在人工智能领域,对抗搜索是研究计算机与人类或其他计算机之间进行策略游戏时的一种搜索策略,其目的是找到在特定游戏规则下最优的移动。第二章主要探讨了对抗搜索的基本概念和方法,内容涵盖了博弈问题、极小极大搜索、α-β剪枝技术、以及蒙特卡洛博弈方法等关键知识点。
博弈问题是人工智能中研究的热点问题之一,特别是在双人游戏中,双方轮流进行操作,且双方信息完备,游戏为零和游戏。零和游戏指的是一个游戏中,一方的收益或损失恰好等于对方的损失或收益,总和永远为零。例如,两个玩家轮流下棋,一个玩家赢则另一个玩家必然输。
极小极大方法是一种用于寻找最优决策的搜索算法。在该方法中,算法将局面分为对我方最不利的极小化状态(对手的最大化状态)和对我方最有利的极大化状态(即我方的最大化状态)。搜索树在构建时,通过从根节点开始,交替考虑极大化和极小化节点,直至达到终端节点,然后根据某种评估函数进行评分,最后选择最优的移动。
α-β剪枝是极小极大搜索的优化方法,用于减少需要评估的节点数量,提高搜索效率。α代表极大节点已经找到的最佳选择的最大值,β代表极小节点已经找到的最佳选择的最小值。在搜索过程中,若某个节点的值已确定不可能比已知的最好结果更优,则可以停止进一步扩展该节点的子节点。α-β剪枝的关键在于剪枝的条件:若后辈节点的值小于等于祖先节点的值时,会进行极大值剪枝;若后辈节点的值大于等于祖先节点的值时,则进行极小值剪枝。这种剪枝策略能够在不改变最终搜索结果的前提下,大幅度减少需要评估的节点数量,提高搜索效率。
蒙特卡洛博弈方法是一种基于随机模拟的算法,主要用于解决那些无法完全进行极小极大搜索的情况。例如,围棋就是一个典型例子,因为围棋的状态空间极其庞大,使用极小极大搜索和α-β剪枝的方法进行全盘搜索是不切实际的。蒙特卡洛方法通过随机模拟游戏的可能进程,并通过统计结果来评估某一走法的优劣。它不需要具体评估棋盘上的每一个局面,而是通过大量随机模拟来估计最优策略。蒙特卡洛博弈方法适用于评估函数难以定义的情况,或者当状态空间巨大,无法通过穷举所有可能性来搜索时。
除了上述提到的几点,该章节还涉及了其他相关知识点,比如马尔科夫决策过程(MDP),这是一个在决策过程中,未来状态的转移只依赖于当前状态而不依赖于过去历史状态的数学模型。蒙特卡洛方法在解决MDP问题中也发挥着重要作用,其核心思想是通过多次随机抽样来模拟状态转移过程,进而评估不同决策行为的效果,并以此为基础进行决策。
本章还提到了其他应用蒙特卡洛方法的案例,如著名的蒲丰投针问题,这是一个利用几何概率和随机过程估算数值的数学问题。通过随机实验的方法,可以用来估计特定数学常数的值。
总结而言,对抗搜索章节为我们介绍了一系列重要的算法和概念,从经典的极小极大搜索到更为高级的α-β剪枝技术,再到适用于复杂问题的蒙特卡洛博弈方法,以及解决马尔科夫决策问题的蒙特卡洛规划方法。这些方法和概念是实现人工智能在策略游戏中达到人类甚至超越人类水平的重要理论基础。