ぼくのかんがえたさいきょうのおせろ【思考ルーチン編１】

１．前回（準備編）のあらすじ

　とりあえず、コンソール上で石を置く場所を入力すると、その度にオセロ盤が更新、表示されるプログラムを作成しました。今回からは、少しずつ敵側の思考ルーチンを練っていきます。※今回は内容が少なめですが、ご容赦ください。

２．メソッドをスリムにする

　さて、本題に入る前に、前回のプログラムで少し冗長だったstartメソッドを整理します。昔大学に通っていた頃、プログラミングの得意な友人に良く言われていたのは、「１つのメソッドに書くコードは極力少なく、長くても30行までに収めること。それを超えそうなら別のメソッドに分けること」ということでした。今なら、その言葉の意味が良く分かります。１つのメソッドに沢山のコードを書くということは、それだけ多種多様な処理を詰め込んでいたり、同じ処理をコピペしていることが多いです。そうすると読みにくくなったり、後から書き換えるのが困難になったり、最悪の場合バグが入っても気づかなかったりします。そういったリスクを避けるために、１メソッド当たりの行数は少なくすることが重要なのですね。

// オセロを開始する
public void start() {
    // 開始前の処理
    this.askPlayerColor();
    boolean isPlayerTurn = this.getFirstMove();
    int skipCount = 0;
    // 各ターンの処理
    System.out.println("オセロを始めます。");
    this.printBoard();
    while (this.turnCount <= turnCountMax) {
        // ターンをスキップするかどうか判定する
        int skipFlag = this.checkSkipCount(isPlayerTurn, skipCount);
        if (skipFlag == 2) {
            break;
        } else if (skipFlag == 1) {
            isPlayerTurn = !isPlayerTurn;
            skipCount ++;
            continue;
        }
        // スキップしない場合
        skipCount = 0;
        if (isPlayerTurn) {
            // プレイヤーのターン
            System.out.println("\nTurn " + turnCount + ":あなたのターンです。");
            this.askNewCoordinates(this.playerColor, this.otherColor);
        } else {
            // 相手のターン
            System.out.println("\nTurn " + turnCount + ":相手のターンです。");
            this.thinkNewCoordinates(this.otherColor, this.playerColor);
        }
        this.printBoard();
        // 次ターンに向けての処理
        this.turnCount ++;
        isPlayerTurn = !isPlayerTurn;
    }
    // 勝敗の判定
    this.printDiscNumber();
    this.printResult();
}

　いくつかの処理を別のメソッドに分けたり、while文中で手番をスキップするかどうかの判定を初めにまとめたりすることで、80行だったプログラムを37行まで減らすことができました。本当はもう少し削るべきなのですが、一旦ここまでとします。

３．とりあえず、ランダムに石を置かせてみる

　まだ具体的な思考ルーチンの仕様が固められていないため、今回はひとまず、石を置ける場所からランダムに１つ選ぶ処理を実装することにします。それが次に示すthinkNewCoordinatesメソッドです。

// 次に石を置くべき場所を自動的に絞り込む
private void thinkNewCoordinates(char myColor, char enemyColor) {
    ArrayList<Candidate> candidates = new ArrayList<Candidate>();

    // 初めに石を置ける場所をリストに格納する
    for (int y = 0; y < this.size; y ++) {
        for (int x = 0; x < this.size; x ++) {
            // 他の石が置いてあれば以降の処理を無視
            if (this.squares[y][x] != 'N') {
                continue;
            }
            // 相手の石をひっくり返せなければ以降の処理を無視
            Coordinates newDisc = new Coordinates(x, y);
            ArrayList<Coordinates> discs = this.checkDiscsTurnedOverAllLine(
                myColor, enemyColor, newDisc, this.size*this.size);
            if (discs.isEmpty()) {
                continue;
            }
            // 候補リストに登録する
            candidates.add(new Candidate(newDisc));
        }
    }

    // 各候補からランダムで1つ選ぶ
    Coordinates newDisc = candidates.get(new Random().nextInt(candidates.size()));
    ArrayList<Coordinates> discs = this.checkDiscsTurnedOverAllLine(
        myColor, enemyColor, newDisc, this.size*this.size);
    this.putDisc(myColor, newDisc);
    this.turnOverDiscs(discs);
    this.printDiscsTurnedOver(discs);
}

　プレイヤーが石の場所を入力するときと違い、単純にfor文を利用するだけですべてのマスを探すことができます。１つずつマスを見ていって、相手の石をひっくり返せるマスがあれば、次に石を置く場所の候補として登録していきます。今回は、候補の中からランダムに１つ選びます。

　なお、今後思考ルーチンを実装することを考えると、各候補のもつデータはオセロ盤上の座標だけでなく、何らかの重要度を表すパラメータ（角を取れる場合は高い値をとるとか、相手の石を多くひっくり返せば返すほど高い値をとるとか）を変数としてもたせたいです。そこで、次に置く場所の候補として、オセロ盤の座標だけをもつCoordinatesクラスを継承したCandidateクラスを新たに定義しました。このクラスが本領を発揮するのはいつの日か…………

class Candidate extends Coordinates {
    public int priority;

    public Candidate(Coordinates c) {
        super(c);
    }
}

４．ここまでのプログラム

　説明を割愛していますが、前回から色々変えた部分もあります（メンバ変数とか）。何卒ご了承ください。

オセロプログラム（クリックすると開きます）

import java.util.ArrayList;
import java.util.Random;
import java.util.Scanner;

class OthelloBoardTest {
    public static void main(String args[]) {
        OthelloBoard ob = new OthelloBoard();
        ob.start();
    }
}

class OthelloBoard {
    private int size;               // オセロ盤の一辺(8, 10, 12, 14, 16)
    private char[][] squares;       // 各マスの状態(B:黒, W:白, N:石なし)
    private int turnCount;          // ターン数を数える
    private int turnCountMax;       // ターン数の最大値(1辺*1辺-4)
    private char playerColor;       // プレイヤーの石の色
    private char otherColor;        // 相手の石の色
    private int playerDiscNum;      // プレイヤーの石の数
    private int otherDiscNum;       // 相手の石の数
    private final String alphabets = "abcdefghijklmnop";
                                    // 横方向の座標を示すアルファベット

    // コンストラクタ
    public OthelloBoard() {
        this.size = 8;
//      this.size = askBoardSize();
        this.squares = new char[this.size][this.size];
        this.turnCount = 1;
        this.turnCountMax = this.size*this.size - 4;

        // オセロ盤を開始直後の状態にする
        this.initializeBoard();
    }

    // オセロを開始する
    public void start() {
        // 開始前の処理
        this.askPlayerColor();
        boolean isPlayerTurn = this.getFirstMove();
        int skipCount = 0;
        // 各ターンの処理
        System.out.println("オセロを始めます。");
        this.printBoard();
        while (this.turnCount <= turnCountMax) {
            // ターンをスキップするかどうか判定する
            int skipFlag = this.checkSkipCount(isPlayerTurn, skipCount);
            if (skipFlag == 2) {
                break;
            } else if (skipFlag == 1) {
                isPlayerTurn = !isPlayerTurn;
                skipCount ++;
                continue;
            }
            // スキップしない場合
            skipCount = 0;
            if (isPlayerTurn) {
                // プレイヤーのターン
                System.out.println("\nTurn " + turnCount + ":あなたのターンです。");
                this.askNewCoordinates(this.playerColor, this.otherColor);
            } else {
                // 相手のターン
                System.out.println("\nTurn " + turnCount + ":相手のターンです。");
                this.thinkNewCoordinates(this.otherColor, this.playerColor);
            }
            this.printBoard();
            // 次ターンに向けての処理
            this.turnCount ++;
            isPlayerTurn = !isPlayerTurn;
        }
        // 勝敗の判定
        this.printDiscNumber();
        this.printResult();
    }

    // 次に石を置くべき場所を自動的に絞り込む
    private void thinkNewCoordinates(char myColor, char enemyColor) {
        ArrayList<Candidate> candidates = new ArrayList<Candidate>();

        // 初めに石を置ける場所をリストに格納する
        for (int y = 0; y < this.size; y ++) {
            for (int x = 0; x < this.size; x ++) {
                // 他の石が置いてあれば以降の処理を無視
                if (this.squares[y][x] != 'N') {
                    continue;
                }
                // 相手の石をひっくり返せなければ以降の処理を無視
                Coordinates newDisc = new Coordinates(x, y);
                ArrayList<Coordinates> discs = this.checkDiscsTurnedOverAllLine(
                    myColor, enemyColor, newDisc, this.size*this.size);
                if (discs.isEmpty()) {
                    continue;
                }
                // 候補リストに登録する
                candidates.add(new Candidate(newDisc));
            }
        }

        // 各候補からランダムで1つ選ぶ
        Coordinates newDisc = candidates.get(new Random().nextInt(candidates.size()));
        ArrayList<Coordinates> discs = this.checkDiscsTurnedOverAllLine(
            myColor, enemyColor, newDisc, this.size*this.size);
        this.putDisc(myColor, newDisc);
        this.turnOverDiscs(discs);
        this.printDiscsTurnedOver(discs);
    }

    // ターンをスキップするかどうか判定する
    // スキップが不要であれば0を、スキップが必要かつ直前のターンはスキップしていなければ1を、
    // スキップが必要かつ直前のターンもスキップしていれば2を返す
    private int checkSkipCount(boolean isPlayerTurn, int skipCount) {
        char myColor;
        char enemyColor;
        int result = 0;

        if (isPlayerTurn) {
            myColor = this.playerColor;
            enemyColor = this.otherColor;
        } else {
            myColor = this.otherColor;
            enemyColor = this.playerColor;
        }
        if (! this.checkSquaresForNewDisc(myColor, enemyColor)) {
            // プレイヤーのターンをスキップする
            System.out.println("ターンがスキップされました。");
            result = 1;
            if (skipCount == 1) {
                // すでに相手のターンもスキップされていた場合、ゲーム終了
                result = 2;
            }
        }
        return result;
    }

    // 先手がどちらかを決める
    // プレイヤーが黒石ならプレイヤーが先手、白石なら相手が先手となる
    private boolean getFirstMove() {
        if (this.playerColor == 'B') {
            return true;
        } else {
            return false;
        }

    }

    // 石をひっくり返す
    private void turnOverDiscs(ArrayList<Coordinates> discs) {
        for (int i = 0; i < discs.size(); i ++) {
            int x = discs.get(i).x;
            int y = discs.get(i).y;
            if (this.squares[y][x] == 'B') {
                this.squares[y][x] = 'W';
            } else if (this.squares[y][x] == 'W') {
                this.squares[y][x] = 'B';
            }
        }
    }

    // 石を置ける場所(他の石をひっくり返せる場所)があるかどうか判定する
    private boolean checkSquaresForNewDisc(char myColor, char enemyColor) {
        for (int y = 0; y < this.size; y ++) {
            for (int x = 0; x < this.size; x ++) {
                if (this.squares[y][x] != 'N') {
                    continue;
                }
                ArrayList<Coordinates> discs = this.checkDiscsTurnedOverAllLine(
                        myColor, enemyColor, new Coordinates(x, y), 1);
                if (discs.size() >= 1) {
                    return true;
                }
            }
        }
        return false;
    }

    // 石を置く場所が決まるまで入力を受け付ける
    private void askNewCoordinates(char myColor, char enemyColor) {
        while (true) {
            // 入力
            System.out.println("\n石を置く場所を決めてください。");
            System.out.println("[x座標 y座標](例 a 1)：");
            Scanner sc = new Scanner(System.in);
            // オセロ盤の範囲内かどうか判定する
            Coordinates newDisc = this.checkCoordinatesRange(sc.nextLine());
            if (newDisc.equals(-1, -1)) {
                // 座標が正しくない場合、再度入力させる
                System.out.println("入力が間違っています。");
                continue;
            }
            if (this.squares[newDisc.y][newDisc.x] != 'N') {
                // すでに石が置かれている場合、再度入力させる
                System.out.println("すでに石があります。");
                continue;
            }
            // 相手の石をひっくり返せるかどうか判定する
            ArrayList<Coordinates> discs = this.checkDiscsTurnedOverAllLine(
                myColor, enemyColor, newDisc, this.size*this.size);
            if (! discs.isEmpty()) {
                // ひっくり返せる石がある場合、実際に石をひっくり返す
                this.putDisc(myColor, newDisc);
                this.turnOverDiscs(discs);
                this.printDiscsTurnedOver(discs);
                return;
            }
            System.out.println("相手の石をひっくり返せません。");
        }
    }

    // プレイヤーの入力した座標がオセロ盤の範囲内かどうか判定する
    // 判定に成功すればその座標を、失敗すれば(-1, -1)を返す
    private Coordinates checkCoordinatesRange(String line) {
        String[] tokens = line.split(" ");
        // 1文字目のアルファベットから横の座標を読み取る
        int x = this.alphabets.indexOf(tokens[0]);
        if (tokens[0].length() != 1 || x < 0 || this.size <= x) {
            return new Coordinates(-1, -1);
        }
        // 残りの文字から縦の座標を読み取る
        int y;
        try {
            y = Integer.parseInt(tokens[1]);
            if (y <= 0 || this.size < y) {
                return new Coordinates(-1, -1);
            }
        } catch (NumberFormatException e) {
            return new Coordinates(-1, -1);
        }
        return new Coordinates(x, y - 1);
    }

    // 入力された座標の石が相手の石をひっくり返せるかどうか判定する
    // ひっくり返せる石の座標をArraylistにして返す
    // 引数countMaxでひっくり返せる個数の最大値を決められるので、
    // その座標に石を置けるかどうかだけの判定なら1で良い
    // ひっくり返せる石の座標をすべて返すときはsize*sizeにする
    private ArrayList<Coordinates> checkDiscsTurnedOverAllLine(
        char myColor, char enemyColor, Coordinates myCoordinates, int countMax)
    {
        ArrayList<Coordinates> discs = new ArrayList<Coordinates>();
        // 各方向をスキャンする
        for (int d = 0; d < 8; d ++) {
            discs.addAll(this.checkDiscsTurnedOverOneLine(myColor, enemyColor, myCoordinates, d));
            // ひっくり返せる石の最大値を超えた場合は、処理を中止する
            if (discs.size() > countMax) {
                break;
            }
        }
        return discs;
    }

    // 入力された座標の石が相手の石をひっくり返せるかどうか判定する
    // 引数directionによりスキャンする向きが変わる
    // 0:0度, 1:45度, 2:90度, 3:135度, 4:180度, 5:225度, 6:270度, 7:315度
    private ArrayList<Coordinates> checkDiscsTurnedOverOneLine(
        char myColor, char enemyColor, Coordinates myCoordinates, int direction)
    {
        // ひっくり返せる石をスキャンする
        Coordinates currentCoordinates = new Coordinates(myCoordinates);
        ArrayList<Coordinates> discs = new ArrayList<Coordinates>();
        // 相手の石が続く間、隣をスキャンし続ける
        while (true) {
            // 隣の石の座標を求める
            Coordinates nextDisc = this.getNextDiscCoordinates(currentCoordinates, direction);
            if (nextDisc.equals(-1, -1)) {
                // ひっくり返せる石がない場合、空のリストを返す
                discs.clear();
                break;
            }
            if (this.squares[nextDisc.y][nextDisc.x] == enemyColor) {
                // 隣に相手の石があれば、ひっくり返すリストに仮登録する
                discs.add(nextDisc);
            } else if (this.squares[nextDisc.y][nextDisc.x] == myColor) {
                // 隣に自分の石があれば、リストを返す
                break;
            } else {
                // 隣に石がなければ、空のリストを返す
                discs.clear();
                break;
            }
            // 隣の石に進む
            currentCoordinates.copy(nextDisc);
        }
        return discs;
    }

    // 隣(方向により異なる)にある石の座標を返す
    // 座標が範囲外であれば(-1, -1)を返す
    private Coordinates getNextDiscCoordinates(Coordinates myDisc, int direction) {
        // x座標
        int x = myDisc.x;
        if (direction == 0 || direction == 1 || direction == 7) {
            x ++; // 0度, 45度, 315度
        } else if (direction == 3 || direction == 4 || direction == 5) {
            x --;  // 135度, 180度, 225度
        }
        // y座標
        int y = myDisc.y;
        if (direction == 1 || direction == 2 || direction == 3) {
            y --; // 45度, 90度, 135度
        } else if (direction == 5 || direction == 6 || direction == 7) {
            y ++;  // 225度, 270度, 315度
        }
        if (x < 0 || this.size <= x || y < 0 || this.size <= y) {
            // 座標が範囲外の場合
            return new Coordinates(-1, -1);
        }
        return new Coordinates(x, y);
    }

    // オセロ盤のサイズが決まるまで入力を受け付ける
    // このメソッドをコンストラクタのthis.sizeの右辺に貼り付けると、
    // オセロ盤のサイズを入力する処理を追加できる
    private int askBoardSize() {
        while (true) {
            System.out.println("");
            System.out.println("オセロ盤の一辺の長さを決めてください。");
            System.out.print("[8, 10, 12, 14, 16 のいずれか]：");
            Scanner sc = new Scanner(System.in);
            String line = sc.nextLine();
            if ("8".equals(line) || "10".equals(line) || "12".equals(line) ||
                "14".equals(line) || "16".equals(line)) {
                System.out.println("オセロ盤の一辺の長さは" + line + "です。");
                return Integer.parseInt(line);
            }
            System.out.println("入力が間違っています。");
        }
    }

    // プレイヤーの石の色が決まるまで入力を受け付ける
    private void askPlayerColor() {
        while (true) {
            System.out.println("\nあなたの石を決めてください。");
            System.out.println("[b (黒), w (白) のいずれか]：");
            Scanner sc = new Scanner(System.in);
            String line = sc.nextLine();
            if ("b".equals(line)) {
                System.out.println("あなたの石は黒です。");
                this.playerColor = 'B';
                this.otherColor = 'W';
                return;
            } else if ("w".equals(line)) {
                System.out.println("あなたの石は白です。");
                this.playerColor = 'W';
                this.otherColor = 'B';
                return;
            }
            System.out.println("入力が間違っています。");
        }
    }

    // ゲームの勝敗を表示する
    private void printResult() {
        if (playerDiscNum > otherDiscNum) {
            System.out.println("あなたの勝ちです。");
        } else if (playerDiscNum == otherDiscNum) {
            System.out.println("引き分けです。");
        } else {
            System.out.println("あなたの負けです。");
        }
    }

    // プレイヤーと相手の石の数を表示する
    private void printDiscNumber() {
        this.playerDiscNum = this.countDisc(this.playerColor);
        this.otherDiscNum = this.countDisc(this.otherColor);
        System.out.print("あなた = " + playerDiscNum + "  ");
        System.out.println("相手 = " + otherDiscNum);
    }

    // 指定された色の石を数える
    private int countDisc(char myColor) {
        int count = 0;
        for (int y = 0; y < this.size; y ++) {
            for (int x = 0; x < this.size; x ++) {
                if (this.squares[y][x] == myColor) {
                    count ++;
                }
            }
        }
        return count;
    }

    // オセロ盤を開始直後の状態にする
    private void initializeBoard() {
        for (int y = 0; y < this.size; y ++) {
            for (int x = 0; x < this.size; x ++) {
                squares[y][x] = 'N';
            }
        }
        // 中央4マスだけに石を置く
        this.putDisc('B', this.size/2 - 1, this.size/2 - 1);
        this.putDisc('B', this.size/2, this.size/2);
        this.putDisc('W', this.size/2, this.size/2 - 1);
        this.putDisc('W', this.size/2 - 1, this.size/2);
    }

    // オセロ盤の指定された座標に石を置く
    private void putDisc(char discColor, int x, int y) {
        this.squares[y][x] = discColor;
    }
    private void putDisc(char discColor, Coordinates c) {
        this.putDisc(discColor, c.x, c.y);
    }

    // ひっくり返した石の座標をすべて表示する
    private void printDiscsTurnedOver(ArrayList<Coordinates> discs) {
        System.out.println("次の石をひっくり返しました。");
        int count = 0;
        for (int i = 0; i < discs.size(); i ++) {
            System.out.print(this.alphabets.substring(discs.get(i).x, discs.get(i).x + 1) +
                (discs.get(i).y + 1) + " ");
            count ++;
            if (count == 8) {
                System.out.println("");
                count = 0;
            }
        }
        System.out.println("");
    }

    // オセロ盤をコンソール上に表示する
    private void printBoard() {
        this.printBoardAlphabetLine();                  // アルファベット行
        this.printBoardOtherLine("┏", "┳", "┓");      // 上端
        for (int y = 0; y < this.size - 1; y ++) {
            this.printBoardDiscLine(y);                 // 石を表示する行
            this.printBoardOtherLine("┣", "╋", "┫");  // 行間の枠
        }
        this.printBoardDiscLine(this.size - 1);         // 石を表示する行
        this.printBoardOtherLine("┗", "┻", "┛");      // 下端
    }

    // オセロ盤の列を示すアルファベットを表示する
    private void printBoardAlphabetLine() {
        String buf = "  ";
        for (int x = 0; x < this.size; x ++) {
            buf += "   " + this.alphabets.charAt(x);
        }
        System.out.println(buf);
    }

    // オセロ盤の石がある行を1行分表示する
    private void printBoardDiscLine(int y) {
        String buf = String.format("%2d┃", y+1);
        for (int x = 0; x < this.size; x ++) {
            if (this.squares[y][x] == 'B') {
                buf += "●┃";
            } else if (this.squares[y][x] == 'W') {
                buf += "○┃";
            } else {
                buf += "　┃";
            }
        }
        System.out.println(buf);
    }

    // オセロ盤の枠を表す罫線を1行分表示する
    private void printBoardOtherLine(String left, String middle, String right) {
        String buf = "  " + left;
        for (int x = 0; x < this.size - 1; x ++) {
            buf += "━" + middle;
        }
        System.out.println(buf + "━" + right);
    }
}

class Candidate extends Coordinates {
    public int priority;

    public Candidate(Coordinates c) {
        super(c);
    }
}

class Coordinates {
    public int x;
    public int y;

    Coordinates(int x, int y)  {
        this.x = x;
        this.y = y;
    }

    Coordinates(Coordinates c)  {
        this.x = c.x;
        this.y = c.y;
    }

    public void copy(Coordinates c) {
        this.x = c.x;
        this.y = c.y;
    }

    public boolean equals(int x, int y) {
        if (this.x == x && this.y == y) {
            return true;
        } else {
            return false;
        }
    }
}

　ちなみに、startメソッド中のプレイヤーのターンを処理する部分で、askNewCoordinatesメソッドの代わりにthinkNewCoordinatesメソッドを呼び出すように変更すると、プレイヤー側も自動で処理が進み、一瞬でゲームが終わります。これでテストも楽ちんです！

　今回はちょっと少ないですが、ここまでとさせていただきます。お読みいただき、ありがとうございました！