人工智能实验报告.docx
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人工智能实验报告.docx
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人工智能实验报告
《人工智能》课外实践报告
项目名称:
剪枝法五子棋
所在班级:
2013级软件工程一班
小组成员:
晓宁、白明辉、小晶、袁成飞、程小兰、喜林
指导教师:
薛笑荣
起止时间:
2016-5-10——2016-6-18
项目基本信息
项目名称
五子棋
项目简介
智力小游戏作为人们日常休闲娱乐的工具已经深入人们的生活,五子棋更成为了智力游戏的经典,它是基于AI的αβ剪枝法和极小极大值算法实现的人工智能游戏,让人们能和计算机进行对弈。
这个项目我们实现了当人点击“开始”按钮时,开始下棋,当人的棋子落时,计算机会根据算法进行最佳路径计算,然后落子下棋。
任何一方赢了都会弹出哪方赢了。
然后单击重新开始。
任务分工
晓宁130904021白明辉130904001:
负责界面实现和估值函数设计文档整理
小晶130904032袁成飞130904051:
负责极小极大值算法的设计与实现
喜林130904019程小兰130904004:
负责αβ剪枝法的设计与实现
一、系统分析
1.1背景
1.1.1设计背景
智力小游戏作为人们日常休闲娱乐的工具已经深入人们的生活,五子棋更成为了智力游戏的经典,它是基于AI的αβ剪枝法和极小极大值算法实现的人工智能游戏,让人们能和计算机进行对弈。
能使人们在与电脑进行对弈的过程中学习五子棋,冶情操。
并且推进人们对AI的关注和兴趣。
1.1.2可行性分析
通过研究,本游戏的可行性有以下三方面作保障
(1)技术可行性
本游戏采用Windowsxp等等系统作为操作平台,使用人工智能进行算法设计,利用剪枝法进行编写,大大减少了存容量,而且不用使用数据库,便可操作,方便可行,因此在技术上是可行的。
(2)经济可行性
开发软件:
SublimText
(3)操作可行性
该游戏运行所需配置低、用户操作界面友好,具有较强的操作可行性。
1.2数据需求
五子棋需要设计如下的数据字段和数据表:
1.2.1估值函数:
估值函数通常是为了评价棋型的状态,根据实现定义的一个棋局估值表,对双方的棋局形态进行计算,根据得到的估值来判断应该采用的走法。
棋局估值表是根据当前的棋局形势,定义一个分值来反映其优势程度,来对整个棋局形势进行评价。
本程序采用的估值如下:
状态 眠二 假活三 眠三 活二 冲四 假活三 活三 活四 连五
分值 2 4 5 8 12 15 40 90 200
一般来说,我们采用的是15×15的棋盘,棋盘的每一条线称为一路,包括行、列和斜线,4个方向,其中行列有30路,两条对角线共有58路,整个棋盘的路数为88路。
考虑到五子棋必须要五子相连才可以获胜,这样对于斜线,可以减少8路,即有效的棋盘路数为72路。
对于每一路来说,第i路的估分为E(i)=Ec(i)-Ep(i),其中Ec(i)为计算机的i路估分,Ep(i)为玩家的i路估分。
棋局整个形势的估值情况通过对各路估分的累加进行判断,即估值函数:
72
F(n)=ΣE(i)
i=1
1.2.2极小极大值算法:
极大极小搜索算法就是在博弈树在寻找最优解的一个过程,这主要是一个对各个子结点进行比较取舍的过程,定义一个估值函数F(n)来分别计算各个终结点的分值,通过双方的分值来对棋局形势进行分析判断。
以甲乙两人下棋为例,甲为max,乙为min。
当甲走棋时,自然在博弈树中寻找最大点的走法,轮到乙时,则寻找最小点的走法,如此反复,这就是一个极大极小搜索过程,以此来寻找对机器的最佳走法。
1.2.3.αβ剪枝法:
αβ剪枝算法简单来说,就是在搜索过程中减少一定的冗余现象,如已经找到极大值,执行该走法就可以获胜,则无须再往下进行搜索比较,此过程即为剪枝。
对于极大的MAX结点,称为α剪枝;反之为β剪枝。
具体规则可以简单描述如下:
α剪枝:
对于极大值层结点的α值如果不小于它的任一祖先极小值层结点的β值,即α(后续层)≥β(祖先层),则可中止该极大值层中这个MAX节点以下的搜索过程,这个MAX节点最终的倒推值就确定为这个α值。
β剪枝:
对于极小值结点层的β值如果不大于它任一祖先极大值层结点的α值,即α(祖先层)≥β(后续层),则可中止对该极小值层中这个MIN节点以下结点的搜索,这个MIN节点最终的倒推值就确定为这个β值。
[2]
αβ剪枝可以进一步进行改进,在走棋过程中,在中心先下的一方往往有一定的优势,双方的搏斗纠缠都是在争夺最佳位置,可以考虑从中心往外螺旋进行扩展搜索;另外由于防守的需要,落子的位置通常也是在彼此下子的附近,因此可以优先考虑在这些位置进行搜索,也就是对落子位置进行排序预先搜索,更进一步的缩减冗余现象,进而提高搜索效率和行棋质量。
1.3事务需求
此游戏主要应用于人类与计算机的对弈功能。
具体功能如下所述:
1.人:
点击开始找位置下棋
2.计算机:
算法设计最佳位置搜索下棋
3.规则:
五子成珠,先者为胜。
1.4完整性及安全性要求
系统的安全性对系统是否正常使用具有重要意义,为了实现游戏的安全性,在程序设计方面主要采用两个步骤:
一是操作平台的兼容性,二是代码实现的安全性。
操作平台的兼容性:
为了防止有的浏览器因为不兼容而产生错误和系统安全,我们做了浏览器的兼容性检测。
代码实现的安全性:
为了防止一些代码执行存在的风险,我们应用最安全,最原生态的JS来实现界面和算法的实现。
二、游戏实现
2.1开发环境
2.1.1硬件环境
开发过程中,所使用的硬件环境:
计算机一台
2.1.2软件环境
在以上硬件的基础上,开发系统必须所具备的软件系统,应该包括以下几个方面:
操作平台:
MicrosoftWindowsxp
开发语言:
HTML5CSS3javascript
2.2系统流程图
根据系统模块,得出总系统流程图如下:
总体流程图:
2.3用JSP实现的界面
1、主界面
2、开始电脑下棋
3、一轮之后
4、人胜利
5、电脑胜利
6、人悔棋
7、人认输
三、问题及解决方法
1.在编写代码时发现代码明明没有错误,可就是运行不出来,结果就不得不重新敲一次,最后才发现标点符号不是在英文状态下。
2.在使用插件和JS的框架时出现兼容问题,在讨论和搜索方法之后,好不容易搞定了。
总的来说,本游戏整体性能不够完整,安全系数一般,并不是那么完整,但是根据我们的努力,还是解决了一部分的问题。
四、课外实践总结
这一学期刚开始,老师就布置下此次课外实践的任务,但当时我们并不在意,想着还早,再加上刚接触这门学科,根本不知从何入手,直到最后,再过几天就要交作品了,我们才真正慌起来,对于五子棋我们是熟悉的,但没想到运用AI的剪枝法做起来是那么难,因为算法的设计如果不完全就会导致出现粗物,还有存溢出问题,刚开始我们组的同学就像无头苍蝇一样乱撞,总是找不到重心,通过大家一致的研究算法本身和集体讨论估值函数的设计,然后上网查资料,我们设计了算法,然后不断的优化修改,终于达到理想效果,然后开始实现代码。
勤奋对于团队是至关重要的,需要大家的共同的努力,不断修改,从中发现缺点与不足,不断改进才能完成任务。
所以小组中的每个成员的能力与协作能力也是很重要的。
最后呢,在实习中发现自己的确定和不足,并努力学习加以改正,在开发一个项目时一定要先做好规划,按照系统的开发过程,详细地写好每一个必要的文档。
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