基于Java的五子棋游戏的设计 (2).doc

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1、 基于Java的五子棋游戏的设计摘要：五子棋作为一个棋类竞技运动，在民间十分流行，为了熟悉五子棋规则及技巧，以及研究简单的人工智能，决定用Java开发五子棋游戏。主要完成了人机对战和玩家之间联网对战2个功能。网络连接部分为Socket编程应用，客户端和服务器端的交互用Class Message定义，有很好的可扩展性，客户端负责界面维护和收集用户输入的信息，及错误处理。服务器维护在线用户的基本信息和任意两个对战用户的棋盘信息，动态维护用户列表。在人机对弈中通过深度搜索和估值模块，来提高电脑棋手的智能。分析估值模块中的影响精准性的几个要素，以及提出若干提高精准性的办法，以及对它们搜索的节点数进行比

2、较，在这些算法的基础上分析一些提高电脑AI方案，如递归算法、电脑学习等。算法的研究有助于理解程序结构，增强逻辑思维能力，在其他人工智能方面也有很大的参考作用。关键词：深度搜索 估值 电脑AI 五子棋 算法目 录一、引言.1（一）课题背景.1（二）本课题研究的意义.1（三）本课题的研究方法.2二、课题相关基础.2（一）五子棋.2 1、五子棋简介.2 2、棋盘和棋子.3 3、规则及解释.4 4、五子棋常用术语.4 5、五子棋攻防.5 (二）Java.6 1、Java简介.6 2、Java程序的开发过程.7 3、Java开发环境.8三、课题详细研究方法.8 （一）程序结构说明.9 （二）棋盘及棋子的

3、类.9 1、棋盘.9 2、棋子.11 3、胜负判断条件.11 4、网络对战.13 5、电脑AI.16结 论.20参考文献.202一、引言（一）课题背景五子棋是起源于中国古代的传统黑白棋种之一。现代五子棋日文称之为连珠，英译为Renju，英文称之为Gobang或FIR(Five in a Row 的缩写)，亦有连五子、五子连、串珠、五目、五目碰、五格等多种称谓。五子棋起源于古代中国，发展于日本，风靡于欧洲。对于它与围棋的关系有两种说法，一说早于围棋，早在 “ 尧造围棋 ” 之前，民间就已有五子棋游戏；一说源于围棋，是围棋发展的一个分支。在中国的文化里，倍受人们的青睐。本世纪初五子棋传入欧洲并迅速

4、风靡全欧。通过一系列的变化，使五子棋这一简单的游戏复杂化、规范化，而最终成为今天的职业连珠五子棋，同时也成为一种国际比赛棋。Java语言是当今最为流行的程序设计语言之一 作为一门非常优秀和极为健壮的编程语言，它同时具有的面向对象，与平台无关，分布式应用，安全，稳定和多线程等优良的特征，使用Java语言，不仅可以开发出功能强大的大型应用程序，而且Java语言本身突出的跨平台的特性也使得它特别适合于Internet上的应用开发，可以这样说，Java的出现使得所开发的应用程序“一次编写，处处可用”的实现成为了可能。 （二）本课题研究的意义 近来随着计算机的快速发展，各种各样的电脑游戏层出不穷，使得我

5、们能有更多的娱乐项目，而棋类游戏能起到锻炼人的思维和修身养性的作用，而且棋类游戏水平颇高，大有与人脑分庭抗礼之势。其中战胜过国际象棋世界冠军-卡斯帕罗夫的“深蓝”便是最具说服力的代表；其它像围棋的“手淡”、象棋的“将族”等也以其优秀的人工智能深受棋迷喜爱。 越来越多的具有智能的机器进入了人类的生活，人工智能的重要性如今显而易见。自己对人工智能比较感兴趣，而五子棋游戏程序的开发实现这个课题，正好提供给我这样一个研究的机会，通过对人工智能中博弈方面的研究（人机对弈），让我在简单的人机对弈全局设计，以及具体到相关算法上有了深入的了解。人工智能属于计算机科学的领域，它以计算机技术为基础，近几十年来，它

6、的理论和技术已经日益成熟，应用领域也正在不断扩大，显示出强大的生命力。人工智能大致可以分成几个学科，它们每一个都是独特的，但是它们常常又互相结合起来完成设计任务，这时，这些学科之间的差别就变的很模糊。人工智能在专家系统，自然语言理解，自动定理证明，自动程序设计，人工智能在机器人学、模式识别、物景分析、数据库的智能检索、机器下棋（实质上是博弈论问题）和家用电器智能化等领域都有广泛的应用。而这个课题就是和人工智能中的博弈论领域紧密相关的。这个题目核心是人工智能和Socekt编程，。并且人工智能中的博弈部分，由于采用了大量的搜索算法，其中很多被利用到各方面。它的概念、方法和技术，正在各行各业广泛渗透

7、。智能已经成为当今各种新产品、新装备的发展方向。所以，趁着这个机会，对人工智能中比较容易实现的人机博弈进行了解研究学习，也是很实用且很有必要的。（三）本课题的研究方法 在进行游戏设计之前，首先决定的第一个问题就是，使用什么开发环境来编写环境? 自己虽然比较熟悉Java语言，但是实际开发项目经验很少，所以决定用Jcreator,其拥有高亮语法编辑、使用向导以及完全定制的用户界面，最主要的是能够自动查找文件于 Main 方法或 Html 文件以支持Java 小应用程序，然后启动相应的工具。 其次确定整个程序的结构框架。由于Applet运行速度较慢，如果在加上算法搜索时间，显然不符合程序的设计要求，

8、决定用Java应用程序开发.整个程序的功能实现流程是这样的：网络对战涉及算法较少，所以先实现网络部分，实现基本的棋盘和棋子的类，添加判断胜负条件，这部是基础，也是很重要的，电脑AI也在这些基础上添加上来的。这个题目的2个功能包括2个重要算法，电脑AI和胜负条件，胜负条件运算量不大，有固定的模式。难点是人工智能，可以这样说，人工智能的好坏决定了这个题目的完成深度。所以，大部份时间花在AI算法的研究和改进上，对于算法我掌握的不多，研究了一些国内的五子棋算法，参考了一些游戏设计算法，详细比较各种算法的优缺点，而且参考了现代五子棋比赛的各种规则和技巧，尽量联系实际，努力提高电脑AI。二、课题相关基础（

9、一）五子棋1、五子棋简介 五子棋是起源于中国古代的黑白棋，是一种两人对弈的纯策略型棋类游戏。容易上手，老少皆宜，而且趣味横生，引人入胜。现代五子棋又称之为“连珠”，英文称之为“Gobang”或“FIR”(FiveinaRow的缩写)，亦有“五子连”、“串珠”、“五目碰”、等名称。许多国家的人对五子棋都有不同的爱称，例如，韩国人把五子棋称为“情侣棋”，暗示情人之间下五子棋有利于增加情感的交流；欧洲人称其为“绅士棋”，代表下五子棋的君子风度胜似绅士；日本人则称其为“中老年棋”，说明五子棋适合中老年人的生理特点和思维方式；美国人喜欢将五子棋称为“商业棋”，也就是说，商人谈生意时可边下棋边谈生意，棋下

10、完了生意也谈成了。 传统五子棋的棋具与围棋相同，棋子分为黑白两色，棋盘为1919，棋子放置于棋盘线交叉点上。两人对局，各执一色，轮流下一子，先将横、竖或斜线的5个或5个以上同色棋子连成不间断的一排者为胜。 五子棋不仅能增强思维能力，提高智力，而且有助于修身养性。它既有简单易学的特性，人们都喜闻乐见，又有深奥的技巧和高水平的国际性比赛。五子棋既有现代休闲的明显特征“短、平、快”，又有古典哲学的高深学问“阴阳易理”2、棋盘和棋子 现代五子棋棋盘，经过国际棋联的多次修改，最终定为15 X 15路，即棋盘由横竖各15条平行线交叉组成，共有225个交叉点；棋盘上共有五个星位，中间的星位称为天元，周围四点

11、为小星，与围棋盘略有不同。见图1 图1 棋盘 五子棋的棋子和围棋相同，分黑白2种颜色，通常为散圆形，有一面凸起或二面凸起等形状，一副棋子总数为225枚，其中黑子113枚，白子112枚。关于计时，正规比赛按不同级别设置了不同的时间限制，一般的玩家都没有这个限制。3、规则及解释（1）黑棋先行，白棋随后。从天元开始相互顺序落子。（2）最先在棋盘的横向、竖向、斜向形成连续的相同色五个棋子的一方为胜利。（3）黑棋禁手判负、白棋无禁手。黑棋禁手包括“三、三”；“四、四”；“长连”。黑方只能用“四、三”去取胜。（4）如分不出胜负，则定位平局。（5）对局中拔子、中途退场均判为负（6）五连与禁手同时形成，先五为

12、胜。（7）黑方禁手形成时，白方应立即指出。若白方未发现或发现后不立即指正，反而继续落子，则不能判黑方负。 五子棋是由两个人在一盘棋上进行对抗的竞技运动。在对局开始时，先由执黑棋的一方将一枚棋子的落在“天元”上，然后由执白棋的一方在黑棋周围的交叉点上落子。如此轮流落子直到某一方首先在棋盘的直线 横线或斜线上形成连续的五子或五子以上，则该方就算获胜。但是五子棋的特点是先行的一方优势很大。因此，在职业比赛种对黑方做了种种限制，以利公平竞争。黑白双方的胜负结果必须按照职业五子棋的规则要求来决定。4、五子棋常用术语 （1）二：二是五子棋的一切进攻的基础；又分为活二和死二。活二：即再下一子可形成活三的二。

13、死二：即再下一子可形成死三的二。（2）三：三是五子棋最常见的攻击手段。三分为活三、死三、眠三。活三：为再下一子即可变成活四的三（活四介绍见后）。或三分为连三、跳三。见图4。我们通常所说的“三”。就是指活三而言。如果是死三，将特别指出。死三：即对方有棋子在同一条线相邻交叉点防守的三；死三分为三种。 眠三：是死三的一种特性，它看上去相邻点没有对方棋子防守，很像活三，但由于受空间限制，不论如何发展都不可能称为活四，故称为“眠三“。见图。反三：反三不是指一种“三”的形状，而是指再阻止对方进攻的同时使自己称为一道活三的反攻，称为反三。（3）四：四的形状有三种，它分为：活四，冲四、跳冲四。活四：在同一条线

14、上相连的四个同色棋子成为“连五”。冲四：在同一条线上相连的相同颜色的四个棋子，它与活四不同的是，其中的一端有对方的棋子进行阻挡，它只有再在另一端下一手棋才可形成“连五”。 跳冲四：它的形状在“四”中是比较特殊的，一般分为两种，它的特点是同一条线上的同色的四个棋子，有一个或两个棋子与另外三个或两个棋子之间有一个交叉点的间隔，它的下一手棋只有下在间隔的交叉点上才能形成“连五”，因此，对方的棋子防守时，也只能阻挡在间的交叉点上。5、五子棋攻防 五子棋是一项对抗性很强的运动，在开局进入五手两打后，就开始进入了白刃战，相互争夺先手，任何一方都不能掉以轻心，要尽可能少犯错误，甚至不犯错误，否则将会导致速败

15、。 众所周知，连珠五子，连五为胜。有四才能有五，有三才有四，以此类推。所以，在五子棋的对局众进攻和防守都是从“二”和“三”的争夺开始的。“好的开始是成功的一半”，这条格言用在五子棋里再合适不过了。 五子棋的点的选择十分关键。五子棋实际上是通过选择最佳的落点，加上正确的落子次序，一步一步地占领各个要点，最终获得胜利。 对局的早期，选点的着眼点主要是使本方的棋子保持联系，为以后创造尽可能多的成三、成四的机会，同时尽量限制对方成为好形。由于在五子棋对弈过程中，通过行棋落点来控制对方的落点是可能的，比如活三 冲四的应点是可以预知的，完全有可能通过不断走出这样的先手来控制对方的着点直至胜利。所以，在对局

16、的后期，就要在精确计算的前提下，尽早发动攻势，以取得棋局的控制权，否则一旦贻误战机，被对方抢先发动攻势，就会成为被控制的一方。 当有多个攻击点可供选择时，要选择后续手段多，又不会被对方反先的着点。如果是黑方，还特别要注意进攻终被对方反击时出现的各种禁手点的可能性。 进攻分为单攻棋和双攻棋，单攻棋指单线即单行或单向的攻棋子，包括三子攻棋（活三、填四）和四子攻棋（冲四、填五）。而双攻棋指双向或双行的攻棋。包括三、三攻棋（双活三、双填四、填四活三）；四、三攻棋（冲四活三、冲四填四、填五活三、填五填四）；四四攻棋（双冲四、双填五、填五冲四）。 五子棋的取胜思路是由一个子开始，目标是运用各种方法在棋盘上

17、发展出五连乃至长连而取胜。在这个发展过程中必然要经过由一子到两子 两子到三子 三子到四子的过程。因此说，把各种形状和各个方面上的二 三 四等子力结构烂熟于胸，做到举一反三，是学习五子棋的基本功，更是能灵活运用五种取胜技巧的基础。（二）Java1、Java简介 Java是美国Sun公司开发的语言，它使用解释器执行代码，因此，无需对源代码进行任何更改即可在不同计算机上运行，是真正跨平台的编程开发语言。 Java有以下主要特点：（1）简单（Simple）制定Java的原则之一，是要建立一种结构简单而且使用容易的系统，可以让用户不必接受很深的训练就可以开始设计程序，所以Java的语法尽可能与在当前许多

18、程序设计师都采用的C及C语言相似。并且，Java删除了C及C+许多极少使用、不易理解或常被混淆的功能，多多重继承、指针等。（2）面向对象(Object-Oriented)面向对象是近年来信息界广为使用的概念和技术。它有许多良好的特性。对象的封装性可以使对象的接口定义明确；继承性可以增加软件的可重用性，有助于分类及模版设计等。实现面向对象的概念及其各种良好的特性是Java的设计理念之一。（3）分布式（Distributed）计算机网络的发展使得信息应用朝着分布式的环境发展，所以现代的信息开发语言及环境要有配合分布式的特性及功能。Java具有一个网络功能的程序库，其中包含与如HTTP和FTP等TC

19、P/IP网络通信协议整合的能力。（4）强壮性(Robust)由Java所编写的程序要能在各种情况下运行，而且必须具有高的稳定性。Java在制定时即加入了能防止存储器被覆写和数据损坏的相关处理机制。（5）安全性(Secure)Java是被设计用于网络及分布式环境中的，所以安全性是一个很重要的考虑。Java拥有数个从简单到复杂的安全保护措施，能有效地防止病毒的侵入和破坏行为的发生。（6）结构中立性(Architecture Neutral)在网络上存在许多不同类型的计算机，从中央处理器到操作系统的机构均有很高的差异性。因此要使应用程序在每一种机器上均能运行是相当困难的。针对这个目的，Java的编译

20、器可以产生一种结构中立的目标码文件格式字节码（Byte Code）。这种字节码可以在许多种不同的计算机上运行。（7）多线程(Multithreaded)多线程是开发复杂和功能强大的程序所必须的手段之一，Java同样支持这个重要功能。2、Java程序的开发过程(1)源文件：使用一个文本编辑器，如Edit或记事本来编写源文件。不可使用Word编辑器，因为它含有不可见字符。将编好的源文件保存起来，源文件的扩展名必须是Java。(2)编译器：源文件要经过编译器（Javac.exe）的编译生成可扩展名为.Class的字节码文件。字节码文件是由与平台无关的二进制码组成的，执行时由解释器解释成本地机器码。(

21、3)运行Java程序：Java程序分为两大类Java应用程序（Application）和Java小应用程序（Applet）。Java应用程序必须通过Java解释器（java.exe）来解释执行其字节码文件；Java小应用程序可通过支持Java标准的浏览器来解释执行。3、Java开发环境使用Jcreator开发环境必须安装JDK,我安装的版本是1.5.0，在环境变量里新建名为Path的变量名，变量值为D:软件JAVAbin（根据JDK的安装目录而定）。在命令提示窗口输入Java -version如果能正确显示版本号，则表示环境配置成功。如图所示。Jcreator的安装很简单，这里不在详细叙述，把

22、路径配置好就可以了。如图 图12 Jcreator IDE 三、课题详细研究方法（一）程序结构说明既然是Java Application,要实现网络对战，故采用C/S模式编写，程序包含7个独立的类文件ChessWZQ.java、Group.java、Message.java、Player.java、ServerOneClient.java、Server.java、BoardPanel.java。其中BoardPanel.java主要负责棋盘的初始化，鼠标事件的处理，以及判断胜负条件。ChessWZQ.java定义了面板上的其他元素，包括玩家列表，标题栏等。也包括了事件处理和人工智能。Serve

23、rOneClient.java则负责网络对战的处理。其他的类都是又这3个主类延伸出去的。在具体实现的时候再介绍其作用。（二）棋盘及棋子的类 1、棋盘棋盘如图1，具体代码如下： String line = a b c d e f g h i j k l m n o;char rowNum1 = 1,2,3,4,5,6,7,8,9;char rowNum2=1,0,1,1,1,2,1,3,1,4,1,5;这部分为棋盘的边界标识符，是必须要有的。用字符数组存储，最后确定位置放上去即可。棋盘的绘制：private static int xp; / 棋子 X坐标 private static int y

24、p; / 棋子Y坐标public void paint(Graphics gc) super.paint(gc); /this.setBackground(Color.gray); /this.invalidate(); gc.setColor(Color.blue); /gc.setColor(new Color(255, 255, 240); /画横向标识符 gc.drawString(line,25,15); / 画竖向标识符 for(int i=0;i9;i+) gc.drawChars(rowNum1,i,1,10,35+i*30); for(int i=9,j=0;i15;i+,j

25、+=2) gc.drawChars(rowNum2,j,2,10,35+i*30); / 画棋盘 for (int i = 0; i 15; i+) gc.drawLine(30, 30 + i * 30, 450, 30 + i * 30); /行 gc.drawLine(30 + i * 30, 30, 30 + i * 30, 450); /列 gc.drawLine(25, 25, 455, 25); gc.drawLine(25, 25, 25, 455); gc.drawLine(25, 455, 455, 455); gc.drawLine(455, 25, 455, 455);

26、 /面板初始化 for(int i=0;i15;i+) for (int j = 0; j =0&i5;i+) if (clr=boardx-iy) count+; else break; / System.out.println( +x+ , +y+ )+count = +count); if(count=5) return true; for(i=1;x+i15&i15得出前者比后者重要，下子时电脑便会自动选择“冲四”的点，这里还要说明一点的事，还要考虑四个方向。因为有可能有复合棋型，比如“四三”.从第一步起，不管是哪一方下子，电脑都有以这点为中心搜索9X9的矩阵内的所有空白点上棋子的重要

27、性，一颗棋子对棋型影响的大小有9X9。重要看来虽然说进攻和防守的重要性一样的，但是我认为防守更重要。在估值的时候，必须要考虑棋子的合法落子情况。不同的棋类博弈，其估值必定有极大的差别，各种因为规则而造成的不同因素影响估值的设计。不同的棋类游戏各有所谓的规则，规则中就有博弈双方都可以走哪些着法。某些博弈游戏很容易就找到合理着法，我所实现的五子棋，它就具有很简单的落子规则，即棋盘上所有的空位都可以落子，它们都是合理的着法。但是有些棋类游戏，比如在中国象棋和国际象棋中，情况就有些复杂了，每个棋子都有它特定的着法，电脑下子要考虑自己和玩家的棋型，优先防守，如果没有要防的棋型，则搜索自己的棋型下子。设置

28、重要性,即估值模块，下面只给出横向的代码private void setWeight(int x,int y,int tcolor) int i=RectX1,j=RectY1,value=0,k=0,n=0,flag=0; / - 方向 for(i=RectX1,j=y;i=RectX1 & k5;k+) if(BoardPanel.boardi-kj=tcolor) value+; continue; if(BoardPanel.boardi-kj=0)/black space flag+; break; for(k=1;i+kRectX2 & k5;k+) if(BoardPanel.boardi+kj=tcolor) value+; if(BoardPanel.boardi+kj=0) flag+; break; n=weight(value,flag); if(weightBoardijn) weightBoardij=n; 设定相应空位的重要值以后，选取最大的值下子，代码如下：private void getBiggest(int arr,int x,int y) int temp=new int2; int swt=arr00,tmp=0; for(i