第四章 實驗結果
4.1 模組程式實現
來得到電腦的最佳下棋位置，然後又如何透過具有人工智慧的井字遊戲演算法，來與 玩家產生遊戲的對奕互動。系統怎麼依照玩家的最新下棋位置，藉由演算法的試算並 找出具有對奕互動效果的電腦最佳下棋位置，讓棋局產生有趣的對奕效果。以下將針 對本模擬結果時序圖做完整的說明。
l 演算法模組架構
為實現該井字遊戲範例的人工智慧演算法，於是設計出一個能代表玩家已 完成下棋動作的新棋局狀態，在此以輸入訊號方式來表示。當棋局狀態經過井 字遊戲演算法的計算後，系統將產生電腦的最佳下棋位置，這些演算法的計算 與研判結果，在此以輸出訊號方式來表示。本演算法模組的控制訊號架構圖，
如圖 4-2 所示。
圖 4-2、井字遊戲演算法模組的架構圖
本井字遊戲演算法模組，分別有 4 組輸入及 4 組輸出訊號，這些訊號主要 讓我們在韌體設計階段，可以先透過 Quartus II 模擬軟體來產出控制訊號時序 圖，然後從時序圖上的控制訊號做推導，進一步了解本模組的模擬結果是否與 演算法理論相同，因此得知本模組程式的設計是否正確，以節省許多寶貴的問 題除錯時間。對於演算法模組的控制訊號說明表，如表 4-1 所示。
訊號名稱 (屬性)
資料
長度 功能說明
clock
(Input) 1-bit 作為模擬軟體的基礎時鐘（Clock）。
reset 1-bit 1.作為模擬軟體的重置（Reset）訊號。
(Input) 2.若 clock = “Low”，表示系統重置。
read_enable
(Input) 1-bit
1.作為啟動演算法模組的輸入觸發訊號。
2.若 read_enable 輸入一個上升緣觸發訊號，表示井 字遊戲演算法模組要開始做運算。
table_in
(Input) 18-bits
1.代表玩家已完成下棋動作，進入演算法運算前的 最新棋局狀態，共有 18-bit。
2.每一個棋局共有 9 個位置，每一個位置以 2-bit 來 表示。
busy
(Output) 1-bit
1.代表系統狀態的輸出訊號。
2.若 busy = “High”，表示系統忙碌，正在處理井字 遊戲演算法的運算，尚未算出電腦的最佳下棋位 置，不允許讀取結果。
max_position
(Output) 4-bits
1.代表系統完成演算法運算後，所找到的電腦最佳 下棋位置。
2.例如 max_position = 4，表示電腦的最佳下棋位置 為 P4 位置。
max_calculate
(Output) 4-bits
1.代表系統完成演算法運算後，該棋局的評估函數 最大值。
2.例如 max_calculate = 8，表示該棋局的評估函數最 大值為 8。
table_out
(Output) 18-bits
1.代表系統已完成演算法運算，找到電腦的最佳下 棋位置，並完成電腦下棋動作的最新棋局狀態，共 有 18-bits。
2.每一個棋局共有 9 個位置，每一個位置以 2-bit 來 表示。
表 4-1、演算法模組的控制訊號說明表
1. 控制訊號 table_in 及 table_out 的 Bit[1:0] 都是代表井字遊戲棋局的 P0 位 置，Bit[3:2] 表示棋局的 P1 位置，Bit[5:4] 表示棋局的 P2 位置，依此類
推…，Bit[17:16] 則表示棋局的 P8 位置，如圖 4-3 所示。
圖 4-3、table_in 及 table_out 與井字遊戲棋局的對應圖
2. 在 table_in 及 table_out 中，用來代表棋盤下棋狀態的這兩個位元 Bit[s:t]，
其中 s = (n*2)+1，t = (n*2)，n = 0、1、2…、8，表示如下：
(1). Bit[s:t] = “00”，代表該棋局位置未被玩家或電腦下過。
(2). Bit[s:t] = “01”，代表該棋局位置已被電腦下過。
(3). Bit[s:t] = “10”，代表該棋局位置已被玩家下過。
3. 範例說明：假設有一井字遊戲，電腦以「Ｏ」表示，玩家以「Ｘ」表示，
進行到電腦完成下棋動作，table_out = “00 00 00 00 01 00 01 00 10”，如圖 4-4(a) 所示。然後玩家也隨之完成下棋動作，table_in = “00 00 10 00 01 00 01 00 10”，如圖 4-4(b) 所示。則這兩個下棋步驟在實際井字遊戲的棋局位置 及狀態，如圖 4-4 所示。
圖 4-4、table_in 與 table_out 的範例說明
l 模擬結果說明
關於井字遊戲演算法的軟體模擬結果，是以 Quartus II 為模擬軟體平台，採 用與該井字遊戲範例相同的「最佳解優先搜尋法」評估函數，以及與電腦和玩 家相同的對弈棋步，最後得到與該評估函數理論值相同的模擬結果。軟體模擬
結果說明表(1/5)，如下表 4-2 所示：
時間 控制事件 動作說明
T1 table_in =
“000000000000000000”
假設這是一個新開始的棋局，棋盤上的所有位置 都是空的，因此記錄目前的棋局狀態到 table_in 記憶體，如圖 4-5(a)。
T2 ready_enable = LàH busy = LàH
(1).若由電腦先下，當系統已確認所有的棋盤位置 狀態後，演算法模組收到 read_enable 上升緣觸發 訊號，表示系統要做演算法的運算。
(2).在收到 read_enable 上升緣觸發訊號的同時，
busy 訊號也跟著拉起來。由於兩者沒有時間上的 延遲，因此不會有時序上的錯誤發生。
(3).若 busy = “High”，代表系統正在處理演算法的 運算工作，系統狀態為忙碌。
T3
max_calculate = 8 max_position = 4 table_out =
“000000000100000000”
(1).在系統忙碌期間（busy = “High”），主控制程 式在完成演算法的運算後，將得知評估函數的最 大值為 8（max_calculate = 8），電腦的最佳下棋 位置為 P4（max_position = 4）。
(2).在電腦完成下棋動作後，系統將紀錄最新的棋 局狀態到 table_out = “000000000100000000”，表 示棋局位置 P4 已被電腦下過，如圖 4-5(b)。
T4 busy = H à L
(1).系統在 busy 送出下降緣觸發訊號前，已完成 演算法運算；然後在 busy 送出下降緣觸發訊號 後，讀出電腦最佳下棋位置的計算結果。
(2).若 busy = “Low”，代表系統不在忙碌狀態，此 時已完成演算法的運算，隨後電腦將完成下棋動 作，輪到玩家下棋。
表 4-2、軟體模擬結果說明表(1/5)
圖 4-5、軟體模擬結果說明圖(1/5)
軟體模擬結果說明表(2/5)，如下表 4-3 所示：
時間 控制事件 動作說明
T5 table_in =
“000000000100000010”
(1).假設玩家選擇 P0 的下棋位置。
(2).系統會把當時的棋局狀態，記錄到 table_in =
“000000000100000010”，代表玩家已完成下棋動 作，如圖 4-6(c)。
T6 ready_enable = L à H busy = L à H
(1).當系統已辨識出玩家的下棋位置後，控制訊號 read_enable 收到上升緣觸發訊號，表示系統開始 執行演算法的運算。
(2).在收到 read_enable 上升緣觸發訊號的同時，
busy 訊號也跟著拉起來，兩者沒有時間上的延 遲，因此不會有時序上的錯誤發生。
(3).若 busy = “High”，代表系統正在處理演算法的 運算工作，系統為忙碌狀態。
T7
max_calculate = 5 max_position = 2 table_out =
“000000000100010010”
(1).在系統忙碌期間（busy = “High”），主控制程 式在完成演算法的運算後，將得知評估函數的最 大值為 5（max_calculate = 5），共有 5 個位置，
分別為 P2、P5、P6、P7 和 P8。此時系統選擇最 前面的 P2（max_position = 2），作為電腦的最佳 下棋位置。
(2).在電腦完成下棋動作後，系統將紀錄最新的 棋局狀態到 table_out = “000000000100010010”，
表示棋局位置 P2 已被電腦下過，如圖 4-6(d)。
T8 busy = H à L
(1).系統在 busy 送出下降緣觸發訊號前，已完成 演算法運算；然後在 busy 送出下降緣觸發訊號 後，讀出電腦最佳下棋位置的計算結果。
(2).若 busy = “Low”，代表系統不在忙碌狀態，此 時已完成演算法的運算，隨後電腦將完成下棋動 作，輪到玩家下棋。
表 4-3、軟體模擬結果說明表(2/5)
圖 4-6、軟體模擬結果說明圖(2/5)
軟體模擬結果說明表(3/5)，如下表 4-4 所示：
時間 控制事件 動作說明
T9 table_in =
“000010000100010010”
(1).假設玩家選擇 P6 的下棋位置。
(2).系統會根據玩家的下棋位置，把新的棋局狀態 記錄到 table_in = “000010000100010010”，代表玩 家已完成下棋動作，如圖 4-7(e)。
T10 ready_enable = L à H busy = L à H
(1).當系統已辨識出玩家的下棋位置後，控制訊號 read_enable 收到上升緣觸發訊號，表示系統開始 執行演算法的運算。
(2).在收到 read_enable 上升緣觸發訊號的同時，
busy 訊號也跟著拉起來，兩者沒有時間上的延 遲，因此不會有時序上的錯誤發生。
(3).若 busy = “High”，代表系統正在處理演算法的 運算工作，系統為忙碌狀態。
T11
max_calculate = 7 max_position = 3 table_out =
“000010000101010010”
(1).在系統忙碌期間（busy = “High”），主控制程 式在完成演算法的運算後，將得知評估函數的最 大值為 7（max_calculate = 7），電腦的最佳下棋 位置為 P3（max_position = 3）。
(2).在電腦完成下棋動作後，系統將紀錄最新的棋 局狀態到 table_out = “000010000101010010”，表 示棋局位置 P3 已被電腦下過，如圖 4-7(f)。
T12 busy = H à L
(1).系統在 busy 送出下降緣觸發訊號前，已完成 演算法運算；然後在 busy 送出下降緣觸發訊號 後，讀出電腦最佳下棋位置的計算結果。
(2).若 busy = “Low”，代表系統不在忙碌狀態，此 時已完成演算法的運算，隨後電腦將完成下棋動 作，輪到玩家下棋。
表 4-4、軟體模擬結果說明表(3/5)
軟體模擬結果說明表(4/5)，如下表 4-5 所示：
時間 控制事件 動作說明
T13 table_in =
“000010100101010010”
(1).假設玩家選擇 P5 的下棋位置。
(2).系統會根據玩家的下棋位置，把新的棋局狀態 記錄到 table_in = “000010100101010010”，代表玩 家已完成下棋動作，如圖 4-8(g)。
T14 ready_enable = L à H busy = L à H
(1).當系統已辨識出玩家的下棋位置後，控制訊號 read_enable 收到上升緣觸發訊號，表示系統開始 執行演算法的運算。
(2).在收到 read_enable 上升緣觸發訊號的同時，
busy 訊號也跟著拉起來，兩者沒有時間上的延 遲，因此不會有時序上的錯誤發生。
(3).若 busy = “High”，代表系統正在處理演算法的 運算工作，系統為忙碌狀態。
T15
max_calculate = 4 max_position = 1 table_out =
“000010100101010110”
(1).在系統忙碌期間（busy = “High”），主控制程 式在完成演算法的運算後，將得知評估函數的最 大值為 4（max_calculate = 4），電腦的最佳下棋 位置為 P1（max_position = 1）。
(2).在電腦完成下棋動作後，系統將紀錄最新的棋 局狀態到 table_out = “000010100101010110”，表 示棋局位置 P1 已被電腦下過，如圖 4-8(h)。
T16 busy = H à L
(1).系統在 busy 送出下降緣觸發訊號前，已完成 演算法運算；然後在 busy 送出下降緣觸發訊號 後，讀出電腦最佳下棋位置的計算結果。
(2).若 busy = “Low”，代表系統不在忙碌狀態，此 時已完成演算法的運算，隨後電腦將完成下棋動 作，輪到玩家下棋。
表 4-5、軟體模擬結果說明表(4/5)
圖 4-8、軟體模擬結果說明圖(4/5)
軟體模擬結果說明表(5/5)，如下表 4-6 所示：
時間 控制事件 動作說明
T17 table_in =
“001010100101010110”
(1).假設玩家選擇 P7 的下棋位置。
(2).系統會根據玩家的下棋位置，把新的棋局狀態 記錄到 table_in = “001010100101010110”，代表玩 家已完成下棋動作，如圖 4-9(i)。
T18 ready_enable = L à H busy = L à H
(1).當系統已辨識出玩家的下棋位置後，控制訊號 read_enable 收到上升緣觸發訊號，表示系統開始 執行演算法的運算。
(2).在收到 read_enable 上升緣觸發訊號的同時，
busy 訊號也跟著拉起來，兩者沒有時間上的延 遲，因此不會有時序上的錯誤發生。
(3).若 busy = “High”，代表系統正在處理演算法的 運算工作，系統為忙碌狀態。
T19
max_calculate = 6 max_position = 8 table_out =
“011010100101010110”
(1).在系統忙碌期間（busy = “High”），主控制程 式在完成演算法的運算後，將得知評估函數的最 大值為 6（max_calculate = 6），電腦的最佳下棋 位置為 P8（max_position = 8）。
(2).在電腦完成下棋動作後，系統將紀錄最新的棋 局狀態到 table_out = “011010100101010110”，表 示棋局位置 P1 已被電腦下過，最後雙方和局。如 圖 4-9(j)。
表 4-6、軟體模擬結果說明表(5/5)
圖 4-9、軟體模擬結果說明圖(5/5)