神经网络井字棋AI对战版的开发与测试

本文主要介绍基于“确定性神经网络”开发AI对战版井字棋（三连子）的过程，并用开发出的软件进行对战来生成对弈数据，这些数据可用于训练确定性神经网络模型。另外，通过测试发现了一些井字棋的特性和对弈数据的情形。

1. AI对战版井字棋

这是基于MFC对话框开发的神经网络连子棋的一个特定版本，即获胜连子数为3的版本——三连子，而且，是AI与AI对战的版本，不需要人工参与即可进行对弈。

（1）创建项目

运行Visual Studio 2015，选择菜单“文件-->新建-->项目”，在对话框的左侧选择“已安装-->模板-->Visual C++-->MFC”，在右侧选择“MFC应用程序”，并选定项目保存的位置和项目名称（此处项目名为test，保存在桌面），如下图所示：

点击“确定”按钮，在弹出的对话框的左侧选择“应用程序类型”，右侧选择“基于对话框”，并取消“安全开发生命周期(SDL)检查”的选择，详细如下图所示：

点击“完成”按钮，至此完成了项目的创建，显示如下：

（2）界面（GUI）设计

删除中间对话框上已有的“TODO：在此防止对话框控件”控件；从上图右侧“工具箱”中将“Picture Control” 拖拽到中间的对话框上，调整大小，右击该控件，在右键菜单中选择“属性”，在弹出的属性框中找到ID，并将其修改为IDC_BOARD，并调整按钮的大小和位置，如下图：

（3）导入SDK

打开源代码所在的目录，将SDK文件（AIWZQDll.dll、AIWZQDll.lib、Inter.h）拷贝到该目录，如下图：

然后，在解决方案资源管理器中右击test项目，在右键菜单中选择“添加-->现有项” ，在弹出的对话框内选中Inter.h并点击“添加”按钮即可。

（4）初始化神经网络

在解决方案资源管理器中双击testDlg.cpp文件，在显示的代码头部添加以下代码来引入SDK：

#include "Inter.h"
#pragma comment(lib, "AIWZQDll.lib")

显示如下：

在该文件中找到CtestDlg::OnInitDialog()函数，并添加Login()函数和InitFromModelFile()函数的调用来初始化网络模型：

 Login("user", "password");if (!InitFromModelFile("model.mod"))    //使用模型文件初始化InitWithoutModelFile(3, 3, 3);

结果显示如下：

其中的user和password是调用确定性神经网络所使用的用户名和密码，可以在官网www.gnxxkj.com下载客户端软件进行用户注册，并将注册的用户名和密码填至此处。如果没有神经网络模型，则调用InitWithoutModel()函数来通过“棋盘大小”、“几连子获胜”这样的参数进行初始化（初始化为空的网络），此处代码表示初始化为3x3棋盘上的三连子（井字棋）。

（5）实现“确定”

打开testDlg.h文件，添加如下代码来定义棋盘变量：

CStatic m_objBoard;

在testDlg.cpp文件中找到CtestDlg::DoDataExchange(CDataExchange* pDX)并添加如下代码来将变量m_objBoard的值绑定到ID为IDC_BOARD的控件上显示：

DDX_Control(pDX, IDC_BOARD, m_objBoard);

在前面的界面上找到“确定”按钮，双击该按钮，会自动添加该按钮的单击事件，即CtestDlg::OnBnClickedOk()函数，注释掉该函数内原有的代码，并添加以下代码来初始化游戏数据：

 StartNewGame();DrawBoard(&m_objBoard);SetTimer(1, 10, NULL);

此处代码在初始化游戏数据之后会启动一个定时器，该定时器每10毫秒触发一次，用于AI落子，以此来实现AI对战（无需人工参与的对弈）。

为了配合定时器，需要添加定时器函数，用于实现触发定时器时的操作。首先在testDlg.h文件中添加如下的函数声明：

afx_msg void OnTimer(UINT_PTR nIDEvent);

结果如下图所示：

然后在testDlg.cpp文件中添加该函数的实现：

void CtestDlg::OnTimer(UINT_PTR nIDEvent)
{char strFileName[256] = { 0 };static int nFileIndex = 1;switch (nIDEvent){case 1:if (!SetPieceByAIAndShow(&m_objBoard)){AfxMessageBox(_T("积分不足或网络问题，请确保网络畅通且积分充足（若是积分不足，充值后可继续本次对局）"));return;}if (IsGameOver()){KillTimer(1);if (GetWinner()){sprintf(strFileName, "%d.txt", nFileIndex++);SaveSteps(strFileName);}OnBnClickedOk();}break;case 2:break;}CDialogEx::OnTimer(nIDEvent);
}

该代码表示，当触发1号定时器时，调用SetPieceByAIAndShow()函数进行AI预测和落子，并将结果显示在棋盘上；落子后判断是否游戏结束，若游戏结束了，则停止定时器并保存有效的对弈数据（平局时数据无效，不保存）。

此处要注意的是之后的OnBnClickedOk()函数的调用：若此处不调用该函数，则每次点击“确定”按钮时会进行一局对弈，对弈结束后就会停下，用户可以查看对弈结果；而调用该函数之后，点击“确定”按钮后会持续进行对弈，一局结束会立刻开始新一局，永不停息，用户也无法在界面上查看一局的对弈结果，只能通过保存的数据进行复盘和查看。

结果如下图所示：

最后，在BEGIN_MESSAGE_MAP(CtestDlg, CDialogEx)部分添加如下代码来将定时器消息绑定到定时器函数上：

ON_WM_TIMER()

结果如下图所示：

2. 测试

（1）3x3棋盘

运行程序（点击“确定”按钮只对战一局的版本），点击“确定”按钮，结果如下图所示：

运行连续开始新局对弈的AI对战版本，很快我们就生成了数千个数据文件，即进行了数千局的对弈，但是，经过筛选，过滤掉相同的对弈数据之后，仅剩余了13个数据文件，如下图所示：

这表明，对于3x3棋盘上的井字棋而言，13局对弈后神经网络就趋于稳定了，而且先落子者几乎不会输（可能赢，也可能平局）。

（2）15x15棋盘

将棋盘大小初始化为15x15，并进行测试，首局的结果如下所示：

但是，进行几局之后会发现，棋局固定在了一种情形，如下所示：

每次点击“确定”按钮得到的都是这个棋局，这说明，神经网络模型已经形成了定式，和前面的3x3的棋盘上的结果一致，区别仅是定式棋局和到达定式的时间。

（3）对弈分析

若想获得更多有效数据，可以在对战中只设定一方由神经网络进行预测和落子，另一方则自己编写代码进行落子（例如随机落子），有兴趣的可以自行尝试，或可得出不一样的结果。

总的来说，不管过程如何，最终学到的确定性神经网络模型会很快达到稳定，之后几乎不再增长；而且，通过测试分析，我们也不难发现，在井字棋中，先手的优势非常明显。

3. 完整代码

（1）文中所提的SDK（及案例的完整代码）可在如下地址下载

官网下载：www.gnxxkj.com

github下载：https://github.com/wangdechang119

gitlab下载：https://gitlab.com/wangdechang119

gitee下载：https://gitee.com/wangdechang119

（2）本例代码


// testDlg.h : 头文件
//#pragma once// CtestDlg 对话框
class CtestDlg : public CDialogEx
{
// 构造
public:CtestDlg(CWnd* pParent = NULL); // 标准构造函数// 对话框数据
#ifdef AFX_DESIGN_TIMEenum { IDD = IDD_TEST_DIALOG };
#endifprotected:virtual void DoDataExchange(CDataExchange* pDX);    // DDX/DDV 支持// 实现
protected:HICON m_hIcon;// 生成的消息映射函数virtual BOOL OnInitDialog();afx_msg void OnSysCommand(UINT nID, LPARAM lParam);afx_msg void OnPaint();afx_msg HCURSOR OnQueryDragIcon();afx_msg void OnBnClickedOk();afx_msg void OnTimer(UINT_PTR nIDEvent);DECLARE_MESSAGE_MAP()public:CStatic m_objBoard;
};


// testDlg.cpp : 实现文件
//#include "stdafx.h"
#include "test.h"
#include "testDlg.h"
#include "afxdialogex.h"#include "Inter.h"
#pragma comment(lib, "AIWZQDll.lib")#ifdef _DEBUG
#define new DEBUG_NEW
#endif// 用于应用程序“关于”菜单项的 CAboutDlg 对话框class CAboutDlg : public CDialogEx
{
public:CAboutDlg();// 对话框数据
#ifdef AFX_DESIGN_TIMEenum { IDD = IDD_ABOUTBOX };
#endifprotected:virtual void DoDataExchange(CDataExchange* pDX);    // DDX/DDV 支持// 实现
protected:DECLARE_MESSAGE_MAP()
};CAboutDlg::CAboutDlg() : CDialogEx(IDD_ABOUTBOX)
{
}void CAboutDlg::DoDataExchange(CDataExchange* pDX)
{CDialogEx::DoDataExchange(pDX);
}BEGIN_MESSAGE_MAP(CAboutDlg, CDialogEx)
END_MESSAGE_MAP()// CtestDlg 对话框CtestDlg::CtestDlg(CWnd* pParent /*=NULL*/): CDialogEx(IDD_TEST_DIALOG, pParent)
{m_hIcon = AfxGetApp()->LoadIcon(IDR_MAINFRAME);
}void CtestDlg::DoDataExchange(CDataExchange* pDX)
{CDialogEx::DoDataExchange(pDX);DDX_Control(pDX, IDC_BOARD, m_objBoard);
}BEGIN_MESSAGE_MAP(CtestDlg, CDialogEx)ON_WM_SYSCOMMAND()ON_WM_PAINT()ON_WM_QUERYDRAGICON()ON_BN_CLICKED(IDOK, &CtestDlg::OnBnClickedOk)ON_WM_TIMER()
END_MESSAGE_MAP()// CtestDlg 消息处理程序BOOL CtestDlg::OnInitDialog()
{CDialogEx::OnInitDialog();// 将“关于...”菜单项添加到系统菜单中。// IDM_ABOUTBOX 必须在系统命令范围内。ASSERT((IDM_ABOUTBOX & 0xFFF0) == IDM_ABOUTBOX);ASSERT(IDM_ABOUTBOX < 0xF000);CMenu* pSysMenu = GetSystemMenu(FALSE);if (pSysMenu != NULL){BOOL bNameValid;CString strAboutMenu;bNameValid = strAboutMenu.LoadString(IDS_ABOUTBOX);ASSERT(bNameValid);if (!strAboutMenu.IsEmpty()){pSysMenu->AppendMenu(MF_SEPARATOR);pSysMenu->AppendMenu(MF_STRING, IDM_ABOUTBOX, strAboutMenu);}}// 设置此对话框的图标。  当应用程序主窗口不是对话框时，框架将自动//  执行此操作SetIcon(m_hIcon, TRUE);           // 设置大图标SetIcon(m_hIcon, FALSE);        // 设置小图标// TODO: 在此添加额外的初始化代码Login("user", "password");if (!InitFromModelFile("model.mod"))   //使用模型文件初始化InitWithoutModelFile(15,15, 3);return TRUE;  // 除非将焦点设置到控件，否则返回 TRUE
}void CtestDlg::OnSysCommand(UINT nID, LPARAM lParam)
{if ((nID & 0xFFF0) == IDM_ABOUTBOX){CAboutDlg dlgAbout;dlgAbout.DoModal();}else{CDialogEx::OnSysCommand(nID, lParam);}
}// 如果向对话框添加最小化按钮，则需要下面的代码
//  来绘制该图标。  对于使用文档/视图模型的 MFC 应用程序，
//  这将由框架自动完成。void CtestDlg::OnPaint()
{if (IsIconic()){CPaintDC dc(this); // 用于绘制的设备上下文SendMessage(WM_ICONERASEBKGND, reinterpret_cast<WPARAM>(dc.GetSafeHdc()), 0);// 使图标在工作区矩形中居中int cxIcon = GetSystemMetrics(SM_CXICON);int cyIcon = GetSystemMetrics(SM_CYICON);CRect rect;GetClientRect(&rect);int x = (rect.Width() - cxIcon + 1) / 2;int y = (rect.Height() - cyIcon + 1) / 2;// 绘制图标dc.DrawIcon(x, y, m_hIcon);}else{CDialogEx::OnPaint();}
}//当用户拖动最小化窗口时系统调用此函数取得光标
//显示。
HCURSOR CtestDlg::OnQueryDragIcon()
{return static_cast<HCURSOR>(m_hIcon);
}void CtestDlg::OnBnClickedOk()
{//CDialogEx::OnOK();StartNewGame();DrawBoard(&m_objBoard);SetTimer(1, 10, NULL);
}void CtestDlg::OnTimer(UINT_PTR nIDEvent)
{char strFileName[256] = { 0 };static int nFileIndex = 1;switch (nIDEvent){case 1:if (!SetPieceByAIAndShow(&m_objBoard)){AfxMessageBox(_T("积分不足或网络问题，请确保网络畅通且积分充足（若是积分不足，充值后可继续本次对局）"));return;}if (IsGameOver()){KillTimer(1);if (GetWinner()){sprintf(strFileName, "%d.txt", nFileIndex++);SaveSteps(strFileName);}//OnBnClickedOk();}break;case 2:break;}CDialogEx::OnTimer(nIDEvent);
}

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