cài đặt thuật toán a game 15-puzzle

LỜI NÓI ĐẦU Hiện nay ở Việt Nam cũng như trên toàn thế giới, nhu cầu chơi game đã là một nhu cầu không thể thiếu của mỗi người, ở các lứa tuổi ngành nghề khác nhau.. Puzzle là một thể lo

TRÍ TUỆ NHÂN TẠO

ĐỀ TÀI : CÀI ĐẶT THUẬT TOÁN A* GAME 15-PUZZLE

1.Vũ Đại Nghĩa 2.Vũ Văn Hải

Hà Nội 12/2011

Mục Lục

Mục Lục 2

LỜI NÓI ĐẦU 3

CHƯƠNG I: GIỚI THIỆU VỀ TRÒ CHƠI 15-PUZZLE 4

1 TỔNG QUAN VỀ TRÒ CHƠI 15-PUZZLE 4

CHƯƠNG II: THUẬT TOÁN TÌM KIẾM A* 4

1 MÔ TẢ THUẬT TOÁN 4

2 ÁP DỤNG MÔ HÌNH VÀO BÀI TOÁN 5

CHƯƠNG III: CHƯƠNG TRÌNH 9

1 15-PUZZLE CHƠI VỚI SỐ 9

2 15-PUZZLE CHƠI VỚI ẢNH 9

3 15-PUZZLE ÁP DỤNG THUẬT TOÁN 9

3.1 MÃ HÓA BÀN CỜ THÀNH SỐ KIỂU INT64 BIT 9

3.2 BIỂU DIỄN TRẠNG THÁI 9

3.3 THUẬT TOÁN IDS-A* 11

4 CHƯƠNG TRÌNH 13

LỜI NÓI ĐẦU

Hiện nay ở Việt Nam cũng như trên toàn thế giới, nhu cầu chơi game

đã là một nhu cầu không thể thiếu của mỗi người, ở các lứa tuổi ngành nghề khác nhau Vì thế đã có rất nhiều thể loại game khác nhau ra đời Game hành động, game chiến đấu… và tất nhiên là không thể thiếu các game trí tuệ

Puzzle là một thể loại game trí tuệ, Puzzle bao gồm rất nhiều các biến thể qua nhiều năm phát triển 15-Puzzle là một trong những biến thể của game Puzzle Vậy để hiểu rõ một trò chơi được cài đặt ra sao, cách thức chơi thế nào, và cách sử dụng trí tuệ nhân tạo để tạo ra một trò chơi Do đó,

em đã tìm hiểu và lựa chọn đề tài xây dựng game 15-Puzzle

CHƯƠNG I: GIỚI THIỆU VỀ TRÒ CHƠI 15-PUZZLE

1 TỔNG QUAN VỀ TRÒ CHƠI 15-PUZZLE

- Puzzle là một trò chơi điều khiển các khối trượt Các khối trượt là những con số hoặc hình ảnh sao cho kết quả được dạy số được sắp xếp tăng hoặc giảm dần, hoặc các hình được ghép lại từ các miếng nhỏ thành hình ban đầu Trò chơi này được Sam Loyd nghĩ ra từ năm 1878

CHƯƠNG II: THUẬT TOÁN TÌM KIẾM A*

1 MÔ TẢ THUẬT TOÁN

- Thuật toán tìm kiếm A* được mô tả qua thủ tục sau:

Procedure A*

Begin Đặt trạng thái đầu vào ds L;

While true do

Begin

If ds L rỗng then

Begin

Thông báo thất bại;

Kết thúc;

End;

u <- trạng thái đầu;

If u ≡ đích then

Begin

Thông báo thành công;

Kết thúc;

End;

For mỗi v kề u do

Begin

g(v) = g(u) + k(v,u);

f(v) = g(v) + h(u);

Đặt v vào ds L sao cho L tăng dần theo hàm f;

father(v) <-u;

end;

end;

end;

2 ÁP DỤNG MÔ HÌNH VÀO BÀI TOÁN

Đặt trạng thái đầu vào danh sách L:

Ta liệt kê các trạng thái v là trạng thái con của trạng thái đang xét ở trên:

9

D

0

9 D

8

9 D

0

v:

Các giá trị 0 và 1 ở trên chính là các hàm đánh giá f(v) được tính bằng cách đếm số ô lệch so với vị trí đích của ô vừa mới di chuyển

Tiếp theo ta đặt v vào danh sách L sao cho danh sách L tăng dần theo f(v) đã được tính ở trên

Tiếp đến ta xét trạng thái đầu tiên có f(v) nhỏ nhất trong danh sách L

1

9

D

4

0

9 D

8

1

9 D

7

0

9

D

8

1

9 D

4

1

9 D

7

Xét u <- # đích

Tiếp tục liệt kê các trạng thái con của trạng thái vừa xét ở trên

v:

Các giá trị f(v) được tính như trên hình vẽ, tiếp theo đưa các v vào danh sách L và lại sắp xếp theo thứ tự tăng dần của hàm f(v)

-> Tìm kiếm thành công với đường đi 8C

9 D

8

0

9

D

8

1

9 D

8

0

9

D

8

1

9 D

8

9 D

8

Cứ như vậy, áp dụng thuật toán tìm kiếm IDS-A* mô hình bài toán 15-Puzzle bắt đầu từ trạng thái đầu sẽ tìm ra trạng thái đích như hình dưới:

9 D

8

CHƯƠNG III: CHƯƠNG TRÌNH

1 15-PUZZLE CHƠI VỚI SỐ

2 15-PUZZLE CHƠI VỚI ẢNH

3 15-PUZZLE ÁP DỤNG THUẬT TOÁN

3.1 MÃ HÓA BÀN CỜ THÀNH SỐ KIỂU INT64 BIT

- Bàn cờ 16 ô sẽ được mã hóa thành một dãy số có độ dài 64bít Khởi tạo:

public Int64 board;

3.2 BIỂU DIỄN TRẠNG THÁI

- Trạng thái ban đầu của chương trình sẽ được sinh ra dưới dạng các chữ số từ 0-9 và từ A-F sử dụng hệ hex:

Hình 7

- Tương ứng với mỗi kí tự trong ô text mà bàn cờ sẽ mã hóa thành các vị trí có giá trị tương ứng trên bàn cờ bằng thuật toán sau:

public void setValue(ref Int64 board, int index, int value)

board |= (Int64)value << index * 4;

State initialState; // Khởi tạo trạng thái ban đầu

initialState.board = 0; // trạng thái ban đầu =0

for (int i=0; i < 16; ++i)

{

if (initialBoard[i] <= '9')

setValue(ref initialState.board, i, initialBoard[i] - '0'); else

setValue(ref initialState.board, i, initialBoard[i] - 'A' + 10); }

- Tương ứng với trạng thái bắt đầu ở hình 7 ta hiển thị trạng thái bắt đầu trên chương trình như sau:

Hình 8

3.3 THUẬT TOÁN IDS-A*

- Trong chương trình, thuật toán được xây dựng trên một hàm:

bool dfs_search(refState state, int maxScore, ref Stack<char> result) {

const string digits = "0123456789ABCDEF";

if (state.score > maxScore)

returnfalse;

if (state.board == 0x0FEDCBA987654321L)

{

result.Push('\0');

returntrue; }

State newState = newState();

if ((state.emptyPos & 0x3) != 0) //co the dich trai

{

if (makeMove(ref newState, ref state, maxScore, state.emptyPos - 1))

{ result.Push(digits[newState.lastMoved]);

if (dfs_search(ref newState, maxScore, ref result))

returntrue; result.Pop();

} }

if ((state.emptyPos & 0x3) != 3) // co the dich phai

{

if (makeMove(ref newState, ref state, maxScore, state.emptyPos + 1))

{

result.Push(digits[newState.lastMoved]);

if (dfs_search(ref newState, maxScore, ref result))

returntrue;

result.Pop();

} }

if ((state.emptyPos >> 2) != 0) // co the dich len

{

if (makeMove(ref newState, ref state, maxScore, state.emptyPos - 4))

{

result.Push(digits[newState.lastMoved]);

if (dfs_search(ref newState, maxScore, ref result))

returntrue; result.Pop();

} }

if ((state.emptyPos >> 2) != 3) //co the dich xuong

{

if (makeMove(ref newState, ref state, maxScore, state.emptyPos + 4))

{

result.Push(digits[newState.lastMoved]);

if (dfs_search(ref newState, maxScore, ref result))

returntrue; result.Pop();

} }

returnfalse;

}

// Hàm đánh giá

if (Math.Abs((toMove & 0x3) - targetCol) +

Math.Abs((toMove >> 2) - targetRow) <

Math.Abs((lastState.emptyPos & 0x3) - targetCol) + Math.Abs((lastState.emptyPos >> 2) - targetRow)) {

++newState.score;

}

public String idas_search(string initialBoard)

{

//khoi tao ban co

State initialState;

initialState.board = 0;

for (int i=0; i < 16; ++i)

{

if (initialBoard[i] <= '9')

setValue(ref initialState.board, i, initialBoard[i] -

'0');

else

setValue(ref initialState.board, i, initialBoard[i] -

'A' + 10);

}

initialState.emptyPos = (char)initialBoard.IndexOf('0');

initialState.score = 0;

initialState.lastMoved = (char)0;

// Sau mỗi trạng thái kết quả được lưu vào stack mang tên result Stack<char> result = newStack<char>();

int maxScore = 0;

while (!dfs_search(ref initialState, maxScore, ref result))

++maxScore;

return getContent(result);

}

- Trong thuật toán trên các bước khi thực hiện sẽ gọi tới những hàm liên quan khác trong chương trình gồm có các hàm dịch bít, hàm kiểm tra các trạng thái của bài toán…

4 CHƯƠNG TRÌNH