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五元组评价算法实现简易五子棋【人工智能】
一、实验题目
五子棋游戏算法设计，方法不限。
以两人为一组，分为甲方和乙方对弈。各自设计自己的算法: 针对对方下的每一步骤棋落子，由算法给出相应的本方落子,最终胜者只有一个。二、实验环境
Windows 10，Visual Studio 2019，编程语言C++
三、实验原理
【实验说明】
- 本实验所实现的五子棋为简易的人机交互版本
- 为简单处理，我们假定人为黑手，即黑棋先下
- 不考虑禁手等规则
【核心算法】
本实验核心算法是五元组评价算法。基本思路如下：
评估当前棋局中所有位置得分，机器落在得分最高的位置。
五子棋取胜条件是哪方5个棋子先连成线，哪方获胜。那么我们将五个相连的位置称为五元组。以15 * 15的棋盘为例，有572个五元组。
针对五元组中黑子和白子的数量情况的不同（不考虑相对位置，只看数量，共10种情况），对该五元组评分，如下表。每一个位置的得分就是包含这个位置的所有五元组的得分之和。评价表的好坏一定程度上决定了实验结果，本实验所采用的是一个比较出色的评价表，经过测试，所带来的结果也比较好。
以评价横向的五元组为例，部分代码如下：
//1、扫描横向的15行 for (int i = 0; i < size; i++) //对于每一行来说 { for (int j = 0; j < size - 4; j++) { int k = j; while (k < j + 5) //统计每个五元组的黑白棋数量 { if (ChessBoard[i][k] == black) bn++; else if (ChessBoard[i][k] == white) wn++; k++; } //五元组中白子黑子中对应的数量的打分 tupleScoreTmp = scoreTable(bn, wn); //为该五元组的5个位置添加分数 for (k = j; k < j + 5; k++) score[i][k] += tupleScoreTmp; //计数器们清零 bn = 0; wn = 0; tupleScoreTmp = 0; } }- 1
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【五子棋流程图】
四、实验结果
【初始棋盘】【说明：若输入2 5，则表示第2行、第5列】
【机器（白手）胜】
【人(黑手)胜】
五、完整代码
#include <iostream> using namespace std; #include <string> #include <Windows.h> #define size 15 //棋盘大小 //核心 【五元组评分算法】 string ChessBoard[size][size]; //棋盘，二维数组实现 int score[size][size]; //评分表 string white = "-●"; //白棋 由于控制台是黑色的，所以反着 string black = "-○"; //黑棋 string board = "-┼-"; //棋盘线 表示无子落下 void initBoard(); //初始化棋盘 void printBoard(); //打印棋盘 int scoreTable(int w, int b); //五元组评分 bool machine(int& goalX, int& goalY); //机器落子 int judge(int flag, int x, int y); //判断输赢 int cnt = 0; int main() { //初始化棋盘 initBoard(); printBoard(); cout << "【说明】若输入2 5，则表示第2行，第5列" << endl; while (1) //设置一个无限循环 { //简单版 始终让人类执黑手 cout << "人(黑手)落子："; int hx, hy; cin >> hx >> hy; //判断人的落子是否合法 因为人先手 所以是否平局只在机器落子中判断即可 while (1) { if (hx >= 1 && hx <= size && hy >= 1 && hy <= size && ChessBoard[hx - 1][hy - 1] == board) break; //输入合法，跳出循环 else { cout << "人(黑手)落子不合法，请重新输入："; cin >> hx >> hy; } } //更新棋盘 ChessBoard[hx - 1][hy - 1] = black; printBoard(); cout << "人（黑手）落子完成" << endl << endl; //判断棋局胜负 if (judge(1,hx - 1,hy - 1)) { cout << "人(黑手)胜出！！！" << endl; break; } //人落子处理完成 /********************************************************************/ //开始处理机器落子 //机器 白手 int wx, wy; //白手落子 if (machine(wx, wy) == false) { cout << "平局" << endl; break; } //更新棋盘 ChessBoard[wx][wy] = white; printBoard(); cout << "机器(白手)已在（"<<wx + 1 <<"，"<< wy+1 << "）落子" << endl; //判断棋局胜负 if (judge(0,wx,wy)) { cout << "机器(白手)胜出！！！" << endl; break; } } return 0; } //初始化棋盘 void initBoard() { for (int i = 0; i < size; i++) { for (int j = 0; j < size; j++) { ChessBoard[i][j] = board; } } } //打印棋盘 void printBoard() { if(cnt != 0) system("cls"); //清屏 cnt = 1; cout << "棋盘如下：" << endl; cout << "\t "; for (int i = 0;i < size;i++) { cout << i + 1<< " "; if (i + 1 <= 9) cout << " "; } cout << endl; for (int i = 0; i < size; i++) { // cout <<i + 1<<"\t"; cout << "\t"; if (i + 1 <= 9) cout << " "; cout <<i + 1; for (int j = 0; j < size; j++) { cout << ChessBoard[i][j]; } cout << endl; } } //根据黑子数和白子数，在评分表中获得评分 评分表有10种情况 int scoreTable(int b, int w) { //1、既有黑子又有白子，判0分 if (w > 0 && b > 0) return 0; //2、全部为空，并没有落子，判分为7 if (w == 0 && b == 0) return 7; //3、机器落1子，判35分 if (w == 1) return 35; //4、机器落2子，判800分 if (w == 2) return 800; //5、机器落3子，判15000分 if (w == 3) return 15000; //6、机器落4子，判800000分 if (w == 4) return 800000; //7、人类落1子，判15分 if (b == 1) return 15; //8、人类落2子，判400分 if (b == 2) return 15; //9、人类落3子，判1800分 if (b == 3) return 1800; //10、人类落4子，判100000 if (b == 4) return 100000; return -1; } //机器落子 确定mx my即可 返回true有子可落，返回false无子可落 bool machine(int& goalX, int& goalY) { //每次机器落子，都初始化score评分数组 for (int i = 0; i < size; i++) { for (int j = 0; j < size; j++) { score[i][j] = 0; } } //每次机器寻找落子位置，评分都重新算一遍，先定义并初始化一些变量 int bn = 0; //五元组中的黑棋数量 int wn = 0; //五元组中的白棋数量 int tupleScoreTmp = 0; //五元组得分临时变量 goalX = -1; //初始化目标位置坐标 goalY = -1; //初始化目标位置坐标 int maxSocre = -1; //最大分数 //扫描6个方向 //1、扫描横向的15行 for (int i = 0; i < size; i++) //对于每一行来说 { for (int j = 0; j < size - 4; j++) { int k = j; while (k < j + 5) //统计每个五元组的黑白棋数量 { if (ChessBoard[i][k] == black) bn++; else if (ChessBoard[i][k] == white) wn++; k++; } tupleScoreTmp = scoreTable(bn, wn); //五元组中白子黑子中对应的数量的打分 //为该五元组的5个位置添加分数 for (k = j; k < j + 5; k++) { score[i][k] += tupleScoreTmp; } //计数器们清零 bn = 0; wn = 0; tupleScoreTmp = 0; } } //2、扫描纵向15行 for (int i = 0; i < size; i++) { for (int j = 0; j < size - 4; j++) { int k = j; while (k < j + 5) { if (ChessBoard[k][i] == black) bn++; else if (ChessBoard[k][i] == white) wn++; k++; } tupleScoreTmp = scoreTable(bn, wn); //为该五元组每个位置添加分数 for (k = j; k < j + 5; k++) { score[k][i] += tupleScoreTmp; } //置零 bn = 0; wn = 0; tupleScoreTmp = 0; } } //3、扫描右上角到中点方向 for (int i = size - 1; i >= 4; i--) { for (int k = i, j = 0; j < size && k >= 0; j++, k--) { int m = k; int n = j; while (m > k - 5 && k - 5 >= -1) //这里是-1 { if (ChessBoard[m][n] == black) bn++; else if (ChessBoard[m][n] == white) wn++; m--; n++; } if (m == k - 5) { tupleScoreTmp = scoreTable(bn, wn); for (m = k, n = j; m > k - 5; m--, n++) { score[m][n] += tupleScoreTmp; } } //置零 bn = 0; wn = 0; tupleScoreTmp = 0; } } //4、扫描中点到左下角方向 for (int i = 1; i < size; i++) { for (int k = i, j = size - 1; j >= 0 && k < size; j--, k++) { int m = k; int n = j; while (m < k + 5 && k + 5 <= size) { if (ChessBoard[n][m] == black) bn++; else if (ChessBoard[n][m] == white) wn++; m++; n--; } if (m == k + 5) { tupleScoreTmp = scoreTable(bn, wn); for (m = k, n = j; m < k + 5; m++, n--) { score[n][m] += tupleScoreTmp; } } //置零 bn = 0; wn = 0; tupleScoreTmp = 0; } } //5、扫描左上角到中点方向 for (int i = 0; i < size - 4; i++) { for (int k = i, j = 0; j < size && k < size; j++, k++) { int m = k; int n = j; while (m < k + 5 && k + 5 <= size) { if (ChessBoard[m][n] == black) bn++; else if (ChessBoard[m][n] == white) wn++; m++; n++; } if (m == k + 5) { tupleScoreTmp = scoreTable(bn, wn); for (m = k, n = j; m < k + 5; m++, n++) { score[m][n] += tupleScoreTmp; } } //置零 bn = 0; wn = 0; tupleScoreTmp = 0; } } //6、扫描中点到右下角方向 for (int i = 1; i < size - 4; i++) { for (int k = i, j = 0; j < size && k < size; j++, k++) { int m = k; int n = j; while (m < k + 5 && k + 5 <= 15) { if (ChessBoard[n][m] == black) bn++; else if (ChessBoard[n][m] == white) wn++; m++; n++; } if (m == k + 5) { tupleScoreTmp = scoreTable(bn, wn); for (m = k, n = j; m < k + 5; m++, n++) { score[n][m] += tupleScoreTmp; } } //置零 bn = 0; wn = 0; tupleScoreTmp = 0; } } //从空位置（能落子的位置）中找到得分最大的位置 for (int i = 0; i < size; i++) { for (int j = 0; j < size; j++) { if (ChessBoard[i][j] == board && score[i][j] > maxSocre) { goalX = i; goalY = j; maxSocre = score[i][j]; } } } //没有找到坐标说明平局了 if (goalX != -1 && goalY != -1) return true; return false; //平局 } //判断刚刚的落子是否产生输赢 int judge(int flag,int x, int y) { string tmp; if (flag == 1) //flag = 1,说明是人刚刚落子，判断人是否赢 tmp = black; else tmp = white; //判断上、下、左、右、左上、右下、右上、左下8个方向 //1、判断左 int sum = 0; for (int i = x - 1; i >= 0; i--) { if (ChessBoard[i][y] == tmp) sum++; else break; } //2、判断右 for (int i = x + 1; i < size; i++) { if (ChessBoard[i][y] == tmp) sum++; else break; } if (sum >= 4) return 1; //3、判断上 sum = 0; for (int i = y - 1; i >= 0; i--) { if (ChessBoard[x][i] == tmp) sum++; else break; } //4、判断下 for (int i = y + 1;i < size;i++) { if (ChessBoard[x][i] == tmp) sum++; else break; } if (sum >= 4) return 1; //5、判断左上 sum = 0; for (int i = x - 1, j = y - 1;i >= 0 && j >= 0;i--,j--) { if (ChessBoard[i][j] == tmp) sum++; else break; } //6、判断右下 for (int i = x + 1, j = y + 1;i < size && j < size;i++,j++) { if (ChessBoard[i][j] == tmp) sum++; else break; } if (sum >= 4) return 1; //7、判断右上 sum = 0; for (int i = x + 1,j = y - 1;i < size && j >= 0;i++,j--) { if (ChessBoard[i][j] == tmp) sum++; else break; } //8、判断左下 for (int i = x - 1,j = y + 1;i >= 0 && j < size;i--,j++) { if (ChessBoard[i][j] == tmp) sum++; else break; } if (sum >= 4) return 1; return 0; }- 1
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六、参考博客
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- 原文地址：https://blog.csdn.net/m0_51336041/article/details/125633406