从0到1:用Python的PyQt打造专属数独游戏
一、引言
数独，作为一款风靡全球的数字益智游戏，凭借其简单易懂的规则和极具挑战性的玩法，吸引了无数玩家为之痴迷。从纸质谜题到电子游戏，数独的身影无处不在，无论是在闲暇时光放松大脑，还是在锻炼逻辑思维能力时，数独都是绝佳之选。你是否曾好奇，这些充满趣味的数独游戏是如何开发出来的呢？今天，就让我们一起走进 Python 的世界，利用强大的 PyQt 库来打造属于自己的数独游戏。在这个过程中，我们不仅能深入了解数独游戏的内部机制，还能掌握 PyQt 的使用技巧，感受 Python 编程的魅力。无论你是编程新手，还是渴望提升技能的开发者，都能在这次的开发之旅中收获满满。
二、准备工作
（一）安装 PyQt
在开始使用 PyQt 开发数独游戏之前，我们首先需要将其安装到我们的开发环境中。PyQt 的安装方式较为简单，最常用的方法是使用 pip 命令进行安装 。pip 是 Python 的包管理工具，它能帮助我们快速、便捷地获取和安装各种 Python 库。打开命令行工具（在 Windows 系统中通常是命令提示符或 PowerShell，在 Linux 和 macOS 系统中是终端），输入以下命令：
pip install PyQt5上述命令会自动从 Python Package Index（PyPI）下载并安装最新版本的 PyQt5 库。不过，由于 PyPI 的服务器位于国外，在网络状况不佳的情况下，下载速度可能会非常缓慢，甚至导致安装失败。为了解决这个问题，我们可以使用国内的镜像源来加速下载。例如，使用豆瓣的镜像源，安装命令如下：
pip install PyQt5 -i https://pypi.douban.com/simple除了 pip 安装，如果你使用的是 Anaconda 这样的包管理工具，也可以通过它来安装 PyQt5 。在 Anaconda Prompt 中输入：
conda install -c anaconda pyqt在安装过程中，可能会遇到一些问题。比如，提示缺少某些依赖项，这通常是因为系统中缺少必要的开发工具或库。在 Windows 系统中，如果遇到此类问题，可以尝试安装 Microsoft Visual C++ Redistributable，它提供了 C++ 运行时库，许多 Python 库的安装都依赖于此。在 Linux 系统中，可能需要安装一些基础的开发包，如 GCC、make 等，可以使用系统自带的包管理器进行安装，例如在 Ubuntu 系统中，使用以下命令安装：
sudo apt-get install build-essential另外，如果出现版本冲突的问题，比如已经安装了旧版本的 PyQt，而新版本的安装与之冲突，可以先尝试卸载旧版本，再进行安装。卸载命令如下：
pip uninstall PyQt5安装完成后，可以在 Python 交互环境中输入import PyQt5进行测试，如果没有报错，说明安装成功。
（二）了解数独规则与核心功能
在深入开发数独游戏之前，我们必须对数独的规则有清晰的理解。数独的基本结构是一个 9x9 的方格，这个大的方格又被划分为 9 个 3x3 的小方格，我们称之为 “宫” 。游戏的目标是在每个空格中填入数字 1 到 9，同时要满足以下规则：
- 行规则：每一行中的数字 1 到 9 都只能出现一次。
- 列规则：每一列中的数字 1 到 9 也都只能出现一次。
- 宫规则：每个 3x3 的宫中，数字 1 到 9 同样只能出现一次。
理解这些规则是开发数独游戏的基础，它将指导我们如何生成有效的数独谜题，以及如何判断玩家的填入是否正确。
对于数独游戏的开发而言，有两个核心功能是必不可少的：生成谜题和解决数独。生成谜题功能需要能够创建一个初始的数独棋盘，这个棋盘既要满足数独的规则，又要有一定的难度级别，不能过于简单或过于复杂，以保证游戏的趣味性和挑战性 。解决数独功能则是实现一个算法，能够根据给定的数独棋盘，找到符合规则的完整解。这个算法是数独游戏的核心逻辑，它需要运用各种逻辑推理和搜索策略，例如回溯法、唯一候选数法等。有了这两个核心功能，我们就可以搭建起数独游戏的基本框架，再结合 PyQt 强大的图形界面开发能力，就能将数独游戏以直观、友好的方式呈现给玩家。
三、生成数独谜题
（一）核心算法思路
生成数独谜题的关键在于回溯算法，这是一种经典的深度优先搜索策略。想象一下，我们站在数独棋盘的左上角，面前是一片等待填充数字的空格。回溯算法就像是一位耐心的探索者，从这个起点开始，一个格子一个格子地前进，尝试填入数字 1 到 9。每填入一个数字，它都会仔细检查，确保这个数字符合数独的规则，即在同一行、同一列和同一个 3x3 的宫中都没有重复。
当遇到一个空格时，算法会随机选择一个数字填入，然后递归地进入下一个空格继续尝试。如果在某一步发现没有合适的数字可以填入，也就是说，无论选择哪个数字都会违反数独规则，这时算法就会 “回溯”，回到上一个空格，撤销之前填入的数字，尝试其他的可能性 。就好比我们在迷宫中走到了死胡同，只能退回到上一个路口，选择另一条路继续探索。
这个过程会一直持续，直到整个棋盘都被成功填满，每一行、每一列和每一个宫中的数字都符合规则，这样就生成了一个完整的数独谜题。回溯算法的巧妙之处在于，它通过不断地尝试和撤销，能够在庞大的解空间中找到符合数独规则的解，为我们呈现出一个个充满挑战的数独谜题。
（二）Python 代码实现
import random
def is_valid(board, row, col, num):
# 检查行
for i in range(9):
if board[row][i] == num:
return False
# 检查列
for i in range(9):
if board[i][col] == num:
return False
# 检查3x3宫
start_row, start_col = 3 * (row // 3), 3 * (col // 3)
for i in range(3):
for j in range(3):
if board[start_row + i][start_col + j] == num:
return False
return True
def fill_board(board):
for i in range(9):
for j in range(9):
if board[i][j] == 0:
numbers = list(range(1, 10))
random.shuffle(numbers) # 随机打乱数字顺序，增加谜题的多样性
for num in numbers:
if is_valid(board, i, j, num):
board[i][j] = num
if fill_board(board):
return True
board[i][j] = 0 # 回溯
return False
return True
def create_sudoku():
board = [[0] * 9 for _ in range(9)]
fill_board(board)
return board
在上述代码中，is_valid函数是数独规则的守护者，它仔细检查每一个可能填入的数字，确保其在行、列和宫中的唯一性。当fill_board函数遍历到一个空格时，它会从 1 到 9 中随机选择一个数字，调用is_valid函数进行检查，如果符合规则就填入，并递归地处理下一个空格。如果所有数字都无法填入，就会将当前空格重置为 0，回溯到上一个空格 。create_sudoku函数则是谜题的创造者，它初始化一个空的数独棋盘，调用fill_board函数进行填充，最终生成一个完整的数独谜题。
四、解决数独问题
（一）判断数字放置的安全性
在解决数独问题的过程中，判断在给定位置放置数字是否安全是至关重要的一步。这一步骤是确保数独解的合法性的基础，需要仔细检查行、列和小九宫格，以保证每个数字在这些区域内的唯一性。
首先是行的检查。对于一个 9x9 的数独棋盘，每一行都应该包含数字 1 到 9 且不重复。当我们尝试在某个位置(row, col)放置数字num时，需要遍历该行的所有列，即从第 0 列到第 8 列。如果在这一行中发现已经存在数字num，那么在该位置放置num就是不安全的，因为这违反了数独的行规则。例如，在某一行中已经有数字 5，那么当我们考虑在该行的其他位置放置 5 时，就必须拒绝这个操作 。
列的检查原理与行类似。每一列同样需要包含数字 1 到 9 且无重复。当检查在位置(row, col)放置num的安全性时，我们遍历整个列，从第 0 行到第 8 行。如果在这一列中找到了与num相同的数字，那么该位置不能放置num。例如，在某一列中已经存在数字 3，那么在该列的任何其他位置放置 3 都是不符合数独规则的。
小九宫格的检查相对复杂一些。数独棋盘被划分为 9 个 3x3 的小九宫格，每个小九宫格内也必须包含数字 1 到 9 且不重复。要确定某个位置(row, col)所在的小九宫格，我们可以通过数学计算得到小九宫格的起始行和起始列。具体来说，起始行start_row为3 * (row // 3)，起始列start_col为3 * (col // 3) 。然后，我们在这个 3x3 的小九宫格内进行遍历，检查是否已经存在数字num。如果存在，则该位置不能放置num。例如，在某个小九宫格中已经有了数字 7，那么在该小九宫格内的其他位置就不能再放置 7。通过这样细致的行、列和小九宫格的检查，我们能够准确判断在给定位置放置数字是否安全，为后续的回溯法求解数独问题提供坚实的保障。
（二）回溯法求解
回溯法是解决数独问题的核心算法，它就像是一位耐心且机智的探索者，在数独的数字迷宫中寻找正确的路径。回溯法的基本原理是通过不断地尝试和撤销来找到问题的解。在数独中，我们从棋盘的第一个空格开始，尝试填入数字 1 到 9。每填入一个数字，都要检查这个数字是否满足数独的规则，即是否在同一行、同一列和同一个 3x3 的小九宫格中唯一 。
如果填入的数字满足规则，我们就继续处理下一个空格；如果不满足规则，就撤销当前的选择，尝试其他数字。这个过程会一直持续，直到所有空格都被成功填满，或者发现无法找到有效的解。例如，当我们在某个空格尝试填入数字 5，检查后发现它在同一行已经存在，那么就将 5 移除，尝试填入 6，以此类推。
下面是用 Python 实现回溯法解决数独问题的代码：
def solve_sudoku(board):
for i in range(9):
for j in range(9):
if board[i][j] == 0:
for num in range(1, 10):
if is_valid(board, i, j, num):
board[i][j] = num
if solve_sudoku(board):
return True
board[i][j] = 0
return False
return True
在这段代码中，solve_sudoku函数负责整个求解过程。它通过两层循环遍历数独棋盘的每一个格子。当遇到一个值为 0（表示空格）的格子时，就尝试从 1 到 9 填入数字。这里调用了前面提到的is_valid函数来检查填入的数字是否合法。如果合法，就将数字填入，并递归调用solve_sudoku函数继续处理下一个空格 。如果在递归过程中，所有的空格都能成功填入数字，那么就找到了数独的解，返回True；如果在某个空格处，尝试了所有数字都无法满足规则，就将该空格重置为 0（回溯），并返回False，表示当前的尝试失败，需要重新选择数字。当整个棋盘都遍历完且没有遇到无法解决的空格时，说明找到了完整的解，返回True 。回溯法通过这种不断尝试、检查和回溯的方式，能够在复杂的数独解空间中找到正确的答案，是解决数独问题的有效方法。
五、使用 PyQt 搭建图形界面
（一）创建主窗口与布局
在使用 PyQt 搭建数独游戏的图形界面时，首先要创建主窗口。主窗口就像是游戏的舞台，所有的游戏元素都将在这个舞台上呈现。在 Python 中，我们使用QApplication和QMainWindow类来实现这一功能 。QApplication是 PyQt 应用程序的基础，它管理着应用程序的控制流和主要设置，就像一个总指挥，协调着整个应用程序的运行。而QMainWindow则为我们提供了一个主窗口的框架，我们可以在这个框架上添加各种组件，如菜单栏、工具栏、状态栏等。
下面是创建主窗口的代码示例：
from PyQt5.QtWidgets import QApplication, QMainWindow
app = QApplication([])
window = QMainWindow()
window.setWindowTitle('数独游戏')
window.setGeometry(100, 100, 400, 500) # 设置窗口位置和大小在这段代码中，我们首先创建了一个QApplication对象app，它是应用程序的入口点，负责处理初始化、事件循环等重要任务 。接着，创建了QMainWindow对象window，并使用setWindowTitle方法为窗口设置了标题 “数独游戏”，这个标题会显示在窗口的顶部栏，让玩家一眼就能知道这是一个数独游戏。setGeometry方法则用于设置窗口的位置和大小，它接受四个参数，前两个参数100, 100表示窗口左上角在屏幕上的坐标（以像素为单位），后两个参数400, 500表示窗口的宽度和高度（同样以像素为单位）。通过这样的设置，我们就创建了一个位置在屏幕 (100, 100) 处，大小为 400x500 像素的主窗口。
布局的设计是让界面元素合理排列的关键。PyQt 提供了多种布局管理器，如QVBoxLayout（垂直布局）、QHBoxLayout（水平布局）和QGridLayout（网格布局）等 。对于数独游戏，我们可以使用QGridLayout来创建一个 9x9 的网格布局，以便放置数独的格子。QGridLayout就像是一个网格状的架子，我们可以将各种组件按照行列的方式放置在这个架子上，使它们整齐有序地排列。下面是使用QGridLayout创建布局的代码：
from PyQt5.QtWidgets import QWidget, QGridLayout
central_widget = QWidget()
window.setCentralWidget(central_widget)
layout = QGridLayout(central_widget)在这段代码中，首先创建了一个QWidget对象central_widget，它将作为主窗口的中心部件，承载所有的游戏界面元素 。然后，使用setCentralWidget方法将这个中心部件设置到主窗口window上。接着，创建了QGridLayout对象layout，并将其应用到中心部件central_widget上。这样，我们就为游戏界面搭建好了一个基本的网格布局框架，后续可以在这个框架上添加数独网格和其他交互元素。
（二）添加数独网格与交互元素
在主窗口和布局搭建完成后，接下来就是在窗口中添加数独网格。数独网格是数独游戏的核心区域，玩家在这里进行数字的填写和游戏的操作。实现数独网格有两种常见的方式，一种是使用QTableWidget，它是 PyQt 提供的一个表格组件，非常适合展示和编辑表格数据，就像一个电子表格软件中的表格一样 。另一种方式是自定义QWidget，通过重写绘制和事件处理方法来实现更加灵活的界面效果。
使用QTableWidget实现数独网格的代码如下：
from PyQt5.QtWidgets import QTableWidget, QTableWidgetItem
sudoku_table = QTableWidget(9, 9)
for i in range(9):
for j in range(9):
item = QTableWidgetItem()
item.setFlags(item.flags() & ~Qt.ItemIsEditable) # 初始设置为不可编辑
sudoku_table.setItem(i, j, item)
layout.addWidget(sudoku_table, 0, 0)在这段代码中，首先创建了一个 9x9 的QTableWidget对象sudoku_table，它将作为数独网格展示在界面上 。然后，通过两层循环遍历表格的每一个单元格，为每个单元格创建一个QTableWidgetItem对象item。QTableWidgetItem是QTableWidget中的单元格数据项，它可以存储各种类型的数据，如文本、图片等。在这里，我们将每个单元格的初始状态设置为不可编辑，通过setFlags方法将Qt.ItemIsEditable标志位去除，这样玩家在游戏开始时就不能随意修改单元格中的内容 。最后，使用setItem方法将创建好的item添加到表格的相应位置，并通过addWidget方法将sudoku_table添加到之前创建的网格布局layout中，位置在第 0 行第 0 列。
如果选择自定义QWidget来实现数独网格，代码会相对复杂一些，但可以实现更个性化的效果。首先需要继承QWidget类，并重写paintEvent方法来绘制网格和数字，重写mousePressEvent方法来处理用户的点击事件。以下是一个简单的自定义QWidget实现数独网格的示例代码：
import sys
import math
from PyQt5.QtWidgets import QApplication, QWidget
from PyQt5.QtGui import QPainter, QPen
from PyQt5.QtCore import Qt
class SudokuWidget(QWidget):
def __init__(self, parent=None):
super().__init__(parent)
self.board = [[0] * 9 for _ in range(9)] # 初始化数独棋盘
def paintEvent(self, event):
painter = QPainter(self)
pen = QPen(Qt.black, 2, Qt.SolidLine)
painter.setPen(pen)
# 绘制9x9网格
cell_width = self.width() / 9
cell_height = self.height() / 9
for i in range(10):
x = i * cell_width
y = i * cell_height
if i % 3 == 0:
pen.setWidth(3)
else:
pen.setWidth(1)
painter.setPen(pen)
painter.drawLine(x, 0, x, self.height())
painter.drawLine(0, y, self.width(), y)
# 绘制数字
font = painter.font()
font.setPointSize(20)
painter.setFont(font)
for i in range(9):
for j in range(9):
if self.board[i][j] != 0:
text = str(self.board[i][j])
x = j * cell_width + cell_width / 2 - painter.fontMetrics().width(text) / 2
y = i * cell_height + cell_height / 2 + painter.fontMetrics().height() / 4
painter.drawText(x, y, text)
def mousePressEvent(self, event):
cell_width = self.width() / 9
cell_height = self.height() / 9
col = int(event.x() / cell_width)
row = int(event.y() / cell_height)
print(f"点击了第{row + 1}行，第{col + 1}列")
if __name__ == '__main__':
app = QApplication(sys.argv)
window = QWidget()
sudoku_widget = SudokuWidget()
layout = QGridLayout(window)
layout.addWidget(sudoku_widget, 0, 0)
window.show()
sys.exit(app.exec_())
在这个自定义QWidget的示例中，SudokuWidget类继承自QWidget。在__init__方法中，初始化了一个 9x9 的数独棋盘self.board，用于存储数独的数字 。paintEvent方法负责绘制数独网格和数字。首先，创建了一个QPainter对象painter，它就像是一个画家，负责在窗口上绘制各种图形和文本。设置了画笔pen的颜色为黑色，宽度为 2，线条样式为实线 。
通过循环绘制 9x9 的网格线，对于每 3 条线，将画笔宽度设置为 3，以突出显示大九宫格的边界。然后，设置字体大小为 20，用于绘制数字。遍历数独棋盘，如果单元格中的数字不为 0，则计算数字的绘制位置，并使用drawText方法将数字绘制在相应的单元格中 。mousePressEvent方法用于处理鼠标点击事件，通过计算点击位置的坐标，确定点击的单元格所在的行和列，并打印出来。在main函数中，创建了SudokuWidget对象，并将其添加到网格布局中，最后显示窗口。
为了让玩家能够与数独游戏进行交互，还需要添加输入框用于填写数字。可以在每个单元格中添加QLineEdit输入框，让玩家直接在输入框中输入数字 。以下是添加输入框的代码：
from PyQt5.QtWidgets import QLineEdit
for i in range(9):
for j in range(9):
input_box = QLineEdit()
input_box.setFixedSize(30, 30) # 设置输入框大小
input_box.setAlignment(Qt.AlignCenter) # 文本居中对齐
layout.addWidget(input_box, i, j)在这段代码中，通过两层循环遍历数独网格的每一个单元格，为每个单元格创建一个QLineEdit输入框input_box。使用setFixedSize方法设置输入框的大小为 30x30 像素，使其大小合适，既不会太大影响界面美观，也不会太小导致输入不便 。setAlignment方法用于设置输入框中文本的对齐方式，这里设置为居中对齐，让输入的数字在输入框中看起来更加整齐。最后，通过addWidget方法将输入框添加到网格布局layout中的相应位置，实现了在数独网格中添加输入框的功能，方便玩家进行数字输入。
（三）实现按钮功能
在数独游戏中，“解决” 和 “新游戏” 按钮是非常重要的交互元素，它们为玩家提供了核心的游戏操作功能。实现这些按钮的功能，能够极大地提升玩家的游戏体验，让玩家能够方便地进行游戏的各种操作。
首先是创建 “解决” 按钮。在 PyQt 中，使用QPushButton类来创建按钮，这个类就像是一个虚拟的按钮组件，我们可以设置它的各种属性和行为。以下是创建 “解决” 按钮的代码：
from PyQt5.QtWidgets import QPushButton
solve_button = QPushButton('解决')
layout.addWidget(solve_button, 9, 0, 1, 3) # 将按钮添加到布局中，跨1行3列在这段代码中，创建了一个QPushButton对象solve_button，并将其文本设置为 “解决”，这样按钮在界面上显示时，玩家就能清楚地知道它的功能 。然后，使用addWidget方法将按钮添加到之前创建的网格布局layout中。这里的参数9, 0, 1, 3表示按钮放置在第 9 行第 0 列，并且跨越 1 行 3 列，这样可以让按钮在界面上有足够的显示空间，同时也能保证布局的合理性。
接下来是为 “解决” 按钮绑定事件处理函数。当玩家点击 “解决” 按钮时，我们希望程序能够调用之前实现的数独求解算法，找到数独的解并显示在界面上。以下是绑定事件处理函数的代码：
def solve_sudoku_and_display():
board = []
for i in range(9):
row = []
for j in range(9):
item = sudoku_table.item(i, j)
if item is not None and item.text():
row.append(int(item.text()))
else:
row.append(0)
board.append(row)
if solve_sudoku(board):
for i in range(9):
for j in range(9):
sudoku_table.item(i, j).setText(str(board[i][j]))
solve_button.clicked.connect(solve_sudoku_and_display)在这段代码中，定义了一个名为solve_sudoku_and_display的函数，它就是 “解决” 按钮的事件处理函数。在这个函数中，首先从数独表格sudoku_table中获取当前显示的数独棋盘状态，将其转换为一个二维数组board 。这里通过两层循环遍历表格的每一个单元格，获取单元格中的文本内容，如果文本内容不为空，则将其转换为整数添加到row列表中，否则添加 0 表示该单元格为空 。然后，调用之前实现的solve_sudoku函数尝试求解数独。如果求解成功，再次通过两层循环遍历数独棋盘，将求解得到的数字设置回数独表格sudoku_table的相应单元格中，这样就实现了点击 “解决” 按钮后，程序自动求解数独并显示结果的功能。最后，使用clicked.connect方法将按钮的点击事件与事件处理函数solve_sudoku_and_display绑定起来，当按钮被点击时，就会自动调用这个函数。
创建 “新游戏” 按钮的过程与 “解决” 按钮类似。以下是创建 “新游戏” 按钮并绑定事件处理函数的代码：
new_game_button = QPushButton('新游戏')
layout.addWidget(new_game_button, 9, 3, 1, 3) # 将按钮添加到布局中，跨1行3列
def generate_and_display_new_sudoku():
board = create_sudoku()
for i in range(9):
for j in range(9):
item = sudoku_table.item(i, j)
if item is not None:
item.setText(str(board[i][j]))
new_game_button.clicked.connect(generate_and_display_new_sudoku)在这段代码中，创建了 “新游戏” 按钮new_game_button，并将其文本设置为 “新游戏”，然后将其添加到网格布局layout中的第 9 行第 3 列，同样跨越 1 行 3 列 。定义了事件处理函数
generate_and_display_new_sudoku，在这个函数中，首先调用之前实现的create_sudoku函数生成一个新的数独谜题，得到一个二维数组board 。
然后，通过两层循环遍历数独表格sudoku_table的每一个单元格，将新生成的数独谜题中的数字设置到相应的单元格中，实现了点击 “新游戏” 按钮后，程序生成新的数独谜题并显示在界面上的功能。最后，使用clicked.connect方法将 “新游戏” 按钮的点击事件与事件处理函数
generate_and_display_new_sudoku绑定起来，使按钮能够正常响应玩家的点击操作。通过这样的方式，我们成功实现了 “解决” 和 “新游戏” 按钮的功能，为玩家提供了完整的数独游戏交互体验。
六、整合与优化
（一）将核心逻辑与界面结合
现在，我们已经分别实现了数独游戏的核心逻辑，包括生成谜题和解决数独，以及基于 PyQt 的图形界面。接下来的关键步骤是将这两部分紧密结合起来，让它们能够协同工作，为玩家呈现一个完整、流畅的游戏体验。
在 PyQt 界面中，我们之前创建了数独表格（如使用QTableWidget实现的sudoku_table）和各种交互按钮（如 “解决” 按钮和 “新游戏” 按钮）。而核心逻辑部分则包含了生成数独谜题的create_sudoku函数和解决数独的solve_sudoku函数。
当玩家点击 “新游戏” 按钮时，我们需要调用create_sudoku函数生成一个新的数独谜题，然后将谜题中的数字填充到数独表格中显示给玩家。具体实现如下：
def generate_and_display_new_sudoku():
board = create_sudoku()
for i in range(9):
for j in range(9):
item = sudoku_table.item(i, j)
if item is not None:
item.setText(str(board[i][j]))
new_game_button.clicked.connect(generate_and_display_new_sudoku)在这段代码中，
generate_and_display_new_sudoku函数首先调用create_sudoku函数生成一个新的数独谜题，得到一个二维数组board。然后通过两层循环遍历数独表格sudoku_table的每一个单元格，将新生成的数独谜题中的数字设置到相应的单元格中。最后，使用clicked.connect方法将 “新游戏” 按钮的点击事件与
generate_and_display_new_sudoku函数绑定起来，这样当玩家点击 “新游戏” 按钮时，就会触发这个函数，实现生成并显示新数独谜题的功能。
当玩家点击 “解决” 按钮时，我们要从数独表格中获取当前玩家看到的数独状态，将其转换为核心逻辑中能处理的二维数组形式，然后调用solve_sudoku函数求解数独，最后将求解结果再显示回数独表格。具体代码如下：
def solve_sudoku_and_display():
board = []
for i in range(9):
row = []
for j in range(9):
item = sudoku_table.item(i, j)
if item is not None and item.text():
row.append(int(item.text()))
else:
row.append(0)
board.append(row)
if solve_sudoku(board):
for i in range(9):
for j in range(9):
sudoku_table.item(i, j).setText(str(board[i][j]))
solve_button.clicked.connect(solve_sudoku_and_display)在solve_sudoku_and_display函数中，首先通过两层循环从数独表格sudoku_table中获取当前显示的数独棋盘状态，将其转换为一个二维数组board。这里会检查每个单元格中的文本内容，如果文本内容不为空，则将其转换为整数添加到row列表中，否则添加 0 表示该单元格为空。然后调用solve_sudoku函数尝试求解数独。如果求解成功，再次通过两层循环遍历数独棋盘，将求解得到的数字设置回数独表格sudoku_table的相应单元格中，实现点击 “解决” 按钮后自动求解数独并显示结果的功能。最后，将 “解决” 按钮的点击事件与solve_sudoku_and_display函数绑定。通过这样的方式，我们成功地将数独游戏的核心逻辑与 PyQt 界面进行了整合，实现了数据在两者之间的交互，为玩家提供了完整的游戏功能。
（二）代码优化与细节完善
在完成数独游戏的基本功能实现后，我们可以从多个方面对代码进行优化，以提升游戏的性能和用户体验，同时完善界面细节，让游戏更加美观和易用。
在算法效率方面，虽然回溯算法是解决数独问题的经典方法，但在处理复杂数独时，其时间复杂度较高。我们可以考虑对回溯算法进行优化，例如使用位运算来加速判断某个数字在某行、某列或某个 3x3 宫格中是否可用。位运算利用二进制位来表示数字的存在与否，通过位与、位或等操作，可以快速地进行集合的交并运算，从而减少循环判断的次数，提高算法的执行速度。
以判断某行是否可以放置数字num为例，原本的方法是通过循环遍历该行的所有元素来检查是否存在num，而使用位运算时，可以预先将每行已存在的数字用一个二进制数表示，假设row_bitmap表示某行已存在数字的位图，那么判断num是否可用可以通过(row_bitmap & (1 << num)) == 0来实现，其中1 << num表示将 1 左移num位，得到一个只有第num位为 1，其他位为 0 的二进制数，通过与row_bitmap进行位与运算，如果结果为 0，则表示num在该行可用，这种方式比传统的循环判断要快得多。
代码的可读性也非常重要，它直接影响到代码的维护和扩展。我们可以对代码进行重构，将一些功能独立的代码块封装成函数，给函数和变量取更具描述性的名字。例如，在之前的代码中，判断数字是否可以放置在某个位置的代码逻辑分散在多个地方，我们可以将其封装成一个函数is_number_available，函数接收数独棋盘、行号、列号和要判断的数字作为参数，返回一个布尔值表示该数字是否可以放置在指定位置。这样，在其他需要判断数字可用性的地方，直接调用这个函数即可，使代码结构更加清晰，易于理解和维护。
在界面细节方面，设置合适的背景颜色可以营造出更好的视觉氛围。使用 PyQt 的setStyleSheet方法来设置背景颜色，例如将整个数独游戏界面的背景设置为淡蓝色，可以给玩家一种清新、舒适的感觉 。代码如下：
window.setStyleSheet('background-color: lightblue;')字体样式的选择也能提升界面的美观度和可读性。可以设置数独表格中数字的字体大小、字体类型和颜色。例如，将字体设置为微软雅黑，大小为 16，颜色为深蓝色，使数字更加清晰易读。代码如下：
from PyQt5.QtGui import QFont, QPalette, QColor
font = QFont('微软雅黑', 16)
sudoku_table.setFont(font)
palette = QPalette()
palette.setColor(QPalette.WindowText, QColor('darkblue'))
sudoku_table.setPalette(palette)在这段代码中，首先创建了一个QFont对象font，设置字体为微软雅黑，大小为 16。然后将这个字体应用到数独表格sudoku_table上，使表格中的文本使用该字体显示 。接着创建了一个QPalette对象palette，设置其WindowText颜色为深蓝色，WindowText颜色用于表示文本的颜色。最后将这个调色板应用到数独表格sudoku_table上，实现了设置表格中数字颜色为深蓝色的效果。通过这些代码优化和界面细节的完善，我们可以让数独游戏更加高效、美观和易用，为玩家带来更好的游戏体验。
七、游戏源码
# -*- coding: utf-8 -*-
import random
import sys
from PyQt5.QtCore import Qt, QSize
from PyQt5.QtGui import QFont, QColor
from PyQt5.QtWidgets import (QApplication, QMainWindow, QWidget, QTableWidget,
QTableWidgetItem, QPushButton, QVBoxLayout, QHBoxLayout,
QMessageBox)
class SudokuGame(QMainWindow):
def __init__(self):
super().__init__()
self.initUI()
self.new_game()
def initUI(self):
# 窗口设置
self.setWindowTitle('Python数独游戏')
self.setFixedSize(600, 600)
# 主部件和布局
main_widget = QWidget()
self.setCentralWidget(main_widget)
main_layout = QVBoxLayout(main_widget)
# 数独表格
self.table = QTableWidget(9, 9)
self.table.setFixedSize(450, 450)
self.table.setFont(QFont("Arial", 16))
self.table.verticalHeader().setVisible(False)
self.table.horizontalHeader().setVisible(False)
self.table.setShowGrid(False)
# 设置单元格大小和样式
for i in range(9):
self.table.setColumnWidth(i, 50)
self.table.setRowHeight(i, 50)
for j in range(9):
item = QTableWidgetItem()
item.setTextAlignment(Qt.AlignCenter)
item.setFlags(item.flags() & ~Qt.ItemIsEditable)
self.table.setItem(i, j, item)
# 按钮布局
button_layout = QHBoxLayout()
self.new_btn = QPushButton("新游戏", self)
self.solve_btn = QPushButton("解决", self)
self.check_btn = QPushButton("检查", self)
# 设置按钮样式
for btn in [self.new_btn, self.solve_btn, self.check_btn]:
btn.setFixedSize(100, 40)
btn.setFont(QFont("微软雅黑", 10))
button_layout.addWidget(self.new_btn)
button_layout.addWidget(self.solve_btn)
button_layout.addWidget(self.check_btn)
# 组合布局
main_layout.addWidget(self.table, alignment=Qt.AlignCenter)
main_layout.addLayout(button_layout)
# 连接信号
self.new_btn.clicked.connect(self.new_game)
self.solve_btn.clicked.connect(self.solve)
self.check_btn.clicked.connect(self.check)
self.table.cellChanged.connect(self.cell_changed)
# 核心游戏逻辑
def is_valid(self, board, row, col, num):
# 检查行
for x in range(9):
if board[row][x] == num:
return False
# 检查列
for x in range(9):
if board[x][col] == num:
return False
# 检查3x3宫
start_row = row - row % 3
start_col = col - col % 3
for i in range(3):
for j in range(3):
if board[i + start_row][j + start_col] == num:
return False
return True
def fill_board(self, board):
for i in range(9):
for j in range(9):
if board[i][j] == 0:
numbers = list(range(1, 10))
random.shuffle(numbers)
for num in numbers:
if self.is_valid(board, i, j, num):
board[i][j] = num
if self.fill_board(board):
return True
board[i][j] = 0
return False
return True
def create_sudoku(self, difficulty=30):
# 生成完整数独
board = [[0] * 9 for _ in range(9)]
self.fill_board(board)
# 挖空生成谜题
for _ in range(difficulty):
row = random.randint(0, 8)
col = random.randint(0, 8)
while board[row][col] == 0:
row = random.randint(0, 8)
col = random.randint(0, 8)
board[row][col] = 0
return board
# 界面交互逻辑
def new_game(self):
self.solution = self.create_sudoku()
self.current_board = [row.copy() for row in self.solution]
# 挖空答案生成题目
for i in range(9):
for j in range(9):
if random.random() < 0.5: # 50%概率挖空
self.current_board[i][j] = 0
self.update_display()
def update_display(self):
self.table.blockSignals(True)
for i in range(9):
for j in range(9):
value = self.current_board[i][j]
item = self.table.item(i, j)
if value == 0:
item.setText("")
item.setFlags(item.flags() | Qt.ItemIsEditable)
item.setBackground(QColor(240, 240, 240))
else:
item.setText(str(value))
item.setFlags(item.flags() & ~Qt.ItemIsEditable)
item.setBackground(QColor(255, 255, 255))
self.table.blockSignals(False)
def cell_changed(self, row, col):
item = self.table.item(row, col)
text = item.text()
if text.isdigit() and 1 <= int(text) <= 9:
self.current_board[row][col] = int(text)
item.setForeground(QColor(0, 0, 255))
else:
item.setText("")
self.current_board[row][col] = 0
def solve(self):
# 使用回溯法求解
def backtrack(board):
for i in range(9):
for j in range(9):
if board[i][j] == 0:
for num in range(1, 10):
if self.is_valid(board, i, j, num):
board[i][j] = num
if backtrack(board):
return True
board[i][j] = 0
return False
return True
if backtrack(self.current_board):
self.update_display()
else:
QMessageBox.warning(self, "无解", "当前数独无解！")
def check(self):
errors = []
for i in range(9):
for j in range(9):
num = self.current_board[i][j]
if num != 0:
temp = self.current_board[i][j]
self.current_board[i][j] = 0
if not self.is_valid(self.current_board, i, j, temp):
errors.append((i, j))
self.current_board[i][j] = temp
if not errors:
QMessageBox.information(self, "检查通过", "当前填写正确！")
else:
for row, col in errors:
self.table.item(row, col).setBackground(QColor(255, 200, 200))
QMessageBox.warning(self, "错误", f"发现{len(errors)}处错误！")
if __name__ == '__main__':
app = QApplication(sys.argv)
game = SudokuGame()
game.show()
sys.exit(app.exec_())
八、总结与展望
（一）回顾开发过程
在这次用 PyQt 开发数独游戏的旅程中，我们从最基础的准备工作出发，一步步搭建起了一个完整的数独游戏。首先，成功安装 PyQt 库是我们进入图形界面开发的敲门砖，在这个过程中，我们可能遇到了网络问题导致下载缓慢，或是依赖项缺失等状况，但通过更换镜像源、安装相应的开发工具等方法，最终顺利解决，为后续的开发奠定了基础。
接着，深入理解数独规则是核心，它就像是游戏的灵魂，指引着我们编写生成谜题和解决数独的算法。回溯算法在其中扮演了关键角色，无论是生成谜题时从一个空格开始不断尝试数字，还是解决数独时通过递归和回溯找到正确的解，每一步都充满了挑战与乐趣。在这个过程中，判断数字放置的安全性至关重要，通过仔细检查行、列和小九宫格，确保每个数字都符合数独规则，这是整个算法能够正确运行的保障。
搭建图形界面时，我们运用 PyQt 的各种组件和布局管理器，创建了主窗口、数独网格以及交互按钮。在这个过程中，为每个组件设置合适的属性和事件处理函数，让它们能够与玩家进行有效的交互。例如，“新游戏” 按钮点击后生成新谜题，“解决” 按钮点击后求解数独，这些功能的实现让游戏变得生动起来。
最后，将核心逻辑与界面进行整合，使得游戏能够根据玩家的操作，如点击按钮，正确地调用生成谜题或解决数独的算法，并将结果显示在界面上。同时，对代码进行优化和细节完善，提升了游戏的性能和用户体验，让整个游戏更加流畅和美观。
（二）拓展与改进方向
这个数独游戏已经具备了基本的功能，但仍有许多可以拓展和改进的方向，等待着我们去探索。在难度级别选择方面，目前的数独谜题难度相对单一，我们可以设计更复杂的算法，根据空格数量、解题所需的逻辑技巧等因素，生成不同难度级别的数独谜题 。例如，简单难度的谜题可以有较多的已知数字，主要考验玩家对基本规则的熟悉程度；而困难难度的谜题则减少已知数字，需要玩家运用更多的高级逻辑推理技巧，如候选数法、XY-wing 等。
计时功能的添加能为游戏增添紧张刺激的氛围，让玩家在规定时间内完成数独挑战，增加游戏的竞技性。可以使用 Python 的time模块或 PyQt 提供的定时器功能来实现这一功能。当玩家点击 “新游戏” 按钮时，开始计时，在游戏界面上实时显示已用时间，当玩家完成数独或点击 “解决” 按钮时，停止计时并显示最终用时。
提示功能对于新手玩家来说非常友好，当玩家遇到困难时，可以点击提示按钮，程序根据当前数独的状态，分析出最容易确定的数字，并在界面上进行提示。实现这一功能需要在解决数独的算法基础上进行扩展，找到当前棋盘上可以通过简单逻辑推理确定的数字位置和值。希望大家能够在这个基础上继续探索，为这个数独游戏增添更多精彩的功能，让它成为一个更加完善、有趣的益智游戏。