拼图游戏，本题是2023年5月28日上午举行的第14届蓝桥杯国赛Scratch图形化编程初中级组真题第5题，题目要求编程创作一个拼图游戏 。游戏开始后，4块拼图随机在舞台内部交换位置，每隔1秒，其中两块拼图被两个蓝色框选中并完成自动相互交换位置，当成功复原所有拼图后，游戏结束。先来看看题目的要求吧。
一.题目说明
编程实现：
拼图游戏。具体要求：
1). 点击绿旗，角色、背景如图所示；
2). 等待1秒后，4块拼图随机在舞台内部交换位置（拼图之间不能重叠）；
3). 每隔1秒，其中两块拼图被两个蓝色框选中并完成自动相互交换位置；
例如：左下角拼图和右下角拼图上同时出现蓝色方框，再自动进行位置交换，交换后蓝色方框消失
4). 4秒内拼图自动交换位置后，成功复原拼图，程序结束。
评判标准：
- 5分：满足”具体要求”中的1）；
- 25分：满足”具体要求”中的2）；
- 35分：满足”具体要求”中的3）。
- 15分：满足”具体要求”中的4）。
二.作品效果
在编程之前，先来看一下作品的完整效果吧：
三.思路分析
本题包含4个角色，分别是拼图1、拼图2、拼图3和拼图4，如图所示：
每张拼图都包含两个造型，分别表示未选中状态和选中状态，如图：
当4张拼图按照顺序依次摆放时，就可以拼出一幅完整的图片。4张拼图，4个角色，它们的操作都是相同的，就是从一个位置移到另一个位置。
这里的关键有两个：
1). 如何表示4张拼图的顺序；
2). 如何交换拼图位置；
在整个游戏过程中，我们时刻要知道每张图片所在的位置，这就需要将拼图的顺序保存起来，由于这里有4张图片，因此使用列表是最佳选择。
可以使用数字来表示拼图的顺序（也可以称之为位置），如图：
其中，编号1、2、3、4分别对应于4张拼图，而列表项则表示每张拼图所处的位置。
上图中的列表数据表示，拼图1在第2个位置（舞台右上区域），拼图2在第3个位置（左下区域），拼图3在第1个位置（左上区域），拼图4在第4个位置（右下区域）。
有了这个列表，交换拼图位置也变得简单了。表面看起来是交换拼图位置，实际上是对列表中的数据项进行交换。
比如，要复原拼图1，实际上就是找到当前在第1个位置上的拼图3（列表的第3项）和拼图1（列表的第1项）进行交换。
我们可以先将列表中的第1项和第3项进行交换，交换后如图所示：
与此同时，我们按照列表中的位置重新设置好拼图1和拼图3的位置，就可以实现两张图片的交换了。
重复上述操作，当列表中的顺序变为1、2、3、4时，就表示整个拼图复原完毕。
需要注意，由于列表项的编号和值都是数字1、2、3、4，所以在理解上会有点抽象，要多思考一下，或者是结合画图来理解。
接下来，我们进入具体的编程实现环节。
四.编程实现
根据题目描述和思路分析，我们分如下3步来编写程序：
- 初始化设置
- 随机摆放拼图
- 自动复原拼图
1. 初始化设置
点击绿旗时，4张拼图按照1、2、3、4的顺序自左向右、自上向下依次排列，我们只需要设置它们的位置和造型即可。切换到拼图1角色，编写代码如下：
再切换到拼图2角色，编写代码如下：
然后切换到拼图3角色，编写代码如下：
最后是拼图4角色，对应的代码为：
此时，呈现的是一幅完整的图片。
2. 随机摆放拼图
等待1秒后，4块拼图随机在舞台内部交换位置，根据前面的思路分析，我们创建一个列表”顺序“，然后将数字1、2、3、4以随机顺序插入列表中。
在这里，超平老师总结了一个”插队算法“，所谓插队算法就是模拟日常生活中排队时不文明的插队行为。
如果你是第一个来到窗口的，很显然，你就排在第一位，只有一个位置可以选择；
如果你前面已经有一个人了，你有两个位置可以选择，排在第一个人的前面，或者他的后面；
如果你前面已经有两个人了，你有3个位置可以选择，即1的前面、2的前面或者2的后面。
在Scratch编程中，可以结合“在列表的第1项前插入”和“在1和10之前取随机数”两个指令来实现插队算法。
由于4个拼图角色都是平等的，因此我们可以在舞台背景中来操作列表。切换到舞台背景中，编写代码如下：
相应的，4个拼图角色在接收到广播消息后，按照列表中的顺序来调整自己的位置。
以拼图1角色为例，编写代码如下：
代码不难理解，说明两点：
1). 角色1对应于列表的第一项，它有4个位置可选，需要分别判断并设置坐标；
2). 由于后面还需要交换位置，所以这里使用了自制积木，后续只需要直接调用即可。
其它3个拼图角色的代码基本相同，不同的是拼图2对应列表第2项，拼图3对应列表的第3项，拼图4对应列表的第4项，这里就不再列出代码了。
3. 自动复原拼图
接下来就要自动复原拼图了，根据题目的描述，每隔1秒自动交换一次，4秒内完成复原。
我们可以这样来考虑，先找到拼图1，将它和位置1的拼图交换，再找到拼图2，并和位置2的拼图交换，然后找到拼图3，和位置3的拼图交换，如此一来，最多3次就可以复原成功。
根据前面的思路分析，我们先对列表中的数据进行交换，然后再根据列表中的数据重新调整拼图的位置。
在舞台背景中，继续编写代码如下：
这段代码的信息量较大，重点说明4点：
1). 这里的i表示位置，先从第一个位置开始，找到拼图1和要交换的拼图，分别用变量“图1”和“图2”来表示；
2). 在交换两个列表项的值时，需要借助一个中间变量“temp”来保存其中的一项；
3). 当数据交换完毕，对应的两张拼图需要调整位置，可以通过发送广播消息来实现，实际上，只有两张拼图需要交换位置，所以我们只给需要交换的拼图发送广播；
4). 当列表的顺序变为“1234”时，停止交换，说明复原完毕。
这里的变量“图1”和“图2”，取值范围是1~4，表示4张拼图。因此，每张拼图只需要处理自己的广播消息即可，也就是说，拼图1只需要处理广播消息“1”，拼图2只需要处理广播消息“2”，以此类推。
切换到拼图1角色，编写代码如下：
再切换到拼图2角色，编写代码如下：
同理，拼图3和拼图4在接收到消息“3”和消息“4”时，都需要做相同的处理，这里就不列出代码了。
至此，我们的拼图游戏就创作完成了，赶紧来欣赏一下自动拼图的效果吧。
五.总结与思考
本题是编程部分第5题，分数为80分，积木块数量140个左右，涉及到的知识点主要包括：
- 列表的操作与应用；
- 事件广播机制，尤其是使用变量来广播的技巧 ；
- 自制积木的使用及作用；
- 插队算法的编程技巧；
- 列表项交换的算法技巧；
本题难度较大，建议完成时间20~25分钟，中级组考生20分钟，而初级组考生约为25分钟。
本题的逻辑并不复杂，关键是要利用列表这种数据结构来表示4张拼图的位置，在应用列表时，还用到了和列表操作的两个小算法，即“插队算法”和“交换算法”。
Pascal之父、图灵奖获得者尼古拉斯·威茨，瑞士计算机科学家，提出的著名公式“数据结构 + 算法 = 程序”。
这充分说明数据结构和算法的重要性，也为我们指明了学习编程的方向，从这个角度来讲，这是一道非常好的题目。
给你留两个思考题：
1). 为什么说本作品的自动复原最多只需要3次？
2). 如果要改成每次随机选两张拼图交换位置，是不是更有趣呢，那么程序又该如何实现呢？你有什么好的想法和建议，也欢迎和超平老师交流。
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