整合性電腦象棋自動對局系統之研製

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整合性電腦象棋自動對局系統之研製

吳光哲

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陳柏年

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劉邦鋒

＊

許舜欽

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台灣大學資訊工程系

＊＊

長榮大學資訊管理學系

[email protected] [email protected] [email protected] [email protected]

1. 前言

一般研究象棋的人，通常會對某一特定的棋局盤面，做一番仔細的推演、歸納，以求對該盤面局勢徹底的了解。不過，即使如此仔細的研究過程，所得到的結論卻仍無法完全正確，因此仍需靠實戰來加以驗證。此時，如果研究者能利用電腦象棋做為輔助工具，將具有模擬實戰驗證的功效，使研究效率大為提昇。然而目前以程式開發出來的象棋軟體，主要可區分成以下類別： 1. 打譜軟體例如：象棋橋、象棋演播室等 2. 多媒體象棋教學軟體例如：中國象棋個人賽、象棋兵法等 3. 網路象棋對局軟體例如：ICCS，奕象網，奕天棋緣等 4. 具有人工智慧的電腦象棋軟體例如：Elp、象棋世家、mrsj 等以上四類軟體當中，以第四類最具模擬實戰驗證的功效。

2. 自動對局系統

的需求

但是，目前的電腦象棋程式使用搜尋演算法來尋找著手。由於審局函數是固定的，因此如果時間相同，則其搜尋結果也將一致。此時如果研究者希望產生不同的策略組合，來對目前的盤面加以分析，還是需要一個能夠結合第三類軟體，而且能夠自動上線對局的系統，做為各種實驗著手研究的工具。另一方面，電腦象棋的研究者則常會需要比較不同電腦象棋程式的棋力，或者需要快速的產生棋局資料庫[1]。但兩個不同的電腦象棋程式介面不同，如果以手動的方式來處理，則效率很差，因此也需要有一套自動化的介面程式，使兩個不同的電腦象棋程式能互相對奕[2]。我們所設計的ChessSpy 就是一個利用網路連線，讓不同的電腦象棋程式自動對奕的程式[3]。它可用來比較不同電腦象棋程式的棋力[4]；並且可以自動對奕

。

使用者做完前置動作後，只要等棋下完後再來處理即可，可以省去許多不必要的工夫。它與遠端的電腦象棋伺服器連線後，就可與本地端的電腦象棋程式對奕。

3. ChessSpy 的網路架構

ChessSpy 連接兩個象棋程式的接口，一邊是本地端的電腦象棋程式，一邊是遠端伺服器，為提供遠端對奕的電腦象棋程式。當ChessSpy 與伺服器連線後，便扮演兩個象棋程式的溝通介面[5]。圖 1、圖 2 為象棋介面透過 ChessSpy 與伺服器對奕。伺服器端電腦象棋程式的通訊協定使用 TCP/IP，預設使用 port 8862。ChessSpy 與伺服器連線之後，伺服器端等待ChessSpy 傳送下棋的指令，並且隨時將著法回傳給ChessSpy，指令主要有兩種： 1. 伺服器端電腦走子：傳送Think_Message 給伺服器端，則伺服器端電腦開始思考，並且當電腦走子後，將其著法傳送給ChessSpy （Result_Message，包含 Src 與 Dest，即該著法所代表棋盤位置的起點與終點）。ChessSpy 讀取到著法後，再將此著法對應到本地端的棋盤畫面，自動控制滑鼠走出該著法。

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2. 程式走子：即本地端的程式走子後，經由 ChessSpy 偵測到並傳送給伺服器端。 圖 1. ChessSpy 執行畫面圖 2. 象棋介面執行畫面

4. ChessSpy 流程介紹

ChessSpy 的運作流程如如圖 3 所示： 1. 利用 TCP/IP 通訊協定，與遠端伺服器連線並進行對奕的交談動作 2. 尋找棋盤視窗 3. 鎖定棋盤 4. 前置動作（1~3）完成後，開始對奕，每0.2 秒擷取畫面一次，並判斷棋子位置及盤面變化 5. 自動化移動棋子網路架構已於前一節介紹，以下四小節將對「尋找棋盤視窗」、「鎖定棋盤」、「判斷棋子位置及盤面變化」、「自動化移動棋子」等流程詳細解說。 4.1、ChessSpy 尋找棋盤視窗 ChessSpy 利用視窗系統所提供的 API 來取得畫面上的所有視窗資訊，然後顯示視窗的標題，供使用者選擇，使用者可以藉由視窗標題來找到棋盤視窗。

開始

遠端連線

連線成功

否

已完成棋盤

鎖定工作

否

尋找棋盤視窗

鎖定棋盤

是

α

圖 3(a). ChessSpy 流程圖

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α

Timer 訊

息處理函

4.2、鎖定棋盤 為了取得不同電腦象棋介面中的棋盤內容，程式須先找到該棋盤所在的視窗位置，再由棋盤的比例計算出每顆棋子的位置，程式會記錄棋盤的相對位置，因此將來即使將視窗移動過，也不會有任何影響。由於每個電腦象棋程式的棋子移動方式不一定相同，但不外乎兩種方式，即double-click 與 drag-drop，因此使用者必須設定棋子移動方式。 4.3、判斷棋子位置及盤面變化 在第一次使用時必須先設定好視窗中棋盤的位置及大小。設好之後，程式便依此資訊，算出每 圖 3(b). ChessSpy 流程圖

擷取並檢查盤

否

是否有改變

是

是否

2 格改變

否

是否

3 格改變

是

是否a

1

→

否，有

4 格改

移動a

3

→

a

4

否

是否a

4

=a

1

是

移動a

3

→

a

1

移動a

3

→

a

2

是

否

自動移動棋子

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個棋子所在位置。ChessSpy 在使用者按下 Start 按鈕之後，約每 0.2 秒檢查一次畫面，以判斷盤面是否有改變。檢查時，對棋盤上的每個棋子，皆以棋子的圓心為中點，取一個小正方形做為樣本點加以記錄，以節省運算時間, 避免佔用過多計算資源。然後比較目前所記錄的盤面與前一次記錄的盤面是否有差異，以判斷棋盤的變化及棋子移動後的位置。此方法可將問題表示為"已知棋盤狀態, 並知道畫面上某幾格的圖形有變化，求對方走了什麼?" 假設網路端走了 a1→a2, 接下來 windows 象棋程式走了 a3→a4，依畫面變化情況有以下幾種可能： case 1. 畫面上 4 個格子有變化：在這 0.2 秒內，我方走一步 a1→a2，對方走 a3→a4，畫面更新後跟上次的畫面比起來, 有四格改變。 case 2. 畫面上 2 個格子有變化：一種可能是我們剛移動的a1→a2，忽略不管，否則應該是 a3→a4 (a3=對方顏色，a4=非對方顏色)。 case 3. 畫面上 3 個格子有變化：（如圖4）

這有兩種可能，一是a4=a1，一是a4=a2，對方a3→a4 這步的終點，剛好是我們剛剛那步的起點或終點， a4=a2比較常見，也就是我們走了某一步之後，對方馬上把那隻吃掉，若 a3→a1跟a3→a2都是合法的棋步，不靠顏色或形狀，事實上無法判斷，這通常發生在對方有背景思考，我們走了之後剛好被猜到，馬上被吃。除了case 3 有時無法判斷外，ChessSpy 對於某些象棋程式也無法處理，譬如： 1. 棋子移動時有移動動畫的顯示，如果不檢查棋子是否已停止移動，則無法得知棋子的正確位置，改進方法是看「輪紅」、「輪黑」的標示，大部分程式都有提供此類標示。 2. 象棋程式會在棋盤上做記號，譬如 xiexie，他會在一些棋子上做記號，譬如標示上一步移動的棋子、上一步的路線、以及建議著法等，若要正確判讀此類象棋程式的畫面，則須觀察顏色及圖形的變化才能達到。 圖 4. 三格有變化之範例 4.4、自動化移動棋子 利用系統提供的函式控制其他視窗程式，對其做輸入的動作，可以達到自動化輸入的效果。移動棋子的方式，便是對棋盤所在的視窗，輸入滑鼠訊息，模擬將棋子拿起、放下的動作。如此，當伺服器程式走子後，ChessSpy 便將其輸入視窗上的棋盤；視窗上的棋盤有變化時，ChessSpy 也將偵測出

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來，並將其著法傳送到伺服器，以達到自動化對奕的效果[6]。

5. 優缺點探討

ChessSpy 是一個利用網路連線，讓不同的電腦象棋程式自動對奕的程式。它能自動找出系統中正在執行的程式，使用者只要打開一個電腦象棋程式，按下scan 按鈕後，即可在下拉式選單中找到該程式。並且只須在第一次使用時，將棋盤位置拉好，之後便可直接套用棋盤設定。按下開始後，即可完全自動化對奕，不但可節省許多不必要的操作時間，還可以快速產生大量棋譜以供研究分析，成為研究電腦象棋一個不可或缺的工具。不過，在自動化的過程中，使用者不能操作滑鼠，否則容易造成干擾；另外，ChessSpy 判斷盤面變化時有時會造成錯誤，也是一項缺點，但一般不容易發生錯誤。

6. 未來發展方向

1. 目前的 ChessSpy 提供電腦象棋伺服器與另一個電腦象棋程式的介面進行通訊的功能，藉此可以分析伺服器端的電腦象棋程式的棋力。將此概念加以擴充，我們可以設計一個ChessSpy Server and Client，使其同時具有伺服器及客戶端的功能，並且與一個電腦象棋程式進行通訊，而要進行對奕則需要兩個ChessSpy Server and Client 互相通訊，互傳著法，並自動更新盤面。這種架構將可讓任意兩套電腦象棋程式進行對奕，使象棋的研究工作更加便利。 2. ChessSpy 對於盤面判斷的方法，是取得棋盤的畫面內容，但由於考慮到程式執行的速度，因此未考慮棋盤畫面的顏色、及圖形的變化，而只判斷畫面是否有改變。如此雖然可使執行效率相當高，但有時也會造成無法判斷的錯誤，錯誤的原因在於 ChessSpy 並無取得棋盤所在視窗的視窗訊息，而是每隔約0.2 秒擷取畫面一次，如果該視窗的更新動作在0.2 秒內發生，則程式將有可能造成錯誤。有一種可能的改良方法是使用視窗訊息，讓棋盤所在視窗在走子時提供訊息給ChessSpy，ChessSpy 才擷取畫面，判斷其著法，如此不僅有助於解決上述問題，也可使ChessSpy 具有處理非瞬間移動棋子的電腦象棋程式。

7. 參考文獻

1. Donskoy, M.V. (2001). How the Computer-Chess Methods Help to Build Better user Interfaces. Advances in Computer Games 9 (eds. H.J. van den Herik and B. Monien), pp. 53-58. IKAT,

Universiteit Maastricht, Maastricht, The

Netherlands. ISBN 90-6216-5761 / 90-6216-5664. 2. Kierulf, A. (1990). Smart Game Board: a

Workbench for Game-Playing Programs, with Go and Othello as Case Studies. Ph.D. Thesis, Informatik-Dissertationen, No. 22, Verlag der Fachvereine, ETH Zurich, Switzerland.

3. Kotěšovec, V. (1996). Mezi šachovnicí a počítačem [Between chessboard and computer], Praha.

4. Kraus, S., Ephrati, E. and Lehmann, D. (1989). An Automated Diplomacy Player. Heuristic Programming in Artificial Intelligence: the first computer olympiad (eds. D.N.L. Levy and D.F. Beal), pp. 136-153. Ellis Horwood, Chichester. ISBN 0-7458-0778-X.

5. Lake, R., Schaeffer, J., and Lu, P. (1994). Solving Large Retrograde-Analysis Problems Using a Network of Workstations. Advances in Computer Chess 7 (eds. H.J. van den Herik, I.S. Herschberg, and J.W.H.M. Uiterwijk), pp. 135-162. University of Limburg, Maastricht, The Netherlands. ISBN 90-621-6101-4.

6. Muller, M. (1991). The Smart Game Board as a Tool for Game Programmers. Heuristic Programming in Artificial Intelligence 2: the second computer olympiad (eds. D.N.L. Levy and

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D.F. Beal), pp. 217-231. Ellis Horwood Ltd., Chichester, UK. ISBN 0-13-382615-5.