【2022】人工智能——Wumpus世界（py3.7: pygame实现）

一、Wumpus世界简介

1. Wumpus世界

Wumpus世界是由多个房间组成并相连接起来的山洞；

•     某处隐藏着一只Wumpus怪兽，会吃掉进入它房间的任何人；
  

•     Agent可以射杀Wumpus，但只有一支箭；
  

•     某些房间是无底洞，任何人进入这些房间会被无底洞吞噬；
  

生活在该环境的唯一希望是发现一堆金子。

2. 问题定义

a. 性能度量

    带着金子爬出洞口+1000；掉入无底洞或被Wumpus吃掉-1000；采取一个行动-1；用掉箭-10；Agent死亡或Agent出洞，游戏结束。

b. 环境

    4*4的房间网格。Agent从(1,1)出发，面向右方。金子和Wumpus、无底洞随机选择在除了起始方格的任一方格；

c. 执行器

    Agent可以向前、左转、右转。可以捡起所处方格内的物体；可以向正对方向射箭；箭向前运动直到击中Wumpus；Agent只能从(1,1)中爬出。

d. 传感器

    有5个传感器[臭气，微风，金光，撞击，嚎叫]

3. 环境情况

    离散的、静态的、单个Agent、部分可观察的

4. 主要困难

    需要找出无底洞和Wumpus，需要推理

5. Agent对环境的探索过程

可以参考：

【互动游戏】通过你缜密的推理，你能完成恶魔的游戏获得新生吗？_哔哩哔哩_bilibilihttps://www.bilibili.com/video/BV147411u7So/?spm_id_from=333.337.search-card.all.click&vd_source=d77c96856e5ee7c666f69b5d4c4b6df0

二、Wumpus世界设计原理

1. 实验环境

• IDE: Pycharm + Anaconda
• python：3. 7.12
• 所需的库及版本：

pytorch

1.13.0

pygame

2.1.2

numpy

1.18.5

2. 设计思想

① 单人游戏部分采用pygame模块：

    World.py包含房间的各种操作，其中无底洞、黄金、怪兽位置随机生成且不在入口处；        

    Env.py（调用World.py）为游戏的整体架构，包含各种游戏操作函数。

② 计算机自行游戏采用强化学习DQN算法

    强化学习DQN算法奖励机制设计：

采取一个行动 -1带着金子爬出洞口+1000掉入无底洞、Wumpus吃掉-1000
射箭

-10

    注：为了节省计算资源，加快训练速度，不将图片输入到网络，只将位置信息（hero、PIT、GOLD、WUMPUS），即输入层共(1+PIT_COUNT +GOLD_COUNT+ WUMPUS_COUNT)神经元

3. 操作说明

键盘

    向上箭头:向上移动                      W:向上射箭

    向下箭头:向下移动                      S:向下射箭

    向左箭头:向左移动                      A:向左射箭

    向右箭头:向右移动                      D:向右射箭

鼠标

    点击洞穴（0，0）位置退出洞穴

4. 游戏特色

• 具有游戏难度选择功能，设置了四个难度等级
• 可以自定义房间、怪兽、金堆、无底洞的数量
• 具有修改游戏界面以及怪兽、英雄皮肤功能

三、Wumpus世界实验代码

1. world.py

Object类

    怪兽、金堆等游戏元素的可视化图片。它包含了加载图片、修改尺寸和设置位置等功能。

class Object(pygame.sprite.Sprite):  # 怪兽、金堆、无底洞等各种可视化图片
    def __init__(self, filename, location, size=150):
        # 调父类来初始化子类
        pygame.sprite.Sprite.__init__(self)
        # 加载图片并修改尺寸为size*size
        self.image = pygame.image.load(filename).convert()
        self.image = pygame.transform.smoothscale(self.image, (size, size))
        self.rect = self.image.get_rect()       # 获取图片位置
        self.rect.topleft = location            # 设置位置

Room类

    代表迷宫的房间，具有不同的状态，如臭气、微风、无底洞、金堆和怪兽等。通过设置不同的状态，可以改变房间的显示。

World类

    主要逻辑部分：它定义了迷宫的大小、无底洞、金堆、怪兽和箭的数量。通过调用set()函数，可以设置不同位置的无底洞、金堆和怪兽。shoot()函数用于射杀怪兽。set_breeze_around()和set_stench_around()函数分别用于设置周围房间的微风和臭气状态。

get_random_location()函数

  生成随机的位置坐标。它确保生成的位置不会重复，并且不会生成在迷宫入口处（0,0）。返回包含指定数量的不重复随机位置列表：

def get_random_location(screen_width, screen_height, size, count=1):  # 返回不重复、随机的二维数据列表, 且不包含（0 ，0），共count个元组
    # random.randrange(self, start, self.stop=None, step=1, _int=int)从指定范围内按指定基数递增的集合中获取一个随机数
    loc_list = []
    while len(loc_list) < count:
        x, y = 0, 0
        while x == 0 and y == 0:  # 入口（0,0）处不能有任何物体
            x = random.randrange(0, screen_width, size)
            y = random.randrange(0, screen_height, size)
        loc = (x, y)
        if loc not in loc_list:
            loc_list.append(loc)
    return loc_list

2. env1.0.py

待补充

四、Wumpus世界游戏过程视频展示

Wumpus World游戏操作展示