Kotlinの初心者向け問題4-☆2：石取りゲームを作ろう
この問題を解くために必要な知識：
【レベル１～３の知識】
コメントの書き方、変数と定数、基本データ型、算術演算と論理演算、入力と出力、import文、配列、分岐処理（if、if～else、when）、繰り返し処理（for、while、do～while）、Null安全、スマートキャスト、関数の定義と呼び出し、関数の戻り値、関数のオーバーロード、ラベルとジャンプ、例外処理、クラスの定義と使用、インスタンス、コンストラクタ、プロパティ、クラスの継承、クラスの拡張、コレクションの基礎、リストコレクション（MutableList、ArrayList）、セットコレクション（HashSet、MutableSet、TreeSet）、マップコレクション（HashMap、MutableMap、TreeMap）
【レベル４の知識】
メンバ関数、ゲッターとセッター、カプセル化、クラスメンバ、抽象クラス、インターフェース、データクラス
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Kotlin練習問題4-☆2：石取りゲームを作ろう
この課題では、2人のプレイヤーが交互に石を取り合う「石取りゲーム」を作成します。
各プレイヤーは1ターンで1～3個の石を取ることができます。最後の石を取ったプレイヤーが負けとなります。
この問題の要件
以下の要件に従ってプログラムを作成してください。
- 抽象クラス
Playerを定義することnameという名前のプロパティ（String型）を持つこと。takeStonesという抽象関数を持つこと。この関数は、プレイヤーが石を取る処理を定義します。
Playerクラスを継承するHumanPlayerクラスを定義することtakeStones関数をオーバーライドし、プレイヤーに1～3個の石を取るように指示すること。
Playerクラスを継承するAIPlayerクラスを定義することtakeStones関数をオーバーライドし、ランダムに1～3個の石を取ること。
Gameクラスを定義し、ゲームのロジックを実装することtotalStonesという名前のプロパティを持ち、ゲーム開始時の石の数を格納すること。startGameという名前のメンバ関数を定義し、ゲームの進行を制御すること。
main関数でゲームを実行することGameオブジェクトを作成し、石の数を設定すること（例えば20個）。HumanPlayerとAIPlayerのオブジェクトを作成し、ゲームを開始すること。
ただし、以下のような実行結果となること。
－－－－－ ↓出力される結果の例↓ －－－－－
残りの石の数: 20 あなた さん、何個の石を取りますか？ (1～3個): 2 残りの石の数: 18 コンピュータ は 3 個の石を取りました 残りの石の数: 15 あなた さん、何個の石を取りますか？ (1～3個): 3 残りの石の数: 12 コンピュータ は 1 個の石を取りました 残りの石の数: 11 あなた さん、何個の石を取りますか？ (1～3個): 2 残りの石の数: 9 コンピュータ は 2 個の石を取りました 残りの石の数: 7 あなた さん、何個の石を取りますか？ (1～3個): 3 残りの石の数: 4 コンピュータ は 1 個の石を取りました 残りの石の数: 3 あなた さん、何個の石を取りますか？ (1～3個): 3 あなた が最後の石を取りました！ あなた の負けです！
－－－－－ ↑出力される結果の例↑ －－－－－
この問題を解くヒント
１からコードを組み立てることが難しい場合は、以下のヒントを開いて参考にしましょう。
正解のコードは上から順に以下のような構成となっています。
１．Randomクラスのインポート
２．抽象クラスPlayerの定義
2-1. nameプロパティの宣言
2-2. 抽象関数takeStonesの定義
３．HumanPlayerクラスの定義
3-1. Playerクラスを継承
3-2. コンストラクタでnameを受け取る
3-3. takeStones関数のオーバーライド
４．AIPlayerクラスの定義
4-1. Playerクラスを継承
4-2. コンストラクタでnameを受け取る
4-3. takeStones関数のオーバーライド
５．Gameクラスの定義
5-1. totalStonesプロパティの宣言
5-2. ゲームの進行を制御するstartGame関数の定義
5-2-1. remainingStones変数の初期化
5-2-2. ゲーム進行中のループ処理
5-2-2-1. 現在のプレイヤーが石を取る処理
5-2-2-2. プレイヤー交代の処理
６．main関数の定義
6-1. Gameオブジェクトの作成
6-2. HumanPlayerとAIPlayerオブジェクトの作成
6-3. ゲーム開始のためにstartGame関数を呼び出す
以下のコードをコピーし、コメントに従ってコードを完成させて下さい。
import kotlin.random.Random
// 抽象クラス Player を定義
abstract class Player(val name: String) {
// プレイヤーが石を取るための抽象関数
abstract fun takeStones(totalStones: Int): Int
}
// 人間プレイヤーを表すクラス
class HumanPlayer(name: String) : Player(name) {
// 人間プレイヤーが石を取る処理を実装
override fun takeStones(totalStones: Int): Int {
println("$name さん、何個の石を取りますか？ (1～3個): ")
/* 【穴埋め問題1】
ここにユーザーの入力を受け取り、変数 stones に格納するコードを書いてください。
1～3の範囲に制限するための処理も含めてください。
*/
}
}
// AIプレイヤーを表すクラス
class AIPlayer(name: String) : Player(name) {
// AIプレイヤーがランダムに石を取る処理を実装
override fun takeStones(totalStones: Int): Int {
/* 【穴埋め問題2】
ここにAIが1～3個のランダムな数の石を取るコードを書いてください。
*/
}
}
// ゲームのロジックを実装するクラス
class Game(val totalStones: Int) {
private var remainingStones = totalStones
// ゲームを開始するメンバ関数
fun startGame(player1: Player, player2: Player) {
var currentPlayer = player1
while (remainingStones > 0) {
println("残りの石の数: $remainingStones")
/* 【穴埋め問題3】
ここに現在のプレイヤーが石を取る処理と、
その結果、残りの石を減らすコードを書いてください。
最後の石を取ったプレイヤーを判定し、負けと表示する処理も含めてください。
*/
// プレイヤー交代
currentPlayer = if (currentPlayer == player1) player2 else player1
}
}
}
fun main() {
// 石の数を設定してゲームを開始
val game = Game(20)
// 人間プレイヤーとAIプレイヤーを作成
val human = HumanPlayer("あなた")
val ai = AIPlayer("コンピュータ")
// ゲーム開始
game.startGame(human, ai)
}
このヒントを見てもまだ回答を導き出すのが難しいと感じる場合は、先に正解のコードと解説を見て内容を理解するようにしましょう。
解答例
この問題の一つの正解例とそのコードの解説を以下に示します。
正解コードの例
例えば以下のようなプログラムが考えられます。
********************
import kotlin.random.Random
// 抽象クラス Player を定義
abstract class Player(val name: String) {
// プレイヤーが石を取るための抽象関数
abstract fun takeStones(totalStones: Int): Int
}
// 人間プレイヤーを表すクラス
class HumanPlayer(name: String) : Player(name) {
// 人間プレイヤーが石を取る処理を実装
override fun takeStones(totalStones: Int): Int {
println("$name さん、何個の石を取りますか？ (1～3個): ")
val stones = readLine()?.toIntOrNull() ?: 1
return stones.coerceIn(1, 3) // 1～3の範囲に制限
}
}
// AIプレイヤーを表すクラス
class AIPlayer(name: String) : Player(name) {
// AIプレイヤーがランダムに石を取る処理を実装
override fun takeStones(totalStones: Int): Int {
val stones = Random.nextInt(1, 4) // 1～3のランダムな数
println("$name は $stones 個の石を取りました")
return stones
}
}
// ゲームのロジックを実装するクラス
class Game(val totalStones: Int) {
private var remainingStones = totalStones
// ゲームを開始するメンバ関数
fun startGame(player1: Player, player2: Player) {
var currentPlayer = player1
while (remainingStones > 0) {
println("残りの石の数: $remainingStones")
val stonesTaken = currentPlayer.takeStones(remainingStones)
remainingStones -= stonesTaken
if (remainingStones <= 0) {
println("${currentPlayer.name} が最後の石を取りました！")
println("${currentPlayer.name} の負けです！")
break
}
// プレイヤー交代
currentPlayer = if (currentPlayer == player1) player2 else player1
}
}
}
fun main() {
// 石の数を設定してゲームを開始
val game = Game(20)
// 人間プレイヤーとAIプレイヤーを作成
val human = HumanPlayer("あなた")
val ai = AIPlayer("コンピュータ")
// ゲーム開始
game.startGame(human, ai)
}
********************
正解コードの解説
このコードでは、プレイヤーとコンピュータが交互に石を取る「石取りゲーム」を実装しています。
ゲームは、プレイヤーとAI（コンピュータ）が交互に1～3個の石を取るシンプルなルールです。
ここでは、抽象クラスを使ってプレイヤーの共通の機能を実装し、それを継承して具体的なプレイヤーとAIの動作を定義しています。
import kotlin.random.Random
Kotlin標準ライブラリのRandomクラスをインポートしています。これにより、プログラムでランダムな数値を生成することができます。
抽象クラス Player の定義
abstract class Player(val name: String)
抽象クラスは、共通の機能を定義するためのクラスです。このクラス自体はインスタンス化されませんが、他のクラスがこれを継承して具体的な機能を実装します。
Playerクラスは、nameという名前のプロパティを持ち、各プレイヤーの名前を保持します。
また、takeStonesという抽象メソッドを定義しており、具体的なプレイヤークラスでこのメソッドを実装する必要があります。
takeStones 関数
abstract fun takeStones(totalStones: Int): Int
この関数は、プレイヤーがどれだけの石を取るかを決定するための抽象メソッドです。HumanPlayerやAIPlayerクラスで具体的に実装されます。
HumanPlayer クラス
class HumanPlayer(name: String) : Player(name)
Playerクラスを継承するクラスです。プレイヤーが石を取る際の動作を実装しています。ユーザーに対して1～3の範囲で石を取る数を入力させ、その数を返します。
AIPlayer クラス
class AIPlayer(name: String) : Player(name)
同様に、Playerクラスを継承するクラスです。AIがランダムに1～3個の石を取る動作を実装しています。
Random.nextInt(1, 4)を使ってランダムな数値を生成し、その数を返します。
Game クラス
class Game(val totalStones: Int)
このクラスはゲームのロジック全体を管理します。totalStonesはゲーム開始時の石の総数です。startGame関数を使ってゲームを進行させます。
startGame 関数
この関数は、ゲームを開始し、プレイヤーが交互に石を取る動作を制御します。石が0になるまでゲームを続け、最後に石を取ったプレイヤーが負けとなります。
main 関数
main関数はプログラムのエントリーポイントです。ここでは、ゲームの初期化やプレイヤーの作成、ゲームの開始が行われます。
まとめ
このコードでは、Kotlinの抽象クラスと継承の基本的な使い方を学ぶことができます。
Playerクラスを抽象クラスとして定義し、それを継承して具体的なHumanPlayerやAIPlayerを実装することで、共通の機能を効率的に管理できる点が理解できるでしょう。
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この問題への質問・コメント
この問題を作成するにあたりAIを活用しています。
問題ないことは確認していますが、もし間違いや表現の違和感などありましたら、ご指摘頂けると大変助かります。
