如何用AI玩贪食蛇？

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公众号中回复“AI贪食蛇”获取代码链接

前几日在丹枫无迹大哥的公众号里读到一篇用PyGame制作的贪食蛇游戏的文章并进行了转载，详见：Python：游戏：贪吃蛇。

玩的过程中我就在思考，如果用程序去控制蛇能达到怎样的效果呢?本文就将分析一下如何通过三种算法实现AI去玩贪食蛇。

一、搜索算法实现

第一大类就是通过获取蛇的头部和食物的位置，在避免碰到自己和边缘的前提下进行路径规划。这方面有大神已经研究过，在这里做简单介绍。

可以用的方法有：BFS、DFS、A*算法等，此处大神采用了BFS算法，也就是广度优先搜索算法，它从根节点开始遍历图并探索所有相邻节点，选择最近的节点并浏览所有未探测的节点。对于每个最近的节点，该算法遵循相同的过程，直到找到目标为止。具体实现过程可以看大神博客，实现的结果如图：

此种方法的好处在于实现起来速度快，蛇的目标明确，直奔食物，对于贪食蛇游戏基本能玩转，但是如果新加一些约束条件如：障碍物，或者一个更加复杂的游戏，这个方法扩展性、适应性就显得不足。

博客链接：http://hawstein.com/2013/04/15/snake-ai/

源代码：公众号后台回复“AI贪食蛇”

二、强化学习实现

第二大类就是通过强化学习Q-Learning完成了贪食蛇，该方法原理如图：

作者通过程序抽取游戏过程中蛇与食物相对的位置获取state，选择动作在环境中得到reward（吃到食物为1，死亡为-1，其他情况0.1），更新形成一个Q-table，其中动作空间为上下左右四种，每一种state对应四个动作的选择概率：

该位大神通过js实现了代码的整个过程，可以在浏览器中完成训练的全过程，效果如图。他对游戏进行了简化，及没有边界，只有碰到自己身体蛇会死亡：

此种方法优点：通过自学习的方式实现，避免了建模的复杂过程，模型灵活性较高。

缺点：需要大量训练，见效慢，且存在一定随机性。此外本模型中state的定义还存在一定的建模，没能完全脱离游戏模型。

博客链接：https://italolelis.com/snake

源代码：公众号后台回复“AI贪食蛇”

三、神经网络实现

第三类是通过建立神经网络来实现当前状态state和所要选取动作action之间的关系，也可以理解为一个分类问题。

具体建模方法为：

选取能表示蛇与食物以及环境关系的参数，共有七个：左侧是否有物体、前方是否有物体、右侧是否有物体、蛇头运动X方向向量、食物与蛇头X方向向量、蛇头运动Y方向向量、食物与蛇头Y方向向量。

比如：

输出为，左右前三个动作。

NN模型为两个隐含层，分别为9和15个节点，较之于深度神经网络这个模型可以说非常轻巧。效果如图：

此种方法难点是，训练数据获取，作者提出通过人工玩游戏这个过程进行数据采集，这就需要消耗一定的人力，而且数据越多模型玩的越好；

模型优点在于，建模简单，不需要考虑过多的逻辑关系和路径规划方法。

博客地址：https://theailearner.com/2018/04/19/snake-game-with-deep-learning-part-2/

源代码：公众号后台回复“AI贪食蛇”

以上，是三类方法构建AI玩贪食蛇的方法，下期会通过深度强化学习构建一个游戏AI，结合了第二、三种的优点，敬请期待。

后台回复【AI贪食蛇】，获取源码。

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