快感，掌握本身做品的快感，也是无可比拟的。