人工智能在益智類計算機軟件開發(fā)中的應用研究

張曉川

摘 要： 在大數(shù)據(jù)時代，人工智能技術(shù)應用范圍逐漸擴大，深受歡迎。首先闡述了益智類軟件中人工智能系統(tǒng)的基本組成;然后對益智類軟件中人工智能系統(tǒng)的設(shè)計加以說明，其中常用的有面向流程的人工智能系統(tǒng)框架和面向涌現(xiàn)的人工智能設(shè)計系統(tǒng)，而在實現(xiàn)人工智能系統(tǒng)框架設(shè)計時，常用的方式有行為樹和規(guī)劃器;最后指出益智類軟件中的關(guān)鍵智能技術(shù)有兩種，分別是為實現(xiàn)益智類軟件中基本的感知、推理和判斷能力的基本人工智能技術(shù)和為實現(xiàn)邏輯性、人類情感等的強人工智能技術(shù)。另外，滿足不同用戶的個性化需求是未來人工智能技術(shù)在計算機軟件開發(fā)及應用領(lǐng)域的重要研究和發(fā)展方向，這將為今后人工智能在同類型計算機軟件開發(fā)中的應用研究提供參考。

關(guān)鍵詞： 軟件開發(fā); 人工智能技術(shù); 神經(jīng)網(wǎng)絡; 計算機

中圖分類號： TP 311 ? ? ?文獻標志碼： A

Abstract： In the era of big data， the application of artificial intelligence technology has gradually expanded， and it is now very popular. Firstly， the basic composition of artificial intelligence system in the software for the benefit of intelligence is described. Secondly， the design of artificial intelligence system in the software for the benefit of intelligence is explained， among these the commonly used artificial intelligence system framework is oriented to process and the artificial intelligence design system oriented to emergence， while the commonly used ways to realize the framework design of the artificial intelligence system are behavior tree and planner. Finally， the software for the benefit of intelligence is described. There are two kinds of key intelligent technologies in the software， they are the basic artificial intelligence technology to realize the basic perception， reasoning and judgment ability in the educational software， and the strong artificial intelligence technology to realize the logicality and human emotion. In addition， meeting the personalized needs of different users is an important research and development direction of artificial intelligence technology in the field of computer software development and application in the future， it will provide reference for the application research of artificial intelligence in the same type of computer software development.

Key words： software development; artificial intelligence technology; neural network; computer

0 引言

隨著網(wǎng)絡技術(shù)的不斷發(fā)展和計算機技術(shù)的不斷更新，普通的信息化技術(shù)已經(jīng)不能滿足人們的需求，具有一定處理問題和邏輯思維的人工智能技術(shù)應用而生，并且應用于各行各業(yè)，比如基于神經(jīng)網(wǎng)絡的虹膜、指紋識別技術(shù)在智能化辦公系統(tǒng)中應用廣泛[1-2];在大數(shù)據(jù)背景下，人工智能語音識別、播報系統(tǒng)、感應系統(tǒng)在智能家居、智慧城市[3-4]以及智能導航等中的應用深受用戶的喜愛;智能化的人機博弈[5]滿足廣大用戶的需求以及可以實現(xiàn)多人同時進行博弈;基于大數(shù)據(jù)的智能專家系統(tǒng)為科研和農(nóng)業(yè)的發(fā)展起到不可或缺的作用等等。

人工智能應用于益智類軟件開發(fā)[6]，使其更具有吸引力，視覺效果更加炫酷，搜索引擎速度更高，但是目前基于人工智能的益智類軟件開發(fā)只停留在表面，人工智能的“智”沒有發(fā)揮出來，使得用戶體驗感脫離現(xiàn)實，不能滿足用戶對于更高智能的要求，所以人工智能在益智類軟件的體驗感、便捷度以及仿真模擬等方面的智能系統(tǒng)設(shè)計的研究勢在必行。

1 益智類軟件中人工智能系統(tǒng)的基本組成 ?益智類軟件中人工智能系統(tǒng)的設(shè)計主要目的是為用戶服務[7-8]，故取得和用戶相同的認知感很重要。每天大腦需要處理的數(shù)據(jù)和信息量非常大，如果每個數(shù)據(jù)和信息都優(yōu)先認真去處理，會導致大腦處于超負荷狀態(tài)且處理數(shù)據(jù)和信息的效果不佳，所以大腦在遇到多項事情和信息時會選擇性的進行優(yōu)先排序，同樣益智類軟件人工智能系統(tǒng)作為“大腦”，需要將所接受到的信息進行分類處理，在系統(tǒng)設(shè)計中對比人類大腦進行相應功能的設(shè)計，如表1所示。

由表1可知，以人類大腦的處理系統(tǒng)為原型研究出來的智能系統(tǒng)，可以將益智類軟件中的數(shù)據(jù)進行分類處理，為用戶和軟件系統(tǒng)進行減負，為用戶提供準確的智能化服務。

益智類軟件中人工智能系統(tǒng)的基本組成包括以下三方面[9]：輸入與感知系統(tǒng)、決策與推理、導航。

益智類軟件中的感知系統(tǒng)如同人類的大腦一樣，將輸入的不同的數(shù)據(jù)進行處理，以此反應到各個角色和命令的執(zhí)行中，由于每個益智類軟件中，每個角色、每個行動均需要多個數(shù)據(jù)進行支撐，所以在智能系統(tǒng)輸入和感知模塊會有多種數(shù)據(jù)和多種信息需要設(shè)置。基于大數(shù)據(jù)背景的人工智能在計算機益智類軟件感知系統(tǒng)設(shè)計時，需要考慮感知系統(tǒng)的更新速度和響應范圍兩方面。針對于益智類軟件中感知系統(tǒng)的更新速度，當某一角色的預先設(shè)定智能化路線時，需要考慮其余角色的反應以及位置，如圖1所示。

以FIFA Online為例，當藍色衣服的球員帶球前進的時候，智能感知系統(tǒng)會為其規(guī)劃一條最優(yōu)路線，但是由于現(xiàn)場有其他的角色，可能會導致最有路線的規(guī)劃失敗，所以要及時對其余角色的行動等信息進行更新。針對于感知系統(tǒng)的響應范圍，若智能感知系統(tǒng)的響應范圍較小，用戶感知不到外界的其余因素的變化，挑戰(zhàn)性較低，當提高感知系統(tǒng)的響應范圍，用戶可以根據(jù)外界物體的變化以及聲音進行操作判斷，滿足了用戶完成任務挑戰(zhàn)性后的成就感。

2 益智類軟件中人工智能系統(tǒng)設(shè)計

2.1 人工智能系統(tǒng)框架設(shè)計模式

益智類軟件中人工智能系統(tǒng)的框架設(shè)計常用的有兩種設(shè)計模式[10]，分別是：

一種為面向流程，需要開發(fā)者十分熟悉流程，可以把控住整個益智類軟件，通過完成任務的形式進入到下一關(guān)卡中，當在本關(guān)卡中完成任務并通關(guān)可以獲得一定的道具或者權(quán)限，在下一關(guān)卡中可以使用該道具或者權(quán)限，整個系統(tǒng)的各個關(guān)卡非獨立，相互之間均有一定的聯(lián)系。以《怪物獵人》為例，共設(shè)置了四個關(guān)卡，當完成某一關(guān)卡后可以獲得相應的素材，素材可以在下一關(guān)卡的通關(guān)中進行使用。

另一種益智類軟件中的人工智能設(shè)計系統(tǒng)為面向涌現(xiàn)，該種設(shè)計具有更大的挑戰(zhàn)性和不可預測性，當用戶具有多項技能的情況下，技能和技能疊加組合起來會形成新的技能，技能和技能之間的排列組合會導致新的技能出現(xiàn)，甚至會超出軟件設(shè)計者的預先設(shè)計范疇。以《英雄聯(lián)盟》為例，其中各個英雄都有自己的專有技能，當其擁有更多的技能的時候，技能經(jīng)過排列組合形成新的技能，甚至超出設(shè)計者和用戶的預期，具有很大的不可確定性和挑戰(zhàn)性。

2.2 人工智能系統(tǒng)框架設(shè)計方式

益智類軟件中人工智能系統(tǒng)的框架設(shè)計方式與其自身有密切聯(lián)系，每個益智類軟件其根據(jù)自身的復雜程度和類型具有不同的實現(xiàn)方式，常用的有兩種方式[11-12]：

一種為行為樹，行為樹是通過邏輯思維構(gòu)架來實現(xiàn)游戲框架，主要用于面向流程的智能系統(tǒng)框架設(shè)計，整個框架圖如同一個三開的樹狀圖，最根本的為游戲?qū)ο?，為了控制對象的行動需要對每個節(jié)點進行條件設(shè)置，當滿足該條件時，對象會按照設(shè)定的情景進行，如Unreal Engine、Unity、英雄聯(lián)盟、魔獸世界等。以《魔獸世界》為例，其采用的即為行為樹實現(xiàn)框架結(jié)構(gòu)，如圖2所示。

系統(tǒng)中的怪獸有3種狀態(tài)，分別為攻擊玩家、自衛(wèi)、巡邏。

另一種為規(guī)劃器，規(guī)劃器是一種實現(xiàn)面向涌向的智能系統(tǒng)框架設(shè)計方式，有任務分解和任務完成兩部分。通過分層任務網(wǎng)絡（Hierarchical Task Network，HTN）規(guī)劃器將某個任務進行細化分解，分解成最簡單最微小的單元，完成最簡單的最微小的指令逐漸疊加直至任務完成。目標導向型行為（Goal Oriented Action Plan，GOAP）規(guī)劃器主要負責人物角色的狀態(tài)轉(zhuǎn)換，當人物角色滿足設(shè)計者規(guī)定的條件時，人物角色可以轉(zhuǎn)換成另外一種狀態(tài)。

2.3 關(guān)鍵的人工智能技術(shù)

益智類軟件中的人工智能技術(shù)包括兩種[13]，一種為實現(xiàn)軟件中基本的感知、推理和判斷能力的基本人工智能技術(shù)，另一種為可以實現(xiàn)邏輯性、人類情感等的強人工智能技術(shù)。

基本人工智能技術(shù)都通過消息系統(tǒng)、有限狀態(tài)機等實現(xiàn)，有限狀態(tài)機是一種利用數(shù)學模型來控制角色轉(zhuǎn)變的智能系統(tǒng)，當玩家在某一場景中處于弱勢地位，有限狀態(tài)機可以將玩家切換一種狀態(tài)，避免損傷。以下以某一段的游戲主要代碼為例，其中FSMState類是所有狀態(tài)的基本保障，F(xiàn)SMMachine類是特殊情況下的保障，F(xiàn)SMAIControl類是數(shù)據(jù)存儲保障。主要代碼示例：

/**

*FSMState：

*/

public abstract class FSMState{

public FSMAIControl m_parent;

public int m_type;

public abstract void Enter（）;

public abstract void Exit（）;

public abstract void Update（）;

public abstract void Init（）;

public FSMState Check Transition（）;

}

/**

*FSMMachine：

*/

public class FSMMachine{

public Array Listm_states;

public FSMState m_current State;

public FSMState m_default State;

public int m_goal ID;

public void Update Machine（）;

public void Add State（FSMState state）;

public void Set Default State（FSMState state）;

public void Set Goal ID（int goal）;

public void Transition State（int goal）;

public void Reset（）;

}

/**

*FSMAIControl：

*/

public class FSMAIControl{

public…

private FSMMachine m_machine;

public void Update（）;

public void Update Perceptions（）;

public void Init（）;

}

強人工智能技術(shù)主要采用的是人工神經(jīng)網(wǎng)絡技術(shù)，該技術(shù)以大腦為原型，模擬大腦對于信息的處理，以每個節(jié)點作為大腦的神經(jīng)元，節(jié)點和節(jié)點之間相互連接，其基本結(jié)構(gòu)如圖3所示。

神經(jīng)網(wǎng)絡技術(shù)不但使人工智能技術(shù)具有邏輯性，而且具有一定的自助學習能力，更加智能化。

3 益智類軟件智能化的影響和研究方向

益智類軟件只能化的發(fā)展給用戶增強了沉浸感，延長了用戶的心流體驗，同時在益智類軟件中實現(xiàn)了現(xiàn)實重塑。首先，人工智能使益智類軟件實現(xiàn)智能化讓用戶擺脫了傳統(tǒng)的體驗方式，智能化設(shè)備增強了用戶的交互方式和感官體驗，讓用戶獲得了更強的沉浸感;其次，通過益智類軟件獲得遠不止感官體驗，也能獲得更多的認知體驗，這種體驗源自于智能化的系統(tǒng)設(shè)計，使用戶更容易沉浸在虛擬世界中，對時間流逝的認識有所改變;最后，更加真實化的表現(xiàn)形式使用戶在虛擬世界中更容易擁有獲得感和滿足感，對改變用戶對現(xiàn)實的認知更加積極。

人工智能技術(shù)的深入發(fā)展，機器學習領(lǐng)域成為未來的主要研究方向之一。益智類軟件在系統(tǒng)框架設(shè)計時，會通過一些算法使其中的某些角色具備自主學習能力，從而實現(xiàn)收集用戶數(shù)據(jù)的目的，在此基礎(chǔ)上，根據(jù)不同用戶的使用習慣提供個性化的服務。總之，隨著技術(shù)的發(fā)展和研究的深入，益智類軟件的系統(tǒng)設(shè)計和平臺開發(fā)都將朝著滿足用戶個性化需求的方向發(fā)展。

4 總結(jié)

本研究結(jié)合實例闡述人工智能在計算機軟件開發(fā)中的應用，得到如下結(jié)論：

1）益智類軟件中人工智能系統(tǒng)由輸入與感知系統(tǒng)、決策與推理、導航三部分組成。

2）面向流程的人工智能系統(tǒng)框架設(shè)計實現(xiàn)方式為行為樹;面向涌現(xiàn)的人工智能系統(tǒng)框架設(shè)計實現(xiàn)方式為規(guī)劃器。

3）益智類軟件設(shè)計中的關(guān)鍵智能技術(shù)有兩種，一種為以有限狀態(tài)機為代表的基本人工智能技術(shù)，另一種為以人工網(wǎng)絡技術(shù)為代表的強人工智能技術(shù)。

4）滿足不同用戶的個性化需求是未來人工智能技術(shù)在計算機軟件開發(fā)及應用領(lǐng)域的重要研究和發(fā)展方向。

綜上所述，本研究所述內(nèi)容對今后人工智能在同類型計算機軟件開發(fā)中的應用研究具有一定的參考作用。

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（收稿日期： 2020.02.20）