Cvičení 10: semestrální práce

• Úkolem je naprogramovat hráče pro deskovou hru Blokus.
• Vaše kódy budou hrát “proti sobě” (na serveru BRUTE).
• Pravidla naší hry se od klasického Blokus mírně liší. Řiďte se pouze pravidly uvedenými na této stránce.
• Je možné, že během řešení semestrální práce narazíte (nebo tým učitelů) na nejasnosti a bude potřeba ujasnit pravidla nebo pozměnit rozhraní pythonovských skriptů. V takovém případě budeme všechny změny přehledně uvádět v sekci Historie.
• Aktuální verze základního hráče. 4.12.2018

• 2.12.2018, zveřejnění zadání
• 4.12.2018, opravena chyba v konstruktoru BasePlayer base.py, nova verze ZIPu
• 24.12.2018, průběžné výsledky turnaje jsou zde . Turnaj se budeme snažit spouštět alespoň jednou denně (hry běží mimo Brute).

• Hra se hraje na 2D poli o velikosti $n_x$, $n_y$
• Hra je pro dva hráče (dále budou označení Player1 a Player2)
• Každý hráč má k dispozici vlastní sadu kamenů (ve stylu Tetris). Každý kámen se skládá z jedné a více kostiček/buněk. Kameny jsou nedělitelné. Kameny hráčů se liší barvou (červené a zelené kameny).
• Začátek hry:
  • Hráč 1 začíná na levém dolním rohu, hráč 2 začíná na pravém horním rohu.
  • Na začátku hry je hrací deska prázdná.
• Tahy:
  • V každém tahu umístí hráč jeden ze svých dosud nepoužitých kamenů na hrací desku.
  • Nově umístěný kámen se musí dotýkat kamenů stejné barvy pouze v rozích (není možné dotyk přes stěnu).
  • Kamen nesmí vyčnívat mimo hrací desku.
  • Je nutné se dotknout alespoň jednoho rohu stejné barvy.
  • Kostiček jiné barvy (tj. kostiček protihráče) se může dotýkat i hranou.
  • Při prvním tahu je nutné umístit tvar tak, aby startovní buňka daného hráče byla obsazena (tj., hráč 1 musí při prvním tahu umístit jeden ze svých tvaru do levého dolního rohu, obdobně hráč 2 umisťuje do pravého horního rohu).
  • Hráč musí umístit nějaký kámen, pokud je to možné.
• Každý kámen lze použít jen jednou.
• Kameny je možno rotovat, není však dovoleno je překlápět vodorovně ani svisle.
• Hra končí pokud:
  • jeden z hráčů již umístil všechny své tvary.
  • nebo pokud ani jeden z hráčů nemůže táhnout.
• Výhra:
  • hráč, který umístí všechny své tvary, dostává +20 bodů.
  • Pokud ani jeden hráč nemůže dál táhnout, sečtou se počty kostiček/buněk (nikoliv tvarů!), které hrář neumístil a tyto se odečtou od jeho dosavadního skóre.

Příkad:

• nechť jsou dány tyto kameny:

• příklad hry. Po 16 tazích nemůže ani jeden hráč hrát. Zelený hráč nemůže umístit svuj nejdelší kámen (I 4×1 ), naopak červený hráč nemůže umístit svůj I (3×1). V tomto případě vyhrává červený hráč, neboť jemu zbývá umístit 3 buňky, zatímco zelenému hráčovi zbývá umístit 4 buňky.

• Stáhněte si ZIP soubor.
• Svého hráče implementujte do třídy Player (soubor player.py) která je odvozena od BasePlayer.
• Veškerou implementaci směřujte do třídy Player (případně dalších modulů).
• Neměňte BasePlayer!
• Třída BasePlayer obsahuje:
  • self.board: 2D pole velikosti self.rows x self.cols, pokud je self.board[r][c]=0, pak buňka na řádku r a sloupci c je neobsazená.
  • self.name: string, ve které, Brute vyplní vaše jméno
  • self.text: string, do kterého si zapište jméno vašeho programu (podle této proměnné poznáte, jakou verzi vašeho hráče jsme testovali)
  • self.which: proměnná typu int. Pokud je 1, pak hrajete jako hráč 1, pokud je -1, hrajete jako hráč 2.
    • Podle hodnoty self.which poznáte, kde na hrací desce začínáte
    • Pokud do hrací desky umístíte kámen, vyplníte příslušné pozice v self.board hodnotou self.which
    • Naopak, buňky v self.board, které mají hodnotu -self.which patří protihráči.
  • self.stones, což je pole kamenů, každý kamen je dále tvořen polem buňek (viz dále). Toto pole bude hráčovi předáno v konstruktoru.
• print() metoda, která vytiskne stav hrací desky (včetně souřadnic).
• getScore(which)
  • spočítá score pro zadaného hráče (which=1, pak je to hráč 1, -1 pro hráče 2).
  • Score je: počet buněk dosud neumístěných kamenů zadaného hráče.

• Hráči mezi sebou komunikují pouze dvěma metodami:
  • player.move()
    • vrací pole souřadnic, na které hráč zapisuje svůj kámen
    • tuto metodu implementujete ve své tříde Player
  • player.update( other )
    • vezme buňky obsazené druhým hráčem (pole other) a zapíše jej do proměnné self.board.
    • tato metoda je již definována v BasePlayer.
  • celkový timeout na výpočet update() a move() jsou 2 sec!

• Kámen je popsán 2D polem, kde každé políčko reprezentuje (x,y) pozici vnitřní buňky kamene, x,y jsou celá čísla.
• Například buňky t-kamene na následujícím obrázku jsou: (0,0), (1,0), (2,0) a (1,1).
• Tento kámen bude v Pythonu reprezentován takto: [ [0,0], [1,0], [2,0], [1,1] ].
• Na pořadí buňek v kameni nezáleží, takže stejný kamen může být reprezentován i polem: [ [2,0], [1,1], [0,0], [1,0] ].
• Soubory se základními kameny najdete v ZIP souboru.
• Kameny můžete nahrát funkcí loadStones(filename), která je v souboru base.py.
• Takto načtené kameny lze předat hráči v konstruktoru (poslední proměnná).
• Vnitřní buňky kamenů mohou být na libovolných souřadnicích (tj. i záporných). Poté, co hráč obdrží seznam kamenů, je nutné si souřadnice kamenů/buněk tzv. vycentrovat například tak, aby minimální x a y souřadnice buňek byla 0.

• Následující kód je též v zipu (example.py)

import base
import player as P
stones = base.loadStones("stones9.txt")

size = 10;

#create two players (here as two instances of Player class defined in player.py)
p1 = P.Player("DogFishDead",size, size, 1, stones); #1 means player 1
p2 = P.Player("FatTire",size, size, -1, stones); #-1 is for player 2

while(True):
    p1.print();
    r1 = p1.move();
        
    p2.update(r1);
    r2 = p2.move();

    p1.update(r2);
    p2.print();

    s1 =  p1.getScore(1);
    s2 =  p1.getScore(-1);
    if (len(r1) == 0 and len(r2) == 0):
        print("No answer, end, r1=",r1, "r2=",r2);
        break;
    
s1 =  p1.getScore(1);
s2 =  p1.getScore(-1);
if (s1 < s2):
    print("Player 1 wins (", s1, s2,")");
elif (s1 > s2):
    print("Player 2 wins (", s1, s2,")");
else:
    print("No winner, draw! ", s1,s2);

    
print("End of game");

• Podobný kód bude spuštěn i na Brutovi s tím rozdílem, že
  • jako p2 bude náš hráč
  • dále budeme kontrolovat validitu vašich tahů, tedy že:
    • umisťujete pouze zadané kameny a každý maximálně jednou
    • že jsou kameny umístěny na volná místa, že nejsou mimo hrací desku a že správně navazují
    • rychlost výpočtu metody move()
    • že metoda move() vrací [] pouze tehdy, pokud opravdu nemůžete žádný kámen umístit.

• Hraní vyžaduje několik dovedností, které budou detailně probrány na cvičení.
  • je třeba umět detekovat místa, kam lze kameny umístit - tzv. rohy v hrací desce.
  • je třeba umět rotovat kameny. Kolik rotací může kamen nabývat?
  • pro každou rotaci kamene je třeba zjistit, jestli jej můžete umístit na rohy v hrací desce.
  • každý kamen lze umístit jen jednou, doporučujeme používat pole self.isUsed, tj. pokud se použije kámen i, označte si self.isUsed[i]=1
  • doporuručujeme, abyste si při každém volání move() vypočítali všechny možné umístění všech kamenů (tzv. expanze stavu). Z takového seznamu pak stačí vybrat jeden kamen .
  • nejprve implementuje hráče, který umisťuje kameny buď náhodně nebo popořadě (tj. se seznamu, který je výsledkem expanze stavu se vybere první, nebo náhodný prvek).
  • hrací strategii laďte teprve poté, co tento základní hráč správně funguje. Cílem hrací strategie je umístit takový kámen, který buď nejvíce pomůže vašemu hráču (např. nejvíce minimalizuje plochu dosud neobsazených kamenů), nebo naopak nejvíce ublíží protihráči. To vyžaduje opět udělat expanzi stavu a každé možné umístění kamene ohodnotit.
  • Pro implementaci strategie je možné využít algoritmus Minimax

• Úlohu odevzejte do Brute, úkol SEM buď jako jeden player.py soubor, nebo jako ZIP archiv.
• Pokud odevzdáváte ZIP archiv, je nutné, aby zazipované soubory byly v kořeni archivu.
• Pokud si vytváříte své pomocné třídy/moduly, pojmenujte je ve stylu vaslogin_modul.py (např. “fantom4m_strategie.py”).
• Do odevzávaného ZIP souboru můžete nahrát jakékoliv svoje .py programy, které používáte na testování. Brute je bude ignorovat, bude používat pouze soubor player.py (případně moduly, které player.py importuje).
• Po odevzdání na Brute bude váš hráč hrát proti našemu hráči v několika desítkách her (evaluace bude trva řádově minuty).
• Pokud během techto her neudělá váš hráč chybu (tj. bude korektně vracet tahy), dostanete 2 body.
• Hráči, kteří dostanou 2 body, budou dále posunuti do turnaje, kde bude hrát každý s každým.
• Výsledné bodování (bude provedeno poslední výukový den semestru):
  • hráči, kteří se umístí v top 10%, + 3body
  • hráči, kteří se umístí v top 20%, + 2body
  • hráči, kteří se umístí v top 40%, + 1body