基于Robocode的智能機(jī)器人的設(shè)計(jì)與實(shí)現(xiàn)

羅慶佳

摘要：該文是基于IBM公司開發(fā)的Robocode的JAVA機(jī)器人仿真引擎，分析并探索基于此平臺(tái)的智能機(jī)器人方案。在子彈跟蹤，反重力運(yùn)動(dòng)，以及模式匹配瞄準(zhǔn)等人工計(jì)算智能技術(shù)的基礎(chǔ)上，比較并改進(jìn)策略，然后以onedan1.0機(jī)器人為例完成一個(gè)可行的智能方案，并編程實(shí)現(xiàn)部分機(jī)器人代碼。最后還做了效果測(cè)試。

關(guān)鍵詞：人工智能；機(jī)器人仿真引擎；智能算法；Robocode

中圖分類號(hào)：TP18 文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼：A 文章編號(hào)：1009-3044（2016）08-0160-02

1 概述

本文先對(duì)IBM公司研制開發(fā)的Robocode智能機(jī)器人仿真平臺(tái)進(jìn)行系統(tǒng)介紹。然后結(jié)合人工智能的應(yīng)用領(lǐng)域，對(duì)過去和現(xiàn)在流行的機(jī)器人智能算法進(jìn)行總結(jié)，比較其優(yōu)劣。最后結(jié)合自己的理解，對(duì)如何提高機(jī)器人智能化水平進(jìn)行探討，以O(shè)nedan1.0機(jī)器人為例，選擇其中的一些算法用java語言進(jìn)行實(shí)現(xiàn)。

本文對(duì)于智能機(jī)器人的應(yīng)用研究領(lǐng)域，比賽機(jī)器人應(yīng)用領(lǐng)域，特別是在射擊類戰(zhàn)略類游戲編程領(lǐng)域有一定的價(jià)值。

2 Robocode系統(tǒng)簡(jiǎn)介

Robocode編程平臺(tái)簡(jiǎn)介：Robocode 是由IBM公司開發(fā)的一套虛擬機(jī)器人仿真引擎。其中包括機(jī)器人運(yùn)行平臺(tái)Robocode，代碼編輯器Robot Editor等組件。程序員可以在Robocode中創(chuàng)建自己的機(jī)器人，利用系統(tǒng)提供的編程接口以編程的方式對(duì)機(jī)器人進(jìn)行控制。簡(jiǎn)單的說，Robocode就是一個(gè)用java語言編寫機(jī)器人的工具，同時(shí)也是機(jī)器人比賽的場(chǎng)地和實(shí)現(xiàn)機(jī)器人智能算法思想的良好平臺(tái)。

3 onedan1.0的瞄準(zhǔn)策略

3.1 常見瞄準(zhǔn)策略比較分析

一個(gè)好的機(jī)器人除了良好的移動(dòng)策略外，另一個(gè)不可缺少的特征就是打擊移動(dòng)目標(biāo)的能力，并且能達(dá)到精確的效果。下面我就對(duì)各種瞄準(zhǔn)策略做一個(gè)系統(tǒng)的分析。

3.1.1 單一瞄準(zhǔn)

單一瞄準(zhǔn)是那些專門為某一種運(yùn)動(dòng)方式而設(shè)計(jì)的瞄準(zhǔn)算法。大致分為以下幾種：1）向當(dāng)前目標(biāo)的位置開火：是一個(gè)最簡(jiǎn)單也是效果最差的瞄準(zhǔn)算法，只要目標(biāo)稍微移動(dòng)都將導(dǎo)致子彈打偏。2）線性預(yù)測(cè)瞄準(zhǔn)：向目標(biāo)將去的地方開火，前提是目標(biāo)以一定速率沿著直線前進(jìn)。尤其是當(dāng)目標(biāo)離自己很近時(shí)，這個(gè)算法相當(dāng)?shù)挠行?。在短時(shí)間內(nèi)機(jī)器人的所有運(yùn)動(dòng)都可近似為直線運(yùn)動(dòng)。不過，這種算法對(duì)于鐘擺運(yùn)動(dòng)，隨機(jī)很強(qiáng)的運(yùn)動(dòng)以及一些高級(jí)移動(dòng)算法幾乎無能為力。

3.2 onedan1.0的瞄準(zhǔn)策略（模式識(shí)別）

模式是指對(duì)象的表示形式，也可以叫做樣本。在Robocode中通常是指機(jī)器人的狀態(tài)屬性，比如說坐標(biāo)，方向，速度等。要進(jìn)行模式匹配，首先得記錄模式，也就是記錄機(jī)器人的狀態(tài)。在進(jìn)行匹配判斷的時(shí)候把當(dāng)前的狀態(tài)和記錄下來的狀態(tài)進(jìn)行比較，找出記錄中非常相似的一段狀態(tài)，則認(rèn)為目前的狀態(tài)和那段狀態(tài)相匹配。

但是對(duì)于onedan1.0機(jī)器人，我嘗試使用模式識(shí)別技術(shù)。模式識(shí)別是嘗試指出敵方機(jī)器人是否在使用任何一種預(yù)定義的模式的過程，然后基于假定它將繼續(xù)使用那個(gè)模式來瞄準(zhǔn)敵人。但是需要注意的是，這個(gè)技術(shù)不同于能適應(yīng)目標(biāo)使用任何重復(fù)模式的模式分析。

3.3 模式識(shí)別瞄準(zhǔn)的智能改進(jìn)

模式識(shí)別瞄準(zhǔn)的識(shí)別能力應(yīng)該可以通過以下的幾方面得到改進(jìn)：

1）更多的模式：這是最顯然的擴(kuò)充。增加更多的復(fù)雜的基于速度的模式。

2）分析朝向的變化：能在速度識(shí)別時(shí)分析朝向的變化。這個(gè)分析要比速度模式分析更復(fù)雜，但花上一些努力能產(chǎn)生非常強(qiáng)大有力的瞄準(zhǔn)系統(tǒng)。

3）模式分析：比較適用一對(duì)一的比賽，它能快速地學(xué)習(xí)新的模式，但是缺點(diǎn)是對(duì)CPU有強(qiáng)烈的要求。如果實(shí)現(xiàn)了這個(gè)，將擁有一個(gè)難以對(duì)付的機(jī)器人。

4 onedan1.0機(jī)器人部分代碼實(shí)現(xiàn)和測(cè)試

4.1 onedan1.0機(jī)器人的結(jié)構(gòu)

在進(jìn)行實(shí)現(xiàn)時(shí)，第一個(gè)robot只寫成了一個(gè)類文件。開始時(shí)，這種作法還可行，但如果試圖給robot增加更多的智能的時(shí)候，這就導(dǎo)致了難以管理的缺點(diǎn)。因此必須得做一個(gè)更好的結(jié)構(gòu)化設(shè)計(jì)。

較好的解決方法是把robot分成模塊，每一塊都可重用，并且分別管理robot行為的每一部分。為移動(dòng)、雷達(dá)、火炮和瞄準(zhǔn)控制各寫了一個(gè)類。并且把對(duì)敵人信息的跟蹤和存儲(chǔ)也寫成類。

Onedan類：該類繼承AdvansedRobot類，提供了整個(gè)機(jī)器人的大框架。

Util類：所有基本的數(shù)據(jù)表示和操作。

Enemy類：用來儲(chǔ)存敵人數(shù)據(jù)。

Radar類：雷達(dá)策略類。

Movement類：移動(dòng)策略類。

Fire類：各種開火方法，槍口調(diào)整，火力調(diào)整都不獨(dú)立出去，包括在這個(gè)類中。

接下來，編寫Onedan1.0機(jī)器人瞄準(zhǔn)模塊的代碼，由于代碼比較簡(jiǎn)短，只需要寫在了一個(gè)類文件中。

4.2 瞄準(zhǔn)模塊代碼

通過在本文之前介紹的模式匹配算法中進(jìn)行一些改進(jìn)，使其還可以分析直線前進(jìn)和靜止的機(jī)器人，并根據(jù)代碼的需要做了一些調(diào)整。以下就是Onedan1.0機(jī)器人的模式匹配模塊主要函數(shù)的代碼：

4.3 onedan1.0機(jī)器人瞄準(zhǔn)模塊測(cè)試

首先，以下簡(jiǎn)單地介紹用于測(cè)試onedan1.0機(jī)器人瞄準(zhǔn)系統(tǒng)的sample機(jī)器人：

sample.Walls：是一個(gè)圍繞比賽場(chǎng)地的繞墻機(jī)器人，瞄準(zhǔn)系統(tǒng)是對(duì)原始點(diǎn)射擊的方法。

sample.Corrners：是一個(gè)在比賽開始后，自動(dòng)尋找最接近的角落，并且迅速移動(dòng)過去，在角落附近進(jìn)行鐘擺運(yùn)動(dòng)的機(jī)器人，瞄準(zhǔn)系統(tǒng)也是對(duì)原始點(diǎn)進(jìn)行射擊的方法。

由于在測(cè)試中，onedan1.0機(jī)器人是靜止不動(dòng)的，所以用于測(cè)試的兩個(gè)sample機(jī)器人對(duì)onedan1.0機(jī)器人的命中率均為100%，顯然對(duì)onedan1.0機(jī)器人不是很公平，降低了測(cè)試效果，可采取了一些平衡措施：將sample.Walls機(jī)器人的發(fā)彈速度降低到onedan1.0機(jī)器人的2/3，將sample.Corrners機(jī)器人的子彈能量降低為onedan1.0機(jī)器人的2/3。由于打飛的子彈會(huì)造成能量損失，也就是說onedan1.0機(jī)器人必須有70%以上的命中率才可能取得比賽勝利。

以下就是Onedan1.0機(jī)器人和sample.Walls機(jī)器人的一對(duì)一比賽。從結(jié)果可以看出，Onedan1.0機(jī)器人取得了九勝一負(fù)的好成績(jī)。

從結(jié)果可見，Onedan1.0機(jī)器人的瞄準(zhǔn)系統(tǒng)相當(dāng)優(yōu)秀，具有一定的智能，在和Robocode自帶的Sample機(jī)器人比賽中取得了很好的成績(jī)。

5 結(jié)束語

Java作為面對(duì)對(duì)象語言已經(jīng)被人們認(rèn)識(shí)并接受，我們不可否認(rèn)Robocode是個(gè)完美的學(xué)習(xí)、游戲平臺(tái)，但它也存在自身的缺陷，本文對(duì)Robocode 在子彈跟蹤，反重力運(yùn)動(dòng)，以及模式匹配瞄準(zhǔn)等人工計(jì)算智能技術(shù)的基礎(chǔ)上，比較并改進(jìn)策略，然后以onedan1.0機(jī)器人為例完成一個(gè)可行的智能方案，并編程實(shí)現(xiàn)部分機(jī)器人代碼。最后還做了效果測(cè)試。

參考文獻(xiàn)：

[1] 劉玉寬.Robocode——我的樂趣[J].程序員，2003（8）：53-56.

[2] 劉陽.打造自己的第一個(gè)機(jī)器人[J].程序員，2003（8）：57-60.

[3] 梁曉峰.DIY實(shí)戰(zhàn)機(jī)器人[J].程序員，2003（8）：61-65.