Справочник Жаркова по проектированию и программированию искусственного интеллекта. Том 6: Программирование на Visual Basic искусственного интеллекта. Продолжение 2

Валерий Жарков

Справочник Жаркова по проектированию и программированию искусственного интеллекта. Том 6: Программирование на Visual Basic искусственного интеллекта. Продолжение 2

Введение

Это первый и единственный в мире “Справочник Жаркова по проектированию и программированию искусственного интеллекта” из нескольких томов по методологии разработки искусственного интеллекта в двухмерных и трёхмерных играх и приложениях со звуковым сопровождением для настольных компьютеров, ноутбуков, планшетов и смартфонов на основе популярного, совершенного и перспективного языка программирования высокого уровня Visual Basic самой мощной в мире в области программирования корпорации Microsoft (США).

Искусственный интеллект (ИИ) – это интеллектуальная компьютерная программа, способная разумно выполнять функции, задачи и действия, обычно характерные для разумных существ и свойственные человеческому интеллекту. ИИ в игре или приложении, например, в игре между Компьютером и Человеком, умеет не только проигрывать, но и выигрывать у хорошего Игрока-человека с визуализацией результатов выигрыша. Хорошо известно, что компьютер с ИИ обыгрывает в шахматы любого гроссмейстера. Компьютер с ИИ также легко обыгрывает многих хороших игроков в карты. Если программа в виде ИИ размещена, например, в роботе или другом устройстве, то после того, как ИИ решил заданную ему задачу, ИИ выдаёт команду на выполнение устройством определённого действия. При программировании ИИ важно правильно подобрать среду разработки ИИ и язык программирования.

Среда разработки (иначе, платформа, студия) Visual Studio (или коротко VS) для визуального объектно-ориентированного проектирования приложений даёт уникальную возможность быстро разрабатывать высокотехнологичные и наукоёмкие программные продукты с использованием ИИ, а также компьютерные игры с двухмерной и трёхмерной графикой также с использованием ИИ. Важно отметить, что на основе VS мы программируем не закрытые “чёрные ящики”, как это делают другие известные компьютерные фирмы, а мы создаём открытые любому пользователю (для постоянного дополнения и совершенствования) программы на базе самых мощных в мире алгоритмических языков высокого уровня Visual C#, Visual Basic и Visual C++. В данном чрезвычайно насыщенном томе (заменяющим несколько других книг) мы последовательно и всесторонне, идя от простого к сложному, излагаем методологию программирования ИИ в играх и приложениях с использований двухмерных и трёхмерных изображений.

Наша основная цель – дать читателю ту информацию, которую он больше нигде не найдёт. Поэтому мы не будем дублировать известные книги по языку программирования Visual Basic и давать подробные объяснения по теории языка VB. Если у читателя возникнуть вопросы, он легко отыщет книгу по данному языку (некоторые полезные по данной тематике книги и журналы с сайта ZharkovPress.ru приведены в нашем списке литературы) и там найдёт ответ, так как терминология по всем тематикам у нас общая. Мы будем давать лишь краткие пояснения в виде комментариев в программах, чтобы начинающий пользователь постепенно осваивал базовые дисциплины программирования ИИ на языке VB, по возможности не используя другие книги; опытному пользователю также будут полезны эти пояснения, поскольку книги по разработке ИИ на основе новых версий языка Visual Basic в мире ещё не изданы. К достоинствам нашей книги, рассчитанной на широкий круг новичков и опытных специалистов, мы относим практическую направленность, простоту изложения (без описания сложных теорий, но давая ссылки на книги, в которых эти сложные теории можно изучить), наличие подробных методик и пошаговых инструкций, большое количество примеров и иллюстраций. Теперь читателям может не потребоваться изучать сложные теоретические книги, посещать длительные и дорогостоящие учебные курсы и покупать много отдельных книг. Автор это сделал за них. Читателю необходимо лишь открыть данную книгу в интересующем его разделе (мало кто будет изучать книгу от корки до корки, хотя это и желательно) и по аналогии с разделом (по принципу: делай, как я) самостоятельно программировать ИИ в практическом приложении или игре на основе VS. И именно при проектировании ИИ в своём конкретном и профессионально интересном приложении или игре (а не отвлечённых примеров в других книгах) читатель будет изучать базовые дисциплины по данной тематике. Создавая ИИ в своём приложении или игре по методике данной и других наших книг и журналов из списка литературы и с сайта ZharkovPress.ru (а также используя справку Help из Visual Studio, как правило, заменяющей все учебники по всем языкам), читатель сможет в одиночку работать за конструктора, технолога, математика и программиста одновременно (при разработке практических приложений) или за сценариста, режиссёра, оператора, дизайнера, художника, музыкального редактора и программиста одновременно (при разработке игр) и сэкономить недели упорного труда. Если в начальных главах серии книг инструкции по разработке ИИ в играх и приложениях на базе VS подробны (в интересах новичков), то инструкции в каждой последующей главе мы даём всё короче и короче, чтобы не повторяться и экономить место в книге.

Приводим краткое содержание всех XVIII частей из трёх томов 4, 5 и 6 по программированию ИИ на Visual Basic. Введение. Часть I. Краткие основы Visual Basic. Глава 1. Основные определения книги. Глава 2. Методика разработки приложений для выполнения расчётов с эффектами анимации. Глава 3. Методика разработки приложений на нескольких формах и передачи данных с одной формы на другую. Часть II. Учебная методология программирования игр и приложений с подвижными объектами. Глава 4. Методика анимации и управления подвижными объектами. Глава 5. Методика обнаружения столкновений, программирования уничтожений летающих объектов и подсчёта очков. Глава 6. Методология воспроизведения звуковых файлов. Глава 7. Методика программирования жизней, уровней сложности и вывода лучшего результата. Глава 8. Методика улучшения графики и добавления фона экрана. Глава 9. Методика программирования игры с летающими объектами на основе спрайтов. Глава 10. Игра с летающими объектами на основе спрайтов, двух форм и возможности приостановки и повторного запуска игры. Глава 11. Игра с изменяемой траекторией летающих объектов. Часть III. Методология программирования искусственного интеллекта в карточных играх. Глава 12. Методика программирования искусственного интеллекта в карточных играх на примере игры в покер. Часть IV. Методология программирования искусственного интеллекта в играх по сборке картины из её частей. Глава 13. Методика программирования искусственного интеллекта в игре по сборке разрезанной картины заменой местами её масштабируемых частей. Часть V. Методология программирования искусственного интеллекта в играх типа змейки, которая поедает куски пищи. Глава 14. Методика программирования искусственного интеллекта в игре типа змейки, которая поедает куски пищи и за счёт этого увеличивается по длине, на основе одного файла. Глава 15. Методика программирования искусственного интеллекта в игре типа змейки, которая поедает куски пищи и за счёт этого увеличивается по длине, на основе четырёх файлов. Часть VI. Методология программирования искусственного интеллекта в играх типа “Тетрис” по сборке сплошных полос из разнообразных фигур. Глава 16. Методика программирования искусственного интеллекта в игре по сборке сплошных прямых полос из сторон фигур 12 типов. Глава 17. Методика программирования искусственного интеллекта в игре по сборке сплошных прямых полос из сторон фигур 7 типов с формами для имени игрока, результатов и справкой по игре. Часть VII. Методология программирования искусственного интеллекта в играх в “Крестики-нолики” для Игрока с Компьютером и двух Игроков. Глава 18. Методика программирования искусственного интеллекта в игре в “Крестики-нолики”. Часть VIII. Методология программирования искусственного интеллекта в играх типа “Поле чудес” по угадыванию слова по буквам. Глава 19. Методика программирования искусственного интеллекта в игре по угадыванию слова по буквам при заданном количестве попыток. Часть IX. Методология программирования искусственного интеллекта в играх по сборке и выбиванию фигур одинакового цвета или геометрии. Глава 20. Методика программирования искусственного интеллекта в игре по выбиванию фигур одинакового цвета. Глава 21. Методика программирования искусственного интеллекта в игре по сборке прямых из 5 и более объектов одинакового цвета. Часть X. Методология программирования искусственного интеллекта в ролевых сюжетных играх. Глава 22. Методика программирования искусственного интеллекта в сюжетных играх на примере сюжета о пещерных людях Адаме и Еве. Часть XI. Методология программирования искусственного интеллекта в играх с воздушными боями ракетами с участием самолётов и вертолётов.Глава 23. Методика программирования искусственного интеллекта в игре воздушного боя ракетами вертолёта с самолётами и вертолётами различных типов. Часть XII. Методология программирования искусственного интеллекта в спортивных играх. Глава 24. Методика программирования искусственного интеллекта в игре в теннис на основе элементов управления с уничтожением их после удара мячом. Часть XIII. Методология программирования искусственного интеллекта в играх в кости. Глава 25. Методика программирования искусственного интеллекта в игре в кости на примере игры с двумя кубиками. Часть XIV. Методология программирования искусственного интеллекта в играх с летающими объектами, уничтожающимися после столкновения. Глава 26. Методика программирования искусственного интеллекта в игре с генерированием летающих объектов, отскакивающих от границ и уничтожающихся после столкновения друг с другом. Часть XV. Методология программирования искусственного интеллекта в математических играх. Глава 27. Методика программирования искусственного интеллекта в игре на арифметические действия. Часть XVI. Методология программирования искусственного интеллекта в трёхмерных играх по управлению автомобилем при езде по дороге с препятствиями. Глава 28. Методика программирования искусственного интеллекта в игре по управлению автомобилем. Глава 29. Создание двух проектов игры. Глава 30. Запуск игры. Часть XVII. Проектирование вспомогательных объектов для игр и приложений с искусственным интеллектом. Глава 31. Методика проектирования цифровых часов. Часть XVIII. Развёртывание, публикация и распространение разработанной игры или приложения с искусственным интеллектом. Глава 32. Методика распространения игры или приложения. Заключение. Список литературы.

Приводим краткое содержание VIII-XVIII частей данного тома 6 по программированию ИИ на Visual Basic. Введение. Часть IX. Методология программирования искусственного интеллекта в играх по сборке и выбиванию фигур одинакового цвета или геометрии. Глава 20. Методика программирования искусственного интеллекта в игре по выбиванию фигур одинакового цвета. Глава 21. Методика программирования искусственного интеллекта в игре по сборке прямых из 5 и более объектов одинакового цвета. Часть X. Методология программирования искусственного интеллекта в ролевых сюжетных играх. Глава 22. Методика программирования искусственного интеллекта в сюжетных играх на примере сюжета о пещерных людях Адаме и Еве. Часть XI. Методология программирования искусственного интеллекта в играх с воздушными боями ракетами с участием самолётов и вертолётов. Глава 23. Методика программирования искусственного интеллекта в игре воздушного боя ракетами вертолёта с самолётами и вертолётами различных типов. Часть XII. Методология программирования искусственного интеллекта в спортивных играх. Глава 24. Методика программирования искусственного интеллекта в игре в теннис на основе элементов управления с уничтожением их после удара мячом. Часть XIII. Методология программирования искусственного интеллекта в играх в кости. Глава 25. Методика программирования искусственного интеллекта в игре в кости на примере игры с двумя кубиками. Часть XIV. Методология программирования искусственного интеллекта в играх с летающими объектами, уничтожающимися после столкновения. Глава 26. Методика программирования искусственного интеллекта в игре с генерированием летающих объектов, отскакивающих от границ и уничтожающихся после столкновения друг с другом. Часть XV. Методология программирования искусственного интеллекта в математических играх. Глава 27. Методика программирования искусственного интеллекта в игре на арифметические действия. Часть XVI. Методология программирования искусственного интеллекта в трёхмерных играх по управлению автомобилем при езде по дороге с препятствиями. Глава 28. Методика программирования искусственного интеллекта в игре по управлению автомобилем. Глава 29. Создание двух проектов игры. Глава 30. Запуск игры. Часть XVII. Проектирование вспомогательных объектов для игр и приложений с искусственным интеллектом. Глава 31. Методика проектирования цифровых часов. Часть XVIII. Развёртывание, публикация и распространение разработанной игры или приложения с искусственным интеллектом. Глава 32. Методика распространения игры или приложения. Заключение. Список литературы.

Многие приложения и игры в книге основаны на программах, или разработанных корпорацией Microsoft, или опубликованных на сайте корпорации Microsof. Поэтому эти программы являются очень мощными и могут быть использованы не только при разработке ИИ в самых разнообразных играх, но и на практике для разработки различных приложений. Структура книги продумана таким образом, чтобы читатели могли создавать на профессиональном уровне (по методологиям и программам из данной и предыдущих наших книг и журналов с сайта ZharkovPress.ru) свои приложения, игры и открытые графические и вычислительные системы с применением двухмерных и трёхмерных изображений и звуковых эффектов, могли вводить разнообразные исходные данные и на выходе приложения или игры получать с использованием ИИ те результаты, которые необходимы именно им и характерны для их профессиональных или непрофессиональных интересов.

Книга предназначена для всех желающих быстро изучить основы программирования искусственного интеллекта в разнообразных двухмерных и трёхмерных компьютерных играх и приложениях на базе популярного, совершенного и перспективного (в мире программирования) языка высокого уровня Visual Basic последних версий для настольных компьютеров, ноутбуков, планшетов и смартфонов, на этих основах сразу же проектировать ИИ в сложных играх и приложениях и применять ИИ на практике или на отдыхе в разнообразных сферах профессиональной и непрофессиональной деятельности. Также адресована начинающим и опытным пользователям, программистам любой квалификации, а также учащимся и слушателям курсов, студентам, аспирантам, учителям, преподавателям и научным работникам.

В следующем томе автор (доктор технических наук Жарков Валерий Алексеевич) продолжит описывать программирование ИИ в следующих играх и приложениях.

Вопросы, замечания и предложения по тематике наших книг и журналов можно направлять по email с сайта ZharkovPress.ru.

Часть IX. Методология программирования искусственного интеллекта в играх по сборке и выбиванию фигур одинакового цвета или геометрии

Глава 20. Методика программирования искусственного интеллекта в игре по выбиванию фигур одинакового цвета

20.1. Общие сведения

Опишем методику проектирования и программирования типичной и широко распространённой игры, когда на форме сначала искусственный интеллект произвольным образом (при помощи генератора случайных чисел – г.с.ч. класса Random) строит разноцветную палитру строк и столбцов из плоских геометрических фигур, в данном примере, из разноцветных кругов.

Затем игрок при помощи указателя мыши быстро выбирает тот цвет, который охватывает как можно большее количество кругов (площадь палитры) и нажимает кнопку мыши (чтобы выбить эти круги из палитры). Круги одинакового цвета, соединённые между собой по горизонтали (по строке) и вертикали (по столбцу) удаляются, а игроку начисляются по 10 очков за каждый выбитый круг. По такой схеме игрок быстро щёлкает мышью по кругам, стараясь за отведённое время выбить как можно больше кругов и соответственно очков.

Искусственный интеллект же периодически дополняет палитру новыми разноцветными кругами (произвольным образом).

Данную игру мы будем разрабатывать, следуя игре Game с сайта microsoft.com. Авторы игры разработали её на устаревшей версии Visual Studio. Поэтому автор данной книги разработал эту игру на современной версии Visual Studio, исправил ошибки и дополнил её недостающими для типичной игры элементами, например, счётчиком секунд на форме и мелодией по окончании времени игры.

В этой игре для отображения поля игры не используются графические файлы (такие файлы формата (.bmp) применяются только для подсчёта очков), поэтому разноцветные круги (по-английски: circle) рисуются при помощи метода FillEllipse класса Graphics из пространства имён System.Drawing в строке:

graphics.FillEllipse(brush, New Rectangle(transTopLeft, _

New Size(transwidth, transheight)))

Напомним, что, если у эллипса (Ellipse) задать две одинаковые по длине оси, то эллипс будет рисоваться в виде окружности, а закрашенное поле внутри окружности – это круг.

20.2. Правила игры

1. После запуска игры на мониторе появляется основная форма (рис. 20.1).

2. Для начала игры щёлкаем или элемент управления PictureBox с рисунком в виде надписи New или в меню Game выбираем команду New Game.

На форме с белым фоном (типа Window) искусственный интеллект выводит палитру из 12 столбцов и 7 рядов (строк) кругов, которые случайным образом (при помощи г.с.ч.) закрашены в 4 цвета: Red – красный, Blue – синий, Green – зелёный и Gray – серый (рис. 20.2).

Если не предпринимать никаких действий, то постепенно через каждый заданный нами (при помощи первого таймера Timer1) интервал времени (в данном проекте, через 7000 миллисекунд или 7 секунд) палитра увеличится до максимального размера из 12 столбцов и 12 рядов разноцветных кругов (рис. 20.3).

Рис. 20.1. Исходная форма.

Рис. 20.2. Исходная палитра из разноцветных кругов.

Рис. 20.3. Максимальная палитра из разноцветных кругов.

Рис. 20.4. Конец игры.

Сразу же после начала игры начинается отсчёт времени (Time) в секундах в верхней части формы на поле для свойства Text при помощи второго таймера Timer2.

3. Смысл игры заключается в следующем.

Сразу же после начала игры игрок должен быстро щёлкать мышью по кругам.

Если игрок щёлкнет круг, вокруг которого находятся круги с цветом, отличным от цвета данного круга, то круг не уничтожается (не исчезает с палитры), а игроку начисляется 10 очков.

Если игрок щёлкнет круг, вокруг которого находятся другие круги с цветом данного круга, то круги одинакового цвета, соединённые между собой по горизонтали (по строке) и вертикали (по столбцу) удаляются, а игроку начисляются по 10 очков за каждый выбитый круг.

Следовательно, игрок при помощи указателя мыши должен быстро выбивать тот цвет, который охватывает как можно большее количество кругов (площадь палитры).

По такой схеме игрок быстро щёлкает мышью по кругам, стараясь за отведённое время выбить как можно больше кругов и соответственно очков. Каждое выбивание кругов сопровождается воспроизведением звукового файла Windows XP Balloon.wav (типа удара).

Искусственный интеллект же периодически через каждый заданный нами (при помощи первого таймера Timer1) интервал времени (в данном проекте, через 7000 миллисекунд или 7 секунд) дополняет палитру новыми разноцветными кругами (произвольным образом).

Игрой можно управлять не только мышью, но и клавишами клавиатуры. Клавиша M (первая буква английского слова Menu) раскрывает и закрывает меню Game, а клавиша P (первая буква английского слова Pause) приостанавливает и запускает игру вновь. После нажатия клавиши Alt вместе с клавишей с подчёркнутой буквой (английского алфавита) в команде меню Game или Help, выполняется соответствующая команда.

4. После начала игры идёт отсчёт времени (Time) в секундах в верхней части формы на поле для свойства Text при помощи второго таймера Timer2.

Для каждого сеанса (попытки) игры одного или нескольких игроков задано определённое время, в данном примере, 60 секунд, по истечении которого звучит мелодия файла win.wav.

Игрок прекращает щёлкать мышью и смотрит на заработанные им очки.

5. В данной игре игрок может не только увидеть, но задокументировать заработанные им очки. Для этого он щёлкает на форме или элемент управления PictureBox с рисунком в виде надписи New или в меню Game выбирает команду New Game.

Только при соблюдении двух условий:

– если это первая, вторая или третья попытка;

– если в данной попытке набрано больше очков, чем в предыдущих более чем трёх попытках,

появляется библиотечная (которую мы не будем проектировать) панель InputBox с информацией о заработанных очках (рис. 20.5).

Во всех остальных случаях панель InputBox не появится, что означает проигрыш в игре.

Рис. 20.5. Панель InputBox с информацией о заработанных очках.

В эту панель InputBox игрок с радостью (он вошёл в тройку призёров) записывает своё имя (русскими или английскими буквами) и щёлкает кнопку OK. Панель InputBox закрывается.

6. Имя игрока с выбитыми им очками заносятся в таблицу результатов Options (ее мы будем проектировать вместе с основной формой), которую можно увидеть, если на форме выбрать или элемент управления PictureBox с рисунком в виде надписи Options или в меню Game – команду Options. В таблицу Options искусственный интеллект заносит три лучших результата (рис. 20.6), причём на первом месте всегда будет игрок с наибольшим количеством выбитых очков (high score) независимо от количества попыток.

Чтобы очистить таблицу, следует щёлкнуть кнопку Reset. Чтобы выключить музыкальное сопровождение, необходимо снять флажок Sound.

Рис. 20.6. Таблица Options с тремя лучшими результатами.

7. Для начала новой попытки игрок снова щёлкает на форме или элемент управления PictureBox с рисунком в виде надписи New или в меню Game выбирает команду New Game.

8. Для закрытия игры следует выбрать на форме или элемент управления PictureBox с рисунком в виде надписи Exit или в меню Game выбирает команду Exit

На основании этих правил можно сформулировать другие правила, и любые правила ввести в справочную форму игры, которая появится после выбора команды Contents (Содержание) в меню Help (Помощь) по разработанной нами методике с использованием искусственного интеллекта.

20.3. Создание проекта

Создаём проект по обычной схеме: в VS в панели New Project в окне Project types выбираем тип проекта Visual Basic, Windows, в окне Templates выделяем шаблон Windows Forms Application, в окне Name записываем имя проекта Game и щёлкаем OK. Создаётся проект, появляется форма Form1 в режиме проектирования (рис. 20.7). Оставляем по умолчанию или проектируем форму, как подробно описано в параграфе “Методика проектирования формы”. За маркер увеличиваем размеры формы таким образом, чтобы в панели Properties (для Form1) в свойстве Size были значения, например, 519; 464. Белый цвет фона формы мы установим далее в программе (в строке Me.BackColor = Color.White).

Для задания режимов и управления игрой воспользуемся каким-либо элементом управления или компонентом. Как и выше, с панели инструментов Toolbox переносим на форму элемент управления MenuStrip и щёлкаем по нему (ниже формы в режиме проектирования). На форме Form1 появляются окна с надписью Type Here (Печатайте здесь), в которые записываем команды, слева: Game (Игра), New Game (Новая игра), Pause (Пауза), Restart (Перезапуск), Options (Результаты), Exit (Выход), рис. 20.9, справа: Help (Помощь), Contents (Содержание), Index (Указатель), Search (Поиск), About this game (Об этой игре), рис. 20.10.

Рис. 20.7. Форма Form1 в режиме проектирования. Рис. 20.8. SE и Properties.