15パズルゲーム
数字タイルをスライドして1〜15順に並べる古典パズル。タイル移動ロジックとCanvas描画を学べる。
1. アプリ概要
数字タイルをスライドして1〜15順に並べる古典パズル。タイル移動ロジックとCanvas描画を学べる。
このアプリはgamesカテゴリの実践的なPythonアプリです。使用ライブラリは tkinter（標準ライブラリ）、難易度は ★★★ です。
このアプリは「ゲーム」カテゴリです。ゲーム実装は GUI イベント処理・状態管理・描画ループを同時に学べる教材で、画面・入力・ロジックの三層分離の感覚が掴めます。tkinter（標準ライブラリ） を活かして実装するこの構造は、他のアプリにも応用が効きます。
動かしながら読むことが理解の最短経路です。まずはコードをコピーして実行し、想定どおりに動くことを確認したうえで解説と照らし合わせてください。
カスタマイズでは「機能追加」「UI 改善」「エラー耐性」の三方向で考えると視野が広がります。練習問題にもそれぞれの方向の具体例を用意しています。
2. 機能一覧
- 15パズルゲームのメイン機能
- 直感的なGUIインターフェース
- 入力値のバリデーション
- エラーハンドリング
- 結果の見やすい表示
- クリア機能付き
3. 事前準備・環境
Python 3.10 以上 / Windows・Mac・Linux すべて対応
以下の環境で動作確認しています。
- Python 3.10 以上
- OS: Windows 10/11・macOS 12+・Ubuntu 20.04+
4. 完全なソースコード
右上の「コピー」ボタンをクリックするとコードをクリップボードにコピーできます。
import random
import time
import tkinter as tk
from tkinter import ttk, messagebox
class App060:
"""15パズルゲーム"""
SIZE = 4 # 4x4
TILE = 80 # 1タイルのピクセルサイズ
def __init__(self, root):
self.root = root
self.root.title("15パズルゲーム")
self.root.geometry("420x520")
self.root.configure(bg="#f8f9fc")
self.board = [] # SIZE*SIZE のリスト、0 が空白
self.empty = (self.SIZE - 1, self.SIZE - 1)
self.moves = 0
self.start_time = None
self._timer_after = None
self.solved = False
self._build_ui()
self.new_game()
def _build_ui(self):
"""UIを構築する"""
title_frame = tk.Frame(self.root, bg="#3776ab", pady=12)
title_frame.pack(fill=tk.X)
tk.Label(
title_frame, text="15パズルゲーム",
font=("Noto Sans JP", 16, "bold"),
bg="#3776ab", fg="white"
).pack()
main = tk.Frame(self.root, bg="#f8f9fc", padx=14, pady=10)
main.pack(fill=tk.BOTH, expand=True)
# ステータス
status = tk.Frame(main, bg="#f8f9fc")
status.pack(fill=tk.X, pady=4)
self.status_var = tk.StringVar()
tk.Label(status, textvariable=self.status_var, bg="#f8f9fc",
font=("Noto Sans JP", 11)).pack(anchor="w")
# キャンバス
canvas_size = self.SIZE * self.TILE
self.canvas = tk.Canvas(main, width=canvas_size, height=canvas_size,
bg="#dcdee5", highlightthickness=0)
self.canvas.pack(pady=8)
self.canvas.bind("<Button-1>", self._on_click)
# キーバインド (root にバインド)
self.root.bind("<Up>", lambda e: self._move_by_key("up"))
self.root.bind("<Down>", lambda e: self._move_by_key("down"))
self.root.bind("<Left>", lambda e: self._move_by_key("left"))
self.root.bind("<Right>", lambda e: self._move_by_key("right"))
# ボタン
btns = tk.Frame(main, bg="#f8f9fc")
btns.pack(fill=tk.X, pady=4)
ttk.Button(btns, text="新しいゲーム", command=self.new_game).pack(side=tk.LEFT, padx=2)
ttk.Button(btns, text="リセット（揃った状態）", command=self.solved_state
).pack(side=tk.LEFT, padx=2)
tk.Label(main, text="クリックまたは矢印キーで動かそう",
bg="#f8f9fc", font=("Noto Sans JP", 9), fg="#666"
).pack(pady=2)
def new_game(self):
"""新しい盤面（解ける状態）を生成"""
# 揃った状態から逆順に多数回ランダム移動 → 必ず解けることを保証
self.solved_state(no_redraw=True)
for _ in range(200):
self._random_move()
self.moves = 0
self.start_time = time.time()
self.solved = False
self._draw()
self._cancel_timer()
self._tick()
def solved_state(self, no_redraw=False):
"""揃った状態に初期化"""
self.board = [(i + 1) % (self.SIZE * self.SIZE)
for i in range(self.SIZE * self.SIZE)]
self.empty = (self.SIZE - 1, self.SIZE - 1)
self.moves = 0
self.solved = False
self.start_time = time.time()
if not no_redraw:
self._draw()
self._cancel_timer()
self._tick()
def _random_move(self):
"""空白の位置をランダムに 1 マス移動"""
er, ec = self.empty
candidates = []
for dr, dc in [(-1, 0), (1, 0), (0, -1), (0, 1)]:
nr, nc = er + dr, ec + dc
if 0 <= nr < self.SIZE and 0 <= nc < self.SIZE:
candidates.append((nr, nc))
nr, nc = random.choice(candidates)
self._swap((er, ec), (nr, nc))
self.empty = (nr, nc)
def _swap(self, a, b):
"""セル a, b を交換"""
ar, ac = a
br, bc = b
ai = ar * self.SIZE + ac
bi = br * self.SIZE + bc
self.board[ai], self.board[bi] = self.board[bi], self.board[ai]
def _on_click(self, event):
"""マウスクリックでタイル移動"""
if self.solved:
return
col = event.x // self.TILE
row = event.y // self.TILE
if not (0 <= row < self.SIZE and 0 <= col < self.SIZE):
return
self._try_move(row, col)
def _move_by_key(self, direction):
"""矢印キーで空白の位置を相対移動"""
if self.solved:
return
er, ec = self.empty
# 「上」キー = タイルが上に動く = 空白の下のタイルが空白へ動く
# ここでは「空白を矢印方向の逆に動かす」≒「タイルを矢印方向に動かす」
deltas = {
"up": (1, 0), # タイルが上へ移動 = 空白の下のタイルが入れ替わる
"down": (-1, 0),
"left": (0, 1),
"right": (0, -1),
}
dr, dc = deltas[direction]
tr, tc = er + dr, ec + dc
if 0 <= tr < self.SIZE and 0 <= tc < self.SIZE:
self._try_move(tr, tc)
def _try_move(self, row, col):
"""指定タイルが空白に隣接していれば移動"""
er, ec = self.empty
if abs(er - row) + abs(ec - col) != 1:
return
self._swap(self.empty, (row, col))
self.empty = (row, col)
self.moves += 1
self._draw()
if self._is_solved():
self.solved = True
self._cancel_timer()
elapsed = time.time() - (self.start_time or time.time())
messagebox.showinfo("クリア!", f"おめでとう! {self.moves} 手 / {elapsed:.1f} 秒で完成!")
def _is_solved(self):
"""完成判定"""
for i in range(self.SIZE * self.SIZE - 1):
if self.board[i] != i + 1:
return False
return self.board[-1] == 0
def _draw(self):
"""盤面を描画"""
self.canvas.delete("all")
for r in range(self.SIZE):
for c in range(self.SIZE):
v = self.board[r * self.SIZE + c]
x1 = c * self.TILE
y1 = r * self.TILE
x2 = x1 + self.TILE
y2 = y1 + self.TILE
if v == 0:
self.canvas.create_rectangle(x1, y1, x2, y2,
fill="#dcdee5", outline="#dcdee5")
else:
self.canvas.create_rectangle(x1 + 2, y1 + 2, x2 - 2, y2 - 2,
fill="#3776ab", outline="#1f4e74", width=2)
self.canvas.create_text((x1 + x2) // 2, (y1 + y2) // 2,
text=str(v), fill="white",
font=("Arial", 24, "bold"))
self._update_status()
def _update_status(self):
"""ステータス表示更新"""
elapsed = (time.time() - self.start_time) if self.start_time else 0
self.status_var.set(f"手数: {self.moves} 経過: {elapsed:.1f} 秒")
def _tick(self):
"""0.5秒ごとに経過時間を更新"""
if self.solved:
return
try:
self._update_status()
except tk.TclError:
return
self._timer_after = self.root.after(500, self._tick)
def _cancel_timer(self):
"""タイマー停止"""
if self._timer_after:
try:
self.root.after_cancel(self._timer_after)
except tk.TclError:
pass
self._timer_after = None
if __name__ == "__main__":
root = tk.Tk()
app = App060(root)
root.mainloop()
5. コード解説
15パズルゲームのコードを詳しく解説します。クラスベースの設計で各機能を整理して実装しています。
クラス設計とコンストラクタ
App060クラスにアプリの全機能をまとめています。__init__でウィンドウ設定、_build_ui()でUI構築、process()でメイン処理を担当します。責任の分離により、コードが読みやすくなります。
※ 該当部分のコード本体は 「4. 完全なソースコード」 をご参照ください（重複表示を避けるため再掲を省略しています）。
UIレイアウトの構築
LabelFrameで入力エリアと結果エリアを視覚的に分けています。pack()で縦に並べ、expand=Trueで結果エリアが画面いっぱいに広がるよう設定しています。
※ 該当部分のコード本体は 「4. 完全なソースコード」 をご参照ください（重複表示を避けるため再掲を省略しています）。
イベント処理
ボタンのcommand引数でクリックイベントを、bind('
※ 該当部分のコード本体は 「4. 完全なソースコード」 をご参照ください（重複表示を避けるため再掲を省略しています）。
Textウィジェットでの結果表示
tk.Textウィジェットをstate=DISABLED（読み取り専用）で作成し、更新時はNORMALに変更してinsert()で内容を書き込み、再びDISABLEDに戻します。
※ 該当部分のコード本体は 「4. 完全なソースコード」 をご参照ください（重複表示を避けるため再掲を省略しています）。
例外処理とエラーハンドリング
try-exceptでValueErrorとExceptionを捕捉し、messagebox.showerror()でエラーメッセージを表示します。予期しないエラーも処理することで、アプリの堅牢性が向上します。
※ 該当部分のコード本体は 「4. 完全なソースコード」 をご参照ください（重複表示を避けるため再掲を省略しています）。
6. ステップバイステップガイド
このアプリをゼロから自分で作る手順を解説します。コードをコピーするだけでなく、実際に手順を追って自分で書いてみましょう。
-
1ファイルを作成する
新しいファイルを作成して app060.py と保存します。
-
2クラスの骨格を作る
App060クラスを定義し、__init__とmainloop()の最小構成を作ります。
-
3タイトルバーを作る
Frameを使ってカラーバー付きのタイトルエリアを作ります。
-
4入力フォームを実装する
LabelFrameとEntryウィジェットで入力エリアを作ります。
-
5処理ロジックを実装する
_execute()メソッドにメインロジックを実装します。
-
6結果表示を実装する
TextウィジェットかLabelに結果を表示する_show_result()を実装します。
-
7エラー処理を追加する
try-exceptとmessageboxでエラーハンドリングを追加します。
7. カスタマイズアイデア
基本機能を習得したら、以下のカスタマイズに挑戦してみましょう。
💡 ダークモードを追加する
bg色・fg色を辞書で管理し、ボタン1つでダークモード・ライトモードを切り替えられるようにしましょう。
💡 データの保存機能
処理結果をCSV・TXTファイルに保存する機能を追加しましょう。filedialog.asksaveasfilename()でファイル保存ダイアログが使えます。
💡 設定ダイアログ
フォントサイズや色などの設定をユーザーが変更できるオプションダイアログを追加しましょう。
8. よくある問題と解決法
❌ 日本語フォントが表示されない
原因：システムに日本語フォントが見つからない場合があります。
解決法：font引数を省略するかシステムに合ったフォントを指定してください。
❌ ライブラリのインポートエラー
原因：必要なライブラリがインストールされていません。
解決法：pip install コマンドで必要なライブラリをインストールしてください。
❌ ウィンドウサイズが合わない
原因：画面解像度や表示スケールによって異なる場合があります。
解決法：root.geometry()で適切なサイズに調整してください。
9. 練習問題
アプリの理解を深めるための練習問題です。
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課題1：機能拡張
15パズルゲームに新しい機能を1つ追加してみましょう。
-
課題2：UIの改善
色・フォント・レイアウトを変更して、より使いやすいUIにカスタマイズしましょう。
-
課題3：保存機能の追加
処理結果をファイルに保存する機能を追加しましょう。