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[教程] Mind+Python编程入门系列课程—04 小海龟走迷宫

本帖最后由木子呢于 2021-11-9 16:46 编辑

Mind+Python编程入门系列课程——第四课小海龟走迷宫

一、学习背景

经过前面第一单元三节课的学习，我们已经对python中的知识有了一定的了解，也学会了利用海龟绘图turtle库绘制各种有趣的图形。事实上，除了在界面上绘制图形外，我们还能利用turtle库实现与外设的交互，创作更好玩的游戏，让我们来试一试吧！

二、学习目标
本实践项目通过编写python程序来设计小海龟走迷宫的游戏。

知识目标：1、理解函数的两种类型2、理解python中的事件与事件的绑定3、掌握函数创建与调用的方法

技能目标：1、掌握使用turtle库在屏幕上书写文字的方法2、掌握使用turtle库实现屏幕与键盘交互的方法

三、学习准备
1、电脑
2、mind+编程软件

四、学习实践
在本项目中，我们将创建两个python程序，之后运行程序，通过按动键盘上的不同按钮，使小海龟从起点开始沿着迷宫中的道路慢慢爬行，并最终走出迷宫。

1.创建一个带迷宫背景的屏幕并在迷宫上添加小海龟及起止点标记。
2.添加键盘与屏幕的交互功能。

任务1：创建迷宫程序设计

在这个程序中，我们将创建一个带迷宫背景的屏幕，并在迷宫上添加小海龟及起始点标记。通过它，我们可以了解在屏幕上书写文字的方式。为此，我们将分三步创建这个程序。首先是分析任务，之后进行程序的编写，最后运行程序并观察效果。

1、任务分析
在这个任务中，我们首先需要创建一个屏幕，之后在屏幕上添加一张迷宫图（见附录2）。接下来我们需要创建本次小游戏的主角——小海龟，并使小海龟移动到中间区域作为起点。为了让小海龟在迷宫背景图上能一眼找到出口所在，我们再创建一个圆作为出口点并写上文字标记。

这里我们将采用顺序结构的方式编写程序。具体流程如下：

2、程序编写

在正式编写程序代码之前，我们首先要创建一个项目文件及python程序文件。

STEP1：创建与保存项目文件

启动Mind+,另存项目并命名为“小海龟走迷宫”。

STEP2：创建与保存python文件

创建一个python程序文件“任务一.py”，双击打开。

STEP3：编写程序

import turtle#导入turtle库
#绘制背景------------------------------------------
screen = turtle.Screen()#赋值screen对象
width,height = 700,520#设定宽度和高度
screen.setup(width,height)#以设定好的宽和高来创建屏幕实体
screen.title("小海龟走迷宫")#设定屏幕标题
screen.bgcolor("white")#设定屏幕背景色
screen.bgpic('迷宫4.gif')#添加迷宫背景图
screen.delay(0)#屏幕延迟，设为0避免卡顿
#绘制起点------------------------------------------
t=turtle.Turtle(shape='turtle')#创建海龟对象
t.shapesize(0.9)#设定海龟尺寸缩小到正常的0.9倍
t.speed(0)#设定海龟速度为最大
t.color('blue')#设定海龟颜色为蓝色
t.write("起点",font=('微软雅黑', 14, 'normal'))#设定海龟所在为起点
#绘制终点------------------------------------------
yuan = turtle.Turtle('circle')#创建一个圆作为终点标志
yuan.shapesize(0.5)#设定海龟尺寸缩小到正常的0.5倍
yuan.color('red')#设定圆的颜色为红色
yuan.penup()#抬笔
yuan.goto(-300,120)#使圆移动到指定位置
yuan.write("出口",font=('微软雅黑', 14, 'normal'))#添加终点标记
screen.exitonclick()#点击屏幕退出
复制代码

3、程序运行

运行程序，我们看到：弹出了一个标题为“小海龟走迷宫”的屏幕，屏幕的背景是一幅迷宫图。屏幕中间是起点位置，一只蓝色的小海龟蓄势而发，屏幕的左侧有一个红色的圆，边上写有“出口”二字。

对象链接

shapesize()方法

功能说明 shapesize()方法能设定对象的尺寸

使用方法 对象.shapesize(比例值)

举例说明 程序中，t.shapesize(0.9)，表示将海龟的尺寸设定为正常大小的0.9倍。

write()方法

功能说明 write()方法能在屏幕上书写文字

使用方法 turtle.write(s[,font=("font-name",font_size,"font_type")])，其中，s为文本内容，font是字体的参数，里面分别为字体名称，大小和类型；font为可选项, font的参数也是可选项

举例说明 程序中，t.write("起点",font=('微软雅黑', 14, 'normal'))，表示以微软雅黑、14号、正常类型字体来书写“起点”二字。

任务2：键盘触发程序设计

至此，无论是迷宫图还是小海龟，我们都已经成功创建了，在接下来这个程序中，我们将设置键盘触发，实现通过按下键盘上的按键来控制小海龟移动,达到出口。为此，我们依旧将分三步创建程序，首先是任务分析，之后进行程序的编写，最后运行程序并观察效果。

1、任务分析在上个任务中，我们将屏幕的中心位置作为小海龟的起点，接下来我们只需在此基础上添加键盘的交互即可.这里，为了能控制小海龟沿着迷宫移动出来，我们选择键盘上的“w”“s”“a”“d”四个键来控制小海龟前后左右四个方向。同时，由于小海龟在迷宫中可能会走“错”路，因此，我们还需一个空格键“space”来清空屏幕、回到起点。

在设定屏幕触发时，我们首先将创建五个函数，分别用来实现小海龟前进、后退、左转、右转、以及清屏归位的效果。之后再设定相应按键与函数之间的联系，由于我们要实时检测按键的按压与否，因此还需设置键盘的监听功能，整体上，采用顺序结构的方式编写，具体流程如下，

2、程序编写

STEP1：创建与保存python文件

新建一个python程序文件“任务二.py”，双击打开。

STEP2：编写程序

import turtle#导入turtle库
#绘制背景-------------------------------------------
screen = turtle.Screen()#赋值screen对象
width,height = 700,520#设定宽度和高度
screen.setup(width,height)#以设定好的宽和高来创建屏幕实体
screen.title("小海龟走迷宫")#设定屏幕标题
screen.bgcolor("white")#设定屏幕背景色
screen.bgpic('迷宫4.gif')#添加迷宫背景图
screen.delay(0)#屏幕延迟，设为0避免卡顿
#绘制小海龟-----------------------------------------
t=turtle.Turtle(shape='turtle')#创建海龟对象
t.shapesize(0.9)#设定海龟尺寸缩小到正常的0.9倍
t.speed(0)#设定海龟速度为最大
t.color('blue')#设定海龟颜色为蓝色
t.write("起点",font=('微软雅黑', 14, 'normal'))#设定海龟所在为起点
#绘制终点-------------------------------------------
yuan = turtle.Turtle('circle')#创建一个圆作为终点标志
yuan.shapesize(0.5)#设定海龟尺寸缩小到正常的0.5倍
yuan.color('red')#设定圆的颜色为红色
yuan.penup()#抬笔
yuan.goto(-300,120)#使圆移动到指定位置
yuan.write("出口",font=('微软雅黑', 14, 'normal'))#添加终点标记

#设置键盘触发
#往前
def upMove():
    t.forward(10)#前进10像素
#往后
def downMove():
    t.backward(10)#后退10像素
#右转
def rightMove():
    t.setheading(t.heading() - 10)#右转10°
#左转
def leftMove():
    t.setheading(t.heading() + 10)#左转10°
#清屏重置
def clear_screen():
    t.clear()#清屏
    t.penup()#抬笔
    t.home()#回到初始位置
    t.pendown()#落笔

#输入按键，触发对应的函数
turtle.onkeypress(leftMove,'a')#按压键盘a键实现左移
turtle.onkeypress(rightMove,'d')#按压键盘d键实现右移
turtle.onkeypress(upMove,'w')#按压键盘w键实现上移
turtle.onkeypress(downMove,'s')#按压键盘s键实现下移
turtle.onkeypress(clear_screen,'space')#按压键盘空格键实现清屏

#键盘监听开始
turtle.listen()
screen.exitonclick()#点击屏幕退出
复制代码

3、程序运行

STEP1：点击运行，弹出一个迷宫背景的屏幕

STEP2：观察迷宫，找出一条从起点到终点的可行线路

STEP3：体验游戏

退出输入法，通过“w”“s”“a”“d”四个方向键移动小海龟，并依据其走出的线条来判断是否与迷宫之墙有交叉，继而确保小海龟始终在迷宫内的红色道路上前进。若小海龟“穿墙而过”，则需按下空格键重新开始。

知识积累

函数的分类

功能说明 对于函数，我们已经不陌生了，它是一段具有特定功能，可重复使用的语句块。函数用函数名来表示，并通过函数名进行功能调用。事实上，在python中主要有两类函数，系统内建函数和用户自定义函数。其中，内建函数（又称内置函数）是指python语言自带的函数，比如“print输出函数”，“input输入函数”等，详细内容可见附录1。而自定义函数是指用户可以根据需要来自己创建函数，由用户创建的函数就叫做自定义函数。

函数的定义

功能说明 自定义函数一般由函数名、参数和函数体组成。函数名可以由任意的字符组成，参数（可以有零个、一个或多个）称为形式参数。当需要返回值时使用return语句，否则函数可以没有return语句，这样的函数返回None值。

使用方法

def <函数名> （[参数列表]）：

<函数体>

[return <返回值>]

举例说明 程序中，

def leftMove():

t.setheading(t.heading() + 10)#左转10°

表示创建一个不带参数的函数，函数名是leftMove，函数体是使小海龟左转10°的动作，无返回值。

函数的调用

功能说明 在python程序中，定义一个函数后，可以通过输入函数名的方式来使用它，这个过程我们称之为调用函数。

使用方法

<函数名>（[参数列表]）

举例说明 程序中，turtle.onkeypress(leftMove,'a')，

括号内的leftMove就是在调用之前创建的小海龟左转“leftMove”这个函数。

这里值得注意的是，如果在函数名后不加括号，调用的是函数（这个对象），不用等函数执行结束；而加括号后，调用的是函数体的执行，实际上是接收返回值。

事件与绑定事件

知识描述 生活中的事件的指的是“发生的某件事情”，在python编程中，这个定义同样适用。事实上，在这里，用户执行的动作就叫做事件。

发生一个事件时，需要让程序注意这些事件并作出反应。可以把函数绑定在相应的发生事件的按键上。当事件发生时，函数就会被调用。

举例说明 单击某个按钮，就是一个单击事件。

程序中，turtle.onkeypress(leftMove,'a')，表示控制小海龟左转与按压“a”键这个事件绑定起来。

对象链接

home()方法

功能说明 home()方法能使对象移动到坐标原点

使用方法 对象.home()

举例说明 程序中，t.home()，表示使小海龟移动回到坐标圆点。

heading()方法与setheading()方法

功能说明 heading()方法能返回当前的方向值，setheading()方法能设置对象的当前朝向

使用方法 对象.heading()，对象.setheading(angle)，其中angle表示方位角度值，0°表示正东方向，90°表示正北方向，180°/-180°表示正西方向，270°/-90°表示正南方向。

举例说明 程序中，t.setheading(t.heading() - 10)，表示设置小海龟的方向在当前方向的基础上向右偏转10°。t.setheading(t.heading() + 10)，表示设置小海龟的方向在当前方向的基础上向左偏转10°。

Turtle链接

onkeypress()函数

功能说明 onkeypress()方法能实现按压键盘上的按键，调用相应的函数。

使用方法 turtle.onkeypress(函数名,‘按键a’)，其中a指的是键盘上的任意按键，当按下按键，调用相应的函数

举例说明 程序中，turtle.onkeypress(leftMove,'a')，表示将键盘上的“a”键与小海龟左转绑定起来，当按下a键，小海龟就可以左转了。

listen()函数

功能说明 listen()函数能监听事件的发生

使用方法 turtle.listen()

举例说明 程序中，turtle.listen()，表示监听键盘事件。

乐一乐

至此，小海龟走迷宫的游戏我们就完成啦，赶紧拉上小伙伴一起来试一试吧，看看最快需要多久才能走到出口呢?

五、巩固提高

项目回顾本节课我们利用海归绘图（turtle）库，首先创建了一个迷宫背景的屏幕，之后设定了键盘与屏幕的交互功能，实现通过按下键盘上的按键来控制屏幕上小海龟的移动，最后，体验游戏，用键盘按键移动小海龟使其走出迷宫。

知识小结

程序	Python知识点
迷宫创建程序设计	无
键盘触发程序设计	事件与事件的绑定、函数的创建与调用

项目拓展

结合本节课设计的小游戏，想一想，是否可以通过改变小海龟每一步移动的距离及转弯的角度，使其更快得走出迷宫呢，自己来试一试吧！

附录

附录1python常用的内置函数

函数	功能描述
input()	从标准输入读取字符串
print()	打印输出
int()	将数字或字符串转换为整型
float()	将整数或字符串转化未浮点型
str()	返回字符串格式