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计算机博弈创新教育的研究与实践

分享到: 本站编辑:admin 日期: 2018-01-11 10:10 点击:

  

  摘要:随着Alphago在围棋上战胜人类,计算机博弈再次引起业内的广泛关注。人工智能有望成为互联网经济的下一个经济支撑点。高等学校在开展相关创新教育时普遍面临门槛高、项目偏、交流少的困难。本文以计算机博弈创新教育的平台建设为主线,分析了影响计算机博弈创新教育的主要问题和产生原因,阐述了改革和推广计算机博弈教学的研究和实践过程。 
  关键词:人工智能;计算机博弈;创新教育 
  一、高等学校开展计算机博弈创新教育的意义和现状 
  (一)高等学校开展计算机博弈创新教育的意義 
  1997年IBM计算机DeepBlue战胜等级分排名世界第一的国际象棋世界冠军加里·卡斯帕罗夫。这标志着计算机下棋成为衡量计算机人工智能水平的重要参考。2016年Google计算机AlphaGo战胜韩国围棋冠军李世石。随着信息领域的企业巨头和著名研究机构在计算机棋牌方面的研究和展示,计算机博弈的研究意义和应用价值得到学术界和产业界的重视和关注。 
  计算机下棋是人工智能在博弈论领域的应用。通过研究计算机博弈可以揭示博弈论的本质,预示人工智能的发展前景。经历了十几年的发展,互联网的经济红利已经所剩不多,下一个经济增长点很可能是人工智能相关产业。高等教育担负着培养高素质从业人员的重任。在众多人工智能研究领域中,计算机博弈是最符合中国国情、最适合铺开推广的研究方向。因为它需要的硬件条件不高,各大高校现有的计算机设备基本都能满足开展研究的需求。学生通过对计算机博弈的学习和研究,可以提高计算机程序设计能力、动手实践能力和科研创新能力,同时可以提高对团队协作和质量检测的理解和重视。如何通过多种教学形式对大学生开展计算机博弈知识普及,提高大学生研究能力和创新意识是当前高校创新教育面临的机遇和问题。 
  (二)高等学校开展计算机博弈创新教育的现状 
  目前国内本科生阶段开展计算机教学和研究的高等院校数量还不多。数据显示北京、辽宁、黑龙江、重庆等地高校计算机博弈研究起步相对较早,区域内院校对人工智能和计算机博弈的教学和研究支持力度较高。以黑龙江为例,每2.72万本科在校学生有1支队伍参赛,其参与程度约是山西地区的14倍。数据也反映出国内高校计算机博弈研究分布还不是很均衡。很多省份还处于空白状态或刚刚起步。普及推广计算机博弈的目标任重道远。 
  二、开展计算机博弈创新教育的常见问题和产生原因 
  (一)起步阶段博弈项目规则不熟,造成学生参与数量不多,积极性也不高 
  本科学生在校期间,除了要完成大约40门课程的学习任务之外,还面临社会实践、就业压力和升学压力。前几年计算机博弈没有得到社会的普遍认可和重视,对口的就业机会不多,造成学生参与计算机博弈研究单纯是出于对棋牌游戏的兴趣。而早期的计算机博弈项目多以国外的棋种为主,比如点格棋、亚马逊等,很多内地学生连名字都没听说过,更不要说了解博弈规则和掌握对局技巧,即使根据规则文本编写程序实现对局,离智能的目标也相差甚远。因此,项目本地化程度是影响计算机博弈普及推广的主要原因。 
  (二)计算机博弈早期入门技术门槛普遍偏高 
  内地非计算机专业的理工科学生课程通常只包括约70学时的程序设计课程。这些课时对于无基础的学生只够掌握常规语法和简单算法。而几乎所有计算机博弈项目都是在平面棋盘上描述棋子在不同时刻的状态和价值。仅仅描述棋盘静止状态就需要对二维数组和相关的编码计算有比较深刻的理解。要让棋子按照规则合法地运动起来,还须要根据规则描述行棋招法的数据结构描述。比如中国象棋项目,虽然内地群众基础较好,大约1/10的学生日常有用中国象棋娱乐消遣的习惯。但是把象棋的最简单行棋规则“马走日、象走田”用程序描述出来需要相当复杂的逻辑结构。这个入门程序的复杂度让有兴趣参与计算机博弈学习和研究的学生也容易产生畏惧心理。或者由于较长时间无法提高水平突破瓶颈,造成原有参与学生的大量流失。 
  (三)计算机博弈交流学习的环境还不完善 
  现有的内地高等院校的计算机博弈研究和学习交流主要是通过全国大学生计算机博弈大赛和相关的国际国内学术会议。交流时间不充分使得探讨很难深入。异地参与比赛或会议的差旅费用对于学生来说压力也不小。 
  三、促进计算机博弈创新教育普及和提高的探索和实践 
  (一)增设内地学生喜闻乐见的博弈项目 
  在内地开展计算机博弈竞赛的早期阶段,多数项目都是来自国外的博弈游戏项目。虽然研究价值比较明确、研究基础理论比较充实,但是学生缺乏对项目的日常应用理解,因此参与兴趣普遍不高。在研究中,团队成员分析发现传统二人军棋暗棋群众基础较好,具有不完全信息博弈的特点,造成防守策略一方有较大优势。因此多数成熟的玩家会考虑优先防守,从而造成无人主动进攻的僵局。因此,研究组对传统的二人军棋暗棋规则作了必要的调整。使二人军棋暗棋游戏重新进入高校学生的视野,并得到高度认可。 
  随后,研究组对国内群众基础更好、玩家规模更大的斗地主游戏规则进行了分析和研究。研究组设计了斗地主的编码规则和计算机通信协议指令,使每个参与博弈对局的程序之间有统一和公平的信息交互。 
  自从开发和设计了军棋和斗地主博弈的规则和协议,这两个项目随之成为全国大学生计算机博弈大赛的正式项目,很多学生都积极参与到这两个项目的计算机博弈技巧的研究中。 
  (二)建立便捷的对局平台并发布易学的示例代码 
  传统计算机博弈多为两人完全信息博弈,双方需要在计算机上显示相应的棋盘图像。在本科计算机教学中普遍注重对语法的教学和对基础算法的教学。对鼠标和图形界面等基本不涉及或仅仅一带而过。因此对于没有统一图形平台界面的博弈项目,参与者须要投入相当的精力学习相关知识,而这部分精力的投入与博弈研究的本质关系并不大。研究组为新增的项目军棋和斗地主项目分别开发了图形化对战平台,使掌握基本控制台编程技能的学生即可参与博弈研究,并集中精力到博弈算法方面。

  对战平台通过统一的交互协议实现快速通讯,避免了人工操纵可能出现的误操作,提高训练和对局的效率。统一的对战平台还是非完全信息博弈项目的,可以免于依赖人工裁判的重要技术方向。 
  要加快新建博弈项目的普及,还须要设计简单易懂的入门示例代码。以便各个新参与的学校可以快速尝试开展深入研究,避免因对通信协议理解偏差造成的时间和精力的浪费。为此,研究组开发了简练的军棋示例代码。它可以实现最简单的行棋规则,又给各学校提升代码效果质量预留了充分的空间。研究组也开发了斗地主示例程序。由于斗地主牌型规则特别复杂,研究组将各种牌型的基本辅助判断以库函数的形式写入头文件,节省了初学者对复杂牌型进行基本判断的开发精力和时间。示例程序还提供了辅助提示函数,对当前桌面的出牌牌型进行提示,把所有可出的合法牌型列举出来,供学生智能引擎选择,使研究者更集中精力在博弈算法研究上。 
  (三)建立具有远程参与功能的网络交流平台 
  为了加强各校之间的计算机博弈研究深入交流,研究组还开发了核心算法模块评估网络博弈平臺。选手只须要编写并提交一个函数程序即可实现对五子棋博弈项目的对局,函数的接口参数为二维数组,表示决策时棋盘上双方的棋子分布。函数的返回值是有落子位置行列坐标描述的棋盘位置编码。通过网络交流平台,使异地的两个学校可以在不承担差旅费用开销压力的情况下实现定期的交流。 
  四、结语 
  经过对计算机博弈创新教育的分析和探索,研究组发现以博弈平台结合多种教学模式从理论到实践极大地提升了学生的动手能力和创新能力。军棋平台和斗地主平台在训练和比赛中运行稳定,判定准确,被指定为全国大学生计算机博弈大赛官方唯一指定平台。参与研究开发平台和示例程序的学员在毕业时普遍被重点高等学校录取为研究生或被著名IT企业高薪聘用。 
  参考文献: 
  [1]徐心和,邓志立,王骄,徐长明,刘纪红,马宗民.机器博弈研究面临的各种挑战[J].智能系统学报,2008(8):288-293. 
  [2]陈卓.“人机大战”到底应该关注什么?[J].软件和集成电路,2016(4):52-53. 
  [3]王亚杰,邱虹坤,吴燕燕,李飞杨,周凤.计算机博弈的研究与发展[J].智能系统学报,2016(12):788-798. 

 

  
  

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