【Python开发实践】AI人机对战五子棋——AI功能实现

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方法分析

在五子棋中有7种有效的棋型（连五、活四、冲四、活三、眠三、活二、眠二）。我们可以创建黑棋和白棋两个数组，记录棋盘上黑棋和白棋分别形成的所有棋型的个数，然后按照一定的规则进行评分。

在棋盘上设置有15条水平线和15条竖直线，不考虑长度小于5的斜线，有21条左上到右下的斜线，21条左下到右上的斜线。然后在每一条线上分别对黑棋和白棋查找是否有符合的棋型。这种方法比较直观，但是实现不方便。

所以，我们的方法是对整个棋盘进行遍历，对于每一个白棋或黑棋，以它为中心，记录符合的棋型个数。具体的实现方式如下：

1、评估棋盘上的每个点。如果是黑棋或者白棋，则对这个点所在四个方向形成4条线分别进行评估。四个方向即水平、竖直、两个斜线，四个方向依次按照从左到右、从上到下、从左上到右下、从左下到右上来检测。

2、对于具体的一条直线，以选取点为中心，取该方向上前面4个点和后面4个点，组成一个长度为9的数组。

3、找出和中心点相连的同色棋子有几个，根据相连棋子的个数再分别进行判断，最后得出这行属于哪一种棋型。需要注意的是，已经被判断过的棋子要标记下，避免重复统计棋型。

4、根据棋盘上黑棋和白棋的棋型统计信息，按照一定的规则进行评分。假设形成该棋局的最后一步是黑棋下的，则最后的评分是（黑棋得分-白棋得分），在相同棋型、相同个数的情况下，白棋会占优，因为下一步是白棋下。比如白棋有个冲四，黑棋也有个冲四，显然白棋占优，因为下一步白棋就能形成连五。最后按照下面的规则依次匹配：

黑棋连五，评分为10000；

白棋连五，评分为-10000；

黑棋两个冲四，可以当成一个活四；

白棋有活四，评分为-9050；

白棋有冲四，评分为-9040；

黑棋有活四，评分为9030；

黑棋有冲四和活三，评分为9020；

黑棋没有冲四，且白棋有活三，评分为9010；

黑棋有2个活三，且白棋没有活三或眠三，评分为9000；

5、最后针对黑棋或白棋的活三、眠三、活二、眠二的个数依次增加分数，具体评分值为（黑棋得分-白棋得分）。

功能实现

有了上面的评估标准，当轮到AI下棋时，就要针对当前的棋局，找到一个最有利的位置。AI会尝试在每个空点下棋，每次都形成一个新的棋局，然后用评估函数来获取这个棋局的评分，只需要在最后从中选取评分最高的位置就可以了。

下面是AI获取最有利位置的逻辑：

1、首先遍历棋盘上的每一个空点，并在这个空点下棋，获取新的棋局的评分；

2、如果是更高的评分，则保存该位置；

3、然后将这个位置恢复为空点；

4、最后会获取最高评分的位置。

具体实现流程如下：

构造函数实现初始化功能

在数组record中记录所有位置的4个方向是否被检测过，使用二维数组count记录黑棋和白棋的棋型个数统计。通过position_isgreat方法给棋盘上的每个位置设一个初试分数，越靠近棋盘中心，分数越高，这样在最初没有任何棋型时，AI会优先选取靠近中心的位置。对应代码：

class MyChessAI(): def __int__(self,chess_len): #构造函数 self.len=chess_len #当前棋盘大小 #二维数组，每一格存的是：横评分、纵评分、左斜评分、右斜评分 self.record=[[[0,0,0,0] for i in range(chess_len)] for j in range(chess_len)] #存储当前格具体棋型数量 self.count=[[0 for i in range(SITUATION_NUM)] for j in range(2)] #位置分（同条件下，越靠近棋盘中央分数越高） self.position_isgreat=[ [(web_broad-max(abs(i-web_broad/2+1),abs(j-web_broad/2+1)))for i in range(chess_len)] for j in range(chess_len) ] def get_init(self): for i in range(self.len): for j in range(self.len): for k in range(4): self.record[i][j][k]=0 for i in range(len(self.count)): for j in range(len(self.count[0])): self.count[i][j]=0 self.save_cont=0 def isWin(self,board,turn): return self.evaluate(board,turn,True)

返回所有未下棋的坐标

函数genmove()能够获取棋盘上所有的空点，然后依次尝试，获得评分最高的位置并返回

 def genmove(self,board,turn): moves=[] for y in range(self.len): for x in range(self.len): if board[y][x]==0: score=self.position_isgreat[y][x] moves.append((score,x,y)) moves.sort(reverse=True) return moves

返回当前最优解下标

此函数是上述AI逻辑的代码实现。先通过genmove()获取棋盘上所有的空点，然后依次尝试，获得评分最高的位置并返回：

 def search(self,board,turn): moves=self.genmove(board,turn) bestmove=None max_score=-9999 for score,x,y in moves: board[y][x]=turn.value score=self.evaluate(board,turn) board[y][x]=0 if score>max_score: max_score=score bestmove=(max_score,x,y) return bestmove

AI的入口函数

 def findBestChess(self,board,turn): score,x,y=self.search(board,turn) return (x,y)

对黑棋和白棋进行区分

 def getScore(self, mychess, yourchess): mscore, oscore = 0, 0 if mychess[FIVE] > 0: return (10000, 0) if yourchess[FIVE] > 0: return (0, 10000) if mychess[S4] >= 2: mychess[L4] = mychess[L4] + 1 if yourchess[L4] > 0: return (0, 9050) if yourchess[S4] > 0: return (0, 9040) if mychess[L4] > 0: return (9030, 0) if mychess[S4] > 0 and mychess[L3] > 0: return (9020, 0) if yourchess[L3] > 0 and mychess[S4] == 0: return (0, 9010) if (mychess[L3] > 1 and yourchess[L3] == 0 and yourchess[S3] == 0): return (9000, 0) if mychess[S4] > 0: mscore = mscore + 2000 if mychess[L4] > 1: mscore = mscore + 500 elif mychess[L3] > 0: mscore = mscore + 100 if yourchess[L3] > 0: oscore = oscore + 2000 elif yourchess[L3] > 0: oscore = oscore + 400 if mychess[S3] > 0: mscore = mscore + mychess[S3] * 10 if yourchess[S3] > 0: oscore = oscore + yourchess[S3] * 10 if mychess[L2] > 0: mscore = mscore + mychess[L2] * 4 if yourchess[L2] > 0: oscore = oscore + yourchess[L2] * 4 if mychess[S2] > 0: mscore = mscore + mychess[S2] * 4 if yourchess[S2] > 0: oscore = oscore + yourchess[S2] * 4

对得分进行进一步处理

参数turn表示最近一步棋是谁下的，根据turn决定的me（表示自己棋的值）和you（对手的棋，也就是下一步棋是谁下），在对评分时会用到。checkWin用来判断是否有一方获胜：

 def evaluate(self,board,turn,checkWin=False): self.get_init() if turn == map_enum.player1: me=1 you=2 else: me=2 you=1 for y in range(self.len): for x in range(self.len): if board[y][x]==me: self.evaluatePoint(board,x,y,me,you) elif board[y][x]==you: self.evaluatePoint(board, x, y, you,me) mychess=self.count[me-1] yourchess=self.count[you-1] if checkWin: return mychess[FIVE] > 0 else: mscore,oscore=self.getScore(mychess,yourchess) return (mscore-oscore)

对某一个位置的4个方向分别进行检查

 def evaluatePoint(self,board,x,y,me,you): direction=[(1,0),(0,1),(1,1),(1,-1)] for i in range(4): if self.record[y][x][i]==0: self.getBasicSituation(board,x,y,i,direction[i],me,you,self.count[me-1]) else: self.save_cont=self.save_cont+1

把当前方向棋型存储下来

保存棋型时为了方便后续使用，此函数能够根据棋子的位置和方向，获取上面说的长度为9的线。如果线上的位置超出了棋盘范围，就将这个为止的值设置成对手的值，因为超出范围和被对手棋挡着，对棋型判断的结果是相同的。

 def getLine(self,board,x,y,direction,me,you): line=[0 for i in range(9)] #光标移到最左端 tmp_x=x+(-5*direction[0]) tmp_y=y+(-5+direction[1]) for i in range(9): tmp_x=tmp_x+direction[0] tmp_y=tmp_y+direction[1] if (tmp_x<0 or tmp_x>=self.len or tmp_y<0 or tmp_y>=self.len): line[i]=you else: line[i]=board[tmp_y][tmp_x] return line

把当前方向的棋型识别成具体情况

例如把MMMX识别成活四冲四、活三眠三等：

 def getLine(self,board,x,y,direction,me,you): line=[0 for i in range(9)] #光标移到最左端 tmp_x=x+(-5*direction[0]) tmp_y=y+(-5+direction[1]) for i in range(9): tmp_x=tmp_x+direction[0] tmp_y=tmp_y+direction[1] if (tmp_x<0 or tmp_x>=self.len or tmp_y<0 or tmp_y>=self.len): line[i]=you else: line[i]=board[tmp_y][tmp_x] return line def getBasicSituation(self,board,x,y,dir_index,dir,me,you,count): #record赋值 def setRecord(self,x,y,left,right,dir_index,direction): tmp_x=x+(-5+left)*direction[0] tmp_y=y+(-5+left)*direction[1] for i in range(left,right): tmp_x=tmp_x+direction[0] tmp_y=tmp_y+direction[1] self.record[tmp_y][tmp_x][dir_index]=1 empty=map_enum.be_empty.value left_index,right_index=4,4 line=self.getLine(board,x,y,dir,me,you) while right_index<8: if line[right_index+1]!=me: break right_index=right_index+1 while left_index>0: if line[left_index-1]!=me: break left_index=left_index-1 left_range,right_range=left_index,right_index while right_range<8: if line[right_range +1]==you: break right_range=right_range+1 while left_range>0: if line[left_range-1]==you: break left_range=left_range-1 chess_range=right_range-left_range+1 if chess_range<5: setRecord(self,x,y,left_range,right_range,dir_index,dir) return SITUATION.NONE setRecord(self,x,y,left_index,right_index,dir_index,dir) m_range=right_index-left_index+1 if m_range==5: count[FIVE]=count[FIVE]+1 #活四冲四 if m_range==4: left_empty=right_empty=False if line[left_index-1]==empty: left_empty=True if line[left_index+1]==empty: right_empty=True if left_empty and right_empty: count[L4]=count[L4]+1 elif left_empty or right_empty: count[S4]=count[S4]+1 #活三眠三 if m_range==3: left_empty=right_empty=False left_four=right_four=False if line[left_index-1]==empty: if line[left_index-2]==me: setRecord(self,x,y,left_index-2,left_index-1,dir_index,dir) count[S4]=count[S4]+1 left_four=True left_empty=True if line[right_index+1]==empty: if line[right_index+2]==me: setRecord(self,x,y,right_index+1,right_index+2,dir_index,dir) count[S4]=count[S4]+1 right_four=True right_empty=True if left_four or right_four: pass elif left_empty and right_empty: if chess_range>5: #XMMMXX,XXMMMX count[L3]=count[L3]+1 else: #PXMMMXP count[S3]=count[S3]+1 elif left_empty or right_empty: count[S3] = count[S3] + 1 #活二眠二 if m_range==2: left_empty=right_empty=False left_three=right_three=False if line[left_index-1]==empty: if line[left_index-2]==me: setRecord(self,x,y,left_index-2,left_index-1,dir_index,dir) if line[left_index-3]==empty: if line[right_index+1]==empty: count[L3]=count[L3]+1 else: count[S3] = count[S3] + 1 left_three=True elif line[left_index-3]==you: if line[right_index+1]==empty: count[S3] = count[S3] + 1 left_three=True left_empty=True if line[right_index+1]==empty: if line[right_index+2]==me: if line[right_index+2]==me: setRecord(self,x,y,right_index+1,right_index+2,dir_index,dir) count[S4]=count[S4]+1 right_three=True elif line[right_index+3]==empty: if left_empty: count[L3]=count[L3]+1 else: count[S3]=count[S3]+1 right_three=True right_empty=True if left_three or right_three: pass elif left_empty and right_empty: count[L2]=count[L2]+1 elif left_empty or right_empty: count[S2]=count[S2]+1 #特殊活二眠二 if m_range==1: left_empty=right_empty=False if line[left_index-1]==empty: if line[left_index-2]==me: if line[left_index-3]==empty: if line[right_index+1]==you: count[S2]=count[S2]+1 left_empty=True if line[right_index+1]==empty: if line[right_index+2]==me: if line[right_index+3]==empty: if left_empty: count[L2]=count[L2]+1 else: count[S2]=count[S2]+1 elif line[right_index+2]==empty: if line[right_index+3]==me and line[right_index+4]==empty: count[L2]=count[L2]+1 return SITUATION.NONE