AI五子棋——超强改进版本

AI五子棋的改进版本来啦~~
我们发现，原版的AI五子棋如果调成4的话，非常之慢！！下面给出原版的链接

AI五子棋（原版本）

因此我对其进行了改进，由于正常人下五子棋不会东下一颗棋，西下一颗棋。
因此我们可以大幅度缩小搜索的范围，只要搜索已经下了的棋子的周围就可以了（2×2或3×3）。
下面的程序会是2×2的4，尽管还是有点慢，但相比原程序快很多。

另外，关于人机强度、人机耗时的修改，我放在原版的链接里了

我们可以做一个对比：让这两个程序同时运行4，会发现：改进后的程序用了1:17下了一步，但是原版的用了3:04（4GB内存，i3cpu情况下）

#include<iostream>
#include<vector>
#include<array>
#include<fstream>
#include<algorithm>
#include <bits/stdc++.h>
#include <windows.h>
using namespace std;
int minx=14,miny=14,maxx=0,maxy=0;
void color(int x) {switch(x) {case  1:SetConsoleTextAttribute(GetStdHandle(STD_OUTPUT_HANDLE), FOREGROUND_INTENSITY |FOREGROUND_RED  );break;case  2:SetConsoleTextAttribute(GetStdHandle(STD_OUTPUT_HANDLE), FOREGROUND_INTENSITY |FOREGROUND_BLUE );break;case  3:SetConsoleTextAttribute(GetStdHandle(STD_OUTPUT_HANDLE), FOREGROUND_INTENSITY |FOREGROUND_GREEN);break;case  4:SetConsoleTextAttribute(GetStdHandle(STD_OUTPUT_HANDLE), FOREGROUND_INTENSITY |FOREGROUND_RED  |FOREGROUND_BLUE );break;case  5:SetConsoleTextAttribute(GetStdHandle(STD_OUTPUT_HANDLE), FOREGROUND_INTENSITY |FOREGROUND_RED  |FOREGROUND_GREEN);break;case  6:SetConsoleTextAttribute(GetStdHandle(STD_OUTPUT_HANDLE), FOREGROUND_INTENSITY |FOREGROUND_BLUE |FOREGROUND_GREEN);break;case  7:SetConsoleTextAttribute(GetStdHandle(STD_OUTPUT_HANDLE), FOREGROUND_INTENSITY |FOREGROUND_GREEN|FOREGROUND_BLUE |FOREGROUND_RED);break;default:SetConsoleTextAttribute(GetStdHandle(STD_OUTPUT_HANDLE), FOREGROUND_INTENSITY |FOREGROUND_GREEN|FOREGROUND_BLUE |FOREGROUND_RED);break;}
}
class GameTree {public:class Node {public:enum State :uint8_t/*节省内存*/ { SPACE, BLACK, WHITE };private:friend class GameTree;static const uint8_t BOARDSIZE = 15;int value;//叶节点表示估价函数的结果，MAX节点表示α值，MIN节点表示β值int evaluateValue;//估价函数计算的结果，用于优化unsigned short depth;//深度uint8_t lastX, lastY;//上一次落子的xy坐标Node* father;//父亲节点std::vector<Node*> children;//子节点State **board;//棋盘int Evaluate()const { //估价函数static const auto EvaluateSome = [](State **board, uint8_t beginX, uint8_t endX, uint8_t beginY, uint8_t endY) {static const auto EvaluateList = [](const std::array<State, 5>& v) { //假定自己是白方//判断颜色并记录棋子个数State lastColor = SPACE;uint8_t bitList = 0;//将棋链以二进制形式表示，如01101for (State i : v) {if (i != lastColor) {if (lastColor == SPACE)//遇到的第一个棋子lastColor = i;else//有不同颜色的棋子return 0;}if (i != SPACE)bitList = bitList * 2 + 1;}int result = 0;switch (bitList) {case 0://00000result = 0;break;case 1://00001case 2://00010case 4://00100case 8://01000case 16://10000result = 5;break;case 3://00011case 24://11000result = 80;break;case 6://00110case 12://01100result = 100;break;case 10://01010result = 80;break;case 5://00101case 20://10100result = 60;break;case 9://01001case 18://10010result = 20;break;case 17://10001result = 10;break;case 7://00111case 28://11100result = 800;break;case 14://01110result = 1000;break;case 13://01101case 26://11010case 11://01011case 22://10110result = 800;break;case 19://10011case 21://10101case 25://11001result = 600;break;case 15://01111case 30://11110result = 10000;break;case 29://11101case 23://10111result = 8000;break;case 27://11011result = 6000;break;case 31://11111return lastColor == WHITE ? INT_MAX : INT_MIN;}return lastColor == WHITE ? result : -result;//对手返回负值，我方返回正值};int result = 0;for (uint8_t i = beginX; i < endX; i++) { //分别从四个方向判断for (uint8_t j = beginY; j < endY; j++) {if (j + 4 < endY) {std::array<State, 5>v;for (uint8_t k = 0; k < 5; k++)v[k] = board[i][j + k];const int t = EvaluateList(v);if (t == INT_MAX || t == INT_MIN)//决出胜负直接返回return t;result += t;}if (i + 4 < endX) {std::array<State, 5>v;for (uint8_t k = 0; k < 5; k++)v[k] = board[i + k][j];const int t = EvaluateList(v);if (t == INT_MAX || t == INT_MIN)//决出胜负直接返回return t;result += t;}if (i + 4 < endX && j + 4 < endY) {std::array<State, 5>v;for (uint8_t k = 0; k < 5; k++)v[k] = board[i + k][j + k];const int t = EvaluateList(v);if (t == INT_MAX || t == INT_MIN)//决出胜负直接返回return t;result += t;}if (i + 4 < endX && j >= 4) {std::array<State, 5>v;for (uint8_t k = 0; k < 5; k++)v[k] = board[i + k][j - k];const int t = EvaluateList(v);if (t == INT_MAX || t == INT_MIN)//决出胜负直接返回return t;result += t;}}}return result;};uint8_t beginX, endX, beginY, endY;if (lastX <= 5)beginX = 0;elsebeginX = lastX - 5;endX = lastX + 5;if (endX > BOARDSIZE)endX = BOARDSIZE;if (lastY <= 5)beginY = 0;elsebeginY = lastY - 5;endY = lastY + 5;if (endY > BOARDSIZE)endY = BOARDSIZE;const int t = EvaluateSome(board, beginX, endX, beginY, endY);if (t == INT_MAX || t == INT_MIN)//决出胜负直接返回return t;return  t - EvaluateSome(father->board, beginX, endX, beginY, endY) + father->evaluateValue;}public://非根节点的构造函数Node(Node* nf, uint8_t x, uint8_t y) :father(nf), lastX(x), lastY(y), depth(nf->depth + 1), value(0), board(new State* [BOARDSIZE]) {father->children.push_back(this);for (int i = 0; i < BOARDSIZE; ++i) {board[i] = new State[BOARDSIZE];memcpy(board[i], father->board[i], BOARDSIZE * sizeof(State));}board[lastX][lastY] = IsMaxNode() ? BLACK : WHITE;evaluateValue = Evaluate();for (int i = 0; i < BOARDSIZE; ++i) {delete[] board[i];}delete[] board;board = nullptr;}//根节点的构造函数Node(int _depth, uint8_t x, uint8_t y) :father(nullptr), depth(_depth), lastX(x), lastY(y), value(0),evaluateValue(0),board(new State*[BOARDSIZE]) {for (int i = 0; i < BOARDSIZE; ++i) {board[i] = new State[BOARDSIZE];memset(board[i], 0, BOARDSIZE * sizeof(State));}board[x][y] = IsMaxNode() ? BLACK : WHITE;}inline int GetEvaluateValue()const {return evaluateValue;}inline bool IsMaxNode()const { //默认计算机后手return depth & 1u;//相当于depth%2}void Search(unsigned short _depth) {if (_depth == 0 || this->evaluateValue == INT_MAX || this->evaluateValue == INT_MIN) {this->value = this->evaluateValue;return;}bool created = false;//记录是否new出新的Node，如果没有就不用排序了。if (!board) { //不是根节点board = new State * [BOARDSIZE];for (int i = 0; i < BOARDSIZE; ++i) {board[i] = new State[BOARDSIZE];memcpy(board[i], father->board[i], BOARDSIZE * sizeof(State));}board[lastX][lastY] = IsMaxNode() ? BLACK : WHITE;}for (int i = max(minx-2,0); i < min(maxx+2,14); i++) {for (int j = max(miny-2,0); j < min(maxy+2,14); j++) {if (!board[i][j]) {bool flag = false;if (_depth >= 2) { //若剩余深度小于2，则下一层肯定没有搜索过for (Node* child : this->children) {if (child->lastX == i && child->lastY == j) { //已经被搜索过flag = true;break;}}}if (!flag) {new Node(this, i, j);minx=min(minx,i);maxx=max(maxx,i);miny=min(miny,j);maxy=max(maxy,j);created = true;}}}}if (IsMaxNode()) {this->value = INT_MIN;if (created) {std::sort(this->children.begin(), this->children.end(), [](Node* a, Node* b) {return a->GetEvaluateValue() > b->GetEvaluateValue();});//按照估价从大到小排序，增加剪枝的概率}} else {this->value = INT_MAX;if (created) {std::sort(this->children.begin(), this->children.end(), [](Node* a, Node* b) {return a->GetEvaluateValue() < b->GetEvaluateValue();});//按照估价从小到大排序，增加剪枝的概率}}auto ReleaseMemory = [this] {if (father) { //不是根节点for (int i = 0; i < BOARDSIZE; ++i) {delete[] board[i];}delete[] board;board = nullptr;}};for (Node* child : this->children) {child->Search(_depth - 1);//α - β 剪枝if (IsMaxNode()) {if (child->value > this->value) {this->value = child->value;if (this->father && this->value >= this->father->value && this != this->father->children.front()) {ReleaseMemory();return;//剪枝}}} else { //MIN节点if (child->value < this->value) {this->value = child->value;if (this->father && this->value <= this->father->value && this != this->father->children.front()) {ReleaseMemory();return;//剪枝}}}}ReleaseMemory();}void DeleteAllButThis() {if (!father->board)//父节点不是根节点throw std::invalid_argument("this->father必须是根节点！");for (Node* n : father->children) {if (n != this)delete n;}board = new State * [BOARDSIZE];for (int i = 0; i < BOARDSIZE; ++i) {board[i] = new State[BOARDSIZE];memcpy(board[i], father->board[i], BOARDSIZE * sizeof(State));delete[] father->board[i];}delete[] father->board;board[lastX][lastY] = IsMaxNode() ? BLACK : WHITE;free(father);//避免调用析构函数father = nullptr;}inline bool IsFull()const {return depth == BOARDSIZE * BOARDSIZE;}inline State GetWinner()const {if (this->value == INT_MAX) {return Node::WHITE;} else if (this->value == INT_MIN) {return Node::BLACK;}return Node::SPACE;}~Node() {if (board) {for (int i = 0; i < BOARDSIZE; ++i) {delete[] board[i];}delete[] board;}for (Node* n : children) {delete n;}}};private:Node* root;const unsigned short maxDepth;public:GameTree(unsigned short _maxDepth) : root(nullptr), maxDepth(_maxDepth) {if (_maxDepth < 2)throw std::invalid_argument("最大层数必须大于等于2！");}std::pair<uint8_t, uint8_t>AIGetNextPos(uint8_t x, uint8_t y) {if (root) {for (Node* node : root->children) { //进入用户选择的分支if (node->lastX == x && node->lastY == y) {node->DeleteAllButThis();root = node;break;}}} else { //第一次开局root = new Node(1, x, y);}root->Search(maxDepth);if (root->IsFull())return std::make_pair(19, 19);for (Node* node : root->children) { //选择分值最大的if (node->value == root->value) {node->DeleteAllButThis();root = node;break;}}return std::make_pair(root->lastX, root->lastY);}Node::State GetWinner()const {return root->GetWinner();}void Run() {while (1) {int x, y;do {color(7);std::cout << "输入x,y坐标";color(3);std::cin >> y >> x;y-=1;x-=1;} while (x < 0 || y < 0 || x >= 15 || y >= 15 || (root && root->board[x][y] != Node::SPACE));minx=min(minx,y);maxx=max(maxx,y);miny=min(miny,x);maxy=max(maxy,x);if (root) {for (Node* node : root->children) { //进入用户选择的分支if (node->lastX == x && node->lastY == y) {node->DeleteAllButThis();root = node;break;}}} else { //第一次开局root = new Node(1, x, y);}system("cls");for (int i = 0; i <= 15; i++) {for (int j = 0; j <= 15; j++) {color(6);if (i==0 && j<10)cout <<" " <<j <<" ";else if (i==0 && j>=10)cout <<j <<" ";else if (j==0 && i<10)cout <<" " <<i <<" ";else if (j==0 && i>=10)cout <<i <<" ";else if (root->board[i-1][j-1] == Node::SPACE) {color(5);std::cout << "十 ";} else if (root->board[i-1][j-1] == Node::BLACK) {color(2);std::cout << "○ ";} else {color(7);std::cout << "○ ";}}std::cout << '\n';}root->Search(maxDepth);if (root->value == INT_MAX) {std::cout << "电脑胜利！";break;} else if (root->value == INT_MIN) {std::cout << "玩家胜利！";break;} else if (root->IsFull()) { //不能用root->value==0判断平局，因为平局一定为0，但为0不一定平局std::cout << "平局！";break;}for (Node* node : root->children) { //选择分值最大的if (node->value == root->value) {node->DeleteAllButThis();root = node;break;}}system("cls");for (int i = 0; i <= 15; i++) {for (int j = 0; j <= 15; j++) {color(6);if (i==0 && j<10)cout <<" " <<j <<" ";else if (i==0 && j>=10)cout <<j <<" ";else if (j==0 && i<10)cout <<" " <<i <<" ";else if (j==0 && i>=10)cout <<i <<" ";else if (root->board[i-1][j-1] == Node::SPACE) {color(5);std::cout << "十 ";} else if (root->board[i-1][j-1] == Node::BLACK) {color(2);std::cout << "○ ";} else {color(7);std::cout << "○ ";}}std::cout << '\n';}if (root->value == INT_MAX) {std::cout << "电脑胜利！";break;} else if (root->value == INT_MIN) {std::cout << "玩家胜利！";break;} else if (root->IsFull()) { //不能用root->value==0判断平局，因为平局一定为0，但为0不一定平局std::cout << "平局！";break;}}}~GameTree() {delete root;}
};
int main() {cout <<"\n\n\n\n\n\n                           ";color(6);Sleep(1000);cout <<"游";Sleep(1000);cout <<"戏";Sleep(1000);cout <<"开";Sleep(1000);cout <<"始";Sleep(1000);cout <<"!";Sleep(2000);system("cls");for (int i = 0; i <= 15; i++) {for (int j = 0; j <= 15; j++) {color(6);if (i==0 && j<10)cout <<" " <<j <<" ";else if (i==0 && j>=10)cout <<j <<" ";else if (j==0 && i<10)cout <<" " <<i <<" ";else if (j==0 && i>=10)cout <<i <<" ";else {color(5);std::cout << "十 ";}}std::cout << '\n';}GameTree(4).Run();	//较为智能的模式，可改为3、2（不智能模式），以及5（超级智能模式，但是特别慢） return 0; 
}

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