はじめに、または最初のAIを書いたとき

良い一日。私が大学にいたとき、私は何年も前に私の最初の人工知能を書きました。それはヘビの珍しいゲームであるヘビのAIでした- ヘビの狂気（リンクは私のゲームWebサイトにつながります）で、後者は任意の方向に移動できます。以下のスクリーンショットはこれを示しています。

そして、それは決定論的アルゴリズムでした。アクションの明確なシーケンスを備えたアルゴリズム。各ステップで次に何が起こるかを正確に伝えることができます。こんな感じでした（擬似コード）：

 rwarn = 0 //右側のヘビに対する危険
 lwarn = 0 //左側のヘビに対する危険
すべての敵に対してop {
	ポイントが敵の骨の中心である場合、opはヘビの半円内にあり、{
		ポイントがヘビの右側にある場合、
			 rwarn ++;
		ポイントがヘビの左側にある場合、
			 lwarn ++;
	 }
	座標（xまたはy）の1つに沿った動きベクトルの最大偏差で、指定された距離以下で壁の1つに平行に移動する場合、{
		壁がヘビの右側にある場合、
			 rwarn + = 100;
		壁がヘビの左側にある場合、
			 lwarn + = 100;
	 }
	 rwarn！= 0およびlwarn！= 0の場合、{
		 rwarn> lwarnの場合、左に曲がります。 それ以外の場合は、右側に。
	 }
 } //すべての対戦相手op

つまりこのAIは、ヘビの特定の場所に対して常に同じことを行います。ヘビや壁が少ない側に向きを変えます。はい、はい、マジックナンバー「100」を示しました。これは壁がある場合に危険を増加させます。マジックナンバーは悪いプログラミングスタイルですが、当時は許されませんでした。これは、ヘビが壁よりも他のヘビに頻繁に衝突するようにするためです。条件はかなり相対的です：ヘビの半円内に他のヘビの骨（=パーツ）が100を超える場合、アルゴリズムは壁に衝突することを選択します。これにもかかわらず、アルゴリズムは非常にうまく機能しました.AIはさまざまな角度でヘビを一周し、壁を一周し（他のヘビがそれを強制しない限り、壁に衝突しませんでした）、実行する必要があるときに壁とヘビの間でバランスを取りました。
ただし、彼には2つの欠点がありました。
1）ヘビが壁の近くを移動していて、AIが壁とヘビの間にあったとき、どこかに行くべき場所があったとしても、次のことが定期的に発生しました：AIは混乱し、けいれんしました-左に少し、右に少し、左に少し...そして死にました。
2）ヘビから同じ所定の距離で、AIは常にターンを開始しました。ヘビがAIから遠く離れていて、少し遅れて-はるかに短い距離（鋭くAIに向かっている）であることが判明した場合、AIはクラッシュしました。彼が前に曲がることができるか、少なくとも曲がり始めることができれば。大きな半径を持つ別の半円を導入することを考えていました。そのために「少し」回す必要があります。それから私は自分にやめたアルゴリズムが複雑になってきたように思えます。複雑にする場合は、確かにウェイポイントを入力してください-私は思った。
これらの2つの欠点は一言で表すことができます-場合によっては、ヘビは「痙攣」し、そのために時々死にました。
5年後、私はSerpent's Madnessをandroidに移植したとき、この欠点に対処することにしました。そして、「ファジーロジック」がこれを助けてくれました。ファジーロジックを、アルゴリズムに「ファジー」推論を導入するためのツールとして理解しています。それでは、新しい視点からタスクを見てみましょう。

原理

Serpent's Madnessゲームのヘビは、左、右、または前方に移動できます。彼女はまったく動けません。したがって、AIには次の出力があります。
1）左に曲がる
2）右折
3）前進する
これに応じて、自然言語または人工言語のフレーズの意味をとることができる変数-言語変数を含む表を提示します。

	ヘビまでの距離	ヘビ密度	壁までの距離	角を打つ
左側に
右へ
先に

セルに用語があります。用語では、変数のフレーズのまさに意味を意味します（言語学的）。
遠く、ちょうど近い-距離に関しては（列1および3）
いいえ、小、中、たくさん-ヘビの密度に関しては（列2）
いいえ、おそらく確かに-コーナーに入るとなると（列4）

各用語に対して、メンバーシップ関数が定義されています。意味的には、これらは0から1までの「危険関数」であり、値が大きいほど、特定の方向に移動する危険が大きくなります。
行iごとに、セルm（i）の最大値を計算します。それでは、与えられた方向のパラメーターに関して最大の危険性があるとしましょう。次に、そのようなすべてのm（i）から最小値を見つけます。少なくともこれが質問に対する答えになります-何をすべきか、左/右に曲がるか、まっすぐに進みます。

以下にいくつかの例を示します。私は、数値解釈が例としてのみ与えられているという事実に注目します。実際、開発されたシステムでは、他の値がある場合があります。

例1

	ヘビまでの距離	ヘビ密度	壁までの距離	角を打つ
左側に	ちょうどいい	少ない	いや	いや
右へ	遠く	いや	ちょうどいい	確かに
先に	閉じる	たくさん	遠く	いや

結果は、左折する決定であるはずです。
計算から得られるもの：
min（max（0.5、0.33、0、0）、max（0、0、0.5、1）、max（1、1、0、0））= min（0.5、1、1）= 0.5 =左折

例2

	ヘビまでの距離	ヘビ密度	壁までの距離	角を打つ
左側に	閉じる	中	遠く	いや
右へ	遠く	いや	遠く	いや
先に	閉じる	中	遠く	いや

結果は右折の決定であるはずです。
min（max（1、0.75、0、0）、max（1、0.75、0、0）、max（0,0,0,0）= min（1,1,0）= 0 =右折

例3

	ヘビまでの距離	ヘビ密度	壁までの距離	角を打つ
左側に	閉じる	中	遠く	いや
右へ	遠く	いや	閉じる	いや
先に	閉じる	中	遠く	いや

その結果、決定を下すことは困難です-どこでも差し迫った死の危険があります。
ヘビが決めること：
min（max（1、0.75、0,0）、max（1、0.75、0、0）、（0,0、1、0））= min（1,1,1）= 1 =左折

私の観点では、次のことを論理に追加したいと思います。ヘビの同じ用語（近いとしましょう）は、壁よりも所属の度合いが低くなります。これにより、差し迫った死で、壁ではなく、ヘビとのあらゆる方向の衝突を与えることができます-これはプレイヤーがより速くポイントを獲得できるようにするためです。

計算のルール

開発時には、次の点に注意します。 CPU時間を節約します。
1）max関数の項が計算され、1に等しい場合、残りを計算するポイントはありません。最大値は1になります。
2）min関数の項が計算され、0に等しい場合、残りを計算しても意味がありません。minは0を返します。

グラフィカルな解釈

左、前、右-それぞれ1,2,3。縦線はヘビのシンボルです。
これらは分析の領域です。背後にあるものを分析することは意味をなさないので、エリア1と2は水平線で下に区切られます。セクターを壁で「埋める」場合、使用されるのは（ヘビの骨の場合のように）円形セクターではなく、それに刻まれた三角形であることに注意してください。
用語のメンバーシップ関数の実装
次の3つの領域があることがわかります。
左、右、前。これらのすべての領域は、円の半分、および個別にそれぞれ1/3のセクターになります。
セクターには以下が含まれます。
1）すべてのヘビの骨（ヘビ自体を含む-尾を回る必要があります）、すなわち、その座標と数
2）壁（最大2つ、角度に共通点がある場合）
このようなセクターは、「ヘビまでの距離」、「ヘビの密度」、「壁までの距離」、「コーナーを打つ」機能の入力に供給されます。さらに帰属の度合いが戻ってきて、彼らと一緒に何をすべきかをすでに知っています。関数自体も複雑ではありません。
最も難しい瞬間は、そのようなセクターを形成することです。

セクターの分野と責任

サークルセクタークラスCircleSector
動作：
1）ポイントがセクターに属していることを確認する
2）セクターが常に長方形の中央にあることに留意して、長方形との交点（0〜4ポイント）を見つけます。
3）ヘビの骨と壁に従って初期化する（上記の方法を使用）
4）分を見つける。ヘビまでの距離（言語。変数1）
5）ヘビの密度を調べる（lingu。Trans。2）
6）分を見つける。壁までの距離（ling。Trans。3）
7）角を打つ程度を調べる
8）最大の危険度を調べる
4から7-メンバーシップ関数の実装。
8-最大4-7を探します。
フィールド：
ポイント-ヘビの骨の座標（中心）
ポイント-壁セグメントの座標（0、2、3（角度）、4）

変更を加える

ファジーAIの最初のバージョンを実装した後、 Serpent's Madnessを起動すると、いくつかの欠点があります。
危険がないとき、蛇が回っていることが明らかになりました。
セクター内で同じ脅威値を持つminmax関数は、最初のセクターを返します。そして、最初は正しいです。最初の-フロントセクターを作りました。これで、必要に応じて、デフォルトでヘビが前方に移動します。
私は、ヘビが壁に垂直に乗ると、壁に衝突することに気付きました。この場合、分析は通常どおり続行されます（すべてが正しく初期化されます）。垂直に移動する場合、すべてのセクターは1つの壁を等しく含み、前部セクターはそれぞれ「最も近い」と思われ、その中の脅威は最小限です。これを修正し、前のセクターを他のセクターよりわずかに長くします。その後、メンバーシップ関数は、壁に垂直に移動すると大きな脅威を返します。他のセクターと比較して、セクターの半径がすでに1.1倍になっているため、このバグは軽減されます。
時々、ヘビは頭を一緒に、または4つもクラッシュさせます。すべてのセクターが2倍に増加すると、衝突の頻度が少なくなることが実験的に確立されています。しかし、その後、ヘビはあまりにも慎重になります-彼らが回す最小限の危険から遠く離れて、演奏はそれほど面白くなりません。それでも、ヘビは「額」と衝突することがあります。私の意見では、これはこの種の知性の問題です。次の時点で起こりうる敵の行動の分析をせずに、現時点では近くのエリアのみを分析します。

JavaおよびAndroid SDKリスト（v2.1）

そして今、私は動作中のコードを提供します。これは、何らかの理由で、ファジーロジックを使用した人工知能に関するほとんどの記事（私が見た）でめったに行われません。長い蛇蛇の狂気でレベルをプレイすることで、このAIがどのように機能するかを明確に見ることができます。記事の編集時、これは4番目のレベルです。

package com.iz.serpents.tools; import java.util.Collections; import java.util.LinkedList; import java.util.List; import android.graphics.RectF; import com.iz.serpents.model.Movement; import com.iz.serpents.model.Serpent; import com.iz.serpents.model.SerpentCollidable; /** * @author Deepscorn * There are three sectors, which in sum gives us one half of circle, * these sectors corresponds to aim, specified in constructor. * Each sector (LEFT, RIGHT, FORWARD) is 60 degrees. * So, sector is 1/6 of circle square. * */ public class CircleSector { /* * Checks if circle sector has the given point. * Algorithm is: * 1) check distance < radius * 2) check point is to the left of the first line * 3) check point is to the right of the second line */ public boolean hasPoint(Vector pt) { return (pt.qdist(O) < rad && pt.isOnLine(O, A)<0 && pt.isOnLine(O, B)>0); } /* * Creates sector * @param movementType - one of Movement.*, used in sector creation, different * movementTypes means different sectors * Note, that FORWARD sector will have radius greater, than specified in circleRadius. */ public CircleSector(float circleRadius, int movementType, Vector aim, Vector circleCenter) { if(movementType == Movement.FORWARD) rad = circleRadius * 1.1f; else rad = circleRadius; O = circleCenter; type = movementType; _ptBones = new LinkedList<Vector>(); _ptWalls = new LinkedList<Vector>(); Vector ortAim = (Vector) aim.clone(); ortAim.normalize(); Vector vC = ortAim.mul(rad); Vector vAC = null, vCB = null; if(type == Movement.LEFT || type == Movement.FORWARD) { vAC = (Vector) vC.clone(); vAC.qrotate(30, Movement.LEFT); } if(type == Movement.FORWARD || type == Movement.RIGHT) { vCB = (Vector) vC.clone(); vCB.qrotate(30, Movement.RIGHT); } switch(type) { case Movement.LEFT: Vector lo = (Vector) ortAim.clone(); lo.leftOrtogonalRotate(); A = O.add( lo.mul(rad) ); B = O.add(vAC); break; case Movement.FORWARD: A = O.add(vAC); B = O.add(vCB); break; case Movement.RIGHT: Vector ro = (Vector) ortAim.clone(); ro.rightOrtogonalRotate(); A = O.add(vCB); B = O.add( ro.mul(rad) ); break; } possibleBonesInside = (int) ((rad*rad)/ (6f*Serpent.boneRad()*Serpent.boneRad())); } /* * Fills sector with content */ public void addBones(List<? extends Serpent> serpents, int indAI) { _indAI = indAI; for(int j = 0;j<serpents.size();j++) { Serpent s = serpents.get(j); int start = 0; if(j==indAI) start = SerpentCollidable.afterNeckInd; for(int i=start;i<s.numBones();i++) { if(hasPoint(s.bone(i))) _ptBones.add(s.bone(i)); } } } /* * Gets number of bones in sector */ public int getNumBones() { return _ptBones.size(); } /* * Fills sector with content */ public void addWalls(RectF walls) { List<Vector> walls_points = new LinkedList<Vector>(); walls_points.add(Vector.create(walls.left, walls.top)); walls_points.add(Vector.create(walls.right, walls.top)); walls_points.add(Vector.create(walls.right, walls.bottom)); walls_points.add(Vector.create(walls.left, walls.bottom)); walls_points.add(Vector.create(walls.left, walls.top)); for(int i=0;i<walls_points.size()-1;i++) { Vector common; //left common = Vector.intersect(walls_points.get(i), walls_points.get(i+1), O, A); if(common!=null) _ptWalls.add(common); //right common = Vector.intersect(walls_points.get(i), walls_points.get(i+1), O, B); if(common!=null) _ptWalls.add(common); //forward common = Vector.intersect(walls_points.get(i), walls_points.get(i+1), A, B); if(common!=null) _ptWalls.add(common); //corner if(_ptWalls.size()==1) _ptWalls.add(walls_points.get(i+1)); } } /* * Gets number of wall's ends in sector: * 0 - no walls * 2 - one wall * 3 - two walls (corner) * 4 - two walls * wall is a line with two (!) ends */ public int getNumWallEnds() { return _ptWalls.size(); } /* * Gets distance to closest serpent in range [0;rad] * Attention! Distance = rad, when there actually * no serpents! */ public float distToClosestSerpent() { float res = rad; for(int i=0;i<_ptBones.size();i++) { float dist = _ptBones.get(i).qdist(O); if(dist < res) res = dist; } return res; } /* * Gets distance to closest wall in range [0;rad] * Attention! Distance = rad, when there actually * no walls! */ public float distToClosestWall() { float res = rad; for(int i=0;i<_ptWalls.size();i++) { float dist = _ptWalls.get(i).qdist(O); if(dist < res) res = dist; } return res; } //RELATION FUNCTIONS// //all relation functions returns value in ragne [0;1], //where 1 - is "the worst" or "the biggest" threat //and 0 - means no threat at all public float rel_distToClosestSerpent() { return 1 - distToClosestSerpent()/rad; } public float rel_serpentsStrength() { return ((float)getNumBones())/possibleBonesInside; } public float rel_distToClosestWall() { return 1 - distToClosestWall()/rad; } public float rel_inCorner() { float res = 0; if(getNumWallEnds()==4) res = 0.5f; if(getNumWallEnds()==3) res = 1f; return res; } public float rel_max_threat() { return Math.max( Math.max(rel_distToClosestSerpent(), rel_serpentsStrength()), Math.max(rel_distToClosestWall(), rel_inCorner())); } /* * Finds minimal threat and returns index of the element. * Keep in mind, that if all threats are equal, than the first * sector will be returned. */ public static int findMinThreatReturnIndex(ICircleSectorReadable sector[]) { float min = sector[0].rel_max_threat(); int result = 0; for(int i=1;i<sector.length;i++) { float cur = sector[i].rel_max_threat(); if(min>cur) { result = i; min = cur; } } return result; } //RELATION FUNCTIONS END// //sector geometry private Vector O; private Vector A; private Vector B; private final float rad; private final int type; private final int possibleBonesInside; //sector is presented as two lines: (O,A) - left line, (0,B) - right line, //O - is center of circle, which sector it is //rad - radius of circle, which sector it is //type is one of Movement.*, used in sector creation, different //movementTypes means different sectors //when working with walls there used triangular instead of circle center - for //performance reasons //initialed if necessary: //sector content private List<Vector> _ptBones = null; private List<Vector> _ptWalls = null; //sector owner private int _indAI; }