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https://github.com/2OOP/pism.git
synced 2026-02-04 10:54:51 +00:00
mcts v1, v2, v3, v4 done. v5 wip
This commit is contained in:
@@ -1,36 +1,38 @@
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|||||||
package org.toop;
|
package org.toop;
|
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|
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||||||
import org.toop.app.App;
|
import org.toop.app.App;
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import org.toop.framework.gameFramework.model.player.AbstractPlayer;
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import org.toop.framework.gameFramework.model.player.Player;
|
import org.toop.framework.gameFramework.model.player.Player;
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||||||
import org.toop.game.games.reversi.BitboardReversi;
|
import org.toop.game.games.reversi.BitboardReversi;
|
||||||
import org.toop.game.games.tictactoe.BitboardTicTacToe;
|
import org.toop.game.games.tictactoe.BitboardTicTacToe;
|
||||||
import org.toop.game.players.ArtificialPlayer;
|
import org.toop.game.players.ArtificialPlayer;
|
||||||
import org.toop.game.players.ai.MCTSAI;
|
import org.toop.game.players.ai.MCTSAI1;
|
||||||
import org.toop.game.players.ai.MCTSAI2;
|
import org.toop.game.players.ai.MCTSAI2;
|
||||||
import org.toop.game.players.ai.MCTSAI3;
|
import org.toop.game.players.ai.MCTSAI3;
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||||||
import org.toop.game.players.ai.RandomAI;
|
import org.toop.game.players.ai.MCTSAI4;
|
||||||
|
import org.toop.game.players.ai.MCTSAI5;
|
||||||
|
|
||||||
public final class Main {
|
public final class Main {
|
||||||
static void main(String[] args) {
|
static void main(String[] args) {
|
||||||
// App.run(args);
|
App.run(args);
|
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testMCTS(10);
|
// testMCTS(100);
|
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}
|
}
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||||||
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private static void testMCTS(int games) {
|
private static void testMCTS(int games) {
|
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var random = new ArtificialPlayer<>(new RandomAI<BitboardReversi>(), "Random AI");
|
var versions = new ArtificialPlayer[5];
|
||||||
var v1 = new ArtificialPlayer<>(new MCTSAI<BitboardTicTacToe>(10), "MCTS V1 AI");
|
versions[0] = new ArtificialPlayer<>(new MCTSAI1<BitboardTicTacToe>(10), "MCTS V1 AI");
|
||||||
var v2 = new ArtificialPlayer<>(new MCTSAI2<BitboardTicTacToe>(10), "MCTS V2 AI");
|
versions[1] = new ArtificialPlayer<>(new MCTSAI2<BitboardTicTacToe>(10), "MCTS V2 AI");
|
||||||
var v2_2 = new ArtificialPlayer<>(new MCTSAI2<BitboardTicTacToe>(100), "MCTS V2_2 AI");
|
versions[2] = new ArtificialPlayer<>(new MCTSAI3<BitboardTicTacToe>(10, 10), "MCTS V3 AI");
|
||||||
var v3 = new ArtificialPlayer<>(new MCTSAI3<BitboardTicTacToe>(10), "MCTS V3 AI");
|
versions[3] = new ArtificialPlayer<>(new MCTSAI4<BitboardTicTacToe>(10, 10), "MCTS V4 AI");
|
||||||
|
versions[4] = new ArtificialPlayer<>(new MCTSAI5<BitboardTicTacToe>(10, 10), "MCTS V5 AI");
|
||||||
|
|
||||||
testAI(games, new Player[]{ v1, v2 });
|
for (int i = 2; i < versions.length; i++) {
|
||||||
// testAI(games, new Player[]{ v1, v3 });
|
for (int j = i + 1; j < versions.length; j++) {
|
||||||
|
final int playerIndex1 = i % versions.length;
|
||||||
|
final int playerIndex2 = j % versions.length;
|
||||||
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||||||
// testAI(games, new Player[]{ random, v3 });
|
testAI(games, new Player[] { versions[playerIndex1], versions[playerIndex2]});
|
||||||
// testAI(games, new Player[]{ v2, v3 });
|
}
|
||||||
testAI(games, new Player[]{ v2, v3 });
|
}
|
||||||
// testAI(games, new Player[]{ v3, v2 });
|
|
||||||
}
|
}
|
||||||
|
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||||||
private static void testAI(int games, Player<BitboardReversi>[] ais) {
|
private static void testAI(int games, Player<BitboardReversi>[] ais) {
|
||||||
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|||||||
@@ -15,9 +15,11 @@ import org.toop.app.widget.complex.PlayerInfoWidget;
|
|||||||
import org.toop.app.widget.complex.ViewWidget;
|
import org.toop.app.widget.complex.ViewWidget;
|
||||||
import org.toop.app.widget.popup.ErrorPopup;
|
import org.toop.app.widget.popup.ErrorPopup;
|
||||||
import org.toop.app.widget.tutorial.*;
|
import org.toop.app.widget.tutorial.*;
|
||||||
import org.toop.game.players.ai.MCTSAI;
|
import org.toop.game.players.ai.MCTSAI1;
|
||||||
import org.toop.game.players.ai.MCTSAI2;
|
import org.toop.game.players.ai.MCTSAI2;
|
||||||
import org.toop.game.players.ai.MCTSAI3;
|
import org.toop.game.players.ai.MCTSAI3;
|
||||||
|
import org.toop.game.players.ai.MCTSAI4;
|
||||||
|
import org.toop.game.players.ai.MCTSAI5;
|
||||||
import org.toop.game.players.ai.MiniMaxAI;
|
import org.toop.game.players.ai.MiniMaxAI;
|
||||||
import org.toop.game.players.ai.RandomAI;
|
import org.toop.game.players.ai.RandomAI;
|
||||||
import org.toop.local.AppContext;
|
import org.toop.local.AppContext;
|
||||||
@@ -57,7 +59,7 @@ public class LocalMultiplayerView extends ViewWidget {
|
|||||||
if (information.players[0].isHuman) {
|
if (information.players[0].isHuman) {
|
||||||
players[0] = new LocalPlayer<>(information.players[0].name);
|
players[0] = new LocalPlayer<>(information.players[0].name);
|
||||||
} else {
|
} else {
|
||||||
players[0] = new ArtificialPlayer<>(new MCTSAI<BitboardTicTacToe>(100), "MCTS AI");
|
players[0] = new ArtificialPlayer<>(new MCTSAI1<BitboardTicTacToe>(100), "MCTS AI");
|
||||||
}
|
}
|
||||||
if (information.players[1].isHuman) {
|
if (information.players[1].isHuman) {
|
||||||
players[1] = new LocalPlayer<>(information.players[1].name);
|
players[1] = new LocalPlayer<>(information.players[1].name);
|
||||||
@@ -85,13 +87,12 @@ public class LocalMultiplayerView extends ViewWidget {
|
|||||||
if (information.players[0].isHuman) {
|
if (information.players[0].isHuman) {
|
||||||
players[0] = new LocalPlayer<>(information.players[0].name);
|
players[0] = new LocalPlayer<>(information.players[0].name);
|
||||||
} else {
|
} else {
|
||||||
// players[0] = new ArtificialPlayer<>(new RandomAI<BitboardReversi>(), "Random AI");
|
players[0] = new ArtificialPlayer<>(new MCTSAI4<BitboardReversi>(100, 3), "MCTS V4 AI");
|
||||||
players[0] = new ArtificialPlayer<>(new MCTSAI3<BitboardReversi>(50), "MCTS V3 AI");
|
|
||||||
}
|
}
|
||||||
if (information.players[1].isHuman) {
|
if (information.players[1].isHuman) {
|
||||||
players[1] = new LocalPlayer<>(information.players[1].name);
|
players[1] = new LocalPlayer<>(information.players[1].name);
|
||||||
} else {
|
} else {
|
||||||
players[1] = new ArtificialPlayer<>(new MCTSAI2<BitboardReversi>(50), "MCTS V2 AI");
|
players[1] = new ArtificialPlayer<>(new MCTSAI5<BitboardReversi>(100, 3), "MCTS V5 AI");
|
||||||
}
|
}
|
||||||
if (AppSettings.getSettings().getTutorialFlag() && AppSettings.getSettings().getFirstReversi()) {
|
if (AppSettings.getSettings().getTutorialFlag() && AppSettings.getSettings().getFirstReversi()) {
|
||||||
new ShowEnableTutorialWidget(
|
new ShowEnableTutorialWidget(
|
||||||
|
|||||||
@@ -7,4 +7,7 @@ public interface TurnBasedGame<T extends TurnBasedGame<T>> extends Playable, Dee
|
|||||||
|
|
||||||
PlayResult getState();
|
PlayResult getState();
|
||||||
boolean isTerminal();
|
boolean isTerminal();
|
||||||
|
|
||||||
|
float rateMove(long move);
|
||||||
|
long heuristicMove(long legalMoves);
|
||||||
}
|
}
|
||||||
|
|||||||
@@ -6,7 +6,6 @@ import org.toop.framework.gameFramework.model.game.TurnBasedGame;
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|||||||
import org.toop.framework.gameFramework.model.player.Player;
|
import org.toop.framework.gameFramework.model.player.Player;
|
||||||
|
|
||||||
import java.util.Arrays;
|
import java.util.Arrays;
|
||||||
import java.util.concurrent.atomic.AtomicInteger;
|
|
||||||
|
|
||||||
// There is AI performance to be gained by getting rid of non-primitives and thus speeding up deepCopy
|
// There is AI performance to be gained by getting rid of non-primitives and thus speeding up deepCopy
|
||||||
public abstract class BitboardGame<T extends BitboardGame<T>> implements TurnBasedGame<T> {
|
public abstract class BitboardGame<T extends BitboardGame<T>> implements TurnBasedGame<T> {
|
||||||
@@ -19,7 +18,7 @@ public abstract class BitboardGame<T extends BitboardGame<T>> implements TurnBas
|
|||||||
|
|
||||||
// long is 64 bits. Every game has a limit of 64 cells maximum.
|
// long is 64 bits. Every game has a limit of 64 cells maximum.
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||||||
private final long[] playerBitboard;
|
private final long[] playerBitboard;
|
||||||
private int currentTurn = 0;
|
protected int currentTurn = 0;
|
||||||
|
|
||||||
public BitboardGame(int columnSize, int rowSize, int playerCount, Player<T>[] players) {
|
public BitboardGame(int columnSize, int rowSize, int playerCount, Player<T>[] players) {
|
||||||
this.columnSize = columnSize;
|
this.columnSize = columnSize;
|
||||||
@@ -82,10 +81,6 @@ public abstract class BitboardGame<T extends BitboardGame<T>> implements TurnBas
|
|||||||
return (currentTurn + 1) % playerBitboard.length;
|
return (currentTurn + 1) % playerBitboard.length;
|
||||||
}
|
}
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||||||
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public Player<T> getCurrentPlayer(){
|
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return players[getCurrentPlayerIndex()];
|
|
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}
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||||||
@Override
|
@Override
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||||||
public PlayResult getState() {
|
public PlayResult getState() {
|
||||||
return state;
|
return state;
|
||||||
|
|||||||
@@ -6,9 +6,6 @@ import org.toop.framework.gameFramework.model.player.Player;
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import org.toop.game.BitboardGame;
|
import org.toop.game.BitboardGame;
|
||||||
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||||||
public class BitboardReversi extends BitboardGame<BitboardReversi> {
|
public class BitboardReversi extends BitboardGame<BitboardReversi> {
|
||||||
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public record Score(int black, int white) {}
|
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||||||
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||||||
private final long notAFile = 0xfefefefefefefefeL;
|
private final long notAFile = 0xfefefefefefefefeL;
|
||||||
private final long notHFile = 0x7f7f7f7f7f7f7f7fL;
|
private final long notHFile = 0x7f7f7f7f7f7f7f7fL;
|
||||||
|
|
||||||
@@ -253,7 +250,9 @@ public class BitboardReversi extends BitboardGame<BitboardReversi> {
|
|||||||
}
|
}
|
||||||
|
|
||||||
@Override
|
@Override
|
||||||
public BitboardReversi deepCopy() {return new BitboardReversi(this);}
|
public BitboardReversi deepCopy() {
|
||||||
|
return new BitboardReversi(this);
|
||||||
|
}
|
||||||
|
|
||||||
public PlayResult play(long move) {
|
public PlayResult play(long move) {
|
||||||
final long flips = getFlips(move);
|
final long flips = getFlips(move);
|
||||||
@@ -296,13 +295,6 @@ public class BitboardReversi extends BitboardGame<BitboardReversi> {
|
|||||||
return state;
|
return state;
|
||||||
}
|
}
|
||||||
|
|
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public Score getScore() {
|
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||||||
return new Score(
|
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||||||
Long.bitCount(getPlayerBitboard(0)),
|
|
||||||
Long.bitCount(getPlayerBitboard(1))
|
|
||||||
);
|
|
||||||
}
|
|
||||||
|
|
||||||
public int getWinner(){
|
public int getWinner(){
|
||||||
final long black = getPlayerBitboard(0);
|
final long black = getPlayerBitboard(0);
|
||||||
final long white = getPlayerBitboard(1);
|
final long white = getPlayerBitboard(1);
|
||||||
@@ -316,8 +308,51 @@ public class BitboardReversi extends BitboardGame<BitboardReversi> {
|
|||||||
else if (blackCount > whiteCount){
|
else if (blackCount > whiteCount){
|
||||||
return 0;
|
return 0;
|
||||||
}
|
}
|
||||||
else{
|
else {
|
||||||
return 1;
|
return 1;
|
||||||
}
|
}
|
||||||
}
|
}
|
||||||
|
|
||||||
|
@Override
|
||||||
|
public float rateMove(long move) {
|
||||||
|
final long corners = 0x8100000000000081L;
|
||||||
|
|
||||||
|
if ((move & corners) != 0L) {
|
||||||
|
return 0.4f;
|
||||||
|
}
|
||||||
|
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||||||
|
final long xSquares = 0x0042000000004200L;
|
||||||
|
|
||||||
|
if ((move & xSquares) != 0) {
|
||||||
|
return -0.4f;
|
||||||
|
}
|
||||||
|
|
||||||
|
final long cSquares = 0x4281000000008142L;
|
||||||
|
|
||||||
|
if ((move & cSquares) != 0) {
|
||||||
|
return -0.1f;
|
||||||
|
}
|
||||||
|
|
||||||
|
return 0.0f;
|
||||||
|
}
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||||||
|
|
||||||
|
@Override
|
||||||
|
public long heuristicMove(long legalMoves) {
|
||||||
|
long bestMove = 0L;
|
||||||
|
float bestMoveRate = Float.NEGATIVE_INFINITY;
|
||||||
|
|
||||||
|
while (legalMoves != 0L) {
|
||||||
|
final long move = legalMoves & -legalMoves;
|
||||||
|
final float moveRate = rateMove(move);
|
||||||
|
|
||||||
|
if (moveRate > bestMoveRate) {
|
||||||
|
bestMove = move;
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||||||
|
bestMoveRate = moveRate;
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||||||
|
}
|
||||||
|
|
||||||
|
legalMoves &= ~move;
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||||||
|
}
|
||||||
|
|
||||||
|
return bestMove;
|
||||||
|
}
|
||||||
}
|
}
|
||||||
@@ -104,4 +104,14 @@ public class BitboardTicTacToe extends BitboardGame<BitboardTicTacToe> {
|
|||||||
public BitboardTicTacToe deepCopy() {
|
public BitboardTicTacToe deepCopy() {
|
||||||
return new BitboardTicTacToe(this);
|
return new BitboardTicTacToe(this);
|
||||||
}
|
}
|
||||||
|
|
||||||
|
@Override
|
||||||
|
public float rateMove(long move) {
|
||||||
|
return 0.0f;
|
||||||
|
}
|
||||||
|
|
||||||
|
@Override
|
||||||
|
public long heuristicMove(long legalMoves) {
|
||||||
|
return legalMoves;
|
||||||
|
}
|
||||||
}
|
}
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||||||
@@ -1,193 +0,0 @@
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package org.toop.game.players.ai;
|
|
||||||
|
|
||||||
import org.toop.framework.gameFramework.GameState;
|
|
||||||
import org.toop.framework.gameFramework.model.game.PlayResult;
|
|
||||||
import org.toop.framework.gameFramework.model.game.TurnBasedGame;
|
|
||||||
import org.toop.framework.gameFramework.model.player.AbstractAI;
|
|
||||||
|
|
||||||
import java.util.Random;
|
|
||||||
|
|
||||||
public class MCTSAI<T extends TurnBasedGame<T>> extends AbstractAI<T> {
|
|
||||||
private static class Node {
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||||||
public TurnBasedGame<?> state;
|
|
||||||
public long move;
|
|
||||||
|
|
||||||
public Node parent;
|
|
||||||
|
|
||||||
public int expanded;
|
|
||||||
public Node[] children;
|
|
||||||
|
|
||||||
public int visits;
|
|
||||||
public float value;
|
|
||||||
|
|
||||||
public Node(TurnBasedGame<?> state, long move, Node parent) {
|
|
||||||
this.state = state;
|
|
||||||
this.move = move;
|
|
||||||
|
|
||||||
this.parent = parent;
|
|
||||||
|
|
||||||
this.expanded = 0;
|
|
||||||
this.children = new Node[Long.bitCount(state.getLegalMoves())];
|
|
||||||
|
|
||||||
this.visits = 0;
|
|
||||||
this.value = 0.0f;
|
|
||||||
}
|
|
||||||
|
|
||||||
public Node(TurnBasedGame<?> state) {
|
|
||||||
this(state, 0L, null);
|
|
||||||
}
|
|
||||||
|
|
||||||
public boolean isFullyExpanded() {
|
|
||||||
return expanded >= children.length;
|
|
||||||
}
|
|
||||||
|
|
||||||
float calculateUCT() {
|
|
||||||
float exploitation = visits <= 0? 0 : value / visits;
|
|
||||||
float exploration = 1.41f * (float)(Math.sqrt(Math.log(visits) / visits));
|
|
||||||
|
|
||||||
return exploitation + exploration;
|
|
||||||
}
|
|
||||||
|
|
||||||
public Node bestUCTChild() {
|
|
||||||
int bestChildIndex = -1;
|
|
||||||
float bestScore = Float.NEGATIVE_INFINITY;
|
|
||||||
|
|
||||||
for (int i = 0; i < expanded; i++) {
|
|
||||||
final float score = calculateUCT();
|
|
||||||
|
|
||||||
if (score > bestScore) {
|
|
||||||
bestChildIndex = i;
|
|
||||||
bestScore = score;
|
|
||||||
}
|
|
||||||
}
|
|
||||||
|
|
||||||
return bestChildIndex >= 0? children[bestChildIndex] : this;
|
|
||||||
}
|
|
||||||
}
|
|
||||||
|
|
||||||
private final int milliseconds;
|
|
||||||
|
|
||||||
public MCTSAI(int milliseconds) {
|
|
||||||
this.milliseconds = milliseconds;
|
|
||||||
}
|
|
||||||
|
|
||||||
public MCTSAI(MCTSAI<T> other) {
|
|
||||||
this.milliseconds = other.milliseconds;
|
|
||||||
}
|
|
||||||
|
|
||||||
@Override
|
|
||||||
public MCTSAI<T> deepCopy() {
|
|
||||||
return new MCTSAI<>(this);
|
|
||||||
}
|
|
||||||
|
|
||||||
@Override
|
|
||||||
public long getMove(T game) {
|
|
||||||
Node root = new Node(game.deepCopy());
|
|
||||||
|
|
||||||
long endTime = System.currentTimeMillis() + milliseconds;
|
|
||||||
|
|
||||||
while (System.currentTimeMillis() <= endTime) {
|
|
||||||
Node node = selection(root);
|
|
||||||
long legalMoves = node.state.getLegalMoves();
|
|
||||||
|
|
||||||
if (legalMoves != 0) {
|
|
||||||
node = expansion(node, legalMoves);
|
|
||||||
}
|
|
||||||
|
|
||||||
float result = 0.0f;
|
|
||||||
|
|
||||||
if (node.state.getLegalMoves() != 0) {
|
|
||||||
result = simulation(node.state, game.getCurrentTurn());
|
|
||||||
}
|
|
||||||
|
|
||||||
backPropagation(node, result);
|
|
||||||
}
|
|
||||||
|
|
||||||
int mostVisitedIndex = -1;
|
|
||||||
int mostVisits = -1;
|
|
||||||
|
|
||||||
for (int i = 0; i < root.expanded; i++) {
|
|
||||||
if (root.children[i].visits > mostVisits) {
|
|
||||||
mostVisitedIndex = i;
|
|
||||||
mostVisits = root.children[i].visits;
|
|
||||||
}
|
|
||||||
}
|
|
||||||
|
|
||||||
return mostVisitedIndex != -1? root.children[mostVisitedIndex].move : randomSetBit(game.getLegalMoves());
|
|
||||||
}
|
|
||||||
|
|
||||||
private Node selection(Node node) {
|
|
||||||
while (node.state.getLegalMoves() != 0L && node.isFullyExpanded()) {
|
|
||||||
node = node.bestUCTChild();
|
|
||||||
}
|
|
||||||
|
|
||||||
return node;
|
|
||||||
}
|
|
||||||
|
|
||||||
private Node expansion(Node node, long legalMoves) {
|
|
||||||
for (int i = 0; i < node.expanded; i++) {
|
|
||||||
legalMoves &= ~node.children[i].move;
|
|
||||||
}
|
|
||||||
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if (legalMoves == 0L) {
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return node;
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||||||
}
|
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||||||
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||||||
long move = randomSetBit(legalMoves);
|
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||||||
|
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||||||
TurnBasedGame<?> copy = node.state.deepCopy();
|
|
||||||
copy.play(move);
|
|
||||||
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||||||
Node newlyExpanded = new Node(copy, move, node);
|
|
||||||
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||||||
node.children[node.expanded] = newlyExpanded;
|
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||||||
node.expanded++;
|
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||||||
|
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||||||
return newlyExpanded;
|
|
||||||
}
|
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||||||
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||||||
private float simulation(TurnBasedGame<?> state, int playerIndex) {
|
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||||||
TurnBasedGame<?> copy = state.deepCopy();
|
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||||||
long legalMoves = copy.getLegalMoves();
|
|
||||||
PlayResult result = null;
|
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||||||
|
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||||||
while (legalMoves != 0) {
|
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result = copy.play(randomSetBit(legalMoves));
|
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||||||
legalMoves = copy.getLegalMoves();
|
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||||||
}
|
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||||||
|
|
||||||
if (result.state() == GameState.WIN) {
|
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if (result.player() == playerIndex) {
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return 1.0f;
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||||||
}
|
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||||||
|
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return -1.0f;
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||||||
}
|
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||||||
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||||||
return -0.2f;
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|
||||||
}
|
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||||||
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||||||
private void backPropagation(Node node, float value) {
|
|
||||||
while (node != null) {
|
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||||||
node.visits++;
|
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||||||
node.value += value;
|
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||||||
node = node.parent;
|
|
||||||
}
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||||||
}
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||||||
public static long randomSetBit(long value) {
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Random random = new Random();
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int count = Long.bitCount(value);
|
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int target = random.nextInt(count);
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||||||
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||||||
while (true) {
|
|
||||||
int bit = Long.numberOfTrailingZeros(value);
|
|
||||||
if (target == 0) {
|
|
||||||
return 1L << bit;
|
|
||||||
}
|
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||||||
value &= value - 1;
|
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||||||
target--;
|
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||||||
}
|
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||||||
}
|
|
||||||
}
|
|
||||||
250
game/src/main/java/org/toop/game/players/ai/MCTSAI1.java
Normal file
250
game/src/main/java/org/toop/game/players/ai/MCTSAI1.java
Normal file
@@ -0,0 +1,250 @@
|
|||||||
|
package org.toop.game.players.ai;
|
||||||
|
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||||||
|
import org.toop.framework.gameFramework.model.game.TurnBasedGame;
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|
import org.toop.framework.gameFramework.model.player.AbstractAI;
|
||||||
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||||||
|
import java.util.Random;
|
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|
||||||
|
public class MCTSAI1<T extends TurnBasedGame<T>> extends AbstractAI<T> {
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||||||
|
private static class Node {
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public TurnBasedGame<?> state;
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||||||
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||||||
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public long move;
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||||||
|
public long unexpandedMoves;
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||||||
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|
public Node parent;
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|
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|
public Node[] children;
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|
public int expanded;
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|
public float value;
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|
public int visits;
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||||||
|
|
||||||
|
public boolean solved;
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||||||
|
public float solvedValue;
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||||||
|
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||||||
|
public Node(TurnBasedGame<?> state, Node parent, long move) {
|
||||||
|
final long legalMoves = state.getLegalMoves();
|
||||||
|
|
||||||
|
this.state = state;
|
||||||
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||||||
|
this.move = move;
|
||||||
|
this.unexpandedMoves = legalMoves;
|
||||||
|
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||||||
|
this.parent = parent;
|
||||||
|
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||||||
|
this.children = new Node[Long.bitCount(legalMoves)];
|
||||||
|
this.expanded = 0;
|
||||||
|
|
||||||
|
this.value = 0.0f;
|
||||||
|
this.visits = 0;
|
||||||
|
|
||||||
|
this.solved = false;
|
||||||
|
this.solvedValue = 0.0f;
|
||||||
|
}
|
||||||
|
|
||||||
|
public Node(TurnBasedGame<?> state) {
|
||||||
|
this(state, null, 0L);
|
||||||
|
}
|
||||||
|
|
||||||
|
public boolean isFullyExpanded() {
|
||||||
|
return expanded == children.length;
|
||||||
|
}
|
||||||
|
|
||||||
|
public float calculateUCT(int parentVisits) {
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||||||
|
if (visits == 0) {
|
||||||
|
return Float.POSITIVE_INFINITY;
|
||||||
|
}
|
||||||
|
|
||||||
|
final float exploitation = value / visits;
|
||||||
|
final float exploration = 1.41f * (float)(Math.sqrt(Math.log(parentVisits) / visits));
|
||||||
|
|
||||||
|
return exploitation + exploration;
|
||||||
|
}
|
||||||
|
|
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|
public Node bestUCTChild() {
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||||||
|
Node highestUCTChild = null;
|
||||||
|
float highestUCT = Float.NEGATIVE_INFINITY;
|
||||||
|
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||||||
|
for (int i = 0; i < expanded; i++) {
|
||||||
|
final float childUCT = children[i].calculateUCT(visits);
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||||||
|
|
||||||
|
if (childUCT > highestUCT) {
|
||||||
|
highestUCTChild = children[i];
|
||||||
|
highestUCT = childUCT;
|
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|
}
|
||||||
|
}
|
||||||
|
|
||||||
|
return highestUCTChild;
|
||||||
|
}
|
||||||
|
}
|
||||||
|
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||||||
|
private static final Random random = new Random();
|
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|
|
||||||
|
private final int milliseconds;
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||||||
|
public MCTSAI1(int milliseconds) {
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|
this.milliseconds = milliseconds;
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|
}
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||||||
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||||||
|
public MCTSAI1(MCTSAI1<T> other) {
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|
this.milliseconds = other.milliseconds;
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|
}
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|
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||||||
|
@Override
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|
public MCTSAI1<T> deepCopy() {
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|
return new MCTSAI1<>(this);
|
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|
}
|
||||||
|
|
||||||
|
@Override
|
||||||
|
public long getMove(T game) {
|
||||||
|
final Node root = new Node(game, null, 0L);
|
||||||
|
|
||||||
|
final long endTime = System.nanoTime() + milliseconds * 1_000_000L;
|
||||||
|
|
||||||
|
while (System.nanoTime() < endTime) {
|
||||||
|
Node leaf = selection(root);
|
||||||
|
leaf = expansion(leaf);
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||||||
|
final float value = simulation(leaf);
|
||||||
|
backPropagation(leaf, value);
|
||||||
|
}
|
||||||
|
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||||||
|
final Node mostVisitedChild = mostVisitedChild(root);
|
||||||
|
return mostVisitedChild.move;
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|
}
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|
private Node mostVisitedChild(Node root) {
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||||||
|
Node mostVisitedChild = null;
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||||||
|
int mostVisited = -1;
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||||||
|
|
||||||
|
for (int i = 0; i < root.expanded; i++) {
|
||||||
|
if (root.children[i].visits > mostVisited) {
|
||||||
|
mostVisitedChild = root.children[i];
|
||||||
|
mostVisited = root.children[i].visits;
|
||||||
|
}
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|
}
|
||||||
|
|
||||||
|
return mostVisitedChild;
|
||||||
|
}
|
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|
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|
private Node selection(Node root) {
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||||||
|
while (!root.solved && root.isFullyExpanded() && !root.state.isTerminal()) {
|
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|
root = root.bestUCTChild();
|
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|
}
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|
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|
return root;
|
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|
}
|
||||||
|
|
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|
private Node expansion(Node leaf) {
|
||||||
|
if (leaf.unexpandedMoves == 0L) {
|
||||||
|
return leaf;
|
||||||
|
}
|
||||||
|
|
||||||
|
final long unexpandedMove = leaf.unexpandedMoves & -leaf.unexpandedMoves;
|
||||||
|
|
||||||
|
final TurnBasedGame<?> copiedState = leaf.state.deepCopy();
|
||||||
|
copiedState.play(unexpandedMove);
|
||||||
|
|
||||||
|
final Node expandedChild = new Node(copiedState, leaf, unexpandedMove);
|
||||||
|
|
||||||
|
leaf.children[leaf.expanded] = expandedChild;
|
||||||
|
leaf.expanded++;
|
||||||
|
|
||||||
|
leaf.unexpandedMoves &= ~unexpandedMove;
|
||||||
|
|
||||||
|
return expandedChild;
|
||||||
|
}
|
||||||
|
|
||||||
|
private float simulation(Node leaf) {
|
||||||
|
final TurnBasedGame<?> copiedState = leaf.state.deepCopy();
|
||||||
|
final int playerIndex = 1 - copiedState.getCurrentTurn();
|
||||||
|
|
||||||
|
while (!copiedState.isTerminal()) {
|
||||||
|
final long legalMoves = copiedState.getLegalMoves();
|
||||||
|
final long randomMove = randomSetBit(legalMoves);
|
||||||
|
|
||||||
|
copiedState.play(randomMove);
|
||||||
|
}
|
||||||
|
|
||||||
|
if (copiedState.getWinner() == playerIndex) {
|
||||||
|
return 1.0f;
|
||||||
|
}
|
||||||
|
|
||||||
|
if (copiedState.getWinner() >= 0) {
|
||||||
|
return -1.0f;
|
||||||
|
}
|
||||||
|
|
||||||
|
return 0.0f;
|
||||||
|
}
|
||||||
|
|
||||||
|
private void backPropagation(Node leaf, float value) {
|
||||||
|
while (leaf != null) {
|
||||||
|
leaf.value += value;
|
||||||
|
leaf.visits++;
|
||||||
|
|
||||||
|
if (!leaf.solved) {
|
||||||
|
updateSolvedStatus(leaf);
|
||||||
|
}
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|
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|
value = -value;
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||||||
|
leaf = leaf.parent;
|
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}
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|
}
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|
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||||||
|
private void updateSolvedStatus(Node node) {
|
||||||
|
if (node.state.isTerminal()) {
|
||||||
|
node.solved = true;
|
||||||
|
|
||||||
|
final int winner = node.state.getWinner();
|
||||||
|
final int mover = 1 - node.state.getCurrentTurn();
|
||||||
|
|
||||||
|
node.solvedValue = winner == mover? 1.0f : winner == -1? 0.0f : -1.0f;
|
||||||
|
|
||||||
|
return;
|
||||||
|
}
|
||||||
|
|
||||||
|
if (node.isFullyExpanded()) {
|
||||||
|
boolean allChildrenSolved = true;
|
||||||
|
boolean foundWinningMove = false;
|
||||||
|
boolean foundDrawMove = false;
|
||||||
|
|
||||||
|
for (final Node child : node.children) {
|
||||||
|
if (child.solved) {
|
||||||
|
if (child.solvedValue == -1.0f) {
|
||||||
|
foundWinningMove = true;
|
||||||
|
break;
|
||||||
|
}
|
||||||
|
|
||||||
|
if (child.solvedValue == 0.0f) {
|
||||||
|
foundDrawMove = true;
|
||||||
|
}
|
||||||
|
} else {
|
||||||
|
allChildrenSolved = false;
|
||||||
|
}
|
||||||
|
}
|
||||||
|
|
||||||
|
if (foundWinningMove) {
|
||||||
|
node.solved = true;
|
||||||
|
node.solvedValue = 1.0f;
|
||||||
|
} else if (allChildrenSolved) {
|
||||||
|
node.solved = true;
|
||||||
|
node.solvedValue = foundDrawMove? 0.0f : -1.0f;
|
||||||
|
}
|
||||||
|
}
|
||||||
|
}
|
||||||
|
|
||||||
|
private long randomSetBit(long value) {
|
||||||
|
if (0L == value) {
|
||||||
|
return 0;
|
||||||
|
}
|
||||||
|
|
||||||
|
final int bitCount = Long.bitCount(value);
|
||||||
|
final int randomBitCount = random.nextInt(bitCount);
|
||||||
|
|
||||||
|
for (int i = 0; i < randomBitCount; i++) {
|
||||||
|
value &= value - 1;
|
||||||
|
}
|
||||||
|
|
||||||
|
return value & -value;
|
||||||
|
}
|
||||||
|
}
|
||||||
@@ -20,6 +20,9 @@ public class MCTSAI2<T extends TurnBasedGame<T>> extends AbstractAI<T> {
|
|||||||
public float value;
|
public float value;
|
||||||
public int visits;
|
public int visits;
|
||||||
|
|
||||||
|
public boolean solved;
|
||||||
|
public float solvedValue;
|
||||||
|
|
||||||
public Node(TurnBasedGame<?> state, Node parent, long move) {
|
public Node(TurnBasedGame<?> state, Node parent, long move) {
|
||||||
final long legalMoves = state.getLegalMoves();
|
final long legalMoves = state.getLegalMoves();
|
||||||
|
|
||||||
@@ -35,6 +38,9 @@ public class MCTSAI2<T extends TurnBasedGame<T>> extends AbstractAI<T> {
|
|||||||
|
|
||||||
this.value = 0.0f;
|
this.value = 0.0f;
|
||||||
this.visits = 0;
|
this.visits = 0;
|
||||||
|
|
||||||
|
this.solved = false;
|
||||||
|
this.solvedValue = 0.0f;
|
||||||
}
|
}
|
||||||
|
|
||||||
public Node(TurnBasedGame<?> state) {
|
public Node(TurnBasedGame<?> state) {
|
||||||
@@ -46,6 +52,10 @@ public class MCTSAI2<T extends TurnBasedGame<T>> extends AbstractAI<T> {
|
|||||||
}
|
}
|
||||||
|
|
||||||
public float calculateUCT(int parentVisits) {
|
public float calculateUCT(int parentVisits) {
|
||||||
|
if (visits == 0) {
|
||||||
|
return Float.POSITIVE_INFINITY;
|
||||||
|
}
|
||||||
|
|
||||||
final float exploitation = value / visits;
|
final float exploitation = value / visits;
|
||||||
final float exploration = 1.41f * (float)(Math.sqrt(Math.log(parentVisits) / visits));
|
final float exploration = 1.41f * (float)(Math.sqrt(Math.log(parentVisits) / visits));
|
||||||
|
|
||||||
@@ -63,24 +73,28 @@ public class MCTSAI2<T extends TurnBasedGame<T>> extends AbstractAI<T> {
|
|||||||
highestUCTChild = children[i];
|
highestUCTChild = children[i];
|
||||||
highestUCT = childUCT;
|
highestUCT = childUCT;
|
||||||
}
|
}
|
||||||
|
|
||||||
}
|
}
|
||||||
|
|
||||||
return highestUCTChild;
|
return highestUCTChild;
|
||||||
}
|
}
|
||||||
}
|
}
|
||||||
|
|
||||||
private final Random random;
|
private static final Random random = new Random();
|
||||||
|
|
||||||
private final int milliseconds;
|
private final int milliseconds;
|
||||||
|
|
||||||
|
private Node root;
|
||||||
|
|
||||||
public MCTSAI2(int milliseconds) {
|
public MCTSAI2(int milliseconds) {
|
||||||
this.random = new Random();
|
|
||||||
this.milliseconds = milliseconds;
|
this.milliseconds = milliseconds;
|
||||||
|
|
||||||
|
this.root = null;
|
||||||
}
|
}
|
||||||
|
|
||||||
public MCTSAI2(MCTSAI2<?> other) {
|
public MCTSAI2(MCTSAI2<T> other) {
|
||||||
this.random = other.random;
|
|
||||||
this.milliseconds = other.milliseconds;
|
this.milliseconds = other.milliseconds;
|
||||||
|
|
||||||
|
this.root = other.root;
|
||||||
}
|
}
|
||||||
|
|
||||||
@Override
|
@Override
|
||||||
@@ -90,7 +104,7 @@ public class MCTSAI2<T extends TurnBasedGame<T>> extends AbstractAI<T> {
|
|||||||
|
|
||||||
@Override
|
@Override
|
||||||
public long getMove(T game) {
|
public long getMove(T game) {
|
||||||
final Node root = new Node(game, null, 0L);
|
root = findOrResetRoot(root, game);
|
||||||
|
|
||||||
final long endTime = System.nanoTime() + milliseconds * 1_000_000L;
|
final long endTime = System.nanoTime() + milliseconds * 1_000_000L;
|
||||||
|
|
||||||
@@ -102,8 +116,11 @@ public class MCTSAI2<T extends TurnBasedGame<T>> extends AbstractAI<T> {
|
|||||||
}
|
}
|
||||||
|
|
||||||
final Node mostVisitedChild = mostVisitedChild(root);
|
final Node mostVisitedChild = mostVisitedChild(root);
|
||||||
|
final long move = mostVisitedChild.move;
|
||||||
|
|
||||||
return mostVisitedChild != null? mostVisitedChild.move : 0L;
|
root = findChildByMove(root, move);
|
||||||
|
|
||||||
|
return move;
|
||||||
}
|
}
|
||||||
|
|
||||||
private Node mostVisitedChild(Node root) {
|
private Node mostVisitedChild(Node root) {
|
||||||
@@ -120,8 +137,51 @@ public class MCTSAI2<T extends TurnBasedGame<T>> extends AbstractAI<T> {
|
|||||||
return mostVisitedChild;
|
return mostVisitedChild;
|
||||||
}
|
}
|
||||||
|
|
||||||
|
private Node findOrResetRoot(Node root, T game) {
|
||||||
|
if (root == null) {
|
||||||
|
return new Node(game.deepCopy());
|
||||||
|
}
|
||||||
|
|
||||||
|
if (areStatesEqual(root.state.getBoard(), game.getBoard())) {
|
||||||
|
return root;
|
||||||
|
}
|
||||||
|
|
||||||
|
for (int i = 0; i < root.expanded; i++) {
|
||||||
|
if (areStatesEqual(root.children[i].state.getBoard(), game.getBoard())) {
|
||||||
|
root.children[i].parent = null;
|
||||||
|
return root.children[i];
|
||||||
|
}
|
||||||
|
}
|
||||||
|
|
||||||
|
return new Node(game.deepCopy());
|
||||||
|
}
|
||||||
|
|
||||||
|
private Node findChildByMove(Node root, long move) {
|
||||||
|
for (int i = 0; i < root.expanded; i++) {
|
||||||
|
if (root.children[i].move == move) {
|
||||||
|
root.children[i].parent = null;
|
||||||
|
return root.children[i];
|
||||||
|
}
|
||||||
|
}
|
||||||
|
|
||||||
|
return null;
|
||||||
|
}
|
||||||
|
|
||||||
|
private boolean areStatesEqual(long[] state1, long[] state2) {
|
||||||
|
if (state1.length != state2.length) {
|
||||||
|
return false;
|
||||||
|
}
|
||||||
|
|
||||||
|
for (int i = 0; i < state1.length; i++) {
|
||||||
|
if (state1[i] != state2[i]) {
|
||||||
|
return false;
|
||||||
|
}
|
||||||
|
}
|
||||||
|
|
||||||
|
return true;
|
||||||
|
}
|
||||||
private Node selection(Node root) {
|
private Node selection(Node root) {
|
||||||
while (root.isFullyExpanded() && !root.state.isTerminal()) {
|
while (!root.solved && root.isFullyExpanded() && !root.state.isTerminal()) {
|
||||||
root = root.bestUCTChild();
|
root = root.bestUCTChild();
|
||||||
}
|
}
|
||||||
|
|
||||||
@@ -161,7 +221,9 @@ public class MCTSAI2<T extends TurnBasedGame<T>> extends AbstractAI<T> {
|
|||||||
|
|
||||||
if (copiedState.getWinner() == playerIndex) {
|
if (copiedState.getWinner() == playerIndex) {
|
||||||
return 1.0f;
|
return 1.0f;
|
||||||
} else if (copiedState.getWinner() >= 0) {
|
}
|
||||||
|
|
||||||
|
if (copiedState.getWinner() >= 0) {
|
||||||
return -1.0f;
|
return -1.0f;
|
||||||
}
|
}
|
||||||
|
|
||||||
@@ -173,11 +235,57 @@ public class MCTSAI2<T extends TurnBasedGame<T>> extends AbstractAI<T> {
|
|||||||
leaf.value += value;
|
leaf.value += value;
|
||||||
leaf.visits++;
|
leaf.visits++;
|
||||||
|
|
||||||
|
if (!leaf.solved) {
|
||||||
|
updateSolvedStatus(leaf);
|
||||||
|
}
|
||||||
|
|
||||||
value = -value;
|
value = -value;
|
||||||
leaf = leaf.parent;
|
leaf = leaf.parent;
|
||||||
}
|
}
|
||||||
}
|
}
|
||||||
|
|
||||||
|
private void updateSolvedStatus(Node node) {
|
||||||
|
if (node.state.isTerminal()) {
|
||||||
|
node.solved = true;
|
||||||
|
|
||||||
|
final int winner = node.state.getWinner();
|
||||||
|
final int mover = 1 - node.state.getCurrentTurn();
|
||||||
|
|
||||||
|
node.solvedValue = winner == mover? 1.0f : winner == -1? 0.0f : -1.0f;
|
||||||
|
|
||||||
|
return;
|
||||||
|
}
|
||||||
|
|
||||||
|
if (node.isFullyExpanded()) {
|
||||||
|
boolean allChildrenSolved = true;
|
||||||
|
boolean foundWinningMove = false;
|
||||||
|
boolean foundDrawMove = false;
|
||||||
|
|
||||||
|
for (final Node child : node.children) {
|
||||||
|
if (child.solved) {
|
||||||
|
if (child.solvedValue == -1.0f) {
|
||||||
|
foundWinningMove = true;
|
||||||
|
break;
|
||||||
|
}
|
||||||
|
|
||||||
|
if (child.solvedValue == 0.0f) {
|
||||||
|
foundDrawMove = true;
|
||||||
|
}
|
||||||
|
} else {
|
||||||
|
allChildrenSolved = false;
|
||||||
|
}
|
||||||
|
}
|
||||||
|
|
||||||
|
if (foundWinningMove) {
|
||||||
|
node.solved = true;
|
||||||
|
node.solvedValue = 1.0f;
|
||||||
|
} else if (allChildrenSolved) {
|
||||||
|
node.solved = true;
|
||||||
|
node.solvedValue = foundDrawMove? 0.0f : -1.0f;
|
||||||
|
}
|
||||||
|
}
|
||||||
|
}
|
||||||
|
|
||||||
private long randomSetBit(long value) {
|
private long randomSetBit(long value) {
|
||||||
if (0L == value) {
|
if (0L == value) {
|
||||||
return 0;
|
return 0;
|
||||||
|
|||||||
@@ -3,7 +3,13 @@ package org.toop.game.players.ai;
|
|||||||
import org.toop.framework.gameFramework.model.game.TurnBasedGame;
|
import org.toop.framework.gameFramework.model.game.TurnBasedGame;
|
||||||
import org.toop.framework.gameFramework.model.player.AbstractAI;
|
import org.toop.framework.gameFramework.model.player.AbstractAI;
|
||||||
|
|
||||||
|
import java.util.ArrayList;
|
||||||
|
import java.util.List;
|
||||||
import java.util.Random;
|
import java.util.Random;
|
||||||
|
import java.util.concurrent.Callable;
|
||||||
|
import java.util.concurrent.ExecutorService;
|
||||||
|
import java.util.concurrent.Executors;
|
||||||
|
import java.util.concurrent.Future;
|
||||||
|
|
||||||
public class MCTSAI3<T extends TurnBasedGame<T>> extends AbstractAI<T> {
|
public class MCTSAI3<T extends TurnBasedGame<T>> extends AbstractAI<T> {
|
||||||
private static class Node {
|
private static class Node {
|
||||||
@@ -20,6 +26,9 @@ public class MCTSAI3<T extends TurnBasedGame<T>> extends AbstractAI<T> {
|
|||||||
public float value;
|
public float value;
|
||||||
public int visits;
|
public int visits;
|
||||||
|
|
||||||
|
public boolean solved;
|
||||||
|
public float solvedValue;
|
||||||
|
|
||||||
public Node(TurnBasedGame<?> state, Node parent, long move) {
|
public Node(TurnBasedGame<?> state, Node parent, long move) {
|
||||||
final long legalMoves = state.getLegalMoves();
|
final long legalMoves = state.getLegalMoves();
|
||||||
|
|
||||||
@@ -35,6 +44,9 @@ public class MCTSAI3<T extends TurnBasedGame<T>> extends AbstractAI<T> {
|
|||||||
|
|
||||||
this.value = 0.0f;
|
this.value = 0.0f;
|
||||||
this.visits = 0;
|
this.visits = 0;
|
||||||
|
|
||||||
|
this.solved = false;
|
||||||
|
this.solvedValue = 0.0f;
|
||||||
}
|
}
|
||||||
|
|
||||||
public Node(TurnBasedGame<?> state) {
|
public Node(TurnBasedGame<?> state) {
|
||||||
@@ -46,6 +58,10 @@ public class MCTSAI3<T extends TurnBasedGame<T>> extends AbstractAI<T> {
|
|||||||
}
|
}
|
||||||
|
|
||||||
public float calculateUCT(int parentVisits) {
|
public float calculateUCT(int parentVisits) {
|
||||||
|
if (visits == 0) {
|
||||||
|
return Float.POSITIVE_INFINITY;
|
||||||
|
}
|
||||||
|
|
||||||
final float exploitation = value / visits;
|
final float exploitation = value / visits;
|
||||||
final float exploration = 1.41f * (float)(Math.sqrt(Math.log(parentVisits) / visits));
|
final float exploration = 1.41f * (float)(Math.sqrt(Math.log(parentVisits) / visits));
|
||||||
|
|
||||||
@@ -63,30 +79,25 @@ public class MCTSAI3<T extends TurnBasedGame<T>> extends AbstractAI<T> {
|
|||||||
highestUCTChild = children[i];
|
highestUCTChild = children[i];
|
||||||
highestUCT = childUCT;
|
highestUCT = childUCT;
|
||||||
}
|
}
|
||||||
|
|
||||||
}
|
}
|
||||||
|
|
||||||
return highestUCTChild;
|
return highestUCTChild;
|
||||||
}
|
}
|
||||||
}
|
}
|
||||||
|
|
||||||
private final Random random;
|
private static final ThreadLocal<Random> random = ThreadLocal.withInitial(Random::new);
|
||||||
|
|
||||||
private Node root;
|
|
||||||
private final int milliseconds;
|
private final int milliseconds;
|
||||||
|
private final int threads;
|
||||||
|
|
||||||
public MCTSAI3(int milliseconds) {
|
public MCTSAI3(int milliseconds, int threads) {
|
||||||
this.random = new Random();
|
|
||||||
|
|
||||||
this.root = null;
|
|
||||||
this.milliseconds = milliseconds;
|
this.milliseconds = milliseconds;
|
||||||
|
this.threads = threads;
|
||||||
}
|
}
|
||||||
|
|
||||||
public MCTSAI3(MCTSAI3<?> other) {
|
public MCTSAI3(MCTSAI3<T> other) {
|
||||||
this.random = other.random;
|
|
||||||
|
|
||||||
this.root = other.root;
|
|
||||||
this.milliseconds = other.milliseconds;
|
this.milliseconds = other.milliseconds;
|
||||||
|
this.threads = other.threads;
|
||||||
}
|
}
|
||||||
|
|
||||||
@Override
|
@Override
|
||||||
@@ -96,23 +107,57 @@ public class MCTSAI3<T extends TurnBasedGame<T>> extends AbstractAI<T> {
|
|||||||
|
|
||||||
@Override
|
@Override
|
||||||
public long getMove(T game) {
|
public long getMove(T game) {
|
||||||
detectRoot(game);
|
final ExecutorService pool = Executors.newFixedThreadPool(threads);
|
||||||
|
|
||||||
final long endTime = System.nanoTime() + milliseconds * 1_000_000L;
|
final long endTime = System.nanoTime() + milliseconds * 1_000_000L;
|
||||||
|
|
||||||
|
final List<Callable<Node>> tasks = new ArrayList<>();
|
||||||
|
|
||||||
|
for (int i = 0; i < threads; i++) {
|
||||||
|
tasks.add(() -> {
|
||||||
|
final Node localRoot = new Node(game.deepCopy());
|
||||||
|
|
||||||
while (System.nanoTime() < endTime) {
|
while (System.nanoTime() < endTime) {
|
||||||
Node leaf = selection(root);
|
Node leaf = selection(localRoot);
|
||||||
leaf = expansion(leaf);
|
leaf = expansion(leaf);
|
||||||
final float value = simulation(leaf);
|
final float value = simulation(leaf);
|
||||||
backPropagation(leaf, value);
|
backPropagation(leaf, value);
|
||||||
}
|
}
|
||||||
|
|
||||||
|
return localRoot;
|
||||||
|
});
|
||||||
|
}
|
||||||
|
|
||||||
|
try {
|
||||||
|
final List<Future<Node>> results = pool.invokeAll(tasks);
|
||||||
|
|
||||||
|
pool.shutdown();
|
||||||
|
|
||||||
|
final Node root = new Node(game.deepCopy());
|
||||||
|
|
||||||
|
for (int i = 0; i < root.children.length; i++) {
|
||||||
|
expansion(root);
|
||||||
|
}
|
||||||
|
|
||||||
|
for (final Future<Node> result : results) {
|
||||||
|
final Node localRoot = result.get();
|
||||||
|
|
||||||
|
for (final Node localChild : localRoot.children) {
|
||||||
|
for (int i = 0; i < root.children.length; i++) {
|
||||||
|
if (localChild.move == root.children[i].move) {
|
||||||
|
root.children[i].visits += localChild.visits;
|
||||||
|
root.visits += localChild.visits;
|
||||||
|
break;
|
||||||
|
}
|
||||||
|
}
|
||||||
|
}
|
||||||
|
}
|
||||||
|
|
||||||
final Node mostVisitedChild = mostVisitedChild(root);
|
final Node mostVisitedChild = mostVisitedChild(root);
|
||||||
final long move = mostVisitedChild != null? mostVisitedChild.move : 0L;
|
return mostVisitedChild.move;
|
||||||
|
} catch (Exception _) {
|
||||||
newRoot(move);
|
final long legalMoves = game.getLegalMoves();
|
||||||
|
return randomSetBit(legalMoves);
|
||||||
return move;
|
}
|
||||||
}
|
}
|
||||||
|
|
||||||
private Node mostVisitedChild(Node root) {
|
private Node mostVisitedChild(Node root) {
|
||||||
@@ -129,62 +174,8 @@ public class MCTSAI3<T extends TurnBasedGame<T>> extends AbstractAI<T> {
|
|||||||
return mostVisitedChild;
|
return mostVisitedChild;
|
||||||
}
|
}
|
||||||
|
|
||||||
private void detectRoot(T game) {
|
|
||||||
if (root == null) {
|
|
||||||
root = new Node(game.deepCopy());
|
|
||||||
return;
|
|
||||||
}
|
|
||||||
|
|
||||||
final long[] currentBoards = game.getBoard();
|
|
||||||
final long[] rootBoards = root.state.getBoard();
|
|
||||||
|
|
||||||
boolean detected = true;
|
|
||||||
|
|
||||||
for (int i = 0; i < rootBoards.length; i++) {
|
|
||||||
if (rootBoards[i] != currentBoards[i]) {
|
|
||||||
detected = false;
|
|
||||||
break;
|
|
||||||
}
|
|
||||||
}
|
|
||||||
|
|
||||||
if (detected) {
|
|
||||||
return;
|
|
||||||
}
|
|
||||||
|
|
||||||
for (int i = 0; i < root.expanded; i++) {
|
|
||||||
final Node child = root.children[i];
|
|
||||||
|
|
||||||
final long[] childBoards = child.state.getBoard();
|
|
||||||
|
|
||||||
detected = true;
|
|
||||||
|
|
||||||
for (int j = 0; j < childBoards.length; j++) {
|
|
||||||
if (childBoards[j] != currentBoards[j]) {
|
|
||||||
detected = false;
|
|
||||||
break;
|
|
||||||
}
|
|
||||||
}
|
|
||||||
|
|
||||||
if (detected) {
|
|
||||||
root = child;
|
|
||||||
return;
|
|
||||||
}
|
|
||||||
}
|
|
||||||
|
|
||||||
root = new Node(game.deepCopy());
|
|
||||||
}
|
|
||||||
|
|
||||||
private void newRoot(long move) {
|
|
||||||
for (final Node child : root.children) {
|
|
||||||
if (child.move == move) {
|
|
||||||
root = child;
|
|
||||||
break;
|
|
||||||
}
|
|
||||||
}
|
|
||||||
}
|
|
||||||
|
|
||||||
private Node selection(Node root) {
|
private Node selection(Node root) {
|
||||||
while (root.isFullyExpanded() && !root.state.isTerminal()) {
|
while (!root.solved && root.isFullyExpanded() && !root.state.isTerminal()) {
|
||||||
root = root.bestUCTChild();
|
root = root.bestUCTChild();
|
||||||
}
|
}
|
||||||
|
|
||||||
@@ -224,7 +215,9 @@ public class MCTSAI3<T extends TurnBasedGame<T>> extends AbstractAI<T> {
|
|||||||
|
|
||||||
if (copiedState.getWinner() == playerIndex) {
|
if (copiedState.getWinner() == playerIndex) {
|
||||||
return 1.0f;
|
return 1.0f;
|
||||||
} else if (copiedState.getWinner() >= 0) {
|
}
|
||||||
|
|
||||||
|
if (copiedState.getWinner() >= 0) {
|
||||||
return -1.0f;
|
return -1.0f;
|
||||||
}
|
}
|
||||||
|
|
||||||
@@ -236,18 +229,64 @@ public class MCTSAI3<T extends TurnBasedGame<T>> extends AbstractAI<T> {
|
|||||||
leaf.value += value;
|
leaf.value += value;
|
||||||
leaf.visits++;
|
leaf.visits++;
|
||||||
|
|
||||||
|
if (!leaf.solved) {
|
||||||
|
updateSolvedStatus(leaf);
|
||||||
|
}
|
||||||
|
|
||||||
value = -value;
|
value = -value;
|
||||||
leaf = leaf.parent;
|
leaf = leaf.parent;
|
||||||
}
|
}
|
||||||
}
|
}
|
||||||
|
|
||||||
|
private void updateSolvedStatus(Node node) {
|
||||||
|
if (node.state.isTerminal()) {
|
||||||
|
node.solved = true;
|
||||||
|
|
||||||
|
final int winner = node.state.getWinner();
|
||||||
|
final int mover = 1 - node.state.getCurrentTurn();
|
||||||
|
|
||||||
|
node.solvedValue = winner == mover? 1.0f : winner == -1? 0.0f : -1.0f;
|
||||||
|
|
||||||
|
return;
|
||||||
|
}
|
||||||
|
|
||||||
|
if (node.isFullyExpanded()) {
|
||||||
|
boolean allChildrenSolved = true;
|
||||||
|
boolean foundWinningMove = false;
|
||||||
|
boolean foundDrawMove = false;
|
||||||
|
|
||||||
|
for (final Node child : node.children) {
|
||||||
|
if (child.solved) {
|
||||||
|
if (child.solvedValue == -1.0f) {
|
||||||
|
foundWinningMove = true;
|
||||||
|
break;
|
||||||
|
}
|
||||||
|
|
||||||
|
if (child.solvedValue == 0.0f) {
|
||||||
|
foundDrawMove = true;
|
||||||
|
}
|
||||||
|
} else {
|
||||||
|
allChildrenSolved = false;
|
||||||
|
}
|
||||||
|
}
|
||||||
|
|
||||||
|
if (foundWinningMove) {
|
||||||
|
node.solved = true;
|
||||||
|
node.solvedValue = 1.0f;
|
||||||
|
} else if (allChildrenSolved) {
|
||||||
|
node.solved = true;
|
||||||
|
node.solvedValue = foundDrawMove? 0.0f : -1.0f;
|
||||||
|
}
|
||||||
|
}
|
||||||
|
}
|
||||||
|
|
||||||
private long randomSetBit(long value) {
|
private long randomSetBit(long value) {
|
||||||
if (0L == value) {
|
if (0L == value) {
|
||||||
return 0;
|
return 0;
|
||||||
}
|
}
|
||||||
|
|
||||||
final int bitCount = Long.bitCount(value);
|
final int bitCount = Long.bitCount(value);
|
||||||
final int randomBitCount = random.nextInt(bitCount);
|
final int randomBitCount = random.get().nextInt(bitCount);
|
||||||
|
|
||||||
for (int i = 0; i < randomBitCount; i++) {
|
for (int i = 0; i < randomBitCount; i++) {
|
||||||
value &= value - 1;
|
value &= value - 1;
|
||||||
|
|||||||
359
game/src/main/java/org/toop/game/players/ai/MCTSAI4.java
Normal file
359
game/src/main/java/org/toop/game/players/ai/MCTSAI4.java
Normal file
@@ -0,0 +1,359 @@
|
|||||||
|
package org.toop.game.players.ai;
|
||||||
|
|
||||||
|
import org.toop.framework.gameFramework.model.game.TurnBasedGame;
|
||||||
|
import org.toop.framework.gameFramework.model.player.AbstractAI;
|
||||||
|
|
||||||
|
import java.util.ArrayList;
|
||||||
|
import java.util.List;
|
||||||
|
import java.util.Random;
|
||||||
|
import java.util.concurrent.Callable;
|
||||||
|
import java.util.concurrent.ExecutorService;
|
||||||
|
import java.util.concurrent.Executors;
|
||||||
|
import java.util.concurrent.Future;
|
||||||
|
|
||||||
|
public class MCTSAI4<T extends TurnBasedGame<T>> extends AbstractAI<T> {
|
||||||
|
private static class Node {
|
||||||
|
public TurnBasedGame<?> state;
|
||||||
|
|
||||||
|
public long move;
|
||||||
|
public long unexpandedMoves;
|
||||||
|
|
||||||
|
public Node parent;
|
||||||
|
|
||||||
|
public Node[] children;
|
||||||
|
public int expanded;
|
||||||
|
|
||||||
|
public float value;
|
||||||
|
public int visits;
|
||||||
|
|
||||||
|
public boolean solved;
|
||||||
|
public float solvedValue;
|
||||||
|
|
||||||
|
public Node(TurnBasedGame<?> state, Node parent, long move) {
|
||||||
|
final long legalMoves = state.getLegalMoves();
|
||||||
|
|
||||||
|
this.state = state;
|
||||||
|
|
||||||
|
this.move = move;
|
||||||
|
this.unexpandedMoves = legalMoves;
|
||||||
|
|
||||||
|
this.parent = parent;
|
||||||
|
|
||||||
|
this.children = new Node[Long.bitCount(legalMoves)];
|
||||||
|
this.expanded = 0;
|
||||||
|
|
||||||
|
this.value = 0.0f;
|
||||||
|
this.visits = 0;
|
||||||
|
|
||||||
|
this.solved = false;
|
||||||
|
this.solvedValue = 0.0f;
|
||||||
|
}
|
||||||
|
|
||||||
|
public Node(TurnBasedGame<?> state) {
|
||||||
|
this(state, null, 0L);
|
||||||
|
}
|
||||||
|
|
||||||
|
public boolean isFullyExpanded() {
|
||||||
|
return expanded == children.length;
|
||||||
|
}
|
||||||
|
|
||||||
|
public float calculateUCT(int parentVisits) {
|
||||||
|
if (visits == 0) {
|
||||||
|
return Float.POSITIVE_INFINITY;
|
||||||
|
}
|
||||||
|
|
||||||
|
final float exploitation = value / visits;
|
||||||
|
final float exploration = 1.41f * (float)(Math.sqrt(Math.log(parentVisits) / visits));
|
||||||
|
|
||||||
|
return exploitation + exploration;
|
||||||
|
}
|
||||||
|
|
||||||
|
public Node bestUCTChild() {
|
||||||
|
Node highestUCTChild = null;
|
||||||
|
float highestUCT = Float.NEGATIVE_INFINITY;
|
||||||
|
|
||||||
|
for (int i = 0; i < expanded; i++) {
|
||||||
|
final float childUCT = children[i].calculateUCT(visits);
|
||||||
|
|
||||||
|
if (childUCT > highestUCT) {
|
||||||
|
highestUCTChild = children[i];
|
||||||
|
highestUCT = childUCT;
|
||||||
|
}
|
||||||
|
}
|
||||||
|
|
||||||
|
return highestUCTChild;
|
||||||
|
}
|
||||||
|
}
|
||||||
|
|
||||||
|
private static final ThreadLocal<Random> random = ThreadLocal.withInitial(Random::new);
|
||||||
|
|
||||||
|
private final int milliseconds;
|
||||||
|
private final int threads;
|
||||||
|
|
||||||
|
private final Node[] threadRoots;
|
||||||
|
|
||||||
|
public MCTSAI4(int milliseconds, int threads) {
|
||||||
|
this.milliseconds = milliseconds;
|
||||||
|
this.threads = threads;
|
||||||
|
|
||||||
|
this.threadRoots = new Node[threads];
|
||||||
|
}
|
||||||
|
|
||||||
|
public MCTSAI4(MCTSAI4<T> other) {
|
||||||
|
this.milliseconds = other.milliseconds;
|
||||||
|
this.threads = other.threads;
|
||||||
|
|
||||||
|
this.threadRoots = other.threadRoots;
|
||||||
|
}
|
||||||
|
|
||||||
|
@Override
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||||||
|
public MCTSAI4<T> deepCopy() {
|
||||||
|
return new MCTSAI4<>(this);
|
||||||
|
}
|
||||||
|
|
||||||
|
@Override
|
||||||
|
public long getMove(T game) {
|
||||||
|
for (int i = 0; i < threads; i++) {
|
||||||
|
threadRoots[i] = findOrResetRoot(threadRoots[i], game);
|
||||||
|
}
|
||||||
|
|
||||||
|
final ExecutorService pool = Executors.newFixedThreadPool(threads);
|
||||||
|
final long endTime = System.nanoTime() + milliseconds * 1_000_000L;
|
||||||
|
|
||||||
|
final List<Callable<Node>> tasks = new ArrayList<>();
|
||||||
|
|
||||||
|
for (int i = 0; i < threads; i++) {
|
||||||
|
final int threadIndex = i;
|
||||||
|
|
||||||
|
tasks.add(() -> {
|
||||||
|
final Node localRoot = threadRoots[threadIndex];
|
||||||
|
|
||||||
|
while (System.nanoTime() < endTime) {
|
||||||
|
Node leaf = selection(localRoot);
|
||||||
|
leaf = expansion(leaf);
|
||||||
|
final float value = simulation(leaf);
|
||||||
|
backPropagation(leaf, value);
|
||||||
|
}
|
||||||
|
|
||||||
|
return localRoot;
|
||||||
|
});
|
||||||
|
}
|
||||||
|
|
||||||
|
try {
|
||||||
|
final List<Future<Node>> results = pool.invokeAll(tasks);
|
||||||
|
|
||||||
|
pool.shutdown();
|
||||||
|
|
||||||
|
final Node root = new Node(game.deepCopy());
|
||||||
|
|
||||||
|
for (int i = 0; i < root.children.length; i++) {
|
||||||
|
expansion(root);
|
||||||
|
}
|
||||||
|
|
||||||
|
for (final Future<Node> result : results) {
|
||||||
|
final Node localRoot = result.get();
|
||||||
|
|
||||||
|
for (final Node localChild : localRoot.children) {
|
||||||
|
for (int i = 0; i < root.children.length; i++) {
|
||||||
|
if (localChild.move == root.children[i].move) {
|
||||||
|
root.children[i].visits += localChild.visits;
|
||||||
|
root.visits += localChild.visits;
|
||||||
|
break;
|
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|
}
|
||||||
|
}
|
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|
}
|
||||||
|
}
|
||||||
|
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||||||
|
final Node mostVisitedChild = mostVisitedChild(root);
|
||||||
|
final long move = mostVisitedChild.move;
|
||||||
|
|
||||||
|
for (int i = 0; i < threads; i++) {
|
||||||
|
threadRoots[i] = findChildByMove(threadRoots[i], move);
|
||||||
|
}
|
||||||
|
|
||||||
|
return move;
|
||||||
|
} catch (Exception _) {
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|
final long legalMoves = game.getLegalMoves();
|
||||||
|
return randomSetBit(legalMoves);
|
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|
}
|
||||||
|
}
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||||||
|
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|
private Node mostVisitedChild(Node root) {
|
||||||
|
Node mostVisitedChild = null;
|
||||||
|
int mostVisited = -1;
|
||||||
|
|
||||||
|
for (int i = 0; i < root.expanded; i++) {
|
||||||
|
if (root.children[i].visits > mostVisited) {
|
||||||
|
mostVisitedChild = root.children[i];
|
||||||
|
mostVisited = root.children[i].visits;
|
||||||
|
}
|
||||||
|
}
|
||||||
|
|
||||||
|
return mostVisitedChild;
|
||||||
|
}
|
||||||
|
|
||||||
|
private Node findOrResetRoot(Node root, T game) {
|
||||||
|
if (root == null) {
|
||||||
|
return new Node(game.deepCopy());
|
||||||
|
}
|
||||||
|
|
||||||
|
if (areStatesEqual(root.state.getBoard(), game.getBoard())) {
|
||||||
|
return root;
|
||||||
|
}
|
||||||
|
|
||||||
|
for (int i = 0; i < root.expanded; i++) {
|
||||||
|
if (areStatesEqual(root.children[i].state.getBoard(), game.getBoard())) {
|
||||||
|
root.children[i].parent = null;
|
||||||
|
return root.children[i];
|
||||||
|
}
|
||||||
|
}
|
||||||
|
|
||||||
|
return new Node(game.deepCopy());
|
||||||
|
}
|
||||||
|
|
||||||
|
private Node findChildByMove(Node root, long move) {
|
||||||
|
for (int i = 0; i < root.expanded; i++) {
|
||||||
|
if (root.children[i].move == move) {
|
||||||
|
root.children[i].parent = null;
|
||||||
|
return root.children[i];
|
||||||
|
}
|
||||||
|
}
|
||||||
|
|
||||||
|
return null;
|
||||||
|
}
|
||||||
|
|
||||||
|
private boolean areStatesEqual(long[] state1, long[] state2) {
|
||||||
|
if (state1.length != state2.length) {
|
||||||
|
return false;
|
||||||
|
}
|
||||||
|
|
||||||
|
for (int i = 0; i < state1.length; i++) {
|
||||||
|
if (state1[i] != state2[i]) {
|
||||||
|
return false;
|
||||||
|
}
|
||||||
|
}
|
||||||
|
|
||||||
|
return true;
|
||||||
|
}
|
||||||
|
|
||||||
|
private Node selection(Node root) {
|
||||||
|
while (!root.solved && root.isFullyExpanded() && !root.state.isTerminal()) {
|
||||||
|
root = root.bestUCTChild();
|
||||||
|
}
|
||||||
|
|
||||||
|
return root;
|
||||||
|
}
|
||||||
|
|
||||||
|
private Node expansion(Node leaf) {
|
||||||
|
if (leaf.unexpandedMoves == 0L) {
|
||||||
|
return leaf;
|
||||||
|
}
|
||||||
|
|
||||||
|
final long unexpandedMove = leaf.unexpandedMoves & -leaf.unexpandedMoves;
|
||||||
|
|
||||||
|
final TurnBasedGame<?> copiedState = leaf.state.deepCopy();
|
||||||
|
copiedState.play(unexpandedMove);
|
||||||
|
|
||||||
|
final Node expandedChild = new Node(copiedState, leaf, unexpandedMove);
|
||||||
|
|
||||||
|
leaf.children[leaf.expanded] = expandedChild;
|
||||||
|
leaf.expanded++;
|
||||||
|
|
||||||
|
leaf.unexpandedMoves &= ~unexpandedMove;
|
||||||
|
|
||||||
|
return expandedChild;
|
||||||
|
}
|
||||||
|
|
||||||
|
private float simulation(Node leaf) {
|
||||||
|
final TurnBasedGame<?> copiedState = leaf.state.deepCopy();
|
||||||
|
final int playerIndex = 1 - copiedState.getCurrentTurn();
|
||||||
|
|
||||||
|
while (!copiedState.isTerminal()) {
|
||||||
|
final long legalMoves = copiedState.getLegalMoves();
|
||||||
|
final long randomMove = randomSetBit(legalMoves);
|
||||||
|
|
||||||
|
copiedState.play(randomMove);
|
||||||
|
}
|
||||||
|
|
||||||
|
if (copiedState.getWinner() == playerIndex) {
|
||||||
|
return 1.0f;
|
||||||
|
}
|
||||||
|
|
||||||
|
if (copiedState.getWinner() >= 0) {
|
||||||
|
return -1.0f;
|
||||||
|
}
|
||||||
|
|
||||||
|
return 0.0f;
|
||||||
|
}
|
||||||
|
|
||||||
|
private void backPropagation(Node leaf, float value) {
|
||||||
|
while (leaf != null) {
|
||||||
|
leaf.value += value;
|
||||||
|
leaf.visits++;
|
||||||
|
|
||||||
|
if (!leaf.solved) {
|
||||||
|
updateSolvedStatus(leaf);
|
||||||
|
}
|
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|
|
||||||
|
value = -value;
|
||||||
|
leaf = leaf.parent;
|
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|
}
|
||||||
|
}
|
||||||
|
|
||||||
|
private void updateSolvedStatus(Node node) {
|
||||||
|
if (node.state.isTerminal()) {
|
||||||
|
node.solved = true;
|
||||||
|
|
||||||
|
final int winner = node.state.getWinner();
|
||||||
|
final int mover = 1 - node.state.getCurrentTurn();
|
||||||
|
|
||||||
|
node.solvedValue = winner == mover? 1.0f : winner == -1? 0.0f : -1.0f;
|
||||||
|
|
||||||
|
return;
|
||||||
|
}
|
||||||
|
|
||||||
|
if (node.isFullyExpanded()) {
|
||||||
|
boolean allChildrenSolved = true;
|
||||||
|
boolean foundWinningMove = false;
|
||||||
|
boolean foundDrawMove = false;
|
||||||
|
|
||||||
|
for (final Node child : node.children) {
|
||||||
|
if (child.solved) {
|
||||||
|
if (child.solvedValue == -1.0f) {
|
||||||
|
foundWinningMove = true;
|
||||||
|
break;
|
||||||
|
}
|
||||||
|
|
||||||
|
if (child.solvedValue == 0.0f) {
|
||||||
|
foundDrawMove = true;
|
||||||
|
}
|
||||||
|
} else {
|
||||||
|
allChildrenSolved = false;
|
||||||
|
}
|
||||||
|
}
|
||||||
|
|
||||||
|
if (foundWinningMove) {
|
||||||
|
node.solved = true;
|
||||||
|
node.solvedValue = 1.0f;
|
||||||
|
} else if (allChildrenSolved) {
|
||||||
|
node.solved = true;
|
||||||
|
node.solvedValue = foundDrawMove? 0.0f : -1.0f;
|
||||||
|
}
|
||||||
|
}
|
||||||
|
}
|
||||||
|
|
||||||
|
private long randomSetBit(long value) {
|
||||||
|
if (0L == value) {
|
||||||
|
return 0;
|
||||||
|
}
|
||||||
|
|
||||||
|
final int bitCount = Long.bitCount(value);
|
||||||
|
final int randomBitCount = random.get().nextInt(bitCount);
|
||||||
|
|
||||||
|
for (int i = 0; i < randomBitCount; i++) {
|
||||||
|
value &= value - 1;
|
||||||
|
}
|
||||||
|
|
||||||
|
return value & -value;
|
||||||
|
}
|
||||||
|
}
|
||||||
371
game/src/main/java/org/toop/game/players/ai/MCTSAI5.java
Normal file
371
game/src/main/java/org/toop/game/players/ai/MCTSAI5.java
Normal file
@@ -0,0 +1,371 @@
|
|||||||
|
package org.toop.game.players.ai;
|
||||||
|
|
||||||
|
import org.toop.framework.gameFramework.model.game.TurnBasedGame;
|
||||||
|
import org.toop.framework.gameFramework.model.player.AbstractAI;
|
||||||
|
|
||||||
|
import java.util.ArrayList;
|
||||||
|
import java.util.List;
|
||||||
|
import java.util.Random;
|
||||||
|
import java.util.concurrent.Callable;
|
||||||
|
import java.util.concurrent.ExecutorService;
|
||||||
|
import java.util.concurrent.Executors;
|
||||||
|
import java.util.concurrent.Future;
|
||||||
|
|
||||||
|
public class MCTSAI5<T extends TurnBasedGame<T>> extends AbstractAI<T> {
|
||||||
|
private static class Node {
|
||||||
|
public TurnBasedGame<?> state;
|
||||||
|
|
||||||
|
public long move;
|
||||||
|
public long unexpandedMoves;
|
||||||
|
|
||||||
|
public Node parent;
|
||||||
|
|
||||||
|
public Node[] children;
|
||||||
|
public int expanded;
|
||||||
|
|
||||||
|
public float value;
|
||||||
|
public int visits;
|
||||||
|
|
||||||
|
public boolean solved;
|
||||||
|
public float solvedValue;
|
||||||
|
|
||||||
|
public float heuristic;
|
||||||
|
|
||||||
|
public Node(TurnBasedGame<?> state, Node parent, long move) {
|
||||||
|
final long legalMoves = state.getLegalMoves();
|
||||||
|
|
||||||
|
this.state = state;
|
||||||
|
|
||||||
|
this.move = move;
|
||||||
|
this.unexpandedMoves = legalMoves;
|
||||||
|
|
||||||
|
this.parent = parent;
|
||||||
|
|
||||||
|
this.children = new Node[Long.bitCount(legalMoves)];
|
||||||
|
this.expanded = 0;
|
||||||
|
|
||||||
|
this.value = 0.0f;
|
||||||
|
this.visits = 0;
|
||||||
|
|
||||||
|
this.solved = false;
|
||||||
|
this.solvedValue = 0.0f;
|
||||||
|
|
||||||
|
this.heuristic = state.rateMove(move);
|
||||||
|
}
|
||||||
|
|
||||||
|
public Node(TurnBasedGame<?> state) {
|
||||||
|
this(state, null, 0L);
|
||||||
|
}
|
||||||
|
|
||||||
|
public boolean isFullyExpanded() {
|
||||||
|
return expanded == children.length;
|
||||||
|
}
|
||||||
|
|
||||||
|
public float calculateUCT(int parentVisits) {
|
||||||
|
if (visits == 0) {
|
||||||
|
return Float.POSITIVE_INFINITY;
|
||||||
|
}
|
||||||
|
|
||||||
|
final float exploitation = value / visits;
|
||||||
|
final float exploration = 1.41f * (float)(Math.sqrt(Math.log(parentVisits) / visits));
|
||||||
|
final float bias = heuristic / visits;
|
||||||
|
|
||||||
|
return exploitation + exploration + bias;
|
||||||
|
}
|
||||||
|
|
||||||
|
public Node bestUCTChild() {
|
||||||
|
Node highestUCTChild = null;
|
||||||
|
float highestUCT = Float.NEGATIVE_INFINITY;
|
||||||
|
|
||||||
|
for (int i = 0; i < expanded; i++) {
|
||||||
|
final float childUCT = children[i].calculateUCT(visits);
|
||||||
|
|
||||||
|
if (childUCT > highestUCT) {
|
||||||
|
highestUCTChild = children[i];
|
||||||
|
highestUCT = childUCT;
|
||||||
|
}
|
||||||
|
}
|
||||||
|
|
||||||
|
return highestUCTChild;
|
||||||
|
}
|
||||||
|
}
|
||||||
|
|
||||||
|
private static final ThreadLocal<Random> random = ThreadLocal.withInitial(Random::new);
|
||||||
|
|
||||||
|
private final int milliseconds;
|
||||||
|
private final int threads;
|
||||||
|
|
||||||
|
private final Node[] threadRoots;
|
||||||
|
|
||||||
|
public MCTSAI5(int milliseconds, int threads) {
|
||||||
|
this.milliseconds = milliseconds;
|
||||||
|
this.threads = threads;
|
||||||
|
|
||||||
|
this.threadRoots = new Node[threads];
|
||||||
|
}
|
||||||
|
|
||||||
|
public MCTSAI5(MCTSAI5<T> other) {
|
||||||
|
this.milliseconds = other.milliseconds;
|
||||||
|
this.threads = other.threads;
|
||||||
|
|
||||||
|
this.threadRoots = other.threadRoots;
|
||||||
|
}
|
||||||
|
|
||||||
|
@Override
|
||||||
|
public MCTSAI5<T> deepCopy() {
|
||||||
|
return new MCTSAI5<>(this);
|
||||||
|
}
|
||||||
|
|
||||||
|
@Override
|
||||||
|
public long getMove(T game) {
|
||||||
|
for (int i = 0; i < threads; i++) {
|
||||||
|
threadRoots[i] = findOrResetRoot(threadRoots[i], game);
|
||||||
|
}
|
||||||
|
|
||||||
|
final ExecutorService pool = Executors.newFixedThreadPool(threads);
|
||||||
|
final long endTime = System.nanoTime() + milliseconds * 1_000_000L;
|
||||||
|
|
||||||
|
final List<Callable<Node>> tasks = new ArrayList<>();
|
||||||
|
|
||||||
|
for (int i = 0; i < threads; i++) {
|
||||||
|
final int threadIndex = i;
|
||||||
|
|
||||||
|
tasks.add(() -> {
|
||||||
|
final Node localRoot = threadRoots[threadIndex];
|
||||||
|
|
||||||
|
while (System.nanoTime() < endTime) {
|
||||||
|
Node leaf = selection(localRoot);
|
||||||
|
leaf = expansion(leaf);
|
||||||
|
final float value = simulation(leaf);
|
||||||
|
backPropagation(leaf, value);
|
||||||
|
}
|
||||||
|
|
||||||
|
return localRoot;
|
||||||
|
});
|
||||||
|
}
|
||||||
|
|
||||||
|
try {
|
||||||
|
final List<Future<Node>> results = pool.invokeAll(tasks);
|
||||||
|
|
||||||
|
pool.shutdown();
|
||||||
|
|
||||||
|
final Node root = new Node(game.deepCopy());
|
||||||
|
|
||||||
|
for (int i = 0; i < root.children.length; i++) {
|
||||||
|
expansion(root);
|
||||||
|
}
|
||||||
|
|
||||||
|
for (final Future<Node> result : results) {
|
||||||
|
final Node localRoot = result.get();
|
||||||
|
|
||||||
|
for (final Node localChild : localRoot.children) {
|
||||||
|
for (int i = 0; i < root.children.length; i++) {
|
||||||
|
if (localChild.move == root.children[i].move) {
|
||||||
|
root.children[i].visits += localChild.visits;
|
||||||
|
root.visits += localChild.visits;
|
||||||
|
break;
|
||||||
|
}
|
||||||
|
}
|
||||||
|
}
|
||||||
|
}
|
||||||
|
|
||||||
|
final Node mostVisitedChild = mostVisitedChild(root);
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final long move = mostVisitedChild.move;
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for (int i = 0; i < threads; i++) {
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threadRoots[i] = findChildByMove(threadRoots[i], move);
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}
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return move;
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} catch (Exception _) {
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final long legalMoves = game.getLegalMoves();
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return randomSetBit(legalMoves);
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}
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}
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private Node mostVisitedChild(Node root) {
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Node mostVisitedChild = null;
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int mostVisited = -1;
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for (int i = 0; i < root.expanded; i++) {
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if (root.children[i].visits > mostVisited) {
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mostVisitedChild = root.children[i];
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mostVisited = root.children[i].visits;
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}
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}
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return mostVisitedChild;
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}
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private Node findOrResetRoot(Node root, T game) {
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if (root == null) {
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return new Node(game.deepCopy());
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}
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if (areStatesEqual(root.state.getBoard(), game.getBoard())) {
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return root;
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}
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for (int i = 0; i < root.expanded; i++) {
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if (areStatesEqual(root.children[i].state.getBoard(), game.getBoard())) {
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root.children[i].parent = null;
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return root.children[i];
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}
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}
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return new Node(game.deepCopy());
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}
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private Node findChildByMove(Node root, long move) {
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for (int i = 0; i < root.expanded; i++) {
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if (root.children[i].move == move) {
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root.children[i].parent = null;
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return root.children[i];
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}
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}
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return null;
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}
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private boolean areStatesEqual(long[] state1, long[] state2) {
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if (state1.length != state2.length) {
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return false;
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}
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for (int i = 0; i < state1.length; i++) {
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if (state1[i] != state2[i]) {
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return false;
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}
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}
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return true;
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}
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private Node selection(Node root) {
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while (!root.solved && root.isFullyExpanded() && !root.state.isTerminal()) {
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root = root.bestUCTChild();
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}
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return root;
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}
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private Node expansion(Node leaf) {
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if (leaf.unexpandedMoves == 0L) {
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return leaf;
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}
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final long unexpandedMove = leaf.unexpandedMoves & -leaf.unexpandedMoves;
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final TurnBasedGame<?> copiedState = leaf.state.deepCopy();
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copiedState.play(unexpandedMove);
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final Node expandedChild = new Node(copiedState, leaf, unexpandedMove);
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leaf.children[leaf.expanded] = expandedChild;
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leaf.expanded++;
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leaf.unexpandedMoves &= ~unexpandedMove;
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return expandedChild;
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}
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private float simulation(Node leaf) {
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final TurnBasedGame<?> copiedState = leaf.state.deepCopy();
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final int playerIndex = 1 - copiedState.getCurrentTurn();
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while (!copiedState.isTerminal()) {
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final long legalMoves = copiedState.getLegalMoves();
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long move = 0L;
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|
if (random.get().nextFloat() > 0.9f) {
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move = copiedState.heuristicMove(legalMoves);
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} else {
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move = randomSetBit(legalMoves);
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}
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|
copiedState.play(move);
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|
}
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if (copiedState.getWinner() == playerIndex) {
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|
return 1.0f;
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|
}
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|
if (copiedState.getWinner() >= 0) {
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return -1.0f;
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}
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|
return 0.0f;
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|
}
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|
private void backPropagation(Node leaf, float value) {
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|
while (leaf != null) {
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leaf.value += value;
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leaf.visits++;
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if (!leaf.solved) {
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updateSolvedStatus(leaf);
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}
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value = -value;
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leaf = leaf.parent;
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}
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}
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private void updateSolvedStatus(Node node) {
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if (node.state.isTerminal()) {
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node.solved = true;
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final int winner = node.state.getWinner();
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|
final int mover = 1 - node.state.getCurrentTurn();
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node.solvedValue = winner == mover? 1.0f : winner == -1? 0.0f : -1.0f;
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return;
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}
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if (node.isFullyExpanded()) {
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boolean allChildrenSolved = true;
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boolean foundWinningMove = false;
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boolean foundDrawMove = false;
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|
for (final Node child : node.children) {
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if (child.solved) {
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|
if (child.solvedValue == -1.0f) {
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|
foundWinningMove = true;
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|
break;
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|
}
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||||||
|
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|
if (child.solvedValue == 0.0f) {
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|
foundDrawMove = true;
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}
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|
} else {
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|
allChildrenSolved = false;
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|
}
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|
}
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|
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|
if (foundWinningMove) {
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|
node.solved = true;
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|
node.solvedValue = 1.0f;
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||||||
|
} else if (allChildrenSolved) {
|
||||||
|
node.solved = true;
|
||||||
|
node.solvedValue = foundDrawMove? 0.0f : -1.0f;
|
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|
}
|
||||||
|
}
|
||||||
|
}
|
||||||
|
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|
private long randomSetBit(long value) {
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|
if (0L == value) {
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|
return 0;
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|
}
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|
final int bitCount = Long.bitCount(value);
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final int randomBitCount = random.get().nextInt(bitCount);
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||||||
|
for (int i = 0; i < randomBitCount; i++) {
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|
value &= value - 1;
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|
}
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|
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||||||
|
return value & -value;
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|
}
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|
}
|
||||||
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