手把手带你用 Python 写《2048》

大家好，欢迎来到 Crossin 的编程教室。

相信不少人都玩过《2048》，这款曾经风靡一时的益智小游戏，规则简单却很让人上头。

今天 Crossin 就带大家尝试用 Python 写一个属于自己的《2048》。

1. 核心逻辑：游戏背后的数学计算

《2048》的核心其实就是一堆数字在 4x4 的矩阵里滑来滑去。

关键动作：合并

无论向哪个方向滑动，逻辑其实是一样的。以“向左滑”为例：

挤压：把非零数字全部靠左移，去掉中间的0。

合并：相邻且相同的两个数字相加，并清空后一个位置。

再次挤压：合并后可能产生新空位，再次靠左移。

搞明白了核心逻辑，很多人自然会想到，把4个方向分别处理一下。这样当然是可以实现的。不过这样会产生很多相似而冗余的代码，不但复杂，还很容易出错。

所以考虑有没有可以“偷懒”一下的办法，将4个方向的操作合并。

答案就是：通过矩阵旋转。

向上滑 = 棋盘逆时针旋转90度 + 向左滑 + 棋盘顺时针旋转90度复位。这样，我们只需要写好“向左滑”这一个函数就行了。

更进一步，“逆时针旋转90度”也可以用3次“顺时针旋转90度”来实现，所以对于旋转，我们也只需要实现一个方向就可以了。

2. 准备工具

开发游戏通常都需要解决界面渲染、事件响应等通用问题，所以一般会选择基于游戏引擎来开发。对于《2048》这种简单的 2D 游戏，pygame是不二之选。通过 pip 就可以安装：

pip install pygame

3. 代码实现

我们的游戏程序需要做下面几件事：

初始化棋盘

等待用户按键

更新棋盘状态

绘制界面

判断游戏是否结束

这也是绝大多数游戏程序的基本结构。

第一步：初始化棋盘

def reset(self):   """游戏重置：清空棋盘，分数归零，随机生成两个初始数字"""   self.board = [[0] * SIZE for _ in range(SIZE)]   self.score = 0   self.add_new_tile()   self.add_new_tile()

def add_new_tile(self):   """在棋盘所有的空位置(0)中，随机挑选一个填充数字 2 或 4"""   empty_cells = [(r, c) for r in range(SIZE) for c in range(SIZE) if self.board[r][c] == 0]   if empty_cells:       r, c = random.choice(empty_cells)       # 90% 概率生成 2，10% 概率生成 4       self.board[r][c] = 2 if random.random() < 0.9 else 4

第二步：左滑合并

这是最考验算法的地方：

def slide_left(self, row):   """   核心逻辑：单行向左滑动的合并算法   输入: [2, 0, 2, 4] -> 输出: [4, 4, 0, 0]   """   # A. 挤压：先去掉所有的 0，剩下的数字靠左排。例如 [2, 0, 2, 4] -> [2, 2, 4]   non_zero = [i for i in row if i != 0]

  # B. 合并：检查相邻数字是否相同   new_row = []   skip = False   for i in range(len(non_zero)):       if skip:           skip = False           continue       # 如果当前数字和下一个数字相等，则合并       if i + 1 < len(non_zero) and non_zero[i] == non_zero[i+1]:           combined_val = non_zero[i] * 2           new_row.append(combined_val)           self.score += combined_val  # 增加得分           skip = True                 # 下一个数字已被合并，跳过       else:           new_row.append(non_zero[i])

  # C. 补齐：在末尾填满 0，恢复到 SIZE 长度。例如 [4, 4] -> [4, 4, 0, 0]   return new_row + [0] * (SIZE - len(new_row))

第三步：旋转棋盘

这里我们通过一个矩阵行列转置的“黑魔法”来实现：

def rotate_clockwise(self, matrix):   """顺时针旋转矩阵 90 度"""   return [list(r) for r in zip(*matrix[::-1])]

第四步：事件响应

对于玩家按下不同的按键（上/下/左/右），调用不同次数的旋转（rotate_clockwise），然后左滑合并（slide_left），再旋转复位。例如：

if direction == 'UP':   # 向上：逆时针转90度(相当于顺时针转270度) -> 左移 -> 顺时针转90度回来   for _ in range(3): self.board = self.rotate_clockwise(self.board)   self.board = [self.slide_left(row) for row in self.board]   self.board = self.rotate_clockwise(self.board)

第五步：界面渲染

处理好数学逻辑之后，按照矩阵中的数字，在棋盘上绘制出相应的色块和数字即可。

完整代码：

import pygameimport randomimport sys

# --- 基础配置 ---SIZE = 4                # 4x4 网格TILE_SIZE = 100         # 每个方格的大小MARGIN = 15             # 方格间的间距SCREEN_SIZE = SIZE * TILE_SIZE + (SIZE + 1) * MARGINFPS = 30                # 帧率

# 游戏配色方案 (背景色: (R, G, B))COLORS = {   0: (205, 193, 180),      # 空格颜色   2: (238, 228, 218),      # 数字2   4: (237, 224, 200),      # 数字4   8: (242, 177, 121),      # 数字8   16: (245, 149, 99),      # 数字16   32: (246, 124, 95),      # ...以此类推   64: (246, 94, 59),   128: (237, 207, 114),   256: (237, 204, 97),   512: (237, 200, 80),   1024: (237, 197, 63),   2048: (237, 194, 46),}

class Game2048:   def __init__(self):       # 1. 初始化 Pygame 环境       pygame.init()       self.screen = pygame.display.set_mode((SCREEN_SIZE, SCREEN_SIZE))       pygame.display.set_caption("Crossin的编程教室：2048")       self.font = pygame.font.SysFont("arial", 40, bold=True)       self.clock = pygame.time.Clock()       self.reset()

  def reset(self):       """游戏重置：清空棋盘，分数归零，随机生成两个初始数字"""       self.board = [[0] * SIZE for _ in range(SIZE)]       self.score = 0       self.add_new_tile()       self.add_new_tile()

  def add_new_tile(self):       """在棋盘所有的空位置(0)中，随机挑选一个填充数字 2 或 4"""       empty_cells = [(r, c) for r in range(SIZE) for c in range(SIZE) if self.board[r][c] == 0]       if empty_cells:           r, c = random.choice(empty_cells)           # 90% 概率生成 2，10% 概率生成 4           self.board[r][c] = 2 if random.random() < 0.9 else 4

  def slide_left(self, row):       """       核心逻辑：单行向左滑动的合并算法       输入: [2, 0, 2, 4] -> 输出: [4, 4, 0, 0]       """       # A. 挤压：先去掉所有的 0，剩下的数字靠左排。例如 [2, 0, 2, 4] -> [2, 2, 4]       non_zero = [i for i in row if i != 0]

      # B. 合并：检查相邻数字是否相同       new_row = []       skip = False       for i in range(len(non_zero)):           if skip:               skip = False               continue           # 如果当前数字和下一个数字相等，则合并           if i + 1 < len(non_zero) and non_zero[i] == non_zero[i+1]:               combined_val = non_zero[i] * 2               new_row.append(combined_val)               self.score += combined_val  # 增加得分               skip = True                 # 下一个数字已被合并，跳过           else:               new_row.append(non_zero[i])

      # C. 补齐：在末尾填满 0，恢复到 SIZE 长度。例如 [4, 4] -> [4, 4, 0, 0]       return new_row + [0] * (SIZE - len(new_row))

  def rotate_clockwise(self, matrix):       """顺时针旋转矩阵 90 度"""       return [list(r) for r in zip(*matrix[::-1])]

  def move(self, direction):       """       根据按键方向进行移动       direction: 'LEFT', 'UP', 'RIGHT', 'DOWN'       """       old_board = [row[:] for row in self.board] # 记录移动前的状态，用于判断是否有变化

      if direction == 'LEFT':           # 向左：直接每一行调用 slide_left           self.board = [self.slide_left(row) for row in self.board]

      elif direction == 'UP':           # 向上：逆时针转90度(相当于顺时针转270度) -> 左移 -> 顺时针转90度回来           for _ in range(3): self.board = self.rotate_clockwise(self.board)           self.board = [self.slide_left(row) for row in self.board]           self.board = self.rotate_clockwise(self.board)

      elif direction == 'RIGHT':           # 向右：水平翻转 -> 左移 -> 水平翻转回来           self.board = [row[::-1] for row in self.board]           self.board = [self.slide_left(row) for row in self.board]           self.board = [row[::-1] for row in self.board]

      elif direction == 'DOWN':           # 向下：顺时针转90度 -> 左移 -> 逆时针转90度(顺时针转270度)回来           self.board = self.rotate_clockwise(self.board)           self.board = [self.slide_left(row) for row in self.board]           for _ in range(3): self.board = self.rotate_clockwise(self.board)

      # 如果棋盘发生了变化，说明移动有效，生成新方块       if self.board != old_board:           self.add_new_tile()

  def draw(self):       """界面渲染：将数据转换为图形展示在屏幕上"""       self.screen.fill((187, 173, 160)) # 背景灰色底板

      for r in range(SIZE):           for c in range(SIZE):               value = self.board[r][c]               # 根据数字获取颜色，如果数字超出了 COLORS 表，取默认深色               color = COLORS.get(value, (60, 58, 50))

              # 计算每个方格的具体坐标               rect_x = c * TILE_SIZE + (c + 1) * MARGIN               rect_y = r * TILE_SIZE + (r + 1) * MARGIN               rect = pygame.Rect(rect_x, rect_y, TILE_SIZE, TILE_SIZE)

              # 画出方块矩形               pygame.draw.rect(self.screen, color, rect, border_radius=5)

              # 如果方块内有数字，渲染文字               if value != 0:                   # 数字较小时用深色字，较大时用白色字                   text_color = (119, 110, 101) if value <= 4 else (255, 255, 255)                   text_surf = self.font.render(str(value), True, text_color)                   text_rect = text_surf.get_rect(center=rect.center)                   self.screen.blit(text_surf, text_rect)

      pygame.display.flip() # 刷新屏幕

  def run(self):       """游戏主循环：监听输入 -> 更新状态 -> 渲染画面"""       running = True       while running:           for event in pygame.event.get():               if event.type == pygame.QUIT:                   running = False

              if event.type == pygame.KEYDOWN:                   if event.key == pygame.K_LEFT:  self.move('LEFT')                   elif event.key == pygame.K_UP:    self.move('UP')                   elif event.key == pygame.K_RIGHT: self.move('RIGHT')                   elif event.key == pygame.K_DOWN:  self.move('DOWN')                   elif event.key == pygame.K_r:     self.reset() # 按R键重玩

          self.draw()           self.clock.tick(FPS)

      pygame.quit()       sys.exit()

if __name__ == "__main__":   game = Game2048()   game.run()

可以注意到，整个游戏主体是放在一个 while 循环中执行的，这也就是所谓的“游戏主循环”，每次循环就是游戏中的“一帧”画面。

4. 进阶挑战

如果你已经完成了基础版，不妨再继续尝试优化这个游戏，比如：

动画效果：方块移动时不要“瞬移”，加个平滑过渡。

悔棋功能：用一个栈保存历史状态，按 'U' 键回退。

AI 自动玩：让电脑自己玩，看看能不能玩到2048。

5. 总结

开发一个小游戏，最难的往往不是代码本身，而是如何将复杂的流程拆解成一个个小函数。

《2048》的开发过程，本质上就是在处理一个二维列表。当你能熟练操作数据结构并将其可视化时，你就已经迈过了编程入门的那道坎。

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