網(wǎng)絡五子棋游戲畢業(yè)設計

1、<p><b>　　畢業(yè)論文</b></p><p>　　題 目： 五子棋畢業(yè)設計</p><p>　　系 別： 計算機科學一系 </p><p>　　學生姓名： X X X </p><p>　　專 業(yè)： 軟件工程

2、 </p><p>　　學 號： C2010300XXXX </p><p>　　指導教師： </p><p>　　2012年 X月X日</p><p><b>　　1 引言</b></p><p>　　

3、隨著計算機技術的不斷發(fā)展，網(wǎng)絡技術的普及范圍越來越廣，網(wǎng)絡能夠提供的服務多樣、便捷，已經成為人們生產生活中不可缺少的重要組成部分。如今網(wǎng)絡休閑游戲發(fā)展迅速，它憑借健康、方便、互動性強、益智等諸多優(yōu)點，成為大部分現(xiàn)代人休閑娛樂的首選。</p><p>　　網(wǎng)絡五子棋游戲是使用Java語言開發(fā)的一款游戲。它使用SOCKET建立連接，多線程處理數(shù)據(jù)，以及可嵌入網(wǎng)絡瀏覽器的APPLET作為客戶端，這些特點使這款游戲無論是

4、服務器還是客戶端的實現(xiàn)都相對容易。通過對該軟件的編寫，還可以鞏固學生對以上各種知識的掌握和理解。</p><p>　　2 JAVA語言概述</p><p>　　2.1 JAVA簡介</p><p>　　JAVA是Sun Microsystem公司開發(fā)的編程語言，是一個簡單，面向對象，分布式，解釋性，強壯，安全，與系統(tǒng)無關，可移植，高性能，多線程和動態(tài)的語言。<

5、/p><p>　　2.1.1 JAVA的基本特點</p><p><b>　　(1) 簡單性</b></p><p>　　Java與C++語言非常相近，但Java比C++簡單，它拋棄了C++中的一些不是絕對必要的功能，如頭文件、預處理文件、指針、結構、運算符重載、多重繼承以及自動強迫同型。 Java實現(xiàn)了自動的垃圾收集，簡化了內存管理的工作。<

6、;/p><p><b>　　(2) 面向對象</b></p><p>　　Java提供了簡單的類機制和動態(tài)的構架模型。對象中封裝了它的狀態(tài)變量和方法，很好地實現(xiàn)了模塊化和信息隱藏；而類則提供了一類對象的原型，通過繼承和重載機制，子類可以使用或重新定義父類或超類所提供的方法，從而既實現(xiàn)了代碼的復用，又提供了一種動態(tài)的解決方案。</p><p><

7、;b>　　(3) 多線程</b></p><p>　　多線程使應用程序可以同時進行不同的操作，處理不同的事件。在多線程機制中，不同的線程處理不同的任務，他們之間互不干涉，不會由于一處等待影響其他部分，這樣容易實現(xiàn)網(wǎng)絡上的實時交互操作。</p><p><b>　　(4) 分布性</b></p><p>　　Java是面向網(wǎng)絡的

8、語言。通過它提供的類庫可以處理TCP/IP協(xié)議，用戶可以通過URL地址在網(wǎng)絡上很方便的訪問其他對象。</p><p>　　(5) 體系結構中立</p><p>　　Java是一種網(wǎng)絡語言，為使Java程序能在網(wǎng)絡的任何地方運行，Java解釋器生成與體系結構無關的字節(jié)碼結構的文件格式。為了使Java的應用程序能不依賴于具體的系統(tǒng)，Java語言環(huán)境還提供了用于訪問底層操作系統(tǒng)功能的類組成的包，

9、當程序使用這些包時，可以確保它能運行在各種支持Java的平臺上。</p><p><b>　　(6) 安全性</b></p><p>　　用于網(wǎng)絡、分布環(huán)境下的Java必須要防止病毒的入侵，Java不支持指針，一切對內存的訪問都必須通過對象的實例變量來實現(xiàn)，這樣就防止了程序員使用欺騙手段訪問對象的私有成員，同時也避免了指針操作中容易產生的錯誤。</p>

10、<p>　　2.1.2 Java中輸入/輸出流概念</p><p>　　過濾流DataInputStream 和DataOutputStream 除了分別作為FilterInputStream 和FilterOutputStream的子類外，還分別實現(xiàn)了接口DataInput 和DataOutput。接口DataInput 中定義的方法主要包括從流中讀取基本類型的數(shù)據(jù)、讀取一行數(shù)據(jù)、或者讀取指定長度的字

11、節(jié)數(shù)，如readBoolean()、 readInt()、readLine()、readFully()等。接口DataOutput中定義的方法主要是向流中寫入基本類型的數(shù)據(jù)或者寫入一定長度的字節(jié)數(shù)組，如writeChar()、writeDouble()。 DataInputStream可以從所連接的輸入流中讀取與機器無關的基本類型數(shù)據(jù)，用以實現(xiàn)一種獨立于具體平臺的輸入方式；DataOutputStream 可以向所連接的輸出流寫入基本類

12、型的數(shù)據(jù)。</p><p>　　2.1.3 Socket 機制</p><p>　　Socket是面向客戶/服務器模型設計的，網(wǎng)絡上的兩個程序通過一個雙向的通訊連接實現(xiàn)數(shù)據(jù)的交換，這個雙向鏈路的一端稱為一個Socket。 Socket通常用來實現(xiàn)客戶方和服務方的連接。客戶程序可以向Socket寫請求，服務器將處理此請求，然后通過Socket將結果返回給用戶。</p><

13、p>　　Socket通信機制提供了兩種通訊方式：有聯(lián)接和無聯(lián)接方式，分別面向不同的應用需求。使用有聯(lián)接方式時，通信鏈路提供了可靠的，全雙工的字節(jié)流服務。在該方式下，通信雙方必須創(chuàng)建一個聯(lián)接過程并建立一條通訊鏈路，以后的網(wǎng)絡通信操作完全在這一對進程之間進行，通信完畢關閉此聯(lián)接過程。使用無聯(lián)接方式時其系統(tǒng)開銷比無聯(lián)接方式小，但通信鏈路提供了不可靠的數(shù)據(jù)報服務，不能保證信源所傳輸?shù)臄?shù)據(jù)一定能夠到達信宿。在該方式下，通信雙方不必創(chuàng)建一個聯(lián)

14、接過程和建立一條通訊鏈路，網(wǎng)絡通信操作在不同的主機和進程之間轉發(fā)進行。</p><p>　　在java中使用套接字相當簡單，Java API為處理套接字的通信提供了一個類java.net.Socket。使得編寫網(wǎng)絡應用程序相對容易。JAVA支持流套接字（stream socket）和數(shù)據(jù)報套接字（datagram socket）。流套接字使用TCP（Transmission Control Protocol，傳輸

15、控制協(xié)議）進行數(shù)據(jù)傳輸，而數(shù)據(jù)報套接字使用UDP（User Datagram Protocol，用戶數(shù)據(jù)報協(xié)議）。</p><p>　　在Socket層實現(xiàn)的Java網(wǎng)絡程序是嚴格同步的。從一臺機器發(fā)送數(shù)據(jù)的操作要求對應一個從其他機器接受數(shù)據(jù)的操作。</p><p>　　2.2 JAVA工具</p><p><b>　　JDK</b></

16、p><p>　　1) Java編譯器</p><p>　　Java編譯器將Java源代碼文件編譯成可執(zhí)行的Java字節(jié)碼。Java源代碼文件的擴展名為 .java，Java編譯器把這種擴展名的文件編譯成擴展名為.class的文件。源文件中的每個類在編譯后都將產生一個class文件，這意味一個Java源代碼文件可能編譯生成多個class文件。</p><p>　　2) J

17、ava解釋器</p><p>　　Java解釋器對編譯生成的字節(jié)碼格式的可執(zhí)行程序的運行提供支持，它是運行非圖形Java程序的命令行工具。</p><p>　　3 程序的設計思路和算法</p><p>　　3.1 人機博弈的要點人機對弈的程序，至少應具備以下5個部分： (1)某種在機器中表示棋局的方法，能夠讓程序知道博弈的狀態(tài)。 (2)產生合法走法

18、的規(guī)則，以使博弈公正地進行，并可判斷人類對手是否亂走。 (3)從所有合法的走法中選擇最佳的走法技術。 (4)一種評估局面優(yōu)劣的方法，用以同上面的技術配合做出智能的選擇。 (5)一個界面，有了他，這個程序才能用。3.2 五子棋特點及規(guī)則 五子棋的娛樂性強、規(guī)則簡單、易學、流行性廣。普通人不需長時間專門訓練即可自如行棋。因此極受大眾歡迎。五子棋的規(guī)則為： (1)棋盤 采用像圍棋盤一樣的15路或19

19、路線的棋盤，在此采用19路的棋盤。 (2)下法 兩人分別執(zhí)黑白兩色棋子。輪流在棋盤上選擇一個無子的交叉點落子，無子的交叉點又被稱為空點。 (3)輸贏判斷 黑、白雙方有一方的五個棋子在橫、豎或斜方向上連接成一線即為該方贏。3.3 算法設計3.3.1 博弈樹的搜索過程 在以下討論中，命名2個博弈者MAX和MIN。下面的任務是為MAX找最佳的移動。假設MAX先移動，</p><p>

20、　　根據(jù)極小極大化分析法，先計算第3層子結點h(n)值，然后第2層子結點的估計值取他的各后繼子結點的極小值，根結點的估計值取他的各子結點的極大值。這個取得最大估計值的子結點即為從S出發(fā)的計算機方的最佳落子方案。棋盤上某一行、某一列或某一對角線為一路，這里使 用的棋盤為19行19列，因此，行和列方向上共有19＋19＝38路；從左下到右上方向的對角線有37路，同樣，從左上到右下方向的對角線也有37路。但對于五子棋來說必須在一條直線上有連續(xù)

21、五個棋子才能贏。因此，在對角線上就可以減少8路。所以，整個棋盤路的總數(shù)為：對某一棋局n，第i路得分：h(i)＝hc(i)－h(huán)m(i)。 其中：hc(i)為計算機方在第i路估計值得分，hm(i)為游戲者一方在第i路得分。對的得分規(guī)則作如下說明。規(guī)則中＋代表一空點；o代表對方棋子；＊代表有計算機方棋子；＋＋表示連續(xù)2點為空點；＋＋＋＊＋＋表示連續(xù)3個空點接一個計算機方棋子，再接兩空點。某一規(guī)則＋ 表示如在i路上有棋子構成形

22、如＋＋＋＊＋＋則hc(i)＝30。其他規(guī)則表示相同。在系統(tǒng)中使用的主要估值規(guī)則如下： 由對稱性可知＋＋＊＊＋＋＋</p><p>　　遺傳算法的優(yōu)點： (1)由于搜索算法是從問題的解開始的，而不是一組參數(shù)。所以被局部震蕩干擾導致求最優(yōu)解失敗的可能性大大減小。 (2)此算法能將搜索重點集中于性能高的部分，能較快地求出最佳的參數(shù)。在使用中應當注意的問題如下： 種群數(shù)目 這是影響

23、算法性能的重要因素。種群數(shù)目過大，會導致運算時間太長，結果收斂緩慢；種群數(shù)目太小則可能導致算法精度過低，甚至停止不前。 交叉概率 這個用于控制交叉操作的頻度。此概率過大會導致種群中的個體更新過快，較優(yōu)的個體不能穩(wěn)定的保持和傳遞信息；此概率過小則會使優(yōu)化的過程緩慢甚至停止不前。 變異概率 這個概率用于控制產生變異個體的頻度，目的是防止整個種群中任意參數(shù)的幾個基因保持不變。一 般使用一個很小的概率即足以達成此任務；概率太

24、大則遺傳信息無法穩(wěn)定傳遞，從而使優(yōu)化過程變成隨機過程，失去確切的方向而導致失敗。</p><p><b>　　4 程序實現(xiàn)</b></p><p>　　4.1 程序設計思路</p><p>　　實現(xiàn)一個用戶可以Internet上任何地方的不同機上進行游戲，使用多線程和網(wǎng)絡套接字數(shù)據(jù)流的分布式五子棋游戲，根據(jù)要完成的功能，本程序采用多客戶服務方式

25、。服務器創(chuàng)建服務器Socket，始終處于監(jiān)聽等待狀態(tài)?？蛻舳耸莿幼鞯陌l(fā)起者，何時發(fā)出申請由客戶端決定。客戶端向服務器發(fā)出申請，服務器給予響應，客戶端發(fā)出申請后立即可從Socket通道去取服務方的結果。服務器接受兩個客戶端連接后開始一個線程，不斷接受客戶端發(fā)來的數(shù)據(jù)，并把處理后的數(shù)據(jù)傳送給客戶端。服務器可以創(chuàng)建任意多局(圖3-1)。</p><p>　　在對服務器與客戶端的設計開發(fā)之前，為了使開發(fā)方便，將服務器與客

26、戶端之間用以通信的變量規(guī)定好。通過編寫一個接口GameConstant()，在其中定義各個常量的值：</p><p>　　public static int PLAYER1 = 1;</p><p>　　public static int PLAYER2 = 2;</p><p>　　public static int PLAYER1_WON = 1;</p&

27、gt;<p>　　public static int PLAYER2_WON = 2;</p><p>　　public static int DRAW = 3;</p><p>　　public static int CONTINUE = 4; </p><p>　　public static int STOP = 100;</p>&

28、lt;p>　　public static int GAMEPORT = 8000; </p><p>　　服務器和客戶端在設計時繼承接口GameConstant()里面的所有數(shù)據(jù)。</p><p>　　4.2 服務器的設計與實現(xiàn)</p><p>　　為了使界面友好，服務器使用圖形組件，創(chuàng)建成一個可以顯示游戲信息的框架。在框架中創(chuàng)建一個包含文本區(qū)的滾動窗格，并

29、在文本區(qū)顯示游戲信息(圖3-2)。</p><p>　　圖3-2 服務器界面</p><p>　　Fig.3-2 Interface of Game-server</p><p>　　要建立服務器，需要創(chuàng)建一個服務器Socket，并把它附加到一個端口上，服務器通過這個端口監(jiān)聽連接請求。端口標識Socket上的TCP服務。網(wǎng)絡的類存放在java.net包中，引入包后通

30、過實現(xiàn)一個ServerSocket的實例就可以創(chuàng)建一個服務器Socket，并把它附加到一個端口(GAMEPORT)上：</p><p>　　ServerSocket serverSocket = new ServerSocket (GAMEPORT);</p><p>　　然后，服務器使用下列語句開始監(jiān)聽連接請求：</p><p>　　Socket pla

31、yer1 = serverSocket.accept ();</p><p>　　Socket player2 = serverSocket.accept ();</p><p>　　服務器開始等待，直到客戶提出連接請求。連接建立后，服務器通過數(shù)據(jù)輸入流從客戶端接收信息，并且通過數(shù)據(jù)輸出流把相應的標記發(fā)送給客戶端。</p><p>　　new DataOu

32、tputStream(player1.getOutputStream()).writeInt(PLAYER1);</p><p>　　new DataOutputStream(player2.getOutputStream()).writeInt(PLAYER2);</p><p>　　當客戶端滿足開局條件時，就開啟一個線程處理客戶之間數(shù)據(jù)，同時繼續(xù)監(jiān)聽其它客戶端的連接請求。</p&

33、gt;<p>　　多線程是Java的一個特點，多線程可以使程序反應更快、交互性更強，并能提高執(zhí)行效率。創(chuàng)建一個新的線程的生命周期如下狀態(tài): 新建，就緒，運行，阻塞，死亡。</p><p>　　在Java中，提供了多種控制線程的方法，在服務器中用到的主要以下幾種：</p><p>　　public void run ()</p><p>　　Java

34、運行系統(tǒng)調用這個方法來執(zhí)行線程。在用戶線程類中，必須覆蓋這個方法并且提供線程執(zhí)行的代碼。</p><p>　　public void start ()</p><p>　　該方法啟動線程，它引起對run()方法的調用?？蛻纛愔械目蛇\行對象調用該方法。</p><p>　　服務器程序采用類HandleGame繼承Thread類來實現(xiàn)對線程的調用，同時對run ()

35、方法覆蓋。 </p><p>　　以下是HandleGame () 類里面主要的數(shù)據(jù)域和方法：</p><p>　　private char[][] cell：Char類型數(shù)組用來記錄玩家的標記。</p><p>　　private DataInputStream isFromPlayer1;</p><p>　　private DataO

36、utputStream osToPlayer1;</p><p>　　private DataInputStream isFromPlayer2;</p><p>　　private DataOutputStream osToPlayer2;</p><p>　?。核膫€數(shù)據(jù)流用來實現(xiàn)與兩個玩家之間信息的傳遞。</p><p>　　public

37、 HandleGame (Socket player1, Socket player2)：</p><p>　　構造函數(shù)，兩個參數(shù)用以接收傳遞過來的Socket對象。</p><p>　　public void run()：對繼承Thread類中的run ()方法進行覆蓋。</p><p>　　private boolean isFull() ：判斷是否滿格。<

38、;/p><p>　　private boolean isWon(int row,int column,char token)：</p><p>　　判斷新標記的單元格是否使一方獲勝。</p><p>　　游戲局一旦建立起來，服務器便于工作交替地從客戶端那里接收數(shù)據(jù)。從客戶端接收到數(shù)據(jù)后，服務器判斷游戲狀態(tài)，并根據(jù)結果進行相關操作，直至游戲結束。</p>&

39、lt;p>　　4.3 客戶端的設計與實現(xiàn)</p><p>　　客戶端負責與玩家的交互。因此要創(chuàng)建一個界面,包括一個20*20的下棋區(qū)域，當玩家選定單元格或接收到別的玩家選定的單元格時，用不同的標記顯示；兩個顯示游戲名稱和游戲狀態(tài)的標簽和兩個菜單欄上的按鍵用以進行控制，如圖3-3：</p><p>　　圖3-3 客戶端界面</p><p>　　Fig.3-3 I

40、nterface of Game-client</p><p>　　這里客戶程序設計成一個Java Applet，用戶可以在Web瀏覽器里運行。當用戶打開GameClient.html文件時，瀏覽器調用init ()方法對界面進行初始化。點擊Start時開啟一個線程和服務器連接，通過數(shù)據(jù)流進行數(shù)據(jù)交換。</p><p>　　connectToServer = new Socket(&qu

41、ot;localhost", GAMEPORT);</p><p>　　isFromServer = new DataInputStream(connectToServer.getInputStream());</p><p>　　osToServer = new DataOutputStream(connectToServer.getOutputStream());</p

42、><p>　　下面是類GameClient的主要方法和數(shù)據(jù)：</p><p>　　public class GameClient extends JApplet</p><p>　　implements Runnable, ActionListener, GameConstants</p><p><b>　　{</b>&l

43、t;/p><p>　　private boolean myTurn = false; ：標記是否輪到自己下棋</p><p>　　private char myToken = ' '; ：標記自己的棋子</p><p>　　private char otherToken = ' '; ：標記對手的棋子</p&g

44、t;<p>　　private Cell[][] cell = new Cell[20][20]; ：生成20*20個單元格</p><p>　　private int rowSelected; ：記錄所選單元格的行</p><p>　　private int columnSelected; ：記錄所選單元格的列</p><p>　

45、　private boolean continueToPlay = true;</p><p>　　private boolean waiting = true; </p><p>　?。河涗浻螒蜻M行中的狀態(tài)</p><p>　　public void init()：初始化用戶界面，打開網(wǎng)頁時由瀏覽器調用</p><p>　　public

46、void actionPerformed(ActionEvent e)：</p><p>　　覆蓋ActionListener接口里面actionPerformed ()方法，用來處理用戶點擊菜單欄引起的操作。</p><p>　　public void run()</p><p>　　覆蓋Runnable接口里的run ()方法，用以對游戲過程中的數(shù)據(jù)傳輸，處理，

47、控制。</p><p><b>　　}</b></p><p>　　在客戶程序的類中，由于它繼承了Applet類，所以不能再通過聲明Thread類的擴展來實現(xiàn)，只能通過實現(xiàn)Java提供的一個Runnable接口，進行線程的創(chuàng)建和運行。Runnable接口的實現(xiàn)是非常簡單的，它只包含run ()方法，使用時只要將該方法覆蓋。</p><p>　　

48、從游戲設計來看，單元格是處理鼠標點擊事件和顯示標記的GUI對象。在這里使用的是面板，設置單元格Cell為JPanel的子類。將Cell類聲明為內部類，可以直接使用GameClient類中定義的變量與方法，使程序簡潔明了。</p><p>　　Cell類中包含以下主要數(shù)據(jù)和方法：</p><p>　　public class Cell extends JPanel implements Mo

49、useListener</p><p><b>　　{</b></p><p>　　private int row; </p><p>　　private int column;</p><p>　　private char token = ' ';</p><p>　　pu

50、blic Cell(int row, int column){}：構造函數(shù)</p><p>　　public void paintComponent(Graphics g){}：</p><p>　　Graphics對象g是由Java運行系統(tǒng)自動創(chuàng)建，這個對象控制信息的繪制方式?？梢允褂枚x在Graphics類中的多種畫法繪制字符串的幾何圖形。</p><p>　　

51、public void mouseClicked(MouseEvent e){}</p><p>　　public void mouseExited(MouseEvent e){}</p><p>　　public void mouseEntered(MouseEvent e){}</p><p>　　public void mouseReleased(MouseE

52、vent e){}</p><p>　　public void mousePressed(MouseEvent e){}</p><p>　　：接口MouseListener中的方法。</p><p><b>　　}</b></p><p><b>　　4.4 程序的運行</b></p>

53、<p>　　首先將編寫好的程序使用Java編譯器編譯，生成以class為擴展名的類文件，然后使用Java解釋器分別運行服務器和客戶端?？蛻舳税l(fā)出連接，服務器接收后開啟線程對游戲進行控制，游戲結束時關閉線程。具體流程如圖3-4所示：</p><p><b>　　圖3-4 運行流程</b></p><p>　　Fig.3-4 Flow Chart</p

54、><p><b>　　5 小結</b></p><p>　　隨著計算機和網(wǎng)絡技術的不斷發(fā)展，信息技術給人們帶來的幫助越來越大，單獨一臺計算機已經不能滿足人們的需求，網(wǎng)絡正在成為大多數(shù)人群生產、生活中密不可分的一部分。Java作為一種分布式和可移植的計算機語言，在網(wǎng)絡軟件開發(fā)上有著特別的優(yōu)點。它開發(fā)方便、快捷，安全性高，對以往復雜的功能，尤其是網(wǎng)絡通信等方面，實現(xiàn)起來簡潔明