五子棋ai如何判斷棋型
五子棋ai如何判斷棋型
五子棋ai如何判斷棋型?下面學習啦小編給你介紹五子棋ai判斷棋型的方法，歡迎閱讀。
五子棋ai如何判斷棋型
任何一種棋類游戲其關(guān)鍵是對當前棋局是否有正確的評分,評分越準確則電腦的AI越高。五子棋游戲也是如此，但在打分之前，我們先掃描
整個棋盤，把每個空位從八個方向上的棋型填入數(shù)組gStyle(2, 15, 15, 8, 2)，其中第一個下標為1時表示黑棋，為2時表示白棋，第二和第三
個下標表示(x,y)，第四個下標表示8個方向，最后一個下標為1時表示棋子數(shù)，為2時表示空格數(shù)，如：
gStyle(1,2,2,1,1)=3表示與坐標(2,2)在第1個方向上相鄰的黑棋棋子數(shù)為3
gstyle(1,2,2,1,2)=4表示與坐標(2,2)在第1個方向上的最近的空格數(shù)為4
在定義方向時，也應該注意一定的技巧，表示兩個相反的方向的數(shù)應該差4，在程序中我是這樣定義的：
Const DIR_UP = 1
Const DIR_UPRIGHT = 2
Const DIR_RIGHT = 3
Const DIR_RIGHTDOWN = 4
Const DIR_DOWN = 5
Const DIR_DOWNLEFT = 6
Const DIR_LEFT = 7
Const DIR_LEFTUP = 8
這樣我們前四個方向可以通過加四得到另一個方向的值。如果你還是不太明白，請看下面的圖：
---------
---------
---oo----
-ox*xx---
---------
---------
圖中的*點從標為(4,4),(打*的位置是空位),則:
gStyle(2,4,4,1,1)=1在(4,4)點相鄰的上方白棋數(shù)為1
gStyle(2,4,4,1,2)=2在(4,4)點的上方距上方白棋最近的空格數(shù)為2
gStyle(1,4,4,3,1)=2在(4,4)點相鄰的右方黑棋數(shù)為2
gStyle(1,4,4,3,2)=1在(4,4)點的右方距右方黑棋最近的空格數(shù)為3
一旦把所有空點的棋型值填完，我們很容易地得出黑棋水平方向上點(4,4)的價值，由一個沖1(我把有界的棋稱為沖)和活2(兩邊無界的
棋稱為活)組成的。對于而白棋在垂直方向上點(4,4)的價值是一個活1，而在/方向也是活1所以，只要我們把該點的對于黑棋和白棋的價值算出
來，然后我們就取棋盤上各個空點的這兩個值的和的最大一點作為下棋的點。然而，對各種棋型應該取什么值呢?我們可以先作如下假設：
Fn 表示先手n個棋子的活棋型，如：F4表示先手活四
Fn'表示先手n個棋子的沖棋型，如：F4'表示先手沖四
Ln 表示后手n個棋子的活棋型，如：L3表示后手活三
Ln'表示后手n個棋子的沖棋型，如：L3'表示后手沖三
根據(jù)在一行中的棋型分析，得到如下關(guān)系：
L1'<=F1'
從這個關(guān)系包含了進攻和防守的關(guān)系(當然，這個關(guān)系是由我定的，你可以自己定義這些關(guān)系)。對這些關(guān)系再進一步細化，如在一個可下
棋的點，其四個方向上都有活三，也比不上一個沖四，所以我們可以又得到4*F3
到了下面各種棋型的分值，由C語言表示為：
F[2][5]={{0,2,5,50,16000},{0,10,30,750,16000}};
L[2][5]={{0,1,5,50,3750},{0,10,30,150,4000}};
F數(shù)組表示先手，第一個下標為0時表示沖型，第二個下標表示棋子數(shù)，則F2'對應F[0][2]L數(shù)組表示后手，第一個下標為0時表示沖型，第二
個下標表示棋子數(shù)，則L2對應F[1][2]Ok，棋型的分值關(guān)系確定好了以后，我們把每一個可下點的四個方向的棋型值相加(包括先手和后手的分
值)，最后選擇一個最大值，并把這一點作為計算機要下的點就OK了:)。
后話：
1、得到最大值也許不止一個點，但在我的程序中只選擇第一個最大點，當然你可以用于個隨機數(shù)來決定
選擇那一個最大值點，也可以對這些最大值點再作進一步的分析。
2、在這個算法中我只考慮了周圍有棋子的點，而其它點我沒有考慮。
3、可以再更進一步，用這個算法來預測以后的幾步棋，再選擇預測值最好的一步，這樣電腦的AI就更高了
4、這個算法沒有考慮黑棋的禁手(雙3、雙四和多于五子的連棋)。因為在平時我下的五子棋是沒有這些
禁手的。
五子棋算法探討
近來隨著計算機的快速發(fā)展，各種棋類游戲被紛紛請進了電腦，使得那些喜愛下棋，又常?？嘤跊]有對手的棋迷們能隨時過足棋癮。而且這類軟件個個水平頗高，大有與人腦分庭抗禮之勢。其中戰(zhàn)勝過國際象棋世界冠軍-卡斯帕羅夫的“深藍”便是最具說服力的代表;其它像圍棋的“手淡”、象棋的“將族”等也以其優(yōu)秀的人工智能深受棋迷喜愛;而我們今天將向大家介紹的是五子棋的算法。
當我們與電腦對戰(zhàn)時，您知道這些軟件是怎樣象人腦一樣進行思考的嗎?前不久我曾編寫過一個五子棋的游戲，在這里就以此為例和大家一起探討探討。
總的來說(我們假定您熟悉五子棋的基本規(guī)則)，要讓電腦知道該在哪一點下子，就要根據(jù)盤面的形勢，為每一可能落子的點計算其重要程度，也就是當這子落下后會形成什么棋型(如：“沖四”、“活三”等)，然后通覽全盤選出最重要的一點，這便是最基本的算法。當然，僅靠當前盤面進行判斷是遠遠不夠的，這樣下棋很容易掉進玩家設下的陷阱，因為它沒有考慮以后的變化。所以在此基礎上我們加入遞歸調(diào)用，即：在電腦中預測出今后幾步的各種走法，以便作出最佳選擇，這也是我們下棋時常說的“想了幾步”。如此一來您的程序便具有一定的水平了。什么?不信!過來試試吧!
總體思路弄清之后，下面進行具體討論：
一：數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)
先來看看數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)，我們需要哪些變量?
首先得為整個棋盤建立一張表格用以記錄棋子信息，我們使用一個15*15的二維數(shù)組 Table[15][15] (15*15是五子棋棋盤的大小)，數(shù)組的每一個元素對應棋盤上的一個交叉點，用‘0’表示空位、‘1’代表己方的子、‘2’代表對方的子;這張表也是今后分析的基礎。
在此之后還要為電腦和玩家雙方各建立一張棋型表Computer[15][15][4]和Player[15][15][4]，用來存放棋型數(shù)據(jù)，就是剛才所說的重要程度，比如用‘20’代表“沖四”的點，用‘15’代表“活三”的點，那么在計算重要性時，就可以根據(jù)20>15得出前者比后者重要，下子時電腦便會自動選擇“沖四”的點。那為什么棋型表要使用三維數(shù)組呢?因為棋盤上的每一個點都可以與橫、豎、左斜、右斜四個方向的棋子構(gòu)成不同的棋型，所以一個點總共有4個記錄;這樣做的另一個好處是可以輕易判斷出復合棋型，例如：如果同一點上有2個‘15’就是雙三、有一個‘15’和一個‘20’就是四三。
怎么樣!3個數(shù)組構(gòu)成了程序的基本數(shù)據(jù)骨架，今后只要再加入一些輔助變量便可以應付自如了。應該不會太難吧?OK!有了這么多有用的數(shù)據(jù)，我們就可以深入到程序的流程中去了。
二：程序流程
我們主要討論五子棋的核心算法，即：人工智能部分，而其他像圖形顯示、鍵盤鼠標控制等，因較為簡單，所以就不作過多介紹了。
程序由六個基本功能模塊構(gòu)成，各模塊的詳細分析如下：
(1)初始化：首先，建立盤面數(shù)組Table[15][15]、對戰(zhàn)雙方的棋型表Computer[15][15][4]和Player[15][15][4]并將它們清零以備使用;然后初始化顯示器、鍵盤、鼠等輸入輸出設備并在屏幕上畫出棋盤。
(2)主循環(huán)控制模塊：控制下棋順序，當輪到某方下子時，負責將程序轉(zhuǎn)到相應的模塊中去，主要擔當一個調(diào)度者的角色。
(3)玩家下子：當輪到玩家下時，您通過鍵盤或鼠標在棋盤上落子，程序會根據(jù)該點的位置，在Table[15][15]數(shù)組的相應地方記錄‘2’，以表明該子是玩家下的。
(4)盤面分析填寫棋型表：本程序核心模塊之一，人工智能算法的根本依據(jù)!其具體實現(xiàn)方法如下：您在下五子棋時，一定會先根據(jù)棋盤上的情況，找出當前最重要的一些點位，如“活三”、“沖四”等;然后再在其中選擇落子點。但是，電腦不會像人一樣分析問題，要讓它知道哪是“活三”、哪是“沖四”，就得在棋盤上逐點計算，一步一步的教它。
先來分析己方的棋型，我們從棋盤左上角出發(fā)，向右逐行搜索，當遇到一個空白點時，以它為中心向左挨個查找，如果遇到己方的子則記錄然后繼續(xù)，如果遇到對方的子、空白點或邊界就停止查找。左邊完成后再向右進行同樣的操作;最后把左右兩邊的記錄合并起來，得到的數(shù)據(jù)就是該點橫向上的棋型，然后把棋型的編號填入到Computer[x][y][n]中就行了(x、y代表坐標，n=0、1、2、3分別代表橫、豎、左斜、右斜四個方向)。而其他三個方向的棋型也可用同樣的方法得到，當搜索完整張棋盤后，己方棋型表也就填寫完畢了。然后再用同樣的方法填寫對方棋型表。
注意：所有棋型的編號都要事先定義好，越重要的號數(shù)越大!
OK! 怎么樣?有點累了吧?不過千萬別泄氣!因為好戲還在后頭。
Let's go!
(5)電腦下子：有了上面填寫的兩張棋型表，現(xiàn)在要作的就是讓電腦知道在哪一點下子了。其中最簡單的計算方法，就是遍歷棋型表Computer[15][15][4]和Player[15][15][4]找出其中數(shù)值最大的一點，在該點下子即可。但這種算法的弱點非常明顯，只顧眼前利益，不能顧全大局，這就和許多五子棋初學者一樣犯了“目光短淺”的毛病。
要解決這個問題，我們引入‘今后幾步預測法’，具體方法是這樣的： 首先， 讓電腦分析一個可能的點，如果在這兒下子將會形成對手不得不防守的棋型(例如：‘沖四’、‘活三’);那么下一步對手就會照您的思路下子來防守您，如此一來便完成了第一步的預測。這時再調(diào)用模塊4對預測后的棋進行盤面分析，如果出現(xiàn)了‘四三’、‘雙三’或‘雙四’等制勝點，那么己方就可以獲勝了(當然對黑棋而言‘雙三’、‘雙四’是禁手，另當別論);否則照同樣的方法向下分析，就可預測出第二步、第三步……
等一等，要是盤面上沒有對手必須防的棋型，哪該怎么辦呢?進攻不成的話就得考慮防守了，將自己和對手調(diào)換一下位置，然后用上面的方法來預測對手的棋，這樣既可以防住對手巧妙的攻擊，又能侍機發(fā)動反擊，何樂而不為呢!
但是必須告訴大家的是：預測法的運算量相當之大，據(jù)我的經(jīng)驗，用Pentium-100預測3步的走法平均需要15秒以上時間，所以建議預測量在5步以內(nèi)?？蓜e小瞧了這5步，有時它甚至會走出讓您拍手叫絕的妙著呢!
(6)勝負判斷：務須多言，某方形成五子連即獲勝;若黑棋走出‘雙三’、‘雙四’或長連即以禁手判負。
到現(xiàn)在為止，整個五子棋軟件就基本完成了，其水平大約在中級上下。當然，這種算法并不是最好的，但我相信它的基本思路是正確的。如果您有什么問題或好的想法，歡迎給我發(fā)E-mail: softboy@sina.com，我期待著您的見解。
五子棋禁手判定算法
禁手的判定較為復雜，設計一個判斷禁手的算法既要分析構(gòu)成它的棋型又要找到合適的搜索方法。
首先分析棋型。
先考慮構(gòu)成長連禁手的棋型，構(gòu)成長連的棋型較簡單，可歸納為一種，即相連后形成六子或更多相連。一旦發(fā)現(xiàn)產(chǎn)生此棋型，即判為長連禁手。
再考慮構(gòu)成四四禁手、三三禁手的棋型。要判斷下某一子是否構(gòu)成四四禁手(或三三禁手)，只需判斷下這一子后是否產(chǎn)生兩個或兩個以上的沖四或活四(或活三)即可。所以歸結(jié)起來，要正確判斷四四禁手、三三禁手就是要正確判斷沖四、活四和活三。
考慮沖四、活四和活三的定義。沖四是只有一個點可以成五的四，這里我們將那個點稱為關(guān)鍵點。同樣，構(gòu)成活四的有兩個關(guān)鍵點，構(gòu)成活三的有一個關(guān)鍵點。如圖11，a,b兩點是其構(gòu)成活四的關(guān)鍵點，又如圖12，a點是其構(gòu)成活三的關(guān)鍵點。
 圖12 |
以下是對各棋型和關(guān)鍵點的分析。
1、活四：
歸結(jié)起來構(gòu)成活四的只有一種棋型,如圖13
 圖13 |
這種棋型真正構(gòu)成活四的條件是左右兩空位(即a,b點)必須是黑棋可下的點，也就是在a,b點下黑子后都不會構(gòu)成禁手。
2、沖四：
形成沖四有兩種棋型，如圖14和圖15
 圖14 |  圖15 |
這兩種棋型真正構(gòu)成沖四的條件是中間的空位(即a點)必須是黑棋可下的點，也就是在a點下子后不會構(gòu)成禁手。
3、活三：
形成活三有兩種棋型，如圖16和圖17
 圖16 |  圖17 |
其中，a點是關(guān)鍵點，b,c點可以是邊界、無子或白色棋子，但不能是黑色棋子。
這兩種棋型真正構(gòu)成活三的條件是a點必須是黑棋可下的點，也就是在a點下子后不會構(gòu)成禁手，m,n兩點不用管是否構(gòu)成禁手，因為當a點放入黑子后，不管在m點還是n點放黑子，就會形成五連，即獲勝，不構(gòu)成禁手。
所以我們要判斷一種棋型是否構(gòu)成沖四、活四或活三，需要在已判斷它是可能的沖四、活四或活三的棋型的基礎上判斷它的關(guān)鍵點是否可落黑色棋子，也就是判斷關(guān)鍵點是否不會構(gòu)成新的禁手點，這一步在程序中可以用遞歸實現(xiàn)。
棋型分析完成，我們就要據(jù)此考慮選擇合適的算法。
基于禁手分析所需的精確度，我們在棋盤盤面搜索時，需要記錄與待判斷點相鄰的連續(xù)黑色棋子數(shù)，并記錄之后的連續(xù)空子數(shù)，并記錄再之后的連續(xù)黑子數(shù)，和再之后的連續(xù)空子數(shù)，以及再之后的連續(xù)黑子數(shù)。所以可以說搜索的深度要達到5層。
在判斷關(guān)鍵點的可下性時，選用遞歸的方法來判斷其是否不是禁手點。
于是最后我們可以得出禁手判定算法的思路。
第一步：將待判斷點放入黑棋子;
第二步：搜索待判斷點周邊棋盤;
第三步：還原棋盤;
第四步：利用搜索結(jié)果依次對各方向進行分析，判斷黑棋放入后所產(chǎn)生的棋型是否形成長連或形成可能構(gòu)成活四、沖四、活三的棋型。若形成長連，判定為禁手，返回長連禁手標識。若形成可能是活四、沖四、活三的棋型，判斷關(guān)鍵點是否可下，若不可下，該棋型統(tǒng)計數(shù)加1，反之，則對下一個方向進行判斷，直到各個方向分析結(jié)束。
第五步：若活四、沖四棋型的統(tǒng)計數(shù)大于1，返回四四禁手標識，若活三棋型的統(tǒng)計數(shù)大于1，返回三三禁手標識。其余情況返回非禁手標識。
源代碼:
