五子棋人机博弈实验报告

五子棋人机博弈实验报告
目录
一(课程设计目的............................................. 2 二(课程设计要求............................................. 2 三(课程设计内容............................................. 2 四(课程设计思想............................................. 2 五(系统实现 (2)
设计平台 (2)
数据结构设计 (3)
程序流程图设计 (3)
主要算法设计 (4)
程序调试及运行结果.............................. 4 六(课程设计总结............................................. 5 七(参考资料................................................... 6 八(附录:五子棋博弈算法源代码 (7)
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一( 课程设计目的
通过上学期学习的《人工智能》学科，运用推理技术、搜索方法和决策
规划和博弈树设计五子棋人机博弈系统，以此进一步深化对理论知识技术的了解，培养学生编程能力以及实践水平。

二(课程设计要求
通过本次课程设计要求学生掌握以下内容:
1.深入了解博弈树和alpha-beta剪枝算法。

2.设计出适合五子棋算法的启发式函数。

3.熟练掌握启发式的搜索方法。

三(课程设计内容
本系统实现的是五子棋博弈算法，运用java语言实现了图形用户界面，
方便用户使用。

算法采用了博弈算法和启发式函数进行搜索，人机对弈可自动判断输赢，结束后可重新开局。

四(课程设计思想
本系统实现的是五子棋博弈算法，为了方便用户的使用，采用的是java图形用户界面技术。

为了记录棋盘的每一个下棋点，定义数组array[19][19]。

并用shape[16][16][5]记录所有获胜的组合。

首先由玩家落子，前两步电脑根据玩家的落子情况在附近随机落子，第三步电脑开始搜索，并根据玩家落子情况对棋盘进行全局搜索(Scan)并排序(Sort)，并对每一个落子点进行打分并选择分值最大的点(Evaluate)落子，判断玩家或电脑是否获胜(Judge)，一方获胜则结束。

五(系统实现
1.实验平台:
myeclipse 8.5
2
2.数据结构设计:
(1)int array[19][19]:记录棋盘的每一个下棋点
(2)int max_x:记录最大评估值的横坐标
int max_y:记录最大评估值的纵坐标
int max :记录最大评估值
(3)int shape[16][16][5]:记录所有获胜组合 3.程序流程图设计:
开始
玩家落子
是
玩家是否获胜
电脑对棋盘进行搜索，对每个点
打分，记录最大值及其位置
电脑选择分值最大的点落子否
电脑是否获胜
是
是否重新开局
是
否
结束
3
4.主要算法设计:
(1)class ChessPad:绘制棋盘棋子，初始化棋盘，添加鼠标点击事件。

(2)class ChessPoint_black:黑棋下棋的走法和显示
(3)class ChessPoint_white:白棋下棋的走法和显示
(4)class Chess:棋盘属性的设置
(5)class Evaluate:对每一步可选择的方法进行打分，选择最大值,记录坐标。

(6)class Scan:查看八个方向上相邻相同颜色棋子的个数。

(7)class Judge:判断是否有一方获得胜利。

(8)class AutoPlay:电脑的下棋走法，依据玩家当前的落子位置来判断自己的走子位置。

5.运行结果:
(1)人机对弈，黑棋为人操作，白棋为计算机操作，人赢得胜利的页面截图如下:
4
(2)人机对弈，黑棋为人操作，白棋为计算机操作，计算机赢得胜利的页面截图如下:
六(课程设计总结:
通过小组合作完成五子棋人机博弈系统，自己更透彻的了解
了上学期学习的《人工智能》教授的知识，可谓一大收获;同时
更强化了Visual C++的一些基本技术，捡回了选修课讲过的很多
相关知识，可谓是另一大收获。

在对五子棋人机博弈的估值搜索
算法的设计上，采用博弈搜索的方法，采用静态估值函数对各节
点的代价进行估计，使算法达到最优。

小组合作区别与自己独立
实验，此一形式，让我们扬长避短，体味到了团队合作的快乐～
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七(参考资料:
[1] 蔡自兴(人工智能及其应用[M](北京:清华大学出版社，1999 [2] 王小春(游戏编程(人机博弈)[M](重庆:重庆大学出版社，2002 [3] 潘金贵，顾铁成，曾俭等编译(现代计算机常用数据结构和算法[M](南京:南京大学
出版社，1994
[4] 王永庆(人工智能原理与方法[M](西安:西安交通大学出版社，1998 [5] 林尧瑞，马少平(人工智能导论[M](北京:清华出版社，1989 [6] 田盛丰，黄厚宽(人工智能与知识工程[M](北京:中国铁道出版社，1999 [7] 王镌(博弈树搜索的算法改进[J](福建电脑(2004，(2)
[8] Visual C++游戏设计入门. 机械工业出版社普悠玛数科技著 [9] 标准C++实用教程. 电子工业出版社康晓明汪涛等编著 [10]C++面向对象程序设计——陈维兴林小茶编著中国铁道出版社 [11]五子棋必读——作者:彭建国编
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附录:五子棋博弈算法源代码:
import java.awt.*;
import java.awt.event.*;
class ChessPad extends Panel implements
MouseListener,ActionListener{
int array[][]=new int[19][19];
Scan scanp=new Scan();
Scan scanc=new Scan();
AutoPlay autoPlay=new AutoPlay();
Evaluate evaluatep=new Evaluate();
Evaluate evaluatec=new Evaluate();
Sort sort=new Sort();
int i=0;
int x=-1,y=-1,棋子颜色=1;
Button button=new Button("重新开局");
TextField text_1=new TextField("请黑棋下子"),
text_2=new TextField(),
text_3=new TextField();
ChessPad(){ //棋盘初始化
setSize(440,440);
setLayout(null);setBackground(Color.LIGHT_GRAY); addMouseListener(this);add(button);button.setBounds(10,5,60,26); button.addActionListener(this);
add(text_1); text_1.setBounds(90,5,90,24);
add(text_2); text_2.setBounds(290,5,90,24);
add(text_3); text_3.setBounds(200,5,80,24);
for(int i=0;i<19;i++)
for(int j=0;j<19;j++)
{array[i][j]=0;}
for(int i=0;i<19;i++)
for(int j=0;j<19;j++)
for(int h=0;h<5;h++)
{scanp.shape[i][j][h]=0;
scanc.shape[i][j][h]=0;}
text_1.setEditable(false);
text_2.setEditable(false);
text_3.setEditable(false);
}
public void paint(Graphics g){ //棋盘布局
for (int i=40;i<=400;i=i+20){
g.drawLine(40,i,400,i);
}
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for(int j=40;j<=400;j=j+20){
g.drawLine(j,40,j,400);
}
g.fillOval(97,97,6,6); //棋盘上的五个什么点
g.fillOval(337,97,6,6);
g.fillOval(97,337,6,6);
g.fillOval(337,337,6,6);
g.fillOval(217,217,6,6);
}
public void mousePressed(MouseEvent e){
int a=0,b=0;
if(e.getModifiers()==InputEvent.BUTTON1_MASK){ //鼠标点击，判断是否可以落子
x=(int)e.getX();y=(int)e.getY();
ChessPoint_black chesspoint_black=new ChessPoint_black(this);
ChessPoint_white chesspoint_white=new ChessPoint_white(this);
i++;
text_3.setText("这是第"+i+"步");
if((x+5)/20<2||(y+5)/20<2||(x-5)/20>19||(y-5)/20>19)//局外
{}
else { a=(x+10)/20;b=(y+10)/20;
if(array[b-2][a-2]==0&&棋子颜色==1){ //用变量棋子颜色来判断是黑还是白下子
this.add(chesspoint_black);
chesspoint_black.setBounds(a*20-9,b*20-9,18,18);
棋子颜色=棋子颜色*(-1);
array[b-2][a-2]=1;
if (Judge.judge(array,1)){
text_1.setText("黑棋赢!");棋子颜色=2;removeMouseListener(this);} else{
text_1.setText(""); }
}
}
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if(i>2&&棋子颜色==-1){ //电脑下子
scanp.scan(array,1);
scanc.scan(array,-1);
sort.sort(scanp.shape);
sort.sort(scanc.shape);
evaluatep.evaluate(scanp.shape);
evaluatec.evaluate(scanc.shape);
棋子颜色=棋子颜色*(-1);
this.add(chesspoint_white);
if(evaluatep.max>evaluatec.max){
chesspoint_white.setBounds((evaluatep.max_y+2)*20-
9,(evaluatep.max_x+2)*20-9,18,18);
array[evaluatep.max_x][evaluatep.max_y]=-1;
text_1.setText("请黑棋下子");
for(int i=0;i<19;i++)
for(int j=0;j<19;j++)
for(int h=0;h<5;h++)
{scanp.shape[i][j][h]=0;
scanc.shape[i][j][h]=0;}
}
else
{
chesspoint_white.setBounds((evaluatec.max_y+2)*20-
9,(evaluatec.max_x+2)*20-9,18,18);
array[evaluatec.max_x][evaluatec.max_y]=-1;
if (Judge.judge(array,-1))
{
text_2.setText("白棋赢!");棋子颜色=2;removeMouseListener(this);} else{
text_1.setText("请黑棋下子");
for(int i=0;i<19;i++)
for(int j=0;j<19;j++)
for(int h=0;h<5;h++)
9
{scanp.shape[i][j][h]=0;
scanc.shape[i][j][h]=0;}
}
}
}
if(i<=2&&棋子颜色==-1)
{
autoPlay.autoPlay(array,b-2,a-2);
this.add(chesspoint_white);
棋子颜色=棋子颜色*(-1);
chesspoint_white.setBounds((autoPlay.y+2)*20-9,(autoPlay.x+2)*20-9,18
,18);
array[autoPlay.x][autoPlay.y]=-1;
if (Judge.judge(array,-1))
{
text_2.setText("白棋赢!");棋子颜色=2;removeMouseListener(this);} else{
text_1.setText("请黑棋下子");
text_2.setText(autoPlay.x+" "+autoPlay.y); }
}
}
}
public void mouseReleased(MouseEvent e){} public void mouseEntered(MouseEvent e){} public void mouseExited(MouseEvent e){} public void mouseClicked(MouseEvent e){}
public void actionPerformed(ActionEvent e)
{this.removeAll();
棋子颜色=1;
add(button);button.setBounds(10,5,60,26);
add(text_1);text_1.setBounds(90,5,90,24);
text_2.setText("");
text_1.setText("请黑棋下子");
add(text_2);
text_2.setBounds(290,5,90,24);
add(text_3); text_3.setBounds(200,5,80,24);
i=0;
text_3.setText("这是第"+i+"步");
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for(int i=0;i<19;i++)
for(int j=0;j<19;j++)
{array[i][j]=0;}
for(int i=0;i<19;i++)
for(int j=0;j<19;j++)
for(int h=0;h<5;h++)
{scanp.shape[i][j][h]=0;
scanc.shape[i][j][h]=0;}
addMouseListener(this);
}
}
class ChessPoint_black extends Canvas implements MouseListener{ ChessPad chesspad=null;
ChessPoint_black(ChessPad p){
setSize(20,20);
addMouseListener(this);
chesspad=p;
}
public void paint(Graphics g){
g.setColor(Color.black);g.fillOval(0,0,18,18);
}
public void mousePressed(MouseEvent e){
/*if(e.getModifiers()==InputEvent.BUTTON3_MASK){
chesspad.remove(this);
chesspad.棋子颜色=1;
chesspad.text_2.setText("");
chesspad.text_1.setText("请黑棋下子");
}*/
}
public void mouseReleased(MouseEvent e){}
public void mouseEntered(MouseEvent e){}
public void mouseExited(MouseEvent e){}
public void mouseClicked(MouseEvent e){
}
}
class ChessPoint_white extends Canvas implements MouseListener{ ChessPad chesspad=null;
ChessPoint_white(ChessPad p){
setSize(20,20);addMouseListener(this);
chesspad=p;
}
public void paint(Graphics g){
g.setColor(Color.white);g.fillOval(0,0,18,18);
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}
public void mousePressed(MouseEvent e){
/*if(e.getModifiers()==InputEvent.BUTTON3_MASK){
chesspad.remove(this);
chesspad.棋子颜色=-1;
chesspad.text_2.setText("请白棋下子");
chesspad.text_1.setText("");
}*/
}
public void mouseReleased(MouseEvent e){}
public void mouseEntered(MouseEvent e){}
public void mouseExited(MouseEvent e){}
public void mouseClicked(MouseEvent e){
}
}
public class Chess extends Frame{
ChessPad chesspad=new ChessPad();
Chess(){
setVisible(true);
setLayout(null);
Label label=new Label("五子棋",Label.CENTER); add(label);label.setBounds(70,55,440,26);
label.setBackground(Color.orange);
add(chesspad);chesspad.setBounds(70,90,440,440); addWindowListener(new WindowAdapter()
{public void windowClosing(WindowEvent e) {System.exit(0);}
});
pack();setSize(600,550);
}
public static void main(String args[]){
Chess chess=new Chess();
}
}
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public class AutoPlay{//前2步棋走法
int x,y;
void autoPlay(int chesspad[][],int a,int b){ int randomNumber=(int)(Math.random()*8)+1; switch(randomNumber){
case(1):
if(chesspad[a-1][b-1]==0)
{x=a-1;y=b-1;}
else if(chesspad[a-2][b-2]==0)
{x=a-2;y=b-2;}
else {x=a-3;y=b-3;}
break;
case(2):
if(chesspad[a-1][b]==0)
{x=a-1;y=b;}
else if(chesspad[a-2][b]==0)
{x=a-2;y=b;}
else {x=a-3;y=b;}
break;
case(3):
if(chesspad[a-1][b+1]==0)
{x=a-1;y=b+1;}
else if(chesspad[a-2][b+2]==0)
{x=a-2;y=b+2;}
else {x=a-3;y=b+3;}
break;
case(4):
if(chesspad[a][b+1]==0)
{x=a;y=b+1;}
else if(chesspad[a][b+2]==0) {x=a;y=b+2;}
else {x=a;y=b+3;}
break;
case(5):
if(chesspad[a+1][b+1]==0)
{x=a+1;y=b+1;}
else if(chesspad[a+2][b+2]==0) {x=a+2;y=b+2;}
else {x=a+3;y=b+3;}
break;
case(6):
if(chesspad[a+1][b]==0)
{x=a+1;y=b;}
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else if(chesspad[a+2][b]==0) {x=a+2;y=b;}
else {x=a+3;y=b;}
break;
case(7):
if(chesspad[a+1][b-1]==0)
{x=a+1;y=b-1;}
else if(chesspad[a+2][b-2]==0)
{x=a+2;y=b-2;}
else {x=a+3;y=b-3;}
break;
case(8):
if(chesspad[a][b-1]==0)
{x=a;y=b-1;}
else if(chesspad[a][b-2]==0)
{x=a;y=b-2;}
else{x=a;y=b+3;}
break;
}
}
}
public class Evaluate{
int max_x,max_y,max;
public void evaluate(int shape[][][]){ int i=0,j=0;
for(i=0;i<19;i++)
for(j=0;j<19;j++){
switch(shape[i][j][0]) {
case 5:
shape[i][j][4]=200;
break;
case 4:
switch(shape[i][j][1]){
case 4:
shape[i][j][4]=150+shape[i][j][2]+ shape[i][j][3];
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break;
case 3:
shape[i][j][4]=100+
shape[i][j][2]+
shape[i][j][3];
break;
default:
shape[i][j][4]=50+
shape[i][j][2]+
shape[i][j][3];
}
break;
case 3:
switch(shape[i][j][1]){
case 3:
shape[i][j][4]=75+
shape[i][j][2]+
shape[i][j][3];
break;
default:
shape[i][j][4]=20+
shape[i][j][2]+
shape[i][j][3];
}
break;
case 2:
shape[i][j][4]=10+shape[i][j][1]
+shape[i][j][2]
+shape[i][j][3];
break;
case 1:
shape[i][j][4]=shape[i][j][0]+shape[i][j][1] +shape[i][j][2]
+shape[i][j][3];
default : shape[i][j][4]=0;
}
}
int x=0,y=0;
max=0;
for(x=0;x<19;x++)
for(y=0;y<19;y++)
if(max<shape[x][y][4]){
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max=shape[x][y][4];
max_x=x;max_y=y;}
}
}
public class Judge{//判断是否有一方获得胜利static boolean judge(int a[][],int color){ int i,j,flag;
for(i=0;i<19;i++){ //判断同一行
flag=0;
for(j=0;j<19;j++)
if(a[i][j]==color){
flag++;
if (flag==5)
return true;}
else flag=0;
}
for(j=0;j<19;j++){ //判断同一列
flag=0;
for(i=0;i<19;i++)
if(a[i][j]==color)
{flag++;
if(flag==5)
return true;}
else flag=0;
}
for(j=4;j<19;j++){ //斜线方向flag=0; int m=j;
for(i=0;i<=j;i++){
if(a[i][m--]==color){
flag++;
if(flag==5)
return true;}
else flag=0;}
}
for(j=14;j>=0;j--){
flag=0; int m=j;
for(i=0;i<=18-j;i++){
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if(a[i][m++]==color){
flag++;
if(flag==5)
return true;}
else flag=0;}
}
for(i=14;i>=0;i--){
flag=0; int n=i;
for(j=0;j<19-i;j++){
if(a[n++][j]==color){
flag++;
if(flag==5)
return true;}
else flag=0;}
}
for(j=14;j>=0;j--){
flag=0; int m=j;
for(i=18;i>=j;i--){
if(a[i][m++]==color){
flag++;
if(flag==5)
return true;}
else flag=0;}
}
return false;}
}
public class Scan{ //浏览全局
int shape[][][]=new int[19][19][5]; void scan(int chesspad[][],int colour){ int i,j;
for(i=0;i<=18;i++)
for(j=0;j<=18;j++)
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if(chesspad[i][j]==0){
int m=i,n=j;
while(n-1>=0&&chesspad[m][--n]==colour){
shape[i][j][0]++;
}
n=j;
while(n+1<=18&&chesspad[m][++n]==colour){
shape[i][j][0]++;
}
n=j;
while(m-1>=0&&chesspad[--m][n]==colour){
shape[i][j][1]++;
}
m=i;
while(m+1<=18&&chesspad[++m][n]==colour){
shape[i][j][1]++;
}
m=i;
while(m-1>=0&&n+1<=18&&chesspad[--m][++n]==colour){ shape[i][j][2]++;
}
m=i;n=j;
while(m+1<=18&&n-1>=0&&chesspad[++m][--n]==colour){ shape[i][j][2]++;
}
m=i;n=j;
while(m-1>=0&&n-1>=0&&chesspad[--m][--n]==colour){ shape[i][j][3]++;
}
m=i;n=j;
while(m+1<=18&&n+1<=18&&chesspad[++m][++n]==colour){ shape[i][j][3]++;
}
18
}
}
}
public class Sort{
public void sort(int shape[][][]){
int temp;
for(int i=0;i<19;i++)
for(int j=0;j<19;j++){
for(int h=1;h<=3;h++){
for(int w=3;w>=h;w--){
if(shape[i][j][w-1]<shape[i][j][w]){
temp=shape[i][j][w-1];
shape[i][j][w-1]=shape[i][j][w]; shape[i][j][w]=temp;
}
}
}
}
}
}
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