计算机五子棋博奕系统的研究与实现

ＳＣＯｒｅ．ｅｆｆｉｃｉｅｎｃｙ ｃ觚ｂｅ ｉｍｐｒｏｖｅｄ．
ｍｒｄｌｙ，ａｃｃｏｒｄｉｎｇ ｔｏ ｔｈｅ ｃｈａｒａｃｔｅｒ ｏｆ Ｆｉｖｅ－Ｐｉｅｃｅ，ｓｏｍｅ ｃｈａｒａｃｔｅｒｓ ｏｆ ｔｈｅ ｓｉｔｕａｔｉｏｎ
ｗｅｒｅ ｂｅｉｎｇ ｅｘｔｒａｃｔｅｄ ａｎｄ ｂｅｉｎｇ ｅｎｄｏｗｅｄ ｗｉｔｈ ｃｏｅｆｆｉｃｉｅｎｔ．Ｂｙ ｓｔｕｄｙｉｎｇ ｔｈｅ ｇｌｏｂａｌ ａｔｔｒｉｂｕｔｅｓ ｏｆ ｗｈｏｌｅ ｂｏａｒｄ ｐｏｓｉｔｉｏｎ，ｔｈｅ ｔＯｔａｌ ｅｖａｌｕａｔｉｏｎ ｖａｌｕｅ ｗａｓ ｇｏｔｔｅｎ ｔｈｒｏｕｇｈ ａ ｌｉｎｅａｒ ｆｕｎｃｔｉｏｎ。ｋ ｐｒａｃｔｉｃｅ。ｔｈｅ ｆｉｒｓｔ ｖｅｒｓｉｏｎ ｐｒｏｇｒａｍ ｗｉｔｈ Ｍｉｎｉｍａｘ ８ｅａｒｃｈ ａｎｄ ｓｔａｔｉｃ ｅｖａｌｕａｔｉｏｎ
ｐａｒｔｓ，ｐｌａｙｉｎｇ ａｌｌ ｉｍｐｏｒｔａｎｔ ｅｆｆｅｃｔ ａｓ ａ ｇｕｉｄａｎｃｅ ｉｎ ｄｅｓｉｇｎｉｎｇ ｔｈｅ Ｆｉｖｅ－Ｐｉｅｃｅ ｇａｍｅ·ｐｌａｙｉｎｇ
ｓｙｓｔｅｍ，ｉｓ ｃｌａｒｉｆｉｅｄ．
Ｓｅｃｏｎｄｌｙ，ａｉｍｉｎｇ丑ｔ ｏｖｅｒｃｏｍｉｎｇ ｔｈｅ ｗｅａｋｎｅｓｓ ａｎｄ ｓｂｏｒｔａｇｅ ｉｎ ｔｈｅ ｆｉｒｓｔ ｖｅｒｓｉｏｎ
本文实现的五子棋对奕程序，通过算法的优化和增强，达到了设计者最初的目 标，既计算机程序执黑先行时，一般情况下，黑方可以取得胜利。事实证明，在五 子棋程序设计中，使用威胁空间搜索算法，可以较圆满的解决五子棋人机对奕问题。
关键词：人工智能；博奕；五子棋；搜索算法；威胁空间搜索 分类号：ＴＰｌ８
山东师范大学硕士学位论文
ｏｎｅ ｏｆ ｔｈｅ ａｃｔｉｖｅ ｒｅｓｅａｒｃｈ ａｒｅａ ｉｎ ｒｅｃｅｎｔ ｙｅａｒｓ．Ｒｅｓｅａｒｃｈ ｒｅｓｕｌｔｓ ｏｆ ｉｔ ｃｏｎｔｒｉｂｕｔｅ ｔｏ ＡＩ ｎｏｔ
ｏｎｌｙ ｉｎ ｍｅｔｈｏｄｓ ｂｕｔ ｉｎ ｔｈｅｏｒｉｅｓ ａｓ ｗｅｌｌ ａｓ ｒｅｍａｒｋａｂｌｅ ｉｎｆｌｕｅｎｃｅ ｔｏ ｓｏｃｉａｌ ａｎｄ ｓｃｉｅｎｃｅ．Ｔｈｅ
ｔｏ
ｄｅｓｉｇｎ ａ ｃｏｎｃｒｅｔｅ ｃｈｅｓｓ ｇａｍｅ－ｐｌａｙｉｎｇ ｓｙｓｔｅｍ．
Ｔｈｉｓ ｔｈｅｓｉｓ ｓｔｕｄｉｅｓ ｔｈｅ ｃｏｍｐｕｔｅｒ Ｆｉｖｅ－Ｐｉｅｃｅ ｇａｍｅ－ｐｌａｙｉｎｇ ｓｙｓｔｅｍｓ．Ａｃｃｏｒｄｉｎｇ ｔＯ ｔｈｅ
ａｒｔｉｆｉｃｉａｌ ｉｎｔｅｌｌｉｇｅｎｃｅ ａｎｄ ｇｅｎｅｒａ［ｔｈｅｏｒｙ ｏｆｃｏｍｐｕｔｅｒ ｇａｍｅ－ｐｌａｙｉｎｇ，ａ ｂａｓｉｃ ｍｏｄｅｌｓ ｏｆｔｈｅ
学位论文作者签名：董红蜜
签字同期：２００ｉ年４月ｌＤ日
圈 导师签字：
签字日期：２００ 年月 日
山东师范大学硕士学位论文
计算机五子棋博奕系统的研究与实现
中文摘要
人工智能是近年来很活跃的研究领域之一。计算机博弈是人工智能研究的一个 重要分支，它的研究为人工智能带来了很多重要的方法和理论，产生了广泛的社会 影响和学术影响。国内外对博弈的研究已经较为广泛，特别是ＩＢＭ的国际象棋程序 “深蓝”，已经达到了人类的世界冠军水平。“深蓝”的研究成果，特别是基于剪枝 的极大极小树搜索技术为设计其它的计算机棋类博奕系统提供了良好的参照。但是 不同的棋类博奕，其规则的千差万别赋予了每一种棋类博奕特殊的专业知识。这就 必然要求设计一个具体的棋类博奕系统时应该深入研究它的基本原理和内在规律。
ｍａｎｈｕｎｔ ｔｅｃｈｎｉｑｕｅ ｎａｍｅｄ ｓｈｅａｒｉｎｇ ｂｉｇｇｅｓｔ ａｎｄ ｓｍａｌｌｅｓｔ ｔｒｅｅ，ｐｒｏｖｉｄｅ ａ ｗｅｌｌ ｆｉ＇ａｌＹｌｅ ｏｆ
ｇａｍｅ－ｐｌａｙｉｎｇ ｒｅｆｅｒｅｎｃｅ ｔｏ ｄｅｓｉｇｎ ｏｔｈｅｒ ｃｏｍｐｕｔｅｒ ｃｈｅｓｓ
ｓｙｓｔｅｍｓ．Ｂｕｔ ｄｉｆｆｅｒ ｉｎ ｔｈｏｕｓａｎｄｓ
Ｔｈｅ ｓｔｕｄｙ ａｎｄ ｐｒａｃｔｉｃｅ ｏｆ ｃｏｍｐｕｔｅｒ Ｆｉｖｅ－－Ｐｉｅｃｅ ｇａｍｅ··ｐｌａｙｉｎｇ ｓｙｓｔｅｍ
Ａｂｓｔｒａｃｔ
Ｃｏｍｐｕｔｅｒ ｇａｒｎｃ·ｐｌａｙｉｎｇ ｉｓ ａｎ ｉｍｐｏｒｔａｎｔ ｂｒａｎｃｈ ｏｆＡｒｔｉｆｉｃｉａｌ Ｉｎｔｅｌｌｉｇｅｎｃｅ（ＡＤ ｗｈｉｃｈ ｉｓ
ｃａｒｅ彻ｌｙ ｆｏｒ ｔｈｅ ｓｉｍｐｌｅｎｅｓｓ ｒｕｌｅ，ｔｈｅ ｃｌａｒｉｔｙ ｓｉｔｕａｔｉｏｎ ｅｓｔｉｍａｔｉｏｎ ｏｆ ｔｈｅ Ｆｉｖｅ．Ｐｉｅｃｅ
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ｉｓ ｎｏｔ ｂａｌａｎｃｅ ｉｎ ｓｕｐｅｒｉｏｒｉｔｙｋｉｎｆｅｒｉｏｒｉｔｙ ｐｏｓｉｔｉｏｎ ｂｅｔｗｅｅｎ ｔｗｏ
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第三根据五子棋的特点，提取棋局局势的若干特征，对这些特征赋加权分，并 对整个棋局进行特征统计，采用一个线性函数求得棋局的总估计分值。实践中，采 用极小极大搜索加此静态估值技术的初版程序，达到了比初学者强的水平，一些比 较熟练的业余人员时常也会负于此程序。
在上述工作的基础上，本文的仓ｑ新性研究主要包括以下两个方面： 第一对五子棋博奕的专业知识进行了认真的整理。针对五子棋博奕规则简单、 局势判断清楚的特点，对五子棋常见的开局、定式及其后的对局做了细致的统计分 析，阐明了五予棋对交中黑白双方优劣势并非均衡的规律，这一规律作为一个指导 原则在设计五子棋博奕系统时起到重要作用。 第二针对初版程序中存在的缺点和不足，通过查找原因，实现了算法的优化和 加强。初版程序在运行时其搜索速度和对奕表现不能让人满意。其主要原因有两个： 使用常规的Ａｌｐｈａ—Ｂｅｔａ搜索和ＮｅｇａＳｃｏｕｔ算法不能避免相同局面的重复节点的搜 索，从而影响搜索速度；采用固定的估值法，估值的不准确使其“智力”较低，而 且固定的赋值方式使其不能在对奕过程中提高棋力。解决的方法有两个：在执行常
Ｆｉｖｅ－Ｐｉｅｃｅ掣ｌｌｎｅ·ｐｌａｙｉｎｇ ｓｙｓｔｅｍｓ ｉｓ ｄｅｓｉｇｎｅｄ．Ｔｈｒｅｅ ａｓｐｅｃｔｓ ｗｅｒｅ ｄｏｎｅ ｉｎ ｔｈｅ ｗｏｒｋ：
Ｆｉｒｓｔｌｙ．ｔｈｅ ｑｕｅｓｔｉｏｎ ｏｆ ｈｏｗ ｔｏ ｅｘｐｒｅｓｓ ｔｈｅ Ｈｖｅ－Ｐｉｅｃｅ ｉｎ ｃｏｍｐｕｔｅｒ ｗａｓ ｓｔｕｄｉｅｄ ａｎｄ
wk.baidu.com
ｒｅｓｅａｒｃｈｏｆＧａｍｅ－Ｐｌａｙｉｎｇｉｓｐｒｅｔｔｙｐｏｐｕｌａｒ，ｅｓｐｅｃｉａｌｌｙｉｎｔｈｅ ｃｈｅｓｓｐｒｏｇｒａｍｏｆＩＢＭ“Ｄｅ印
Ｂｌｕｅ”ｗｈｉｃｈ ｈａｓ ａｃｈｉｅｖｅｄ ｔｈｅ ｌｅｖｅｌ ｏｆ ｗｏｒｌｄ ｃｈａｍｐｉｏｎ．”Ｄｅｅｐ Ｂｌｕｅ”，ｂａｓｅｄ ｏｎ ｔｈｅ
ｗａｙｓ ｏｆｔｈｅ ｒｕｌｅ ｉｎ ｄｉｆｆｅｒｅｎｔ ｃｈｅｓｓ ｇａｍｅ ｂｒｉｎｇ ０ｎ ｔｈｅ ｓｐｅｃｉａｌｔｙ ｏｆｅａｃｈ ｃｈｅｓｓ ｇａｍｅ－ｐｌａｙｉｎｇ．
ｇａｍｅ ｌａｗ啪ｎｅｅｄｅｄ Ｔｈｕｓ ｄｅｅｐｌｙ ｒｅｓｅａｒｃｈ ｏｆ ｃｈｅｓｓ
ｉｎ ｉｔｓ ｐｒｉｎｃｉｐｌｅ ａｎｄ ｉｔｓ ｉｎｈｅｒｅｎｃｅ
本文以计算机五子棋博奕系统做为研究课题，在对大量的相关文献进行分析研 究的基础上，首先按照人工智能和计算机博奕的一般原理设计了一个五子棋博奕系 统的基本模型，所做的工作包括三个方面：
第一研究了五子棋在计算机中的表示问题，讨论了计算机中存贮棋局和识别下 棋次序，局势状态变化及局势特征、走法产生等方法。
单位代码
学
号
分类号
１０４４５ ２００ ２１５０５０ ＴＰｌ８
止苏钾缸大学
硕士学位论文
论文题目计算机五子棋博奕系统的研究与实现
学科专业计算机软件－９理论
申请人姓名 董红安
童缸誓
钏惴名刘弘教授厨习
论文提交时间２００５年０４月１０旷—一
独创声明
本人声明所呈交的学位论文是本人在导师指导下进行的研究工作及取得的研究成 果。据我所知，除了文中特别加以标注和致谢的地方外，论文中不包含其他人已经发表
ｔｌ】时ｃｋｕｌｇｅ＼（．ｈａ崧咖ｏｆｓｉｔｕａｔｉｏｎ ｈｏｗ ｔｏ ｓｔｏｒｅ ｔｈｅ ｂｏａｒｄ ｐｏｓｉｔｉｏｎ ｉｎ ｃｏｍｐｕｔｅｒ ａｓ ｗｅｌｌ ａｓ ｄｉｓｔｉｎｇｕｉｓｈ ｔｈｅ ｓｅｑｕｅｎｃｅ ｉｎ ｐｌａｙｉｎｇ
ａｎｄ
ｗｅｒｅ ｄｉｓｃｕｓｓｅｄ．
Ｓｅｃｏｎｄｌｙ，ｔｈｅ Ｍｉｎｉｍａｘ Ｓｅａｒｃｈｉｎｇ ｔｅｅｌｍｏｌｏｇｙ ｏｆ Ｃｉ－ａｎｌｅ Ｔｒｅｅ ｗａｓ ｉｎｖｅｓｔｉｇ曲ｕｔ ｎ编 ｆｌｎ＇出ｅ１＇ｉ皓ｓｅａｒｅｈ ｏｆ Ａｌｐｈａ－Ｂｅｔａ Ｐｒｏｃｅｄｍ，ｅ ａｎｄ ｏｐ＂ｔａｎｉｚａｔｉｏｎ ｐｒｏｂｌｅｍ ｏｆ ｗｈｉｃｈ ｂａｓｅｄ ｏｎ ｉｔ
或撰写过的研究成果，也不包含为获得
（注：如没有其他需要特别声
明的，本栏可空）或其他教育机构的学位或证书使角过的材料。与我一同工作的同志对
本研究所做的任何贡献均已在论文中作了明确的说明并表示谢意。
董易岳 学位论文作者签名：
网 导师签字： ｌ－－－－＿－－ｏ
学位论文版权使用授权书
本学位论文作者完全了解堂控有关保留、使用学位论文的规定，有权保留并向 国家有关部门或机构送交论文的复印件和磁盘，允许论文被查阅和借阅。本人授权—堂 圭ｔ可以将学位论文的全部或部分内容编入有关数据库进行检索，可以采用影印、缩印 或扫描等复制手段保存、汇编学位论文。（保密的学位论文在解密后适用本授权书）
第二研究了博弈树的极小极大搜索技术及在此基础上的Ａｌｐｈａ－Ｂｅｔａ剪枝过程 和剪枝优化问题。实现将候选的后继节点按位置邻近顺序排序，使剪技过程得到优 化。此外还研究了Ａｌｐｈａ－Ｂｅ％ａ剪枝的改进算法ＮｅｇａＳｃｏｕｔ算法，此算法首先采用 一小的有限Ａｌｐｈａ—Ｂｅｔａ窗口，以确定实际估计值的范围，再在这个较小的范围中搜 索实际的估计值。由于在较小的范围中搜索，效率能得以提高。
ｆｕｎｃｔｉｏｎ ａｃｈｉｅｖｅｄ ａ ｂｅｔｔｅｒ－ｔｈｍａ－ａｖｅｒａｇｅ ｌｅｖｅｌ，ｅｖｅｎ ｓｏｍｅ ｓｋｉｌｌｅｄ ａｍａｔｅｕｒ ｏｆｔｅｎ ｌｏｓｓ．
Ｏｎ ｔｈｅ ｆｏｕｎｄａｔｉｏｎ ｏｆｔｈｅ ａｂｏｖｅ ｍｅｎｔｉｏｎｅｄ ｗｏｒｋ，ｔｈｅ ｃｒｅａｔｉｖｅ ｒｅｓｅａｒｃｈ ｍａｉｎｌｙ ｉｎｃｌｕｄｅｓ ｆｏｌｌｏｗｉｎｇ ｔｗｏ ａｓｐｅｃｔｓｅｓ：
ａｌｇｏｒｉｔｈｍ ｏｆ
ａｌｓｏ ｂｅｉｎｇ ｓｔｕｄｉｅｄ．Ａｔ ｔｈｅ ｆｉｒｓｔ，ｔｈｅ ａｌｇｏｒｉｔｈｍ ａｄｏｐｔｓ ａ
ｓｃｍ １ｉｍｉｔｅｄ Ａｌｐｈａ－Ｂｅｔａ ｗｉｎｄｏｗ ｔＯ ｍａｋｅ ｓｕｒｅ ｔｈｅ
ｏｆ ａｃｔｕａｌ ｅｖａｌｕａｔｉｏｎ ｖａｌｕｅ．Ｔｈｅｎ ｉｔ
ｓｅａｒｃｈｅｓ锄ａｃｔｕａｌ ｅｖａｌｕａｔｉｏｎ ｖａｌｕｅ ｉｎ ｔｈｅ ｓｍａｌｌｅｒ ＳＣＯｒｅ．Ｂｅｃａｕｓｅ ｓｅａｒｃｈｉｎｇ ｉｎ ｔｈｅ‘ｓｍａｌｌｅｒ
Ａｔ ｆｉｒｓｔ，ｔｈｅ ｐｒｏｆｅｓｓｉｏｎａｌ ｋｎｏｗｌｅｄｇｅ ｏｆ Ｆｉｖｅ—Ｐｉｅｃｅ ｇａｍｅ－ｐｌａｙｉｎｇ ｉｓ ｓｏｒｔｅｄ ｃａｒｅｆｕｌｌｙ．
Ｔｈｅ ｆａｍｉｌｉａｒ ｇａｍｅ ｂｅｇｉｎｎｉｎｇ，ｆｉｘｅｄ ｐｏｓｉｔｉｏｎ ａｎｄ ｔｈｅ ｆｏｌｌｏｗｉｎｇ ｇａｍｅ ｐｌａｙ Ｗｅｒｅ ａｎ丑ｌｙｚｅｄ
山东师范大学硕士学位论文
规的Ａｌｐｈａ—Ｂｅｔａ搜索和ＮｅｇａＳｃｏｕｔ算法之前，使用景换表搜索避免相同局面的节点 的搜索。通过使用威胁空间搜索，可以让计算机对某一局面找出全部的致胜威胁次 序，这样就避免了对静态估值函数的调用，只有计算机对当前局面无法找到致胜威 胁次序时，才执行对静态估值函数的调用，由于五子棋博奕中，黑方先行者占有很 强的优势，大多数局面往往都能找到致胜威胁次序，所以采用威胁空间搜索，结果 表明，可以极大的提高程序的表现和对奕水平。