tkinterを使ってオセロを作る v1.0 - どん底から這い上がるまでの記録

tkinterを使ってオセロを作ってみました。以前にもtkinterを使ってオセロは作りましたが（その１とその２）画像が消えてしまったり長い思考時間が必要なAIを実装するとアプリケーションの動作が停止するなど問題があるため、今回新たにプログラムを書き直してみました。

今回新しく作り直したのには他にも理由があって、AlphaZeroでオセロを学習させてみたいと思ったためです。（※今回はAlphaZeroの実装はしていません。）そのため、一部ですがAlphaZeroに合わせたコードにしています。以前三目並べをAlphaZeroで学習させてみました。

www.pytry3g.com

関連リンク
今回作ったもの
- できること
改善すべき点
ソースコード
おわりに

今回作ったもの

tkinterを使ってオセロを作りました。標準で入っているモジュールのみで作られています。できたものはこんな感じ。

このオセロ盤の作り方ですが、以前書いた古い記事の情報で再現できるのではないかと思っています。そのため、この記事では作り方の説明はしません。めんどくさいので気が向いたら記事を更新して説明を書きたいと思います。

前回作ったものと違う点がいくつかあります。

Labelの削除。ターンの表示はコマンドプロンプトに出力するように変更。
スレッドの実装。時間がかかる処理の実行中にアプリケーションの動作が止まることがあるので、スレッドに時間がかかる処理をやってもらう。

できること

今回作ったものはできることが非常に限られています。

ユーザはCPUと対戦できる。
CPUは打てる手を見つけてランダムに打ちます。
ユーザは先手番でしか戦えない。
ユーザは白の石でしか戦えない。
CPU同士の対戦を眺めることができる（※ただし、CPUはランダムに打つ。）

改善すべき点

以下に書いていることを今後改善していきたい。

AIの実装。
手番を選択できる。
石の色を選択できる。
対戦の記録を残す。

ソースコード

以下、ソースコードです。 python othello.pyでCPUと対戦できます。

tkthread.py

import threading
import time
import random

class Thread(threading.Thread):
    def __init__(self, sec):
        super(Thread, self).__init__()
        self.is_running = True
        self.thlock = 1
        self.keylock = 0
        self.parent = None
        self.sec = sec
        self.start()

    def __call__(self):
        self.keylock = 1
        self.unlock()

    def set_parent(self, parent):
        self.parent = parent

    def lock(self):
        self.thlock = 1

    def unlock(self):
        self.thlock = 0

    def is_lock(self):
        return self.thlock

    def is_cpu(self):
        return self.parent.cpu

    def is_end(self):
        return self.parent.is_end

    def is_gorilla(self):
        return self.parent.gorilla

    def random_choice(self):
        if self.is_end():
            self.lock()
            return
        time.sleep(self.sec)
        tag = random.choice(list(self.parent.candidates.keys()))
        self.parent.update_board(tag)
        if self.is_cpu() or self.is_gorilla():
            return
        self.lock()
        self.keylock = 0

    def alpha_zero(self):
        pass

    def run(self):
        while self.is_running:
            if self.is_lock():
                continue
            self.random_choice()

othello.py

import argparse
import tkinter as tk
from tkthread import Thread


class Othello(tk.Tk):
    def __init__(self, cpu, sec):
        super(Othello, self).__init__()
        self.cpu = cpu
        self.title("オセロ")
        self.geometry("{}x{}+{}+{}".format(350, 450, 450, 100))
        self.color = ["", "white", "black"]
        # {tag: position}
        self.tag2pos = {}
        # 座標からtagの変換
        self.z2tag = {}
        # 符号
        self.numstr = '12345679'
        self.alpstr = "abcdefgh"
        # Set up some variables
        self.set_variables()
        # Set up game board
        self.set_board()
        # Set up some buttons
        self.set_button()
        self.thread = Thread(sec)
        self.thread.set_parent(self)
        if self.cpu:
            self.thread.keylock = 1
            self.thread()

    def set_variables(self):
        self.sentinel = [2] * 10 + [[0, 2][i in [0, 9]] for i in range(10)] * 8 + [2] * 10
        self.board2info = [0] * 64
        self.playerTurn = 1
        self.gorilla = 0
        self.is_end = 0

    def set_board(self):
        # オセロ盤
        self.board = tk.Canvas(self, bg="lime green", width=350, height=350)
        self.board.place(x=0, y=0)
        # オセロ盤を作成
        for i, y in zip(self.numstr, range(15, 336, 40)):
            for j, x in zip(self.alpstr, range(15, 336, 40)):
                pos = x, y, x+40, y+40
                tag = i + j
                self.tag2pos[tag] = pos
                self.board.create_rectangle(*pos, fill="lime green", tags=tag)
                self.z2tag[self.z_coordinate(tag)] = tag
                self.board.tag_bind(tag, "<ButtonPress-1>", self.pressed)
        # 初期設定
        for z, turn in [(44, 1), (45, -1), (54, -1), (55, 1)]:
            tag = self.z2tag[z]
            self.sentinel[z] = turn
            self.board.create_oval(*self.tag2pos[tag], fill=self.color[turn], tags=tag)
        self.sent2board()
        #self.get_board_info()
        self.get_candidates()
        self.switch_board()

    def set_button(self):
        self.reset = tk.Button(self, text="reset", relief="groove", command=self.clear)
        self.reset.place(x=170, y=380)
        self.quit_program = tk.Button(self, text="quit", relief="groove", command=self.close)
        self.quit_program.place(x=280, y=380)

    def get_sentinel_info(self):
        # self.sentinelを表示
        print("{:-^31s}".format("self.sentinel"))
        print(*[str(" {:2d} " * 8).format(*self.sentinel[i:i+8]) \
            for i in range(11, 89, 10)], sep="\n")
        print('-'*31)

    def get_board_info(self):
        # self.board2infoを表示
        print("{:-^31s}".format("self.board2info"))
        print(*[str(" {:2d} " * 8).format(*self.board2info[i:i+8]) \
            for i in range(0, 64, 8)], sep="\n")
        print('-'*31)

    def sent2board(self):
        # self.sentinelをself.board2infoに変換
        self.board2info = [self.sentinel[j] for i in range(11, 89, 10) for j in range(i, i+8)]

    def z_coordinate(self, tag):
        x = self.alpstr.index(tag[1])+1
        y = self.numstr.index(tag[0])+1
        return y*10 + x

    def get_candidates(self):
        # 置ける場所を探す
        self.candidates = {}
        for y in self.numstr:
            for x in self.alpstr:
                tag = y + x
                if self.sentinel[self.z_coordinate(tag)] != 0:
                    continue
                self.search(tag)

        if len(self.candidates) == 0:
            # 候補手がない
            print("パスしまーす（{}）".format(['', '白', '黒'][self.playerTurn]))
            # ターンを変えて候補手を探す。
            self.gorilla += 1
            if self.gorilla == 2:
                self.is_end = 1
                self.print_result()
            else:
                self.playerTurn = -self.playerTurn
                self.get_candidates()
                self.switch_board()
        else:
            # 候補手がある。
            self.print_turn()
            self.gorilla = 0

    def pressed(self, event):
        if self.thread.keylock:
            return
        item_id = self.board.find_closest(event.x, event.y)
        tag = self.board.gettags(item_id[0])[0]
        if tag not in self.candidates:
            return
        self.update_board(tag)

    def update_board(self, tag):
        """ 色々更新する。
            1. 盤面の更新。
            2. 盤情報の更新。
            3. ターンの更新。
        """
        ### 1. 盤面の更新。###
        self.switch_board(0)
        # 反転処理
        for z in self.candidates[tag]:
            ctag = self.z2tag[z]
            self.board.create_oval(*self.tag2pos[ctag], fill=self.color[self.playerTurn])
            self.sentinel[z] = self.playerTurn
        # 新しく石を置く
        self.board.create_oval(*self.tag2pos[tag], fill=self.color[self.playerTurn])

        ### 2. 盤情報の更新。###
        self.sentinel[self.z_coordinate(tag)] = self.playerTurn
        self.sent2board()
        # 盤情報を出力
        self.get_board_info()
        ### 3. ターンの更新。###
        self.playerTurn = -self.playerTurn
        # 候補手を探す。
        self.get_candidates()
        self.switch_board()
        if self.playerTurn == -1 or self.cpu:
            self.thread()

    def search(self, tag):
        z = self.z_coordinate(tag)
        for num in [-10, 10, 1, -1, -11, 11, -9, 9]:
            self.flag = False
            self.tmp = []
            result = self._search(z+num, num)
            if result == -1:
                continue
            if tag in self.candidates:
                self.candidates[tag] += self.tmp
            else:
                self.candidates[tag] = self.tmp

    def _search(self, z, num):
        v = self.sentinel[z]
        if v in [0, 2]:
            return -1
        if v == self.playerTurn:
            return z if self.flag else -1
        self.flag = True
        self.tmp.append(z)
        return self._search(z+num, num)

    def switch_board(self, color=1):
        # 候補手のところの色を変える
        for tag in self.candidates.keys():
            self.board.itemconfig(tag, fill=["lime green", "lawn green"][color])

    def print_turn(self):
        print("{}のターンです。".format(['', '白', '黒'][self.playerTurn]))

    def print_result(self):
        # 結果の表示
        total_black = sum([0, 1][x == -1] for x in self.board2info)
        total_white = sum([0, 1][x == 1] for x in self.board2info)
        print("{:-^29s}".format("結果"))
        if total_black == total_white:
            print(f"{'引き分け':^29s}")
        else:
            result = ["黒", "白"][total_black < total_white]
            print(f"{result+'の勝ち':^29s}")
        print("黒：{}".format(total_black))
        print("白：{}".format(total_white))

    def clear(self):
        # 初期化
        print("\n"*30)
        self.board.delete("all")
        self.set_variables()
        self.set_board()
        self.thread.keylock = 0
        if self.cpu:
            self.thread.keylock = 1
            self.thread()

    def close(self):
        # 終了処理
        self.thread.is_running = 0
        self.quit()

    def run(self):
        self.mainloop()


if __name__ == "__main__":
    parser = argparse.ArgumentParser()
    parser.add_argument(
        '-c',
        '--cpu',
        type=bool,
        default=False,
        help="TrueならCPU同士、Falseなら人vsCPUの対戦"
    )

    parser.add_argument(
        '-s',
        '--sec',
        type=float,
        default=0.1,
        help="AIが思考状態に入るまでの時間を指定"
    )
    args = parser.parse_args()
    app = Othello(args.cpu, args.sec)
    app.run()

実行例

対CPU

python othello.py

CPU同士の対戦を眺める。

python othello.py -c 1

おわりに

今回作ったものはできることが限られていますがとりあえず記事にしてみました。現在AlphaZeroで学習できるようにgame.pyを書いているところです。

ちなみに、この記事のタイトルv1.0の意味はバージョン1.0を表します。つまり、今後このプログラムを改善していってバージョンをv2.0、v3.0としていきたいと考えています。

関連リンク