用Python重现经典街机游戏：吃豆人（Pacman）的完整解析与拓展可能

一、游戏背景与实现概述

吃豆人游戏由南梦宫公司于1980年推出，迅速成为街机游戏的标志性作品。本Python实现使用turtle图形库，这是一个适合初学者的Python标准库，通过简单的命令即可创建图形界面。

二、核心代码解析

"""Pacman, classic arcade game.

Exercises
1. Change the board.
2. Change the number of ghosts.
3. Change where pacman starts.
4. Make the ghosts faster/slower.
5. Make the ghosts smarter.
"""

from random import choice
from turtle import *

from freegames import floor, vector

# 游戏状态（得分）
state = {'score': 0}
# 绘图路径与分数显示
path = Turtle(visible=False)
writer = Turtle(visible=False)
# 吃豆人移动方向与初始位置
aim = vector(5, 0)
pacman = vector(-40, -80)
# 鬼魂列表（位置+移动方向）
ghosts = [
    [vector(-180, 160), vector(5, 0)],
    [vector(-180, -160), vector(0, 5)],
    [vector(100, 160), vector(0, -5)],
    [vector(100, -160), vector(-5, 0)],
]
# 迷宫地图（0=墙壁，1=豆子，2=已吃掉的豆子）
tiles = [
    0, 0, 0, 0, 0, 0, 0, 0, 0, 0, 0, 0, 0, 0, 0, 0, 0, 0, 0, 0,
    0, 1, 1, 1, 1, 1, 1, 1, 0, 1, 1, 1, 1, 1, 1, 1, 0, 0, 0, 0,
    # 中间省略部分地图数据...
    0, 0, 0, 0, 0, 0, 0, 0, 0, 0, 0, 0, 0, 0, 0, 0, 0, 0, 0, 0,
]


def square(x, y):
    """绘制迷宫方块（墙壁或豆子所在格子）"""
    path.up()
    path.goto(x, y)
    path.down()
    path.begin_fill()
    for _ in range(4):
        path.forward(20)
        path.left(90)
    path.end_fill()


def offset(point):
    """计算坐标点在tiles数组中的索引偏移量"""
    x = (floor(point.x, 20) + 200) / 20
    y = (180 - floor(point.y, 20)) / 20
    return int(x + y * 20)


def valid(point):
    """检测移动是否合法（非墙壁且在路径上）"""
    index = offset(point)
    if tiles[index] == 0:
        return False
    index = offset(point + 19)
    if tiles[index] == 0:
        return False
    return point.x % 20 == 0 or point.y % 20 == 0


def world():
    """绘制游戏地图：黑色背景、蓝色墙壁、白色豆子"""
    bgcolor('black')
    path.color('blue')
    for index in range(len(tiles)):
        tile = tiles[index]
        if tile > 0:
            x = (index % 20) * 20 - 200
            y = 180 - (index // 20) * 20
            square(x, y)
            if tile == 1:  # 绘制豆子
                path.up()
                path.goto(x + 10, y + 10)
                path.dot(2, 'white')


def move():
    """更新游戏状态：移动吃豆人与鬼魂，检测碰撞"""
    writer.undo()
    writer.write(state['score'])
    clear()

    # 吃豆人移动
    if valid(pacman + aim):
        pacman.move(aim)
    index = offset(pacman)
    if tiles[index] == 1:  # 吃掉豆子
        tiles[index] = 2
        state['score'] += 1
        x = (index % 20) * 20 - 200
        y = 180 - (index // 20) * 20
        square(x, y)

    # 绘制吃豆人
    up()
    goto(pacman.x + 10, pacman.y + 10)
    dot(20, 'yellow')

    # 鬼魂移动（随机策略）
    for point, course in ghosts:
        if valid(point + course):
            point.move(course)
        else:
            # 遇到墙壁时随机选择新方向
            options = [vector(5, 0), vector(-5, 0), vector(0, 5), vector(0, -5)]
            course.update(choice(options))
        # 绘制鬼魂
        up()
        goto(point.x + 10, point.y + 10)
        dot(20, 'red')

    update()
    # 检测吃豆人是否被鬼魂追上
    for point, _ in ghosts:
        if abs(pacman - point) < 20:
            return
    # 定时刷新游戏画面（100毫秒）
    ontimer(move, 100)


def change(x, y):
    """改变吃豆人移动方向（仅当移动合法时）"""
    if valid(pacman + vector(x, y)):
        aim.x = x
        aim.y = y


# 游戏初始化
setup(420, 420, 370, 0)
hideturtle()
tracer(False)
writer.goto(160, 160)
writer.color('white')
writer.write(state['score'])
# 绑定键盘事件
listen()
onkey(lambda: change(5, 0), 'Right')
onkey(lambda: change(-5, 0), 'Left')
onkey(lambda: change(0, 5), 'Up')
onkey(lambda: change(0, -5), 'Down')
world()
move()
done()

三、代码模块详解

1. 数据结构设计

迷宫地图（tiles）：使用一维数组表示20×20的网格，通过索引计算对应坐标：

• 0 表示墙壁
• 1 表示可食用豆子
• 2 表示已吃掉的豆子

角色位置（vector）：利用freegames库的vector类存储坐标，方便进行向量运算（如移动方向）。

2. 核心功能函数

地图绘制（world）：遍历tiles数组，根据数值绘制蓝色墙壁和白色豆子，黑色背景形成经典吃豆人视觉效果。

移动逻辑（move）：吃豆人按玩家输入方向移动，鬼魂采用"随机碰壁转向"策略，每次移动后检测碰撞与得分。

输入控制（change）：绑定键盘方向键，实时更新吃豆人移动方向，确保移动合法（不穿墙）。

3. 游戏循环机制

通过ontimer(move, 100)实现定时刷新，每100毫秒更新一次游戏状态，配合tracer(False)关闭自动刷新，手动调用update()提升画面流畅度。

四、游戏拓展与改进方向

代码注释中给出了5个拓展练习，以下是具体实现思路：

1. 改变迷宫地图（Change the board）

直接修改tiles数组中的数值分布：

• 0表示墙壁，可构建新的迷宫结构
• 1表示豆子，调整豆子位置或数量可改变游戏难度

示例：将中间区域的墙壁改为通道，或设计"传送门"机制（当吃豆人到达特定坐标时瞬移到另一位置）。

2. 调整鬼魂数量（Change the number of ghosts）

修改ghosts列表的元素数量：

• 增加鬼魂数量（如5-6个）会显著提升游戏难度
• 减少鬼魂数量（如1-2个）适合新手练习

3. 改变吃豆人起点（Change where pacman starts）

修改pacman变量的初始坐标（如vector(0, 0)），并确保新起点在合法路径上（tiles[offset(pacman)] > 0）。

4. 调整鬼魂速度（Make the ghosts faster/slower）

修改ghosts列表中移动向量的数值：

• 原代码中鬼魂移动向量为vector(5, 0)，增大数值（如10）可加快速度
• 减小数值（如2）可降低速度，适合新手

5. 优化鬼魂AI（Make the ghosts smarter）

原代码问题：鬼魂采用随机移动策略，缺乏智能性，可通过以下方式改进：

• 追逐算法：计算鬼魂到吃豆人的最短路径（如BFS广度优先搜索），让鬼魂沿路径移动
• 状态切换：实现"恐惧模式"（如吃豆人吃到特殊豆子后，鬼魂变为蓝色并逃跑）
• 目标优先级：不同鬼魂采用不同策略（如有的鬼魂优先追逐，有的鬼魂拦截吃豆人路径）

五、总结与延伸

这个Python版吃豆人游戏通过turtle库直观展示了游戏开发的基本流程：地图建模、角色控制、碰撞检测与游戏循环。对于编程初学者，可通过修改代码理解游戏逻辑；对于进阶开发者，可尝试添加音效、计分系统、关卡切换等功能，甚至结合Pygame库实现更复杂的图形效果。