五子棋算法探討

2019-11-17 05:30:40

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供稿：網友

　　近來隨著計算機的快速發展，各種棋類游戲被紛紛請進了電腦，使得那些喜愛下棋，又經?？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則），要讓電腦知道該在哪一點下子，就要根據盤面的形勢，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定是遠遠不夠的，這樣下棋很輕易掉進
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用，即：在電腦中猜測出今后幾步
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：數據結構
　　先來看看數據結構，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的二維數組 Table[15][15] (15*15是
五子棋棋盤的大小)，數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
數據，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定出復合棋型，例如：假如同一點上有2個‘15’就是雙三、有一個‘15’和一個‘20’就是四三。
　　怎么樣！3個數組構成了程序的基本數據骨架，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據，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。
　　我們看到本程序由六個基本功能模塊構成，各模塊的具體分析如下：
　　（1）初始化：首先，建立盤面數組Table[15][15]、對戰雙方的棋型表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。
　?。?）主循環控制模塊：控制下棋順序，當輪到某方下子時，負責將程序轉到相應的模塊中去，主要擔當一個
調度者的角色。
　　（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，程序會根據該點的位置，在Table[15]
[15]數組的相應地方記錄‘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！其具體實現方法如下：您在下
五子棋時，一定會先根據棋盤上的情況，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，向右逐行搜索，當碰到一個空白點時，以它為中心向左挨個
查找，假如碰到己方的子則記錄然后繼續，假如碰到對方的子、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，得到的數據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。
　　注重：所有棋型的編號都要事先定義好，越重要的號數越大！
　　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！
　?。?）電腦下子：有了上面填寫的兩張棋型表，現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‘今后幾步猜測法’，具體方法是這樣的：首先，讓電腦分析一個可能的點，
假如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猜測。這時再調用模塊4對猜測后的棋進行盤面分析，假如出現了
‘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，就可猜測出第二步、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
調換一下位置，然后用上面的方法來猜測對手的棋，這樣既可以防住對手巧妙的攻擊，又能侍機發動反擊，何樂
而不為呢！
　　但是必須告訴大家的是：猜測法的運算量相當之大，據我的經驗，用Pentium-100猜測3步的走法平均需要15
秒以上時間，所以建議猜測量在5步以內?？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）勝敗判定：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。

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