人工智能在益智类计算机软件开发中的应用研究

2020-10-13张晓川

微型电脑应用 2020年9期

张晓川

摘要：在大数据时代，人工智能技术应用范围逐渐扩大，深受欢迎。首先阐述了益智类软件中人工智能系统的基本组成;然后对益智类软件中人工智能系统的设计加以说明，其中常用的有面向流程的人工智能系统框架和面向涌现的人工智能设计系统，而在实现人工智能系统框架设计时，常用的方式有行为树和规划器;最后指出益智类软件中的关键智能技术有两种，分别是为实现益智类软件中基本的感知、推理和判断能力的基本人工智能技术和为实现逻辑性、人类情感等的强人工智能技术。另外，满足不同用户的个性化需求是未来人工智能技术在计算机软件开发及应用领域的重要研究和发展方向，这将为今后人工智能在同类型计算机软件开发中的应用研究提供参考。

关键词：软件开发; 人工智能技术; 神经网络; 计算机

中图分类号： TP 311 文献标志码： A

Abstract： In the era of big data， the application of artificial intelligence technology has gradually expanded， and it is now very popular. Firstly， the basic composition of artificial intelligence system in the software for the benefit of intelligence is described. Secondly， the design of artificial intelligence system in the software for the benefit of intelligence is explained， among these the commonly used artificial intelligence system framework is oriented to process and the artificial intelligence design system oriented to emergence， while the commonly used ways to realize the framework design of the artificial intelligence system are behavior tree and planner. Finally， the software for the benefit of intelligence is described. There are two kinds of key intelligent technologies in the software， they are the basic artificial intelligence technology to realize the basic perception， reasoning and judgment ability in the educational software， and the strong artificial intelligence technology to realize the logicality and human emotion. In addition， meeting the personalized needs of different users is an important research and development direction of artificial intelligence technology in the field of computer software development and application in the future， it will provide reference for the application research of artificial intelligence in the same type of computer software development.

Key words： software development; artificial intelligence technology; neural network; computer

0 引言

隨着网络技术的不断发展和计算机技术的不断更新，普通的信息化技术已经不能满足人们的需求，具有一定处理问题和逻辑思维的人工智能技术应用而生，并且应用于各行各业，比如基于神经网络的虹膜、指纹识别技术在智能化办公系统中应用广泛[1-2];在大数据背景下，人工智能语音识别、播报系统、感应系统在智能家居、智慧城市[3-4]以及智能导航等中的应用深受用户的喜爱;智能化的人机博弈[5]满足广大用户的需求以及可以实现多人同时进行博弈;基于大数据的智能专家系统为科研和农业的发展起到不可或缺的作用等等。

人工智能应用于益智类软件开发[6]，使其更具有吸引力，视觉效果更加炫酷，搜索引擎速度更高，但是目前基于人工智能的益智类软件开发只停留在表面，人工智能的“智”没有发挥出来，使得用户体验感脱离现实，不能满足用户对于更高智能的要求，所以人工智能在益智类软件的体验感、便捷度以及仿真模拟等方面的智能系统设计的研究势在必行。

1 益智类软件中人工智能系统的基本组成益智类软件中人工智能系统的设计主要目的是为用户服务[7-8]，故取得和用户相同的认知感很重要。每天大脑需要处理的数据和信息量非常大，如果每个数据和信息都优先认真去处理，会导致大脑处于超负荷状态且处理数据和信息的效果不佳，所以大脑在遇到多项事情和信息时会选择性的进行优先排序，同样益智类软件人工智能系统作为“大脑”，需要将所接受到的信息进行分类处理，在系统设计中对比人类大脑进行相应功能的设计，如表1所示。

由表1可知，以人类大脑的处理系统为原型研究出来的智能系统，可以将益智类软件中的数据进行分类处理，为用户和软件系统进行减负，为用户提供准确的智能化服务。

益智类软件中人工智能系统的基本组成包括以下三方面[9]：输入与感知系统、决策与推理、导航。

益智类软件中的感知系统如同人类的大脑一样，将输入的不同的数据进行处理，以此反应到各个角色和命令的执行中，由于每个益智类软件中，每个角色、每个行动均需要多个数据进行支撑，所以在智能系统输入和感知模块会有多种数据和多种信息需要设置。基于大数据背景的人工智能在计算机益智类软件感知系统设计时，需要考虑感知系统的更新速度和响应范围两方面。针对于益智类软件中感知系统的更新速度，当某一角色的预先设定智能化路线时，需要考虑其余角色的反应以及位置，如图1所示。

以FIFA Online为例，当蓝色衣服的球员带球前进的时候，智能感知系统会为其规划一条最优路线，但是由于现场有其他的角色，可能会导致最有路线的规划失败，所以要及时对其余角色的行动等信息进行更新。针对于感知系统的响应范围，若智能感知系统的响应范围较小，用户感知不到外界的其余因素的变化，挑战性较低，当提高感知系统的响应范围，用户可以根据外界物体的变化以及声音进行操作判断，满足了用户完成任务挑战性后的成就感。

2 益智类软件中人工智能系统设计

2.1 人工智能系统框架设计模式

益智类软件中人工智能系统的框架设计常用的有两种设计模式[10]，分别是：

一种为面向流程，需要开发者十分熟悉流程，可以把控住整个益智类软件，通过完成任务的形式进入到下一关卡中，当在本关卡中完成任务并通关可以获得一定的道具或者权限，在下一关卡中可以使用该道具或者权限，整个系统的各个关卡非独立，相互之间均有一定的联系。以《怪物猎人》为例，共设置了四个关卡，当完成某一关卡后可以获得相应的素材，素材可以在下一关卡的通关中进行使用。

另一种益智类软件中的人工智能设计系统为面向涌现，该种设计具有更大的挑战性和不可预测性，当用户具有多项技能的情况下，技能和技能叠加组合起来会形成新的技能，技能和技能之间的排列组合会导致新的技能出现，甚至会超出软件设计者的预先设计范畴。以《英雄联盟》为例，其中各个英雄都有自己的专有技能，当其拥有更多的技能的时候，技能经过排列组合形成新的技能，甚至超出设计者和用户的预期，具有很大的不可确定性和挑战性。

2.2 人工智能系统框架设计方式

益智类软件中人工智能系统的框架设计方式与其自身有密切联系，每个益智类软件其根据自身的复杂程度和类型具有不同的实现方式，常用的有两种方式[11-12]：

一种为行为树，行为树是通过逻辑思维构架来实现游戏框架，主要用于面向流程的智能系统框架设计，整个框架图如同一个三开的树状图，最根本的为游戏对象，为了控制对象的行动需要对每个节点进行条件设置，当满足该条件时，对象会按照设定的情景进行，如Unreal Engine、Unity、英雄联盟、魔兽世界等。以《魔兽世界》为例，其采用的即为行为树实现框架结构，如图2所示。

系统中的怪兽有3种状态，分别为攻击玩家、自卫、巡逻。

另一种为规划器，规划器是一种实现面向涌向的智能系统框架设计方式，有任务分解和任务完成两部分。通过分层任务网络（Hierarchical Task Network，HTN）规划器将某个任务进行细化分解，分解成最简单最微小的单元，完成最简单的最微小的指令逐渐叠加直至任务完成。目标导向型行为（Goal Oriented Action Plan，GOAP）规划器主要負责人物角色的状态转换，当人物角色满足设计者规定的条件时，人物角色可以转换成另外一种状态。

2.3 关键的人工智能技术

益智类软件中的人工智能技术包括两种[13]，一种为实现软件中基本的感知、推理和判断能力的基本人工智能技术，另一种为可以实现逻辑性、人类情感等的强人工智能技术。

基本人工智能技术都通过消息系统、有限状态机等实现，有限状态机是一种利用数学模型来控制角色转变的智能系统，当玩家在某一场景中处于弱势地位，有限状态机可以将玩家切换一种状态，避免损伤。以下以某一段的游戏主要代码为例，其中FSMState类是所有状态的基本保障，FSMMachine类是特殊情况下的保障，FSMAIControl类是数据存储保障。主要代码示例：

/**

*FSMState：

public abstract class FSMState{

public FSMAIControl m_parent;

public int m_type;

public abstract void Enter（）;

public abstract void Exit（）;

public abstract void Update（）;

public abstract void Init（）;

public FSMState Check Transition（）;

}

/**

*FSMMachine：

public class FSMMachine{

public Array Listm_states;

public FSMState m_current State;

public FSMState m_default State;

public int m_goal ID;

public void Update Machine（）;

public void Add State（FSMState state）;

public void Set Default State（FSMState state）;

public void Set Goal ID（int goal）;

public void Transition State（int goal）;

public void Reset（）;

}

/**

*FSMAIControl：

public class FSMAIControl{

public…

private FSMMachine m_machine;

public void Update（）;

public void Update Perceptions（）;

public void Init（）;

}

强人工智能技术主要采用的是人工神经网络技术，该技术以大脑为原型，模拟大脑对于信息的处理，以每个节点作为大脑的神经元，节点和节点之间相互连接，其基本结构如图3所示。

神经网络技术不但使人工智能技术具有逻辑性，而且具有一定的自助学习能力，更加智能化。

3 益智类软件智能化的影响和研究方向

益智类软件只能化的发展给用户增强了沉浸感，延长了用户的心流体验，同时在益智类软件中实现了现实重塑。首先，人工智能使益智类软件实现智能化让用户摆脱了传统的体验方式，智能化设备增强了用户的交互方式和感官体验，让用户获得了更强的沉浸感;其次，通过益智类软件获得远不止感官体验，也能获得更多的认知体验，这种体验源自于智能化的系统设计，使用户更容易沉浸在虚拟世界中，对时间流逝的认识有所改变;最后，更加真实化的表现形式使用户在虚拟世界中更容易拥有获得感和满足感，对改变用户对现实的认知更加积极。

人工智能技术的深入发展，机器学习领域成为未来的主要研究方向之一。益智类软件在系统框架设计时，会通过一些算法使其中的某些角色具备自主学习能力，从而实现收集用户数据的目的，在此基础上，根据不同用户的使用习惯提供个性化的服务。总之，随着技术的发展和研究的深入，益智类软件的系统设计和平台开发都将朝着满足用户个性化需求的方向发展。

4 总结

本研究結合实例阐述人工智能在计算机软件开发中的应用，得到如下结论：

1）益智类软件中人工智能系统由输入与感知系统、决策与推理、导航三部分组成。

2）面向流程的人工智能系统框架设计实现方式为行为树;面向涌现的人工智能系统框架设计实现方式为规划器。

3）益智类软件设计中的关键智能技术有两种，一种为以有限状态机为代表的基本人工智能技术，另一种为以人工网络技术为代表的强人工智能技术。

4）满足不同用户的个性化需求是未来人工智能技术在计算机软件开发及应用领域的重要研究和发展方向。

综上所述，本研究所述内容对今后人工智能在同类型计算机软件开发中的应用研究具有一定的参考作用。

参考文献

[1] 汪嵘明.人工智能在计算机网络技术中的应用[J]. 中国集体经济，2019（31）：148-149.

[2] 杨昌庆.大数据时代背景下人工智能在计算机网络技术中的有效运用[J]. 信息与电脑（理论版），2018（23）：140-142.

[3] 何泓林，朱彬，张文桥.大数据时代人工智能在计算机网络技术中的应用[J]. 电子技术与软件工程，2019（3）：239.

[4] 王佳美.人工智能技术在计算机网络领域中的应用研究[J]. 通讯世界，2019，26（4）：136-137.