游戏编程中的人工智能技术-演化算法入门

buckland大神的每一章都很经典，少了任何一章都会感到不完整。今天先介绍第十章-演化算法。因为这是人工生命的基础。大名鼎鼎的tierra就是采用了演化算法。（什么是Tierra？看这里点击打开链接）

演化算法的思路就是让弱小的生命体“死亡”，再让强大的生命体代替“死亡”的生命体，从而保证种群的一直延续，并且，生命体基于求生的本能，避免被“死亡”，会衍生出各种叹为观止的新行为，称之为生物的多样性。因此，演化算法的思路可以概括为：如何筛选弱小的生命体进行“死亡”操作（Tierra里称之为“死神”、“收割机”），以及如何用强大的生命体进行替代。

若想让生命体“死亡”，除了创建一个std::vector作为种群外，还必须创建另一个向量std::multiset，称之为“池”。“池”中的生命体不是显示在游戏屏幕上的，而是在后台运作的一个“母体”，因为游戏画面上所有的生命体都是从“池”中孵化得来的，弱小的即将被杀死的生命体也会丢弃到这个池中等待“死神”“收割”。替代死亡生命体也是从“池”中选出的最强壮的生命体。因此，“池”必须具备两个特征：

（1）“池”中生命体的数量必定比游戏画面上“种群”中生命体的数量要大的多。

（2）“池”必须是有序向量，这样才能简便的分辩谁是弱小生命体，谁是强壮生命体。

ok，闲话不多说，直接进入代码。本节中只介绍关于演化的那一部分，其他部分，例如外星人部分，神经网络部分等不在介绍。

先看相关参数设定。

class CController
{
private://the player's gunCGun*            m_pGunTurret;//the pool of aliensmultiset<CAlien> m_setAliens; //设定“基因组池”，使用multiset容器，利用二叉树实现，详细内容参见教材P235页//the currently active aliensvector<CAlien>   m_vecActiveAliens;//这个是显示在游戏画面上的种群int              m_iAliensCreatedSoFar;int              m_iNumSpawnedFromTheMultiset;//vertex buffer for the starsvector<SPoint>   m_vecStarVB;//keeps track of the window sizeint              m_cxClient,m_cyClient;//lets the program run as fast as possiblebool             m_bFastRender;//custom pens used for drawing the game objectsHPEN             m_GreenPen;HPEN             m_RedPen;HPEN             m_GunPen;HPEN             m_BarPen;void    WorldTransform(vector<SPoint> &pad);CAlien  TournamentSelection();public:CController(int cxClient, int cyClient);~CController();//The workhorse of the program. Updates all the game objects and//spawns new aliens into the population.bool  Update();//演化计算在这里void  Render(HDC &surface);//resets all the controller variables and creates a new starting//population of aliens, ready for another runvoid  Reset();//-----------------------------accessor functionsbool FastRender(){return m_bFastRender;}
};

接下来介绍演化计算相关的Update程序。

//------------------------------- Update ---------------------------------
//
//  The workhorse of the program. Updates all the game objects and
//  spawns new aliens into the population.
//------------------------------------------------------------------------
bool CController::Update()
{//switch the autogun off if enough offspring have been//spawnedif (m_iNumSpawnedFromTheMultiset > CParams::iPreSpawns){m_pGunTurret->AutoGunOff();m_bFastRender = false;}//get update from player for the turret movement//and update any bullets that may have been firedm_pGunTurret->Update();//move the starsfor (int str=0; str<m_vecStarVB.size(); ++str){m_vecStarVB[str].y -= 0.2f;if (m_vecStarVB[str].y < 0){//create a new starm_vecStarVB[str].x = RandInt(0, CParams::WindowWidth);m_vecStarVB[str].y = CParams::WindowHeight;}}//update the aliensfor (int i=0; i<m_vecActiveAliens.size(); ++i){//if alien has 'died' replace with a new oneif (!m_vecActiveAliens[i].Update(m_pGunTurret->m_vecBullets,m_pGunTurret->m_vPos))//如果外星人“死”了{ //first we need to re-insert into the breeding population so//that its fitness score and genes are recorded.m_setAliens.insert(m_vecActiveAliens[i]);//将死去的外星人插入“池”中//if the required population size has been reached, delete the //worst performer from the multisetif (m_setAliens.size() >= CParams::iPopSize)//如果池中的数目满了，iPopSize是池中生命体最大数量{      m_setAliens.erase(--m_setAliens.end()); //将池中最后的，也就是适应度最差的外星人删去，即“收割”操作       }++m_iNumSpawnedFromTheMultiset;//if early in the run then we are still trying out new aliensif (m_iAliensCreatedSoFar <= CParams::iPopSize)//如果刚开始，池中的生命体还没满的话，就新建一个生命体，来替代死去的{m_vecActiveAliens[i] = CAlien();++m_iAliensCreatedSoFar;          }//otherwise select from the multiset and apply mutation，如果池中生命体满了的话，就从池中进行精英选择，来替代死去的else{         m_vecActiveAliens[i] = TournamentSelection();m_vecActiveAliens[i].Reset();if (RandFloat() < 0.8){m_vecActiveAliens[i].Mutate();}}}}//next alienreturn true;
}

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