人工智能实验报告材料

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《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：李晓宁、白明辉、刘小晶、袁成飞、程小兰、李喜林

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。

任务分工李晓宁 130904021 白明辉 130904001：负责界面实现和估值函数设计文档整理

刘小晶 130904032 袁成飞 130904051：负责极小极大值算法的设计与实现

李喜林 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，陶冶情操。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Windows xp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，大大减少了内存容量，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）= Σ E(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：Microsoft Windows xp

开发语言：HTML5 CSS3 javascript