大家好，今天给大家介绍基于Java+AI的五子棋游戏设计与实现，文章末尾附有本毕业设计的论文和源码下载地址哦。需要下载开题报告PPT模板及论文答辩PPT模板等的小伙伴，可以进入我的博客主页查看左侧最下面栏目中的自助下载方法哦
文章目录：
- 五子棋作为一个棋类竞技运动，在民间十分流行，为了熟悉五子棋规则及技巧，以及研究简单的人工智能，决定用Java开发五子棋游戏。主要完成了人机对战和玩家之间联网对战2个功能。网络连接部分为Socket编程应用，客户端和服务器端的交互用Class Message定义，有很好的可扩展性，客户端负责界面维护和收集用户输入的信息，及错误处理。服务器维护在线用户的基本信息和任意两个对战用户的棋盘信息，动态维护用户列表。在人机对弈中通过深度搜索和估值模块，来提高电脑棋手的智能。分析估值模块中的影响精准性的几个要素，以及提出若干提高精准性的办法，以及对它们搜索的节点数进行比较，在这些算法的基础上分析一些提高电脑AI方案，如递归算法、电脑学习等。算法的研究有助于理解程序结构，增强逻辑思维能力，在其他人工智能方面也有很大的参考作用。
项目难度：中等难度
适用场景：相关题目的毕业设计
配套论文字数：10653个字26页
包含内容：整套源码+完整毕业论文+答辩PPT
深度搜索；估值；电脑AI；五子棋；算法
提示：以下为毕业论文的简略介绍，项目源码及完整毕业论文下载地址见文末。
1 引言
1.1 课题背景
五子棋是起源于中国古代的传统黑白棋种之一。现代五子棋日文称之为连珠，英译为Renju，英文称之为Gobang或FIR(Five in a Row 的缩写)，亦有连五子、五子连、串珠、五目、五目碰、五格等多种称谓。
五子棋起源于古代中国，发展于日本，风靡于欧洲。对于它与围棋的关系有两种说法，一说早于围棋，早在 “ 尧造围棋 ” 之前，民间就已有五子棋游戏；一说源于围棋，是围棋发展的一个分支。在中国的文化里，倍受人们的青睐。本世纪初五子棋传入欧洲并迅速风靡全欧。通过一系列的变化，使五子棋这一简单的游戏复杂化、规范化，而最终成为今天的职业连珠五子棋，同时也成为一种国际比赛棋。
Java语言是当今最为流行的程序设计语言之一 作为一门非常优秀和极为健壮的编程语言，它同时具有的面向对象，与平台无关，分布式应用，安全，稳定和多线程等优良的特征，使用Java语言，不仅可以开发出功能强大的大型应用程序，而且Java语言本身突出的跨平台的特性也使得它特别适合于Internet上的应用开发，可以这样说，Java的出现使得所开发的应用程序“一次编写，处处可用”的实现成为了可能。
1.2 本课题研究的意义
近来随着计算机的快速发展，各种各样的电脑游戏层出不穷，使得我们能有更多的娱乐项目，而棋类游戏能起到锻炼人的思维和修身养性的作用，而且棋类游戏水平颇高，大有与人脑分庭抗礼之势。其中战胜过国际象棋世界冠军-卡斯帕罗夫的“深蓝”便是最具说服力的代表；其它像围棋的“手淡”、象棋的“将族”等也以其优秀的人工智能深受棋迷喜爱。
越来越多的具有智能的机器进入了人类的生活，人工智能的重要性如今显而易见。自己对人工智能比较感兴趣，而五子棋游戏程序的开发实现这个课题，正好提供给我这样一个研究的机会，通过对人工智能中博弈方面的研究（人机对弈），让我在简单的人机对弈全局设计，以及具体到相关算法上有了深入的了解。人工智能属于计算机科学的领域，它以计算机技术为基础，近几十年来，它的理论和技术已经日益成熟，应用领域也正在不断扩大，显示出强大的生命力。人工智能大致可以分成几个学科，它们每一个都是独特的，但是它们常常又互相结合起来完成设计任务，这时，这些学科之间的差别就变的很模糊。人工智能在专家系统，自然语言理解，自动定理证明，自动程序设计，人工智能在机器人学、模式识别、物景分析、数据库的智能检索、机器下棋（实质上是博弈论问题）和家用电器智能化等领域都有广泛的应用。而这个课题就是和人工智能中的博弈论领域紧密相关的。
这个题目核心是人工智能和Socekt编程，。并且人工智能中的博弈部分，由于采用了大量的搜索算法，其中很多被利用到各方面。它的概念、方法和技术，正在各行各业广泛渗透。智能已经成为当今各种新产品、新装备的发展方向。所以，趁着这个机会，对人工智能中比较容易实现的人机博弈进行了解研究学习，也是很实用且很有必要的。
1.3 本课题的研究方法
在进行游戏设计之前，首先决定的第一个问题就是，使用什么开发环境来编写环境? 自己虽然比较熟悉Java语言，但是实际开发项目经验很少，所以决定用Jcreator,其拥有高亮语法编辑、使用向导以及完全定制的用户界面，最主要的是能够自动查找文件于 Main 方法或 Html 文件以支持Java 小应用程序，然后启动相应的工具。
其次确定整个程序的结构框架。由于Applet运行速度较慢，如果在加上算法搜索时间，显然不符合程序的设计要求，决定用Java应用程序开发.整个程序的功能实现流程是这样的：网络对战涉及算法较少，所以先实现网络部分，实现基本的棋盘和棋子的类，添加判断胜负条件，这部是基础，也是很重要的，电脑AI也在这些基础上添加上来的。这个题目的2个功能包括2个重要算法，电脑AI和胜负条件，胜负条件运算量不大，有固定的模式。难点是人工智能，可以这样说，人工智能的好坏决定了这个题目的完成深度。所以，大部份时间花在AI算法的研究和改进上，对于算法我掌握的不多，研究了一些国内的五子棋算法，参考了一些游戏设计算法，详细比较各种算法的优缺点，而且参考了现代五子棋比赛的各种规则和技巧，尽量联系实际，努力提高电脑AI。
五子棋的棋子和围棋相同，分黑白2种颜色，通常为散圆形，有一面凸起或二面凸起等形状，一副棋子总数为225枚，其中黑子113枚，白子112枚。
关于计时，正规比赛按不同级别设置了不同的时间限制，一般的玩家都没有这个限制。
2.1.2 规则及解释
1：黑棋先行，白棋随后。从天元开始相互顺序落子。
2：最先在棋盘的横向、竖向、斜向形成连续的相同色五个棋子的一方为胜利。
3：黑棋禁手判负、白棋无禁手。黑棋禁手包括“三、三”；“四、四”；“长连”。黑方只能用“四、三”去取胜。
4：如分不出胜负，则定位平局。
5：对局中拔子、中途退场均判为负
6：五连与禁手同时形成，先五为胜。
7：黑方禁手形成时，白方应立即指出。若白方未发现或发现后不立即指正，反而继续落子，则不能判黑方负。
五子棋是由两个人在一盘棋上进行对抗的竞技运动。在对局开始时，先由执黑棋的一方将一枚棋子的落在“天元”上，然后由执白棋的一方在黑棋周围的交叉点上落子。如此轮流落子直到某一方首先在棋盘的直线 横线或斜线上形成连续的五子或五子以上，则该方就算获胜。但是五子棋的特点是先行的一方优势很大。因此，在职业比赛种对黑方做了种种限制，以利公平竞争。黑白双方的胜负结果必须按照职业五子棋的规则要求来决定。
2.1.3 五子棋常用术语
二：二是五子棋的一切进攻的基础；又分为活二和死二。
活二：即再下一子可形成活三的二，见图2。
死二：即再下一子可形成死三的二，见图3。
三：三是五子棋最常见的攻击手段。三分为活三、死三、眠三。
活三：为再下一子即可变成活四的三（活四介绍见后）。或三分为连三、跳三。见图4。
我们通常所说的“三”。就是指活三而言。如果是死三，将特别指出。
死三：即对方有棋子在同一条线相邻交叉点防守的三；死三分为三种。见图5。
眠三：是死三的一种特性，它看上去相邻点没有对方棋子防守，很像活三，但由于受空间限制，不论如何发展都不可能称为活四，故称为“眠三“。见图5。
反三：反三不是指一种“三”的形状，而是指再阻止对方进攻的同时使自己称为一道活三的反攻，称为反三。
四：四的形状有三种，它分为：活四，冲四、跳冲四。
活四：在同一条线上相连的四个同色棋子成为“连五”，如图6所示。
冲四：在同一条线上相连的相同颜色的四个棋子，它与活四不同的是，其中的一端有对方的棋子进行阻挡，它只有再在另一端下一手棋才可形成“连五”。
跳冲四：它的形状在“四”中是比较特殊的，一般分为两种，它的特点是同一条线上的同色的四个棋子，有一个或两个棋子与另外三个或两个棋子之间有一个交叉点的间隔，它的下一手棋只有下在间隔的交叉点上才能形成“连五”，因此，对方的棋子防守时，也只能阻挡在间隔的交叉点上，见图7。
如图8，黑棋在1点进攻，形成一子双杀，这时白棋的妙手是在a位活三，它同时阻挡了黑棋的两种取胜方法。当黑棋仍在c位跳冲四活三时，白棋即在b位阻断黑棋冲四并形成反冲四，是黑棋的进攻功亏一篑。
一子双杀：指用同一手棋同时形成两个胜点的着法。
追下取胜：是指白棋逼迫黑棋形成禁手而取胜的方法。
自由获胜：除了追下取胜以外的获胜方法，称之为自由取胜。
见图9。A、B、C 中的 x 点为三、三禁手。D、E 中的 X 点为四、四禁手。F中的 X 点为长连禁手。
长连：相同颜色的连续六子或六子以上。
2.1.4 五子棋攻防
五子棋是一项对抗性很强的运动，在开局进入五手两打后，就开始进入了白刃战，相互争夺先手，任何一方都不能掉以轻心，要尽可能少犯错误，甚至不犯错误，否则将会导致速败。
众所周知，连珠五子，连五为胜。有四才能有五，有三才有四，以此类推。所以，在五子棋的对局众进攻和防守都是从“二”和“三”的争夺开始的。“好的开始是成功的一半”，这条格言用在五子棋里再合适不过了。
五子棋的点的选择十分关键。五子棋实际上是通过选择最佳的落点，加上正确的落子次序，一步一步地占领各个要点，最终获得胜利。
对局的早期，选点的着眼点主要是使本方的棋子保持联系，为以后创造尽可能多的成三、成四的机会，同时尽量限制对方成为好形。由于在五子棋对弈过程中，通过行棋落点来控制对方的落点是可能的，比如活三 冲四的应点是可以预知的，完全有可能通过不断走出这样的先手来控制对方的着点直至胜利。所以，在对局的后期，就要在精确计算的前提下，尽早发动攻势，以取得棋局的控制权，否则一旦贻误战机，被对方抢先发动攻势，就会成为被控制的一方。
当有多个攻击点可供选择时，要选择后续手段多，又不会被对方反先的着点。如果是黑方，还特别要注意进攻终被对方反击时出现的各种禁手点的可能性。
进攻分为单攻棋和双攻棋，单攻棋指单线即单行或单向的攻棋子，包括三子攻棋（活三、填四）和四子攻棋（冲四、填五）。而双攻棋指双向或双行的攻棋。包括三、三攻棋（双活三、双填四、填四活三）；四、三攻棋（冲四活三、冲四填四、填五活三、填五填四）；四四攻棋（双冲四、双填五、填五冲四）。
五子棋的取胜思路是由一个子开始，目标是运用各种方法在棋盘上发展出五连乃至长连而取胜。在这个发展过程中必然要经过由一子到两子 两子到三子 三子到四子的过程。因此说，把各种形状和各个方面上的二 三 四等子力结构烂熟于胸，做到举一反三，是学习五子棋的基本功，更是能灵活运用五种取胜技巧的基础。
3 Java
3.1 Java简介
Java是美国Sun公司开发的语言，它使用解释器执行代码，因此，无需对源代码进行任何更改即可在不同计算机上运行，是真正跨平台的编程开发语言。
Java有以下主要特点：
1：简单（Simple）
制定Java的原则之一，是要建立一种结构简单而且使用容易的系统，可以让用户不必接受很深的训练就可以开始设计程序，所以Java的语法尽可能与在当前许多程序设计师都采用的C及C＋＋语言相似。并且，Java删除了C及C++许多极少使用、不易理解或常被混淆的功能，多多重继承、指针等。
2：面向对象(Object-Oriented)
面向对象是近年来信息界广为使用的概念和技术。它有许多良好的特性。对象的封装性可以使对象的接口定义明确；继承性可以增加软件的可重用性，有助于分类及模版设计等。实现面向对象的概念及其各种良好的特性是Java的设计理念之一。
3：分布式（Distributed）
计算机网络的发展使得信息应用朝着分布式的环境发展，所以现代的信息开发语言及环境要有配合分布式的特性及功能。Java具有一个网络功能的程序库，其中包含与如HTTP和FTP等TCP/IP网络通信协议整合的能力。
4：强壮性(Robust)
由Java所编写的程序要能在各种情况下运行，而且必须具有高的稳定性。Java在制定时即加入了能防止存储器被覆写和数据损坏的相关处理机制。
5：安全性(Secure)
Java是被设计用于网络及分布式环境中的，所以安全性是一个很重要的考虑。Java拥有数个从简单到复杂的安全保护措施，能有效地防止病毒的侵入和破坏行为的发生。
6：结构中立性(Architecture Neutral)
在网络上存在许多不同类型的计算机，从中央处理器到操作系统的机构均有很高的差异性。因此要使应用程序在每一种机器上均能运行是相当困难的。针对这个目的，Java的编译器可以产生一种结构中立的目标码文件格式――字节码（Byte Code）。这种字节码可以在许多种不同的计算机上运行。
7：多线程(Multithreaded)
多线程是开发复杂和功能强大的程序所必须的手段之一，Java同样支持这个重要功能。
图10 Java程序的开发过程
源文件：使用一个文本编辑器，如Edit或记事本来编写源文件。不可使用Word编辑器，因为它含有不可见字符。将编好的源文件保存起来，源文件的扩展名必须是Java。
编译器：源文件要经过编译器（Javac.exe）的编译生成可扩展名为.Class的字节码文件。字节码文件是由与平台无关的二进制码组成的，执行时由解释器解释成本地机器码。
运行Java程序：Java程序分为两大类——Java应用程序（Application）和Java小应用程序（Applet）。Java应用程序必须通过Java解释器（java.exe）来解释执行其字节码文件；Java小应用程序可通过支持Java标准的浏览器来解释执行。
3.2 Java开发环境
省略
4.2 棋盘及棋子的类
4.2.1 棋盘
棋盘如图1，具体代码如下：
4.2.2 棋子
确定下子的坐标（xp,yp）画特定大小的椭圆，这里的坐标指棋子相对棋盘的绝对坐标。
4.3 胜负判断条件
要判断四个方向，横向、竖向、以及2个斜向。思想还是比较简单，相同颜色连成五子即胜利，网上有些网友评论说完整的判断胜负条件包括连五和活四，我觉得完全没必要，活四还要检查两边的棋子，虽然运算量不大，但五子棋的标准就是连五即胜，一步之差，我们既要遵守规则，也要简化代码实现尽完整的功能。
我们要事先建立一个盘面数组board[ ][ ],即棋型表，数组的每一个元素对应棋盘上的一个交叉点，用‘0’表示空位，‘1’表示黑棋，‘2’表示白棋。由于代码太多，下面给出了一般状况的判断胜负函数,及以坐标（x,y）为中心的9X9矩形，只能在棋盘的内部，如果超过棋盘，就要另外考虑。下面的代码就是一般情况，整个矩形在棋盘内部的时候的判断胜负条件，如图14。
胜负判断条件以下给出了X方向的代码：
为保证公平，先下子的就有禁手。但是我们一般没有这个规则限制，都是轮流先下子。理论上是这样的。但很多专家表明，先下子有很大的几率获胜，即使有禁手，先下子的一方还是有很大的优势，我觉得对于我们一般玩家而言，这些规定可以不考虑。
判断胜负的不管是单机还是玩家相互游戏，都必须开服务端，因为判断胜负是放在里面的。如果有一方获胜，弹出提示框，如果确认则清空棋盘继续新游戏。
需要注意的一点是落下的棋子如果离任何一方的边界小于4，则以边界为限制判断是否有一方获胜，这样的话也要考虑多种方向，但原理还是和基本情况是一样的。
4.4 网络对战
这部分也属于网络套接字编程的经典应用，根据服务器地址连接特定端口。
网络部分很简单，但是我也做出了自己的特色，就是事件处理,做工可根据具体情况修改，虽然没有多少实用价值，但是也尽量使程序留有扩展性。下面给出了Message的代码。
SOCKET监听端口，如果有玩家则更新玩家列表，如果双击除自己以外的玩家，则可以开始游戏，发送游戏请求，如果同意则返回棋子颜色并开始游戏，同时清空玩家列表。每一下子，把坐标传给服务端，并在2端显示出来，并且判断胜负。如果，有一方获胜，则提示消息通知双方，确定则继续开始新游戏。
服务端开启服务监听线程和客户端，如图15，如果有玩家知道服务器IP地址，即可选择在线玩家进行联网游戏，如图16。
双击除自己以外的一个玩家，发出游戏请求，同时要确定自己棋子的颜色，用MSG发回服务端。如果被拒绝，则返回原来的状态。
4.5 电脑AI
广义上来讲，博弈是指在一定的环境条件和一定的规则约束下，依靠自己所能够掌握的信息，从各自选择的行为或是策略进行选择并加以实施，并从各自取得相应结果或收益的过程。冯·诺伊曼（John von Neumann,1903-1957）和摩根斯坦恩（Oskar Margenstern, 1902-1977）在1944年出版了《博弈论与经济行为》（Theory of Games and Economic Behavior）一书中，最早地提出了关于博弈论的概念。但是，对于非合作、纯竞争型博弈，诺伊曼所解决的只有二人零和博弈。在这里所抽象化后的博弈问题是，已知参与者集合(两方)，策略集合(所有棋着)，和盈利集合(赢子输子)，最终是想去找到一个理论上的解或平衡，也就是对参与双方来说都最合理、最优的具体策略。
而在这里狭义的讲，博弈论主要是研究棋手们落子中理性化、逻辑化的部分，并将其系统化为一门科学。换言之，博弈就是研究个体如何在错综复杂的相互影响中得出最合理的策略，博弈论正是衍生于古老的游戏或曰博弈如象棋、扑克等。数学家们将具体的问题抽象化，通过建立自完备的逻辑框架、体系研究其规律及变化。
参考了很多五子棋算法，大部分思想差不多，就是搜索估值确定重要性，然后选取最大的一个点下子。具体做法如下：为电脑和玩家各建立一张表，用来存放棋型数据，比如“20”代表“冲四”的点，用“15”代表“活三”的点，那么在计算重要性时，就可以根据20>15得出前者比后者重要，下子时电脑便会自动选择“冲四”的点，这里还要说明一点的事，还要考虑四个方向。因为有可能有复合棋型，比如“四三”…从第一步起，不管是哪一方下子，电脑都有以这点为中心搜索9X9的矩阵内的所有空白点上棋子的重要性，一颗棋子对棋型影响的大小有9X9。重要看来虽然说进攻和防守的重要性一样的，但是我认为防守更重要。
在估值的时候，必须要考虑棋子的合法落子情况。不同的棋类博弈，其估值必定有极大的差别，各种因为规则而造成的不同因素影响估值的设计。不同的棋类游戏各有所谓的规则，规则中就有博弈双方都可以走哪些着法。某些博弈游戏很容易就找到合理着法，我所实现的五子棋，它就具有很简单的落子规则，即棋盘上所有的空位都可以落子，它们都是合理的着法。但是有些棋类游戏，比如在中国象棋和国际象棋中，情况就有些复杂了，每个棋子都有它特定的着法，电脑下子要考虑自己和玩家的棋型，优先防守，如果没有要防的棋型，则搜索自己的棋型下子。
设置重要性,即估值模块，下面只给出横向的代码
对于特定的棋型，都有一个不同的估值，以此来区别不同棋型的优劣，也以此来决定最终的落子位置。毫无疑问，像已有四子连成一线且还可以继续落子的情况，明显要比只有三个子连成一线的情况要好，或者说优先级要更高，对弈双方对此种棋局，肯定都是把第一种情况放为首要分析的位置上。因此，要使棋手做出这种判断，就要把第一种情况的估值设置得高。
对不同的棋型设置重要值，比如：活四、死四、活三、死三、活二、死二。
同理，和判断胜负一样下子也要考虑边界特殊情况，矩形设置如下：
努力提高电脑AI一直是五子棋游戏关键，第一步的人工智能只是估值和搜索算法的集合，要真正的提高电脑AI还有很多步，例如，我的电脑AI只是片面的分析了双方的器型，没有前瞻性。如果玩家多想几步，电脑就发现不了。不过即使没采用递归算法，要是让电脑先下子的话，你的大部分时间也是花在防守上，可能是我的棋力太菜了，我自己还没有下赢过电脑。
目前有2种方法提高电脑棋力：一是递归算法，二是增加细致的特定棋形的判断，鉴于自己对算法方面欠缺甚多，没有办法完成这个功能，实在是遗憾。我大体说一下这2种算法的思路：递归算法的意思可以说成“今后几步预测法”，首先让电脑分析一个可能的点，如果在这儿下子将会形成对手不得不防守的棋型（例如：“冲四”、“活三”）；那么下一步对手就会照你的思路来防守你，如此一来便完成了第一步的预测。这时候在调用盘面分析模块对预测后的棋型进行分析，如果出现了“四三”、“双三”或“双四”等制胜点，那么己方就可以获胜了。否则照同样的方法向下分析，就可以预测出多步。如果盘面上没有对手必须防的棋型，进攻不成的话就得考虑防守了，将自己和对手调换一下位置，然后用上面的方法来预测对手的棋重要防守和攻击都可以平衡，不过缺点是预测的算法量比较大。关于增加细致的特定棋形的判断，前面已经说过，以为不同的棋型，例如“死四”就有不同的几种情况，如果对每一种设置不同的重要值，也可以提高电脑AI,但是要设置合适的分数就要在实践中检验了，因为这个不是大小的问题，而是相差多少。正如前面所说，增加对细致棋型的判断也会提高电脑AI，虽然没有递归算法明显，但的确是一种途径，不过考虑的因素较多。
关于电脑学习，这听起来似乎是算法无法实现的功能。但是在对弈中却是非常有用的，但还只是些理论上的东西，比如棋局结束后，反向搜索，在自己的棋库中设置相关记忆。但我并不以为这是很好的方法。因为用这种方法，很有可能它没有找准原因，又或者进行学习的时候反而把劣等的学习进去；并且这种学习是很片面的，它只会认准一种极相似的情况(或者说一模一样的棋局情况)，而不会辨识出相似的棋局情况。
结 论
通过本次课题的研究，用JAVA实现了五子棋人工智能和网络游戏。知道了这个课题的关键是电脑AI算法，在研究和编程其间，有了很多新的想法，同时对JAVA套接字编程也有了更新的认识。对五子棋相关规则及技巧有了新的收获，最重要的是自己动手解决问题的能力得到了提高。
其中人工智能部分，由于采用了大量的搜索算法，其中很多被利用到各方面。它的概念、方法和技术，正在各行各业广泛渗透。智能已经成为当今各种新产品、新装备的发展方向。随着新的算法和理论的研究，人工智能必定会在人们生活中扮演重要的角色。.
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致 谢
省略