转:极小极大搜索方法、负值最大算法和Alpha-Beta搜索方法

转自:极小极大搜索方法、负值最大算法和Alpha-Beta搜索方法

1. 极小极大搜索方法
    一般应用在博弈搜索中,比如:围棋,五子棋,象棋等。结果有三种可能:胜利、失败和平局。暴力搜索,如果想通过暴力搜索,把最终的结果得到的话,搜索树的深度太大了,机器不能满足,一般都是规定一个搜索的深度,在这个深度范围内进行深度优先搜索。

假设:A和B对弈,轮到A走棋了,那么我们会遍历A的每一个可能走棋方法,然后对于前面A的每一个走棋方法,遍历B的每一个走棋方法,然后接着遍历A的每
一个走棋方法,如此下去,直到得到确定的结果或者达到了搜索深度的限制。当达到了搜索深度限制,此时无法判断结局如何,一般都是根据当前局面的形式,给出
一个得分,计算得分的方法被称为评价函数,不同游戏的评价函数差别很大,需要很好的设计。
    在搜索树中,表示A走棋的节点即为极大节点,表示B走棋的节点为极小节点。

如下图:A为极大节点,B为极小节点。称A为极大节点,是因为A会选择局面评分最大的一个走棋方法,称B为极小节点,是因为B会选择局面评分最小的一个走
棋方法,这里的局面评分都是相对于A来说的。这样做就是假设A和B都会选择在有限的搜索深度内,得到的最好的走棋方法。
   
                          图-极大节点(A)与极小节点(B)                                                         图-极大极小搜索


    伪代码如下(来自维基百科):

function minimax(node, depth) // 指定当前节点和搜索深度
   // 如果能得到确定的结果或者深度为零,使用评估函数返回局面得分
   if node is a terminal node or depth = 0
       return the heuristic value of node
   // 如果轮到对手走棋,是极小节点,选择一个得分最小的走法
   if the adversary is to play at node
       let α := +∞
       foreach child of node
           α := min(α, minimax(child, depth-1))
   // 如果轮到我们走棋,是极大节点,选择一个得分最大的走法
   else {we are to play at node}
       let α := -∞
       foreach child of node
           α := max(α, minimax(child, depth-1))
   return α;

更加具体一些的算法:

int MinMax(int depth) { // 函数的评估都是以白方的角度来评估的

 if (SideToMove() == WHITE) { // 白方是“最大”者 
  return Max(depth); 
 } else {           // 黑方是“最小”者 
  return Min(depth); 
 } 
}   
int Max(int depth) { 
 int best = -INFINITY; 
 if (depth <= 0) { 
  return Evaluate(); 
 } 
 GenerateLegalMoves(); 
 while (MovesLeft()) { 
  MakeNextMove(); 
  val = Min(depth - 1); 
  UnmakeMove(); 
  if (val > best) { 
   best = val; 
  } 
 } 
 return best; 
}   
int Min(int depth) { 
 int best = INFINITY; // 注意这里不同于“最大”算法 
 if (depth <= 0) { 
  return Evaluate(); 
 } 
 GenerateLegalMoves(); 
 while (MovesLeft()) { 
  MakeNextMove(); 
  val = Max(depth - 1); 
  UnmakeMove(); 
  if (val < best) {  // 注意这里不同于“最大”算法 
   best = val; 
  } 
 } 
 return best; 
}

上面这段代码与前面的伪代码的思路都是一样的,只不过把最大算法和最小算法分为了两个函数。

2. 负值最大算法
    前面的两段代码都是分别用两部分代码处理了极大节点和极小节点两种情况,其实,可以只用一部分代码,既处理极大节点也处理极小节点。
    不同的是,前面的评估函数是针对白方即,指定的一方来给出分数的,这里的评估函数是根据当前搜索节点来给出分数的。每个人都会选取最大的分数,然后,返回到上一层节点时,会给出分数的相反数。

int NegaMax(int depth) { 
 int best = -INFINITY; 
 if (depth <= 0) { 
  return Evaluate(); 
 } 
 GenerateLegalMoves(); 
 while (MovesLeft()) { 
  MakeNextMove(); 
  val = -NegaMax(depth - 1); // 注意这里有个负号
  UnmakeMove(); 
  if (val > best) { // 都是选择最大的分数,因为评估分数的对象变化了
   best = val; 
  } 
 } 
 return best; 
}

这个负值最大算法,主要是代码量上的减少,时间与空间上的效率没有什么提升。

3. Alpha-Beta搜索方法

举例来说,考虑下面的例子:
    
                                           图-alpha-beta搜索

极小极大搜索是一个深度搜索,当搜索到第二层的第二个绿色的节点时,已知其第一个子节点返回值为2,因为这是一个极小节点,那么这个节点得到的值肯定是小
于2的,而第二层的第一个绿色节点的值为7,因此这个节点后面即使都搜索了,也不会超过2,更不会超过7,因此这个节点后面的节点可以忽略,即图中第三册
没有数字的节点。这属于Alpha剪枝,可能是剪掉的节点是极大节点的原因吧。相应的也有Beta剪枝,图中忽略了。
    下面的维基百科伪代码,其中两个值,α表示搜索到的最好的值,β表示搜索到的最坏的值。

function alphabeta(node, depth, α, β, Player)         
    if  depth = 0 or node is a terminal node
        return the heuristic value of node
    if  Player = MaxPlayer // 极大节点
        for each child of node // 极小节点
            α := max(α, alphabeta(child, depth-1, α, β, not(Player) ))   
            if β ≤ α // 该极大节点的值>=α>=β,该极大节点后面的搜索到的值肯定会大于β,因此不会被其上层的极小节点所选用了。对于根节点,β为正无穷

break                             (* Beta cut-off *)
        return α
    else // 极小节点
        for each child of node // 极大节点
            β := min(β, alphabeta(child, depth-1, α, β, not(Player) )) // 极小节点

if β ≤ α // 该极大节点的值<=β<=α,该极小节点后面的搜索到的值肯定会小于α,因此不会被其上层的极大节点所选用了。对于根节点,α为负无穷
                break                             (* Alpha cut-off *)
        return β 
(* Initial call *)
alphabeta(origin, depth, -infinity, +infinity, MaxPlayer)

4. 参考资料

维基百科-极小化极大算法
    最小-最大搜索    http://www.xqbase.com/computer/search_minimax.htm
    Alpha-Beta搜索    http://www.xqbase.com/computer/search_alphabeta.htm

时间: 2024-08-09 01:59:27

转:极小极大搜索方法、负值最大算法和Alpha-Beta搜索方法的相关文章

游戏中DDA算法和Bresenham算法的应用

在角色扮演或即时战略游戏中,经常会将角色以最佳的方式走到指定地点.游戏场景的地面情况复杂,而且场面大,若采用盲目式搜索,例如盲目穷举法,则几乎要遍历整个场景,效率非常低,造成角色反应速度过慢,实践证明是一种不适合网络游戏寻路方法.而启发式搜索算法在障碍较少的情况下也显得效率过低. DDA算法和Bresenham算法是游戏寻路中绘制直线的两种常用算法. 在列举这两算法之前,我先定义坐标的结构体代码: struct PixelNode { uint16_t x; uint16_t y; }; 数值微

使用Apriori算法和FP-growth算法进行关联分析(Python版)

===================================================================== <机器学习实战>系列博客是博主阅读<机器学习实战>这本书的笔记也包含一些其他python实现的机器学习算法 算法实现均采用python github 源码同步:https://github.com/Thinkgamer/Machine-Learning-With-Python ==================================

链接挖掘算法之PageRank算法和HITS算法

参考资料:http://blog.csdn.net/hguisu/article/details/7996185 更多数据挖掘算法:https://github.com/linyiqun/DataMiningAlgorithm 链接分析 在链接分析中有2个经典的算法,1个是PageRank算法,还有1个是HITS算法,说白了,都是做链接分析的.具体是怎么做呢,继续往下看. PageRank算法 要说到PageRank算法的作用,得先从搜索引擎开始讲起,PageRank算法的由来正式与此相关. 搜

使用Apriori算法和FP-growth算法进行关联分析

系列文章:<机器学习>学习笔记 最近看了<机器学习实战>中的第11章(使用Apriori算法进行关联分析)和第12章(使用FP-growth算法来高效发现频繁项集).正如章节标题所示,这两章讲了无监督机器学习方法中的关联分析问题.关联分析可以用于回答"哪些商品经常被同时购买?"之类的问题.书中举了一些关联分析的例子: 通过查看哪些商品经常在一起购买,可以帮助商店了解用户的购买行为.这种从数据海洋中抽取的知识可以用于商品定价.市场促销.存活管理等环节. 在美国国会

MP算法和OMP算法及其思想

主要介绍MP(Matching Pursuits)算法和OMP(Orthogonal Matching Pursuit)算法[1],这两个算法尽管在90年代初就提出来了,但作为经典的算法,国内文献(可能有我没有搜索到)都仅描写叙述了算法步骤和简单的应用,并未对其进行详尽的分析,国外的文献还是分析的非常透彻,所以我结合自己的理解,来分析一下写到博客里,算作笔记. 1. 信号的稀疏表示(sparse representation of signals) 给定一个过完备字典矩阵,当中它的每列表示一种原

最小生成树 Prim(普里姆)算法和Kruskal(克鲁斯特尔)算法

Prim算法 1.概览 普里姆算法(Prim算法),图论中的一种算法,可在加权连通图里搜索最小生成树.意即由此算法搜索到的边子集所构成的树中,不但包括了连通图里的所有顶点(英语:Vertex (graph theory)),且其所有边的权值之和亦为最小.该算法于1930年由捷克数学家沃伊捷赫·亚尔尼克(英语:Vojtěch Jarník)发现:并在1957年由美国计算机科学家罗伯特·普里姆(英语:Robert C. Prim)独立发现:1959年,艾兹格·迪科斯彻再次发现了该算法.因此,在某些场

最短路径Dijkstra算法和Floyd算法整理、

转载自:http://www.cnblogs.com/biyeymyhjob/archive/2012/07/31/2615833.html 最短路径—Dijkstra算法和Floyd算法 Dijkstra算法 1.定义概览 Dijkstra(迪杰斯特拉)算法是典型的单源最短路径算法,用于计算一个节点到其他所有节点的最短路径.主要特点是以起始点为中心向外层层扩展,直到扩展到终点为止.Dijkstra算法是很有代表性的最短路径算法,在很多专业课程中都作为基本内容有详细的介绍,如数据结构,图论,运筹

最小生成树之 prim算法和kruskal算法(以 hdu 1863为例)

最小生成树的性质 MST性质:设G = (V,E)是连通带权图,U是V的真子集.如果(u,v)∈E,且u∈U,v∈V-U,且在所有这样的边中, (u,v)的权c[u][v]最小,那么一定存在G的一棵最小生成树,(u,v)为其中一条边. 构造最小生成树,要解决以下两个问题: (1).尽可能选取权值小的边,但不能构成回路(也就是环). (2).选取n-1条恰当的边以连接网的n个顶点. Prim算法的思想: 设G = (V,E)是连通带权图,V = {1,2,-,n}.先任选一点(一般选第一个点),首

最小生成树-Prim算法和Kruskal算法

原文链接:http://www.cnblogs.com/biyeymyhjob/archive/2012/07/30/2615542.html Prim算法 1.概览 普里姆算法(Prim算法),图论中的一种算法,可在加权连通图里搜索最小生成树.意即由此算法搜索到的边子集所构成的树中,不但包括了连通图里的所有顶点(英语:Vertex (graph theory)),且其所有边的权值之和亦为最小.该算法于1930年由捷克数学家沃伊捷赫·亚尔尼克(英语:Vojtěch Jarník)发现:并在195