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C语言AI五子棋（大一新生）_五子棋 ai对战程序
作者：笔触狂放9 | 2024-03-29 17:17:57
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五子棋 ai对战程序
该游戏为C语言所编写的基于easy-x图形库的程序，有基本C语言知识即可理解。该游戏用极大极小搜索实现AI执棋，棋力与一般人相当。运行需提前安装好easy-x图形库，文末有完整源码。
代码运行结果
主体实现思想
//开局 void begin(struct point p[25][25]) { board(); //棋盘图形背景加载 while (1) { if (/*按下鼠标左键*/) { if (/*鼠标坐标在悔棋区域*/) { //悔棋 } if (/*鼠标坐标在重开区域*/) { //重开 } if (/*鼠标坐标在投降区域*/) { //投降 } if (/*鼠标坐标在退出区域*/) { //退出 } if (/*鼠标坐标在棋盘上*/) //玩家执棋 { fillcircle(m.x, m.y, 20); //在该位置画红圆 p[i][j].state = -1; //修改该位置的状态 /*判断胜负*/ robot(p); //电脑执棋，在某位置画白圆 /*判断胜负*/ } } } }
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电脑AI执棋方法
首先，我们先来认识一下极大极小搜索。在该算法中，我们需要定义一个评估函数，该评估函数能够给出当前局面对于电脑的优势程度，并以具体数字呈现，数字越大该局面对电脑越有利，越小则对玩家越有利。如下图所示，假设当前局面为p1并且轮到电脑方下棋，p3为p1走两步后产生的所有局面的优势分。p1时轮到电脑方下棋，电脑希望能从p2中找到优势分最大的那一步，但是，此时p2的分数又是未知的，因此我们需要先确定p2的分数。p2轮到玩家下棋，他肯定是希望从p3中选择分数最小的那一步，当然p3的分数是由评估函数确定出来的。我们可以以此类推，确定要搜索的深度，最底层的分数由评估函数得出，然后依次往上推。
p2为玩家执棋，从p3中选最小值，分别为7，5，4。
p1为电脑执棋，从p2中选最大值，为7。
极大极小搜索伪代码如下：
//电脑执棋 int robot(struct point p[25][25]) { for (i = MIN; i < MAX; i++) //寻找最佳落子点 { for (j = MIN; j < MAX; j++) { if (p[i][j].state == 0) //该点为空 { p[i][j].state = 1; //假设电脑下在这里 p[i][j].n_value = deduction(p, 1, 1, A, B); //获取下一步分数 p[i][j].state = 0; //撤回 if (p[i][j].n_value > v) //v初始值为无穷小 { v = p[i][j].n_value; //找最大值 x = i; y = j; //获取坐标 } } } } /*执行坐标x,y */ return 0; } //递归推演 double deduction(struct point p[25][25], int sex, int depth, long double a, long double b) { if (depth == 0 || end(p) != 0) //达到深度或棋局结束 { return assess(p); //递归出口，返回评估函数的分数 } else if (sex % 2 == 1) //玩家回合 { for (m = MIN; m < MAX; m++) { for (n = MIN; n < MAX; n++) { if (p[m][n].state == 0) //为空 { p[m][n].state = -1; //假设棋下在这个地方 va = deduction(p, sex + 1, depth - 1, a, b); //获取下一步分数 p[m][n].state = 0; //撤回 if (va < b) //找最小值 { b = va; } } } } return b; //返回分数 } else if (sex % 2 == 0) //电脑回合 { for (m = MIN; m < MAX; m++) { for (n = MIN; n < MAX; n++) { if (p[m][n].state == 0 && t != 0) //为空 { p[m][n].state = 1; //棋下在这个地方 va = deduction(p, sex + 1, depth - 1, a, b); //获取下一步分数 p[m][n].state = 0; //撤回 if (va > a) //找最大值 { a = va; } } } } return a;//返回分数 } }
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至此，电脑已经可以找出“最好”的棋位了，但是由于博弈树呈指数增长，计算量过大，因此需要对算法进行优化，以加深搜索深度。我们可进行对博弈树α-β剪枝。看下图，假设我们已经在p21从p31中选了最小值7，在p22求分数时我们又在p32中发现了5，这时，我们可以对p22进行剪枝，即跳出p22的搜索循环。因为我们在p32中发现了5，因此p22的分数肯定不大于5，又因为p21的分数为7>5,而p1是要从p2中找最大值的，因此肯定不会是p22中的分数，因此可以对p22进行剪枝。找到p33中的4时也是一样，因为p21的值7>4,所以发现p33的4时，可对p23进行剪枝跳出p23的搜索循环.
我们还可以对一些不必要的点进行剪枝，比如那些周围没有一个子的点，算法很简单，对位置周围进行搜索，全为空时剪掉即可。加了剪枝的代码如下：
//电脑执棋 int robot(struct point p[25][25]) { int i, j, x = 0, y = 0,m, n, t = 0; long double v = -999999999999999999; //10^18 for (i = MIN; i < MAX; i++) //寻找最佳落子点 { for (j = MIN; j < MAX; j++) { if (p[i][j].state == 0 ) //为空 { t = 0; for (m = -1; m < 2; m++) { for (n = -1; n < 2; n++) { if (p[i + m][j + n].state != 0) { t++; //偏僻点剪枝 } } } if (t != 0) //不偏僻 { p[i][j].state = 1; //假设电脑下在这里 p[i][j].n_value = deduction(p, 1, 1, A, B); p[i][j].state = 0; //撤回 if (p[i][j].n_value > v) { v = p[i][j].n_value; //找最大值 x = i; y = j; //获取坐标 } } } } } setfillcolor(WHITE); //填充颜色 fillcircle((x + 1 - MIN) * 50, (y + 1 - MIN) * 50, 20);//画圆，下这一步 xx = x; yy = y; //为悔棋坐标做记录 p[x][y].state = 1; //修改状态 return 0; } //递归推演 double deduction(struct point p[25][25], int sex, int depth, long double a, long double b) { int m, n,i, j, t = 0,br=0; long double va = 0; if (depth == 0 || end(p) != 0) //达到深度或棋局结束 { return assess(p); //递归出口，返回分数 } else if (sex % 2 == 1) //玩家回合 { for (m = MIN; m < MAX; m++) { if (br == 1) { //b剪枝 break; } for (n = MIN; n < MAX; n++) { if (p[m][n].state == 0 ) //为空 { if (num < 40) { t = 0; for (i = -1; i < 2; i++) { for (j = -1; j < 2; j++) { if (p[i + m][j + n].state != 0) { t++; //偏僻点剪枝 } } } } else { t = 1; } if (t == 0) //偏僻 { va = B; } else { p[m][n].state = -1; //棋下在这个地方 va = deduction(p, sex + 1, depth - 1, a, b); p[m][n].state = 0; //撤回 } if (va < b) //找最小值 { b = va; } if (b < a) { break; //b剪枝 br = 1; } } } } return b; //返回分数 } else if (sex % 2 == 0) //电脑回合 { for (m = MIN; m < MAX; m++) { if (br == 1) { //a剪枝 break; } for (n = MIN; n < MAX; n++) { if (p[m][n].state == 0 ) //为空 { if (num < 40) { t = 0; for (i = -1; i < 2; i++) { for (j = -1; j < 2; j++) { if (p[i + m][j + n].state != 0) { t++; //偏僻点剪枝 } } } } else { t = 1; } if (t == 0) //偏僻 { va = A; } else { p[m][n].state = 1; //棋下在这个地方 va = deduction(p, sex + 1, depth - 1, a, b); p[m][n].state = 0; //撤回 } if (va > a) //找最大值 { a = va; } if (b < a) { break; //a剪枝 br = 1; } } } } return a;//返回分数 } return 0; }
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想要让电脑具有更高的棋力，还需要有一个好的评估函数。我们可以用if语句对不同的情况进行赋分。笔者所用的是对每个点进行赋分，空点价值为0，红子和白子取相反数，每个点有8个方向的延伸价值，每个方向为5分，被敌方或边界挡住即为0；每两个相同的子连在一起则他们的分数乘一定的倍数，还有距离中心的优势分等等，详见完整代码。此仅做参考，读者可自行设计出更加科学、计算量更少的评估函数。
完整代码以及详细注释
#define _CRT_SECURE_NO_WARNINGS #include<graphics.h> #include<Windows.h> #include<conio.h> #include <math.h> #include<time.h> #include<mmsystem.h> #include<easyx.h> #include<iostream> #include<stdlib.h> using namespace std; #define E 10 // E=防守/攻击 #define V 10 //位置初始分以及倍率 #define MIN 5 #define MAX 20 long double A = -999999999999999999; long double B = 999999999999999999; int ii = 0, jj = 0, xx = 0, yy = 0; //记录上一步棋位置 int num = 0; //对弈次数 void board(); //绘画棋盘 void regret(struct point p[25][25]); //悔棋 void begin(struct point p[25][25]); //开始 int robot(struct point p[25][25]); //电脑执棋 void over(int x); //结束界面 void p_assess(struct point p[25][25]); //某点价值分评定 double assess(struct point p[25][25]); //局面优势评估 double deduction(struct point p[25][25], int sex, int depth, long double a, long double b, int x, int y);//递归推演 int end(struct point p[25][25], int x, int y, int sex); //胜负代数返回 void initialize(struct point p[25][25]); //棋盘初始化 void execute(struct point p[25][25], int x, int y); //下棋 struct point { int state; //位置的状态 玩家-1, 空位置0, 电脑1 long double value; //该点价值分 long double n_value; //下一步棋下这点时棋盘的总优势分 int odds; //是否为必胜点 }; //初始化 void initialize(struct point p[25][25]) { int i, j; num = 0; for (i = 0; i < 25; i++) { for (j = 0; j < 25; j++) { p[i][j].state = 0; //为空 p[i][j].value = 0; p[i][j].n_value = 0; } } } //胜负代数返回 int end(struct point p[25][25], int x, int y, int sex) { int i, s; for (s = 0, i = -4; i < 5; i++) { if (p[x][y + i].state == sex) { //左右 s++; } else { s = 0; } if (s > 4) { return sex; } } for (s = 0, i = -4; i < 5; i++) { //上下 if (p[x + i][y].state == sex) { s++; } else { s = 0; } if (s > 4) { return sex; } } for (s = 0, i = -4; i < 5; i++) { if (p[x - i][y - i].state == sex) { //斜下 s++; } else { s = 0; } if (s > 4) { return sex; } } for (s = 0, i = -4; i < 5; i++) { //斜上 if (p[x + i][y - i].state == sex) { s++; } else { s = 0; } if (s > 4) { return sex; } } return 0; } //绘画棋盘 void board() { initgraph(950, 800);//初始化绘图窗口 setbkcolor(BLACK);//绘图背景色 cleardevice();//使用当前背景色清空上一个绘图 setlinecolor(WHITE);//设置当前设备画线颜色 for (int i = 50; i <= 750; i += 50)//画棋盘 { line(i, 50, i, 750); line(50, i, 750, i); } setlinecolor(RED);//设置当前设备画线颜色 settextstyle(40, 0, "宋体"); outtextxy(800, 200, "悔 棋"); outtextxy(800, 300, "重 来"); outtextxy(800, 400, "后 手"); outtextxy(800, 500, "退 出"); settextcolor(RED); settextstyle(15, 0, "宋体"); outtextxy(2, 2, "作者：杨秀杰"); } //下棋 void execute(struct point p[25][25], int x, int y) { setfillcolor(WHITE); //填充颜色 fillcircle((x + 1 - MIN) * 50, (y + 1 - MIN) * 50, 20);//画圆，下这一步 xx = x; yy = y; //为悔棋坐标做记录 p[x][y].state = 1; //修改状态 } //悔棋 void regret(struct point p[25][25]) { board(); setrop2(R2_COPYPEN); //设置绘制颜色 setcolor(WHITE); p[ii][jj].state = 0; //将上一步棋清空 p[xx][yy].state = 0; for (int i = MIN; i < MAX; i++) { //重新绘制棋盘 for (int j = MIN; j < MAX; j++) { if (p[i][j].state == -1) { setfillcolor(RED); fillcircle((i + 1-MIN) * 50, (j + 1-MIN) * 50, 20); } if (p[i][j].state == 1) { setfillcolor(WHITE); fillcircle((i + 1-MIN) * 50, (j + 1-MIN) * 50, 20); } } } } //开局 void begin(struct point p[25][25]) { MOUSEMSG m; // 定义鼠标消息 int x, y, i, j; board(); //图形背景加载 setlinecolor(WHITE); //设置当前设备画线颜色 while (1) { m = GetMouseMsg();//获取鼠标信息 x = m.x % 50; y = m.y % 50; setrop2(R2_COPYPEN); //二元光栅操作码：R2_COPYPEN当前颜色 if (m.uMsg == WM_LBUTTONDOWN) //按下鼠标左键 { if (m.x <= 900 && m.y < 250 && m.x >= 800 && m.y > 200) //悔棋 { regret(p);//悔棋 continue; } if (m.x <= 900 && m.y < 350 && m.x >= 800 && m.y > 300) //重开 { initialize(p); //初始化 begin(p); } if (m.x <= 900 && m.y < 450 && m.x >= 800 && m.y > 400) //后手 { if (num < 1) { robot(p); //电脑执棋 num++; } } if (m.x <= 900 && m.y < 550 && m.x >= 800 && m.y > 500) //退出 { closegraph(); // 关闭绘图窗口 exit(0); //强制退出 } if (x >= 25) //玩家执棋 m.x = m.x - x + 50; else m.x = m.x - x; if (y >= 25) m.y = m.y - y + 50; else m.y = m.y - y; i = m.x / 50 - 1+ MIN; //坐标转换 j = m.y / 50 - 1+ MIN; if (i < 20 && j < 20) { if (p[i][j].state==-1) break; if (m.x <= 750 && m.y <= 750 && m.x >= 50 && m.y >= 50) { setfillcolor(RED);//设置当前设备画线颜色 fillcircle(m.x, m.y, 20); //在该位置画圆下棋 ii = i; //为悔棋坐标做记录 jj = j; p[i][j].state = -1;//修改该位置的状态 } if (end(p,ii,jj,-1) != 0)//结束判断 { Sleep(1000); over(end(p, ii, jj, -1));//结束界面 } robot(p); //电脑执棋 if (end(p, xx, yy, 1) != 0)//结束判断 { Sleep(1000); over(end(p,xx,yy,1));//结束界面 } num++; //对弈次数 } } } } //结束界面 void over(int x) { point pp[25][25]; // 5--19 initialize(pp); //初始化 initgraph(400, 400); cleardevice(); //使用当前背景色清空绘图设备 settextstyle(50, 24, "宋体"); settextcolor(RED); //字体颜色 //if (x == 2) //{ // outtextxy(100, 50, "平局"); //} if (x == 1) { outtextxy(100, 50, "电脑获胜"); } else if(x==-1) { outtextxy(100, 50, "玩家获胜"); } settextcolor(WHITE); outtextxy(50, 200, "返回游戏界面"); outtextxy(80, 300, " 结束游戏"); while (true) { MOUSEMSG n;//鼠标信息 n = GetMouseMsg(); switch (n.uMsg) { case WM_LBUTTONDOWN: if (n.x <= 350 && n.x >= 50 && n.y <= 250 && n.y >= 200) begin(pp); //返回游戏界面 if (n.x <= 300 && n.x >= 80 && n.y <= 350 && n.y >= 300) { closegraph(); // 关闭绘图窗口 exit(0); //强制退出 } } } } //局面优势评估 double assess(struct point p[25][25]) { int i, j; p_assess(p); //某点价值评定 long double s_value = 0; for (i = MIN; i < MAX; i++) { for (j = MIN; j < MAX; j++) { s_value += p[i][j].value;//棋盘总优势分为所有点分数的和 } } return s_value; } //某点价值评定 void p_assess(struct point p[25][25]) { int i, j, k, m, n, x, y; for (i = MIN; i < MAX; i++) //可改进为米字刷新 { for (j = MIN; j < MAX; j++) { if (p[i][j].state == 0) { p[i][j].value = 0; //空位价值为零 } else //不为空 { long double v1 = V, v2 = V, v3 = V, v4 = V, v5 = V, v6 = V, v7 = V, v8 = V; //8个方向每个价值为10 //**************************************************************************** for (x = 0, n = j; p[i][j].state != -p[i][n + 1].state && n + 1 < 20 && x < 4; x++, n++) //右 { } if (x < 4) { v1 = 0; //被挡住为0 } else { for (k = 0, n = j; p[i][j].state == p[i][n + 1].state && k < 5; k++, n++) //右 { v1 *= V; //连续分数翻倍 } } for (y = 0, n = j; p[i][j].state != -p[i][n - 1].state && n - 1 > 4 && y < 4; y++, n--) //左 { } if (y < 4) { v2 = 0; //被挡住为0 } else { for (k = 0, n = j; p[i][j].state == p[i][n - 1].state && k < 5; k++, n--) //左 { v2 *= V; //连续分数翻倍 } } //****************************** 以下同上 *************************************** for (x = 0, n = i; p[i][j].state != -p[n + 1][j].state && n + 1 < 20 && x < 5; x++, n++) //上 { } if (x < 4) { v3 = 0; //被挡住为0 } else { for (k = 0, n = i; p[i][j].state == p[n + 1][j].state && k < 5; k++, n++) //上 { v3 *= V; //连续分数翻倍 } } for (y = 0, n = i; p[i][j].state != -p[n - 1][j].state && n - 1 > 4 && y < 5; y++, n--) //下 { } if (y < 4) { v4 = 0; //被挡住为0 } else { for (k = 0, n = i; p[i][j].state == p[n - 1][j].state && k < 5; k++, n--) //下 { v4 *= V; //连续分数翻倍 } } //********************************** 以下同上 ************************************** for (x = 0, m = i, n = j; p[i][j].state != -p[m - 1][n + 1].state && n + 1 < 20 && m - 1 > 4 && x < 5; x++, m--, n++) //右上 { } if (x < 4) { v5 = 0; //被挡住为0 } else { for (k = 0, m = i, n = j; p[i][j].state == p[m - 1][n + 1].state && k < 5; k++, m--, n++) //右上 { v5 *= V; //连续分数翻倍 } } for (y = 0, m = i, n = j; p[i][j].state != -p[m + 1][n - 1].state && m + 1 < 20 && n - 1 > 4 && y < 5; y++, m++, n--) //左下 { } if (y < 4) { v6 = 0; //被挡住为0 } else { for (k = 0, m = i, n = j; p[i][j].state == p[m + 1][n - 1].state && k < 5; k++, m++, n--) //左下 { v6 *= V; //连续分数翻倍 } } //*********************************** 以下同上 ************************************** for (x = 0, m = i, n = j; p[i][j].state != -p[m - 1][n - 1].state && n - 1 > 4 && m - 1 > 4 && x < 5; x++, m--, n--) //左上 { } if (x < 4) { v7 = 0; //被挡住为0 } else { for (k = 0, m = i, n = j; p[i][j].state == p[m - 1][n - 1].state && k < 5; k++, m--, n--) //左上 { v7 *= V; //连续分数翻倍 } } for (y = 0, m = i, n = j; p[i][j].state != -p[m + 1][n + 1].state && n + 1 < 20 && m + 1 < 20 && y < 5; y++, m++, n++) //右下 { } if (y < 4) { v8 = 0; //被挡住为0 } else { for (k = 0, m = i, n = j; p[i][j].state == p[m + 1][n + 1].state && k < 5; k++, m++, n++) //右下 { v8 *= V; //连续分数翻倍 } } //******************************************************************************** p[i][j].value = v1 + v2 + v3 + v4 + v5 + v6 + v7 + v8 + 0.1 * (15 - abs(i - 12) - abs(j - 12)); //加上距离中心优势分 if (p[i][j].state == -1) //玩家棋子为负分 { p[i][j].value = -p[i][j].value * E; //E为偏向防守程度 } } } } } //极大极小搜索 double deduction(struct point p[25][25], int sex, int depth, long double a, long double b,int x,int y) { int m, n,i, j,br=0; long double va = 0; if (depth == 0 || end(p,x,y,sex) != 0) //达到深度或棋局结束 { return assess(p); //递归出口，返回分数 } else if (sex == -1) //玩家回合 { for (m = MIN; m < MAX; m++) { if (br == 1) { //b剪枝 break; } for (n = MIN; n < MAX; n++) { if (p[m][n].state == 0 ) //为空 { if (p[m - 1][n - 1].state != 0 || p[m - 1][n].state != 0 || p[m - 1][n + 1].state != 0 || p[m][n + 1].state != 0 || p[m + 1][n + 1].state != 0 || p[m + 1][n].state != 0 || p[m + 1][n - 1].state != 0 || p[m][n - 1].state != 0) //不偏僻 { p[m][n].state = -1; //棋下在这个地方 va = deduction(p, -sex, depth - 1, a, b,m,n); p[m][n].state = 0; //撤回 } else{ //偏僻 va = B; } if (va < b) //找最小值 { b = va; } if (b < a) { break; //b剪枝 br = 1; } } } } return b; //返回分数 } else if (sex == 1) //电脑回合 { for (m = MIN; m < MAX; m++) { if (br == 1) { //a剪枝 break; } for (n = MIN; n < MAX; n++) { if (p[m][n].state == 0 ) //为空 { if (p[m - 1][n - 1].state != 0 || p[m - 1][n].state != 0 || p[m - 1][n + 1].state != 0 || p[m][n + 1].state != 0 || p[m + 1][n + 1].state != 0 || p[m + 1][n].state != 0 || p[m + 1][n - 1].state != 0 || p[m][n - 1].state != 0) //不偏僻 { p[m][n].state = 1; //棋下在这个地方 va = deduction(p, -sex, depth - 1, a, b,m,n); p[m][n].state = 0; //撤回 } else{ //偏僻 va = A; } if (va > a) //找最大值 { a = va; } if (b < a) { break; //a剪枝 br = 1; } } } } return a;//返回分数 } return 0; } //电脑执棋 int robot(struct point p[25][25]) { int i, j, x = 12, y = 12,m, n; long double v = -999999999999999999; //10^18 for (i = MIN; i < MAX; i++) //寻找最佳落子点 { for (j = MIN; j < MAX; j++) { if (p[i][j].state == 0 ) //为空 { if (p[i - 1][j - 1].state != 0 || p[i - 1][j].state != 0 || p[i - 1][j + 1].state != 0 || p[i][j + 1].state != 0 || p[i + 1][j + 1].state != 0 || p[i + 1][j].state != 0 || p[i + 1][j - 1].state != 0 || p[i][j - 1].state != 0) //不偏僻 { p[i][j].state = 1; //假设电脑下在这里 if (end(p, i, j, 1)==1) { execute(p, i, j); //下棋,执行i,j return 0; } p[i][j].n_value = deduction(p, -1, 2, A, B,i,j); p[i][j].state = 0; //撤回 if (p[i][j].n_value > v) { v = p[i][j].n_value; //找最大值 x = i; y = j; //获取坐标 } } } } } execute(p, x, y); //下棋 return 0; } int main() { point p[25][25]; // 棋盘大小15*15 边界为5 initialize(p); //初始化 begin(p); //开局 return 0; }
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