24点游戏（python）

一、题目要求
1.问题描述：
24点游戏是经典的纸牌益智游戏。常见游戏规则：
从扑克中每次取出4张牌。使用加减乘除，第一个能得出24者为赢。（其中，J代表11，Q代表12，K代表13，A代表1），按照要求编程解决24点游戏。
2.基本要求：
随机生成4个代表扑克牌牌面的数字字母，程序自动列出所有可能算出24的表达式，用擅长的语言（C/C++/Java或其他均可）实现程序解决问题。
（1）程序风格良好(使用自定义注释模板)
（2）列出表达式无重复。
3.提高要求：
用户初始生命值为一给定值（比如3），初始分数为0。随机生成4个代表扑克牌牌面的数字或字母，由用户输入包含这4个数字或字母的运算表达式（可包含括号），如果表达式计算结果为24则代表用户赢了此局。
（1）程序风格良好(使用自定义注释模板)
（2）使用计时器要求用户在规定时间内输入表达式，如果规定时间内运算正确则加分，超时或运算错误则进入下一题并减少生命值（不扣分）。
（3）所有成绩均可记录在TopList.txt文件中
二、算法设计
1.题目分析
基本要求:
24点游戏，一共使用52张牌，4种花色，因此使用13张不同数字和字母的扑克即可。
(1)抽牌阶段：将13张牌打乱，从13张随机可重复抽取4张牌，即可模拟从52张牌中不可重复抽4张牌，完成抽牌阶段。
(2)计算阶段：对4个数和计算要用的运算符进行排列组合，在适当的位置加上括号进行计算，判断计算结果是否为24，将结果为24的表达式输出即可。
提高要求:
（1）抽牌阶段：将13张牌打乱，从13张随机可重复抽取4张牌，即可模拟从52张牌中不可重复抽4张牌，完成抽牌阶段。
（2）输入阶段：在输入提示后开始计时，若计时结束尚未作答则生命值-1，重新进行游戏，在规定时间内输入正确表达式
（3）计算阶段：将输入的表达式进行计算，并进行正确性验证，若等于24，则分数+1，继续进行游戏，若不等于24，则生命值-1，继续游戏
(4)若生命值为0，则游戏结束，将用户命和分数保存至指定的txt文件中

2.算法设计
基于Python3.7
（1）抽牌阶段：将13张牌的数值和字母存入列表中，并给字母赋特定的值，利用random.shuffle()函数将整个列表打乱，模拟洗牌过程；random.choice()从列表中随机选取元素，利用此函数和for语句组成列表推导式，随机拿出4个数，模拟抽取4张牌。
（2）计算阶段：利用itertools.permutations()函数对随机出来的4个数进行全排列，可替代用4次for语句进行排列，同时更好的解决了排列组合的元素重复性问题，将所有可能性存在列表中；利用 itertools.product ()函数对运算符也进行全排列，每个运算符可重复，在运算过程中只需要用3个运算符，在存入列表之后将最后一个删去即可；利用for语句将4个数字和3个运算符进行排列组合，将表达式转化成字符串，利用eval()对字符串进行求值，利用try和except将计算中的异常（除数为0）忽略。将值为24的所有表达式输出。
（3）在提高要求中，定时器需要用的多线程，利用threading.Thread()创建一个计时器的线程，用来控制输入时长
三、算法示意图
在这里插入图片描述
24点计算器流程图：

24点小游戏:

四、主要代码

"""24点游戏是经典的纸牌益智游戏
功能：1.随机生成4个代表扑克牌牌面的数字字母，程序自动列出所有可能算出24的表达式.2.用户初始生命值为一给定值（比如3），初始分数为0。随机生成4个代表扑克牌牌面的数字或字母，由用户输入包含这4个数字或字母的运算表达式（可包含括号），如果表达式计算结果为24则代表用户赢了此局。
作者：Qixiang.Su修改历史：1.  2019-04-08      创建项目，实现基本框架2.  2019-04-10     完成各项功能，并完善
"""
import random
import itertools
def getallresult():list_card = ['A', 2, 3, 4, 5, 6, 7, 8, 9, 10, 'J', 'Q', 'K']A = 1J = 11Q = 12K = 13random.shuffle(list_card)  # 洗牌print(list_card)list_operator = ['+', '-', '*', '/']       #运算符list_four =[random.choice(list_card) for i in range(4)]  #随机取出4张牌print("你获得以下四张牌：")print(list_four)            #输出四张牌的值result_list = []          #储存四张牌全排列的列表# set() 用于去除重复的排列，itertools.permutations()用于生成全排列的各个组合for i in set(itertools.permutations(list_four, len(list_four))):result_list.append(list(i))result_list1 = []  #存储四个运算符的列表for j in set(itertools.product(list_operator,repeat=  4)):templist = list(j)templist.pop()    #在实际运算过程中，4个数只需要3个运算符，删掉最后一个运算符，保留3个运算符if templist not in result_list1:result_list1.append(templist)expression_list = []    #存放各个符合条件的表达式count = 0               #计数器for i in result_list:for j in result_list1:expression1 = str(i[0]) + j[0] + str(i[1]) + j[1] + str(i[2]) + j[2] + str(i[3])    #将各个数都转化为str类型#捕获异常，此处可能出现的是除数为0的异常try:result = eval(expression1)except:result = 0if result == 24:expression_list.append(expression1 + '=' + str(result))count += 1else:expression2 = '(' + str(i[0]) + j[0] + str(i[1]) + ')' + j[1] + str(i[2]) + j[2] + str(i[3])try:result = eval(expression2)except:result = 0if result == 24:expression_list.append(expression2 + '=' + str(result))count += 1else:expression3 = str(i[0]) + j[0] + '(' + str(i[1]) + j[1] + str(i[2]) + ')' + j[2] + str(i[3])try:result = eval(expression3)except:result = 0if result == 24:expression_list.append(expression3 + '=' + str(result))count += 1else:expression4 = str(i[0]) + j[0] + str(i[1]) + j[1] + '(' + str(i[2]) + j[2] + str(i[3]) + ')'try:result = eval(expression4)except:result = 0if result == 24:expression_list.append(expression4 + '=' + str(result))count += 1           #计算结果为24则计数+1print("如下结果：")for each in expression_list:print(each)                #列出每一种可能的表达式print('一共有%d个表达式' % count)
def playgame():n = 3print("您共有", end="")print(n, end="")print("次机会")score = 0while (n > 0):print("当前得分", end="")print(score)list_card = ['A', 2, 3, 4, 5, 6, 7, 8, 9, 10, 'J', 'Q', 'K']A = 1J = 11Q = 12K = 13random.shuffle(list_card)  # 洗牌print(list_card)list_operator = ['+', '-', '*', '/']           #运算符列表list_four = [random.choice(list_card) for i in range(4)]        #随机四张牌print(list_four)str_result = str(input("请将上述四张扑克牌的点数凑成24点（请输入表达式）："))if eval(str_result) != 24:n -= 1if n == 0:print("机会已经用完，游戏结束！")str_name = input("请输入您的尊姓大名，存入排行榜：")f = open('TopList.txt','a')f.write(str_name)f.write("\t")f.write(str(score))f.write("\n")breakelse:# 回答错误机会-1print(str_result + "=", end="")print(eval(str_result))print("回答错误，您还剩", end="")print(n, end="")print("次机会，请继续您继续游戏")else:score += 1print("回答正确，得分+1，请继续")
flag = 0
while(flag==0):print("请选择您要进行的操作的序号:")print("1.24点计算器")print("2.进行24点小游戏")print("3.退出程序")want = int(input())if want == 1:getallresult()flag = 0elif want == 2:playgame()flag = 0elif want == 3:flag = 1else:want = 0

关于输入计时的多线程代码并不完善，所以没有给出。

五、调试和测试
1.出现错误及解决方法
(1)出现错误：在计算字符串表达式值。出现了除数为0的情况，如下：
在这里插入图片描述
解决方案：对计算字符串表达式值得式子进行异常捕获，将出现的异常忽略，保证程序正常运行，具体如下：
（2）出现错误：在24点小游戏中，对输入进行计时，采用单一线程时，出现错误，要么倒计时结束才能进行输入，要么输入完成之后才能进行计时。
（2）解决方法：添加一个线程，用来倒计时。计时和输入同时进行。因为程序设计时并未考虑多线程问题，在添加线程之后，程序存在设计上的漏洞（未解决）。
（2）解决方法：不采用多线程，在输入前计时，输入完成后计时，求出所用时间，然后判断时间长短。但这样并未做到正真意义上对输入进行计时。
2．运行结果图
24点计算器：
在这里插入图片描述

24点小游戏：
输入错误之后,生命值-1，游戏继续，如下：

输入的表达式正确，得分+1，游戏继续，如下：

机会用完后，输入姓名，将成绩计入指定txt文件中，如下：

六、总结
通过本次编程，了解了更多python中功能强大的库，更好的解决了本次程序中的问题。同时也体会到了程序结构对程序功能的影响。也对程序的多线程有了一定的了解，在对数字进行排列组合的时候，不能通过多重循环得到所有所需结果，通过查询资料了解到了itertools库可直接对结果进行各种想要的排列组合形式。在解决问题的过程中，python提供了很多功能强大的库解决实际问题，还需要对常用的库进行更多了解。认识到了自身存在的一些不足，在程序设计的结构上存在一些缺陷，使得程序的修改变得很困难，在以后的程序设计上应该对结构进行优化。