Как выбрать лучший алгоритм для настольной игры, такой как шашки?
До сих пор я рассмотрел только три алгоритма, а именно минимакс, альфа-бета-обрезку и поиск по дереву Монте-Карло (MCTS). По-видимому, и альфа-бета-обрезка, и MCTS являются расширениями базового минимаксного алгоритма.
Ответы:
ТЛ; др:
Ни один из этих алгоритмов не является практичным для современной работы, но они - хорошие места, чтобы начать педагогически.
Вы всегда должны предпочитать использовать альфа-бета-обрезку вместо минимаксного поиска.
Вы должны предпочесть использовать некоторую форму эвристического управляемого поиска, если вы можете придумать полезную эвристику. Придумывание полезной эвристики обычно требует большого знания предметной области.
Вы должны предпочесть использовать поиск по дереву Монте-Карло, когда вам не хватает хорошей эвристики, когда вычислительные ресурсы ограничены, и когда ошибки не будут иметь больших реальных последствий.
Больше деталей:
В минимаксном поиске мы не пытаемся быть очень умными. Мы просто используем стандартный подход динамического программирования. Легко определить значение разностных ходов, если мы приближаемся к концу игры (поскольку игра закончится следующим ходом, нам не нужно смотреть далеко вперед). Точно так же, если мы знаем, что будет делать наш оппонент на последнем ходу игры, легко понять, что нам следует делать на втором последнем ходу. Фактически мы можем рассматривать второй последний ход как последний ход более короткой игры. Затем мы можем повторить этот процесс. Использование этого подхода, несомненно, позволит раскрыть лучшие стратегии в стандартной игре в расширенной форме, но потребует от нас рассмотреть каждый возможный ход, который невозможен для всех, кроме самых простых игр.
Альфа-бета-обрезка - это строгое улучшение поиска минимакса. Он использует тот факт, что некоторые движения явно хуже, чем другие. Например, в шахматах мне не нужно рассматривать ход, который дал бы вам возможность поставить меня в мат, даже если бы вы могли делать другие вещи с этой позиции. Как только я увижу, что движение может привести к проигрышу, я не буду думать о том, что еще может произойти с этой точки. Я пойду смотреть на другие вещи. Этот алгоритм также наверняка даст правильный результат, и он быстрее, но все же должен учитывать большинство ходов на практике.
Существует два распространенных способа, позволяющих обойти огромную вычислительную стоимость решения таких игр:
Используйте эвристику (поиск * является обычным алгоритмом в педагогических целях, но поиск покоя - аналогичная идея в играх с двумя игроками). Это просто функция, которая дает оценку значения состояния игры. Вместо того, чтобы рассматривать все ходы в игре, вы можете просто рассмотреть ходы на некоторое конечное расстояние впереди, а затем использовать значение эвристики для оценки значения состояний, которые вы достигли. Если ваша эвристика непротиворечива (по существу: если она всегда переоценивает качество состояний), то это все равно даст правильный ответ, но с огромными ускорениями на практике.
Используйте Rollouts (например, поиск по дереву Монте-Карло). По сути, вместо рассмотрения каждого хода, запустите несколько тысяч смоделированных игр между игроками, действующими случайным образом (это быстрее, чем рассмотрение всех возможных ходов). Присвойте значения состояниям, равным среднему коэффициенту выигрыша в играх, начиная с него. Это может не дать правильный ответ, но в некоторых играх он работает надежно. Он часто используется как расширение более точных методов, а не используется сам по себе.
NB. Причина, по которой я выбрал только эти три алгоритма, была вызвана временем, которое у меня было для их понимания. Из небольшого исследования я обнаружил, что эти алгоритмы в основном вплетены в минимаксный алгоритм. Так что, если я смогу понять одно, то два других просто встанут на свои места.
Учитывая этот контекст, я бы рекомендовал начать с Minimax . Minimax - это самый простой для понимания алгоритм из трех.
Альфа-бета , как уже упоминалось в других ответах, - это строгое улучшение по сравнению с минимаксом. Minimax - это, по сути, часть реализации Alpha-Beta, и хорошее понимание Alpha-Beta в любом случае требует начинать с хорошего понимания Minimax. Если у вас есть время, оставшееся после понимания и внедрения Minimax, я бы порекомендовал перейти к Alpha-Beta и построить его поверх Minimax. Начинать с Альфа-беты, если вы еще не понимаете, минимакс не имеет смысла.
Поиск по дереву Монте-Карло , вероятно, немного сложнее и сложнее для понимания. В последнее десятилетие MCTS действительно стала более популярной, чем две другие, поэтому с этой точки зрения понимание MCTS может быть более «полезным».
Связь между Minimax и MCTS менее прямая / очевидная, чем связь между Minimax и Alpha-Beta, но все же существует связь, по крайней мере, на концептуальном уровне. Я бы сказал, что иметь хорошее представление о Minimax сначала полезно до погружения в MCTS ; в частности, понимание Minimax и его недостатков / слабых мест может предоставить полезный контекст / помочь вам понять, почему MCTS стала «необходимой» / популярной.
В заключение, на мой взгляд:
Если вам нужно выбрать между минимаксной и альфа-бета-обрезкой, вы должны выбрать альфа-бета. Это более эффективно и быстро, потому что оно может обрезать существенную часть вашего дерева исследований. Но вам нужно упорядочить действия от лучших к худшим в зависимости от максимальной или минимальной точки зрения, чтобы алгоритм мог быстро понять, требуется ли исследование.