人工智障入门实战1使用深度优先搜索实现 Amazing-Brick 小游戏的自动控制

Posted 2021-04-11 Piper蛋窝

使用深度优先搜索方法实现游戏的自动控制

本文涉及一个 .py 文件：

dfs_play.py

如上图，我们将使用“深度优先搜索”的方法，来控制黑色方块自动闯关。

所谓“深度优先搜索”，即：

•搜索：精准预测下一步操作后，黑色方块将到达什么位置；并再次精准预测在这个位置进行操作后，黑色方块将到达什么位置...直到触发终止条件，即找到最终得分的路径；•深度优先：假设黑色方块有两个动作可以选择：A与B，那么黑色方块做出“选择A后应该到达的位置”的预测后，继续接着这条路径预测，而非去预测在初始状态下“选择B后应该到达的位置”。具体原理如下图。

图片生成自：https://visualgo.net/zh/dfsbfs

为了更好地了解 DFS 的特性，你可以用 BFS（广度优先搜索） 进行对比：

如何用 DFS 匹配我们的小游戏

•给自己一个左上的力；•给自己一个右上的力；•什么也不做，这一时刻任由自己受重力牵制而掉落。

因此，我们每层也就有三个结点，如下图：

但是因为算法本身的时间复杂度过大，我们可以不考虑“什么也不做”这一动作。否则，将如下图，需要搜索的结点过多，导致程序运行过慢或内存溢出。

这样，每层的父结点就只有两个子结点，大大减少需要遍历的空间。

使用递归的实现

我使用递归来实现 DFS 算法，我大概描述一下这个过程。数据结构不够硬的同学，应该静下心来读读我的源码、或者其他经典的 DFS 教程、或者刷刷 LeetCode 。

我的源码见：https://github.com/PiperLiu/Amazing-Brick-DFS-and-DRL/blob/master/dfs_play.py

final_s_a_list = []def dfs_forward(root_state, show=False): # 最后需要返回的就是这个(状态、动作)列表 global final_s_a_list final_s_a_list = []
 # 在内部定义 dfs ，用于递归 # 在递归过程中，修改 final_s_a_list 的值 # 总是保留目前最优解 def dfs(state, s_a_list): global final_s_a_list # a trick # 每次结点的排列都不一样 # 这样搜索速度更快 # 能更快地找到可行解 if len(s_a_list) % 2 == 1: ACTIONS_tmp = (2, 1) else: ACTIONS_tmp = (1, 2)
 for action in ACTIONS_tmp: if len(final_s_a_list) > 0: break new_state = move_forward(state, action) new_s_a_list = s_a_list.copy() new_s_a_list.append((new_state, action)) if check_crash(new_state): if show: # 绘图部分 pygame.draw.rect(SCREEN, (255, 0, 0),  (new_state['x'] - game_state.s_c.x, new_state['y'] - game_state.s_c.y, game_state.player.width, game_state.player.height)) pygame.display.update() del new_state del new_s_a_list else: if show: # 绘图部分 pygame.draw.rect(SCREEN, (100, 100, 100),  (new_state['x'] - game_state.s_c.x, new_state['y'] - game_state.s_c.y, game_state.player.width, game_state.player.height)) pygame.display.update() if check_for_score(new_state): if show: # 绘图部分 pygame.draw.rect(SCREEN, (0, 0, 255),  (new_state['x'] - game_state.s_c.x, new_state['y'] - game_state.s_c.y, game_state.player.width, game_state.player.height)) pygame.display.update() final_s_a_list = new_s_a_list break dfs(new_state, new_s_a_list)
 # 开始递归 dfs(root_state, [])
 return final_s_a_list

我这里 DFS 算法效果较好：

python dfs_play.py

输入参数 --display 可以查看寻路过程：

python dfs_play.py --display

源码：https://github.com/PiperLiu/Amazing-Brick-DFS-and-DRL

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