博弈五子棋（人机对战）算法改进
程序员文章站
2024-03-18 15:12:28
...
基于 EasyX 的五子棋程序。
界面依旧，唯一不同的是算法。改进前的 AI 眼光短浅，只顾当前局面。改进后的 AI 使用 DFS（深度优先搜索）进行对博弈树的遍历，再挑选分值最大的根节点进行落子。具体的，就是先算出每个点的当前分值，再递归去寻找落子后对方分值，把这两个值相减，就可以得到这个位置真正的分值。
可是如果直接递归，时间复杂度很大，大约是 O((192)n)（ n 为递归次数），于是就加入了两个剪枝（只查找周边有棋子的空位）（如果位置初始分值大于最大分值才递归）和层数限制（只考虑以后4步）。
改进后基本1秒就可以算出来。
运行效果如下：
完整源代码如下：
#include <iostream>
#include <time.h>
#include <stdlib.h>
#include <graphics.h>
#include <conio.h>
// 类定义
// 保存位置的类
class seat
{
public:
int i = 0; // y 坐标
int j = 0; // x 坐标
int number = 0; // 分数
};
// 保存棋盘的类
class box
{
public:
void draw(); // 绘制
public:
int x = 0; // x 坐标
int y = 0; // y 坐标
int value = -1; // 值（黑棋：1，白棋：0，空位：-1）
int modle = 0; // 模式
bool isnew = false; // 是否有选择框
COLORREF color = WHITE; // 棋盘背景色
};
// 函数声明
void draw(); // 绘制
void init(); // 初始化
seat findbestseat(int color, int c); // 寻找最佳位置
void isWIN(); // 判断输赢
void game(); // 游戏主函数
// main函数
int main()
{
initgraph(700, 700); // 初始化绘图环境
setbkcolor(WHITE);
cleardevice();
setbkmode(TRANSPARENT); // 设置透明文字输出背景
while (1)
{
init(); // 初始化
game(); // 游戏开始
cleardevice();
}
}
// 全局变量
box BOX[19][19]; // 棋盘
int win = -1; // 谁赢了（0：白棋，1：黑棋，2：平局）
int whoplay = 0; // 轮到谁下棋了
int playercolor = 0; // 玩家颜色
int dx[4]{ 1,0,1,1 }; // - | \ / 四个方向
int dy[4]{ 0,1,1,-1 };
int Score[3][5] = //评分表
{
{ 0, 80, 250, 500, 500 }, // 防守0子
{ 0, 0, 80, 250, 500 }, // 防守1子
{ 0, 0, 0, 80, 500 } // 防守2子
};
int MAXxs[361]; //最优x坐标
int MAXys[361]; //最优y坐标
int mylength = 0; //最优解数
// 类函数定义
// 绘制函数
void box::draw()
{
COLORREF thefillcolor = getfillcolor(); // 备份填充颜色
setlinestyle(PS_SOLID, 2); // 线样式设置
setfillcolor(color); // 填充颜色设置
solidrectangle(x, y, x + 30, y + 30); // 绘制无边框的正方形
if (isnew)
{
// 如果是新下的
// 绘制边框线
setlinecolor(LIGHTGRAY);
line(x + 1, y + 2, x + 8, y + 2);
line(x + 2, y + 1, x + 2, y + 8);
line(x + 29, y + 2, x + 22, y + 2);
line(x + 29, y + 1, x + 29, y + 8);
line(x + 2, y + 29, x + 8, y + 29);
line(x + 2, y + 22, x + 2, y + 29);
line(x + 29, y + 29, x + 22, y + 29);
line(x + 29, y + 22, x + 29, y + 29);
}
setlinecolor(BLACK);
switch (modle)
{
// 以下是不同位置棋盘的样式
case 0:
line(x + 15, y, x + 15, y + 30);
line(x - 1, y + 15, x + 30, y + 15);
break;
// *
// ***
// *
case 1:
line(x + 14, y + 15, x + 30, y + 15);
setlinestyle(PS_SOLID, 3);
line(x + 15, y, x + 15, y + 30);
setlinestyle(PS_SOLID, 2);
break;
// *
// ***
// *
case 2:
line(x - 1, y + 15, x + 15, y + 15);
setlinestyle(PS_SOLID, 3);
line(x + 15, y, x + 15, y + 30);
setlinestyle(PS_SOLID, 2);
break;
// *
// ***
// *
case 3:
line(x + 15, y + 15, x + 15, y + 30);
setlinestyle(PS_SOLID, 3);
line(x - 1, y + 15, x + 30, y + 15);
setlinestyle(PS_SOLID, 2);
break;
// ***
// *
// *
case 4:
line(x + 15, y, x + 15, y + 15);
setlinestyle(PS_SOLID, 3);
line(x - 1, y + 15, x + 30, y + 15);
setlinestyle(PS_SOLID, 2);
break;
// *
// *
// ***
case 5:
setlinestyle(PS_SOLID, 3);
line(x + 15, y, x + 15, y + 15);
line(x + 15, y + 15, x + 30, y + 15);
setlinestyle(PS_SOLID, 2);
break;
// *
// *
// ***
case 6:
setlinestyle(PS_SOLID, 3);
line(x + 15, y, x + 15, y + 15);
line(x - 1, y + 15, x + 15, y + 15);
setlinestyle(PS_SOLID, 2);
break;
// *
// *
// ***
case 7:
setlinestyle(PS_SOLID, 3);
line(x - 1, y + 15, x + 15, y + 15);
line(x + 15, y + 15, x + 15, y + 30);
setlinestyle(PS_SOLID, 2);
break;
// ***
// *
// *
case 8:
setlinestyle(PS_SOLID, 3);
line(x + 15, y + 15, x + 30, y + 15);
line(x + 15, y + 15, x + 15, y + 30);
setlinestyle(PS_SOLID, 2);
break;
// ***
// *
// *
case 9:
line(x + 15, y, x + 15, y + 30);
line(x - 1, y + 15, x + 30, y + 15);
setfillcolor(BLACK);
setlinestyle(PS_SOLID, 1);
fillcircle(x + 15, y + 15, 4);
break;
// *
// *O*
// *
}
switch (value)
{
case 0: // 白棋
setfillcolor(WHITE);
setlinestyle(PS_SOLID, 1);
fillcircle(x + 15, y + 15, 13);
break;
case 1: // 黑棋
setfillcolor(BLACK);
setlinestyle(PS_SOLID, 1);
fillcircle(x + 15, y + 15, 13);
break;
}
setfillcolor(thefillcolor); // 还原填充色
}
// 其他函数定义
// 绘制棋盘
void draw()
{
int number = 0; // 坐标输出的位置
// 坐标（数值）
TCHAR strnum[19][3] = { _T("1"),_T("2") ,_T("3") ,_T("4"),_T("5") ,_T("6") ,_T("7"),_T("8"),_T("9"),_T("10"), _T("11"),_T("12") ,_T("13") ,_T("14"),_T("15") ,_T("16") ,_T("17"),_T("18"),_T("19") };
// 坐标（字母）
TCHAR strabc[19][3] = { _T("A"),_T("B") ,_T("C") ,_T("D"),_T("E") ,_T("F") ,_T("G"),_T("H"),_T("I"),_T("J"), _T("K"),_T("L") ,_T("M") ,_T("N"),_T("O") ,_T("P") ,_T("Q"),_T("R"),_T("S") };
LOGFONT nowstyle;
gettextstyle(&nowstyle);
settextstyle(0, 0, NULL);
for (int i = 0; i < 19; i++)
{
for (int j = 0; j < 19; j++)
{
BOX[i][j].draw(); // 绘制
if (BOX[i][j].isnew == true)
{
BOX[i][j].isnew = false; // 把上一个下棋位置的黑框清除
}
}
}
// 画坐标
for (int i = 0; i < 19; i++)
{
outtextxy(75 + number, 35, strnum[i]);
outtextxy(53, 55 + number, strabc[i]);
number += 30;
}
settextstyle(&nowstyle);
}
// 对局初始化
void init()
{
win = -1;// 谁赢了
for (int i = 0, k = 0; i < 570; i += 30)
{
for (int j = 0, g = 0; j < 570; j += 30)
{
int modle = 0; // 棋盘样式
BOX[k][g].value = -1;
BOX[k][g].color = RGB(255, 205, 150);// 棋盘底色
// x、y 坐标
BOX[k][g].x = 65 + j;
BOX[k][g].y = 50 + i;
// 棋盘样式的判断
if (k == 0 && g == 0)
{
modle = 8;
}
else if (k == 0 && g == 18)
{
modle = 7;
}
else if (k == 18 && g == 18)
{
modle = 6;
}
else if (k == 18 && g == 0)
{
modle = 5;
}
else if (k == 0)
{
modle = 3;
}
else if (k == 18)
{
modle = 4;
}
else if (g == 0)
{
modle = 1;
}
else if (g == 18)
{
modle = 2;
}
else if ((k == 3 && g == 3) || (k == 3 && g == 15) || (k == 15 && g == 3) || (k == 15 && g == 15) || (k == 3 && g == 9) || (k == 9 && g == 3) || (k == 15 && g == 9) || (k == 9 && g == 15) || (k == 9 && g == 9))
{
modle = 9;
}
else
{
modle = 0;
}
BOX[k][g].modle = modle;
g++;
}
k++;
}
}
// 核心函数
// 寻找最佳位置
seat findbestseat(int color, int c)
{
if (c == 0)
{
//如果是第一层
//清空数组
mylength = 0;
}
int MAXnumber = -1e9; //最佳分数
for (int i = 0; i < 19; i++) {
for (int j = 0; j < 19; j++) {
if (BOX[i][j].value == -1) {
//遍历每一个空位置
int length; //当前方向长度
int emeny; //当前方向敌子
int nowi = 0; //现在遍历到的y坐标
int nowj = 0; //现在遍历到的x坐标
int thescore = 0; //这个位置的初始分数
//判断周边有没有棋子
int is = 0;
for (int k = 0; k < 4; k++)
{
nowi = i;
nowj = j;
nowi += dx[k];
nowj += dy[k];
if (nowi >= 0 && nowj >= 0
&& nowi <= 18 && nowj <= 18
&& BOX[nowi][nowj].value != -1)
{
is = 1;
break;
}
nowi = i;
nowj = j;
nowi += dx[k];
nowj += dy[k];
if (nowi >= 0 && nowj >= 0
&& nowi <= 18 && nowj <= 18
&& BOX[nowi][nowj].value != -1)
{
is = 1;
break;
}
nowi = i;
nowj = j;
nowi -= dx[k];
nowj -= dy[k];
if (nowi >= 0 && nowj >= 0
&& nowi <= 18 && nowj <= 18
&& BOX[nowi][nowj].value != -1)
{
is = 1;
break;
}
nowi = i;
nowj = j;
nowi -= dx[k];
nowj -= dy[k];
if (nowi >= 0 && nowj >= 0
&& nowi <= 18 && nowj <= 18
&& BOX[nowi][nowj].value != -1)
{
is = 1;
break;
}
}
if (!is)
{
//如果周围没有棋子，就不用递归了
continue;
}
//自己
BOX[i][j].value = color;//尝试下在这里
for (int k = 0; k < 4; k++)
{
//检测四个方向
length = 0;
emeny = 0;
nowi = i;
nowj = j;
while (nowi <= 18 && nowj <= 18 && nowi >= 0 && nowj >= 0 && BOX[nowi][nowj].value == color)
{
length++;
nowj += dy[k];
nowi += dx[k];
}
if (nowi < 0 || nowj < 0 || nowi > 18 || nowj > 18 || BOX[nowi][nowj].value == !color)
{
emeny++;
}
nowi = i;
nowj = j;
while (nowi <= 18 && nowj <= 18 && nowi >= 0 && nowj >= 0 && BOX[nowi][nowj].value == color)
{
length++;
nowj -= dy[k];
nowi -= dx[k];
}
if (nowi < 0 || nowj < 0 || nowi > 18 || nowj > 18 || BOX[nowi][nowj].value == !color)
{
emeny++;
}
length -= 2;//判断长度
if (length > 4)
{
length = 4;
}
if (Score[emeny][length] == 500)
{
//己方胜利，结束递归
BOX[i][j].value = -1;
return{ i,j,Score[emeny][length] };
}
thescore += Score[emeny][length];
length = 0;
emeny = 0;
}
//敌人（原理同上）
BOX[i][j].value = !color;
for (int k = 0; k < 4; k++)
{
length = 0;
emeny = 0;
nowi = i;
nowj = j;
while (nowi <= 18 && nowj <= 18 && nowi >= 0 && nowj >= 0 && BOX[nowi][nowj].value == !color)
{
length++;
nowj += dy[k];
nowi += dx[k];
}
if (nowi < 0 || nowj < 0 || nowi > 18 || nowj > 18 || BOX[nowi][nowj].value == color)
{
emeny++;
}
nowi = i;
nowj = j;
while (nowi <= 18 && nowj <= 18 && nowi >= 0 && nowj >= 0 && BOX[nowi][nowj].value == !color)
{
length++;
nowj -= dy[k];
nowi -= dx[k];
}
if (nowi < 0 || nowj < 0 || nowi > 18 || nowj > 18 || BOX[nowi][nowj].value == color)
{
emeny++;
}
length -= 2;
if (length > 4)
{
length = 4;
}
if (Score[emeny][length] == 500)
{
BOX[i][j].value = -1;
return{ i,j,Score[emeny][length] };
}
thescore += Score[emeny][length];
length = 0;
emeny = 0;
}
BOX[i][j].value = -1;
//如果已经比最高分数小，就没必要递归了
if (thescore >= MAXnumber)
{
if (c < 3)
{
//只能找4层，否则时间太长
BOX[i][j].value = color;
//递归寻找对方分数
int nowScore = thescore - findbestseat(!color, c + 1).number;//递归求出这个位置的分值
BOX[i][j].value = -1;
if (nowScore > MAXnumber)
{
//比最高分值大
MAXnumber = nowScore;
if (c == 0)
{
//第一层
mylength = 0;//清空数组
}
}
if (c == 0)
{
//第一层
if (nowScore >= MAXnumber)
{
//把当前位置加入数组
MAXxs[mylength] = i;
MAXys[mylength] = j;
mylength++;
}
}
}
else {
//如果递归到了最后一层
if (thescore > MAXnumber)
{
//直接更新
MAXnumber = thescore;
}
}
}
}
}
}
if (c == 0)
{
//第一层
//随机化落子位置
int mynum = rand() % mylength;
return { MAXxs[mynum],MAXys[mynum],MAXnumber };
}
//其他层
return { 0,0,MAXnumber };
}
// 判断输赢
void isWIN()
{
bool isfull = true; // 棋盘是否满了
for (int i = 0; i < 19; i++)
{
for (int j = 0; j < 19; j++)
{
if (BOX[i][j].value != -1)
{
// 遍历每个可能的位置
int nowcolor = BOX[i][j].value; // 现在遍历到的颜色
int length[4] = { 0,0,0,0 }; // 四个方向的长度
for (int k = 0; k < 4; k++)
{
// 原理同寻找最佳位置
int nowi = i;
int nowj = j;
while (nowi <= 18 && nowj <= 18 && nowi >= 0 && nowj >= 0 && BOX[nowi][nowj].value == nowcolor)
{
length[k]++;
nowj += dx[k];
nowi += dy[k];
}
nowi = i;
nowj = j;
while (nowi <= 18 && nowj <= 18 && nowi >= 0 && nowj >= 0 && BOX[nowi][nowj].value == 1 - nowcolor)
{
length[k]++;
nowj -= dx[k];
nowi -= dy[k];
}
}
for (int k = 0; k < 4; k++)
{
if (length[k] >= 5) {
// 如果满五子
if (nowcolor == playercolor)
{
win = playercolor; // 玩家胜
}
if (nowcolor == 1 - playercolor)
{
win = 1 - playercolor; // 电脑胜
}
}
}
}
else
{
//如果为空
isfull = false;//棋盘没满
}
}
}
if (isfull)
{
// 如果棋盘满了
win = 2; // 平局
}
}
// 游戏主函数
void game()
{
bool isinit;
// 上一个鼠标停的坐标
int oldi = 0;
int oldj = 0;
// 随机化玩家颜色
srand(time(NULL));
playercolor = rand() % 2;
// 绘制背景
setfillcolor(RGB(255, 205, 150));
solidrectangle(40, 25, 645, 630);
// 设置字体样式
settextstyle(30, 15, 0, 0, 0, 1000, false, false, false);
settextcolor(BLACK);
// 输出标示语
if (playercolor == 0)
{
isinit = 1;
outtextxy(150, 650, _T("玩家执白后行，电脑执黑先行"));
whoplay = 1;
}
else
{
isinit = 0;
outtextxy(150, 650, _T("玩家执黑先行，电脑执白后行"));
whoplay = 0;
}
draw(); // 绘制
while (1)
{
NEXTPLAYER:
if (whoplay == 0)
{
// 玩家下棋
MOUSEMSG mouse = GetMouseMsg(); // 获取鼠标信息
for (int i = 0; i < 19; i++)
{
for (int j = 0; j < 19; j++)
{
if (mouse.x > BOX[i][j].x && mouse.x<BOX[i][j].x + 30//判断x坐标
&& mouse.y>BOX[i][j].y && mouse.y < BOX[i][j].y + 30//判断y坐标
&& BOX[i][j].value == -1)//判断是否是空位置
{
// 如果停在某一个空位置上面
if (mouse.mkLButton)
{
// 如果按下了
BOX[i][j].value = playercolor; // 下棋
BOX[i][j].isnew = true; // 新位置更新
oldi = -1;
oldj = -1;
// 下一个玩家
whoplay = 1;
goto DRAW;
}
// 更新选择框
BOX[oldi][oldj].isnew = false;
BOX[oldi][oldj].draw();
BOX[i][j].isnew = true;
BOX[i][j].draw();
oldi = i;
oldj = j;
}
}
}
}
else
{
// 电脑下棋
if (isinit)
{
// 开局情况
isinit = 0;
int drawi = 9;
int drawj = 9;
while (BOX[drawi][drawj].value != -1)
{
drawi--;
drawj++;
}
BOX[drawi][drawj].value = 1 - playercolor;
BOX[drawi][drawj].isnew = true;
}
else
{
seat best;
best = findbestseat(1 - playercolor, 0); // 寻找最佳位置
BOX[best.i][best.j].value = 1 - playercolor;//下在最佳位置
BOX[best.i][best.j].isnew = true;
}
whoplay = 0;
goto DRAW; // 轮到下一个
}
}
DRAW: // 绘制
isWIN(); // 检测输赢
draw();
oldi = 0;
oldj = 0;
if (win == -1)
{
// 如果没有人胜利
Sleep(500);
goto NEXTPLAYER; // 前往下一个玩家
}
// 胜利处理
settextcolor(RGB(0, 255, 0));
Sleep(1000);
if (win == 0)
{
outtextxy(320, 320, _T("白胜"));
}
if (win == 1)
{
outtextxy(320, 320, _T("黑胜"));
}
if (win == 2)
{
outtextxy(320, 320, _T("平局"));
}
// 给反应时间
Sleep(5000);
return;
}