張曉川

摘 要： 在大數(shù)據(jù)時(shí)代，人工智能技術(shù)應(yīng)用范圍逐漸擴(kuò)大，深受歡迎。首先闡述了益智類軟件中人工智能系統(tǒng)的基本組成;然后對(duì)益智類軟件中人工智能系統(tǒng)的設(shè)計(jì)加以說明，其中常用的有面向流程的人工智能系統(tǒng)框架和面向涌現(xiàn)的人工智能設(shè)計(jì)系統(tǒng)，而在實(shí)現(xiàn)人工智能系統(tǒng)框架設(shè)計(jì)時(shí)，常用的方式有行為樹和規(guī)劃器;最后指出益智類軟件中的關(guān)鍵智能技術(shù)有兩種，分別是為實(shí)現(xiàn)益智類軟件中基本的感知、推理和判斷能力的基本人工智能技術(shù)和為實(shí)現(xiàn)邏輯性、人類情感等的強(qiáng)人工智能技術(shù)。另外，滿足不同用戶的個(gè)性化需求是未來人工智能技術(shù)在計(jì)算機(jī)軟件開發(fā)及應(yīng)用領(lǐng)域的重要研究和發(fā)展方向，這將為今后人工智能在同類型計(jì)算機(jī)軟件開發(fā)中的應(yīng)用研究提供參考。

關(guān)鍵詞： 軟件開發(fā); 人工智能技術(shù); 神經(jīng)網(wǎng)絡(luò); 計(jì)算機(jī)

中圖分類號(hào)： TP 311 ? ? ?文獻(xiàn)標(biāo)志碼： 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

隨著網(wǎng)絡(luò)技術(shù)的不斷發(fā)展和計(jì)算機(jī)技術(shù)的不斷更新，普通的信息化技術(shù)已經(jīng)不能滿足人們的需求，具有一定處理問題和邏輯思維的人工智能技術(shù)應(yīng)用而生，并且應(yīng)用于各行各業(yè)，比如基于神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)的虹膜、指紋識(shí)別技術(shù)在智能化辦公系統(tǒng)中應(yīng)用廣泛[1-2];在大數(shù)據(jù)背景下，人工智能語音識(shí)別、播報(bào)系統(tǒng)、感應(yīng)系統(tǒng)在智能家居、智慧城市[3-4]以及智能導(dǎo)航等中的應(yīng)用深受用戶的喜愛;智能化的人機(jī)博弈[5]滿足廣大用戶的需求以及可以實(shí)現(xiàn)多人同時(shí)進(jìn)行博弈;基于大數(shù)據(jù)的智能專家系統(tǒng)為科研和農(nóng)業(yè)的發(fā)展起到不可或缺的作用等等。

人工智能應(yīng)用于益智類軟件開發(fā)[6]，使其更具有吸引力，視覺效果更加炫酷，搜索引擎速度更高，但是目前基于人工智能的益智類軟件開發(fā)只停留在表面，人工智能的“智”沒有發(fā)揮出來，使得用戶體驗(yàn)感脫離現(xiàn)實(shí)，不能滿足用戶對(duì)于更高智能的要求，所以人工智能在益智類軟件的體驗(yàn)感、便捷度以及仿真模擬等方面的智能系統(tǒng)設(shè)計(jì)的研究勢(shì)在必行。

1 益智類軟件中人工智能系統(tǒng)的基本組成 ?益智類軟件中人工智能系統(tǒng)的設(shè)計(jì)主要目的是為用戶服務(wù)[7-8]，故取得和用戶相同的認(rèn)知感很重要。每天大腦需要處理的數(shù)據(jù)和信息量非常大，如果每個(gè)數(shù)據(jù)和信息都優(yōu)先認(rèn)真去處理，會(huì)導(dǎo)致大腦處于超負(fù)荷狀態(tài)且處理數(shù)據(jù)和信息的效果不佳，所以大腦在遇到多項(xiàng)事情和信息時(shí)會(huì)選擇性的進(jìn)行優(yōu)先排序，同樣益智類軟件人工智能系統(tǒng)作為“大腦”，需要將所接受到的信息進(jìn)行分類處理，在系統(tǒng)設(shè)計(jì)中對(duì)比人類大腦進(jìn)行相應(yīng)功能的設(shè)計(jì)，如表1所示。

由表1可知，以人類大腦的處理系統(tǒng)為原型研究出來的智能系統(tǒng)，可以將益智類軟件中的數(shù)據(jù)進(jìn)行分類處理，為用戶和軟件系統(tǒng)進(jìn)行減負(fù)，為用戶提供準(zhǔn)確的智能化服務(wù)。

益智類軟件中人工智能系統(tǒng)的基本組成包括以下三方面[9]：輸入與感知系統(tǒng)、決策與推理、導(dǎo)航。

益智類軟件中的感知系統(tǒng)如同人類的大腦一樣，將輸入的不同的數(shù)據(jù)進(jìn)行處理，以此反應(yīng)到各個(gè)角色和命令的執(zhí)行中，由于每個(gè)益智類軟件中，每個(gè)角色、每個(gè)行動(dòng)均需要多個(gè)數(shù)據(jù)進(jìn)行支撐，所以在智能系統(tǒng)輸入和感知模塊會(huì)有多種數(shù)據(jù)和多種信息需要設(shè)置?；诖髷?shù)據(jù)背景的人工智能在計(jì)算機(jī)益智類軟件感知系統(tǒng)設(shè)計(jì)時(shí)，需要考慮感知系統(tǒng)的更新速度和響應(yīng)范圍兩方面。針對(duì)于益智類軟件中感知系統(tǒng)的更新速度，當(dāng)某一角色的預(yù)先設(shè)定智能化路線時(shí)，需要考慮其余角色的反應(yīng)以及位置，如圖1所示。

以FIFA Online為例，當(dāng)藍(lán)色衣服的球員帶球前進(jìn)的時(shí)候，智能感知系統(tǒng)會(huì)為其規(guī)劃一條最優(yōu)路線，但是由于現(xiàn)場(chǎng)有其他的角色，可能會(huì)導(dǎo)致最有路線的規(guī)劃失敗，所以要及時(shí)對(duì)其余角色的行動(dòng)等信息進(jìn)行更新。針對(duì)于感知系統(tǒng)的響應(yīng)范圍，若智能感知系統(tǒng)的響應(yīng)范圍較小，用戶感知不到外界的其余因素的變化，挑戰(zhàn)性較低，當(dāng)提高感知系統(tǒng)的響應(yīng)范圍，用戶可以根據(jù)外界物體的變化以及聲音進(jìn)行操作判斷，滿足了用戶完成任務(wù)挑戰(zhàn)性后的成就感。

2 益智類軟件中人工智能系統(tǒng)設(shè)計(jì)

2.1 人工智能系統(tǒng)框架設(shè)計(jì)模式

益智類軟件中人工智能系統(tǒng)的框架設(shè)計(jì)常用的有兩種設(shè)計(jì)模式[10]，分別是：

一種為面向流程，需要開發(fā)者十分熟悉流程，可以把控住整個(gè)益智類軟件，通過完成任務(wù)的形式進(jìn)入到下一關(guān)卡中，當(dāng)在本關(guān)卡中完成任務(wù)并通關(guān)可以獲得一定的道具或者權(quán)限，在下一關(guān)卡中可以使用該道具或者權(quán)限，整個(gè)系統(tǒng)的各個(gè)關(guān)卡非獨(dú)立，相互之間均有一定的聯(lián)系。以《怪物獵人》為例，共設(shè)置了四個(gè)關(guān)卡，當(dāng)完成某一關(guān)卡后可以獲得相應(yīng)的素材，素材可以在下一關(guān)卡的通關(guān)中進(jìn)行使用。

另一種益智類軟件中的人工智能設(shè)計(jì)系統(tǒng)為面向涌現(xiàn)，該種設(shè)計(jì)具有更大的挑戰(zhàn)性和不可預(yù)測(cè)性，當(dāng)用戶具有多項(xiàng)技能的情況下，技能和技能疊加組合起來會(huì)形成新的技能，技能和技能之間的排列組合會(huì)導(dǎo)致新的技能出現(xiàn)，甚至?xí)鲕浖O(shè)計(jì)者的預(yù)先設(shè)計(jì)范疇。以《英雄聯(lián)盟》為例，其中各個(gè)英雄都有自己的專有技能，當(dāng)其擁有更多的技能的時(shí)候，技能經(jīng)過排列組合形成新的技能，甚至超出設(shè)計(jì)者和用戶的預(yù)期，具有很大的不可確定性和挑戰(zhàn)性。

2.2 人工智能系統(tǒng)框架設(shè)計(jì)方式

益智類軟件中人工智能系統(tǒng)的框架設(shè)計(jì)方式與其自身有密切聯(lián)系，每個(gè)益智類軟件其根據(jù)自身的復(fù)雜程度和類型具有不同的實(shí)現(xiàn)方式，常用的有兩種方式[11-12]：

一種為行為樹，行為樹是通過邏輯思維構(gòu)架來實(shí)現(xiàn)游戲框架，主要用于面向流程的智能系統(tǒng)框架設(shè)計(jì)，整個(gè)框架圖如同一個(gè)三開的樹狀圖，最根本的為游戲?qū)ο?，為了控制?duì)象的行動(dòng)需要對(duì)每個(gè)節(jié)點(diǎn)進(jìn)行條件設(shè)置，當(dāng)滿足該條件時(shí)，對(duì)象會(huì)按照設(shè)定的情景進(jìn)行，如Unreal Engine、Unity、英雄聯(lián)盟、魔獸世界等。以《魔獸世界》為例，其采用的即為行為樹實(shí)現(xiàn)框架結(jié)構(gòu)，如圖2所示。

系統(tǒng)中的怪獸有3種狀態(tài)，分別為攻擊玩家、自衛(wèi)、巡邏。

另一種為規(guī)劃器，規(guī)劃器是一種實(shí)現(xiàn)面向涌向的智能系統(tǒng)框架設(shè)計(jì)方式，有任務(wù)分解和任務(wù)完成兩部分。通過分層任務(wù)網(wǎng)絡(luò)（Hierarchical Task Network，HTN）規(guī)劃器將某個(gè)任務(wù)進(jìn)行細(xì)化分解，分解成最簡(jiǎn)單最微小的單元，完成最簡(jiǎn)單的最微小的指令逐漸疊加直至任務(wù)完成。目標(biāo)導(dǎo)向型行為（Goal Oriented Action Plan，GOAP）規(guī)劃器主要負(fù)責(zé)人物角色的狀態(tài)轉(zhuǎn)換，當(dāng)人物角色滿足設(shè)計(jì)者規(guī)定的條件時(shí)，人物角色可以轉(zhuǎn)換成另外一種狀態(tài)。

2.3 關(guān)鍵的人工智能技術(shù)

益智類軟件中的人工智能技術(shù)包括兩種[13]，一種為實(shí)現(xiàn)軟件中基本的感知、推理和判斷能力的基本人工智能技術(shù)，另一種為可以實(shí)現(xiàn)邏輯性、人類情感等的強(qiáng)人工智能技術(shù)。

基本人工智能技術(shù)都通過消息系統(tǒng)、有限狀態(tài)機(jī)等實(shí)現(xiàn)，有限狀態(tài)機(jī)是一種利用數(shù)學(xué)模型來控制角色轉(zhuǎn)變的智能系統(tǒng)，當(dāng)玩家在某一場(chǎng)景中處于弱勢(shì)地位，有限狀態(tài)機(jī)可以將玩家切換一種狀態(tài)，避免損傷。以下以某一段的游戲主要代碼為例，其中FSMState類是所有狀態(tài)的基本保障，F(xiàn)SMMachine類是特殊情況下的保障，F(xiàn)SMAIControl類是數(shù)據(jù)存儲(chǔ)保障。主要代碼示例：

/**

*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（）;

}

強(qiáng)人工智能技術(shù)主要采用的是人工神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)技術(shù)，該技術(shù)以大腦為原型，模擬大腦對(duì)于信息的處理，以每個(gè)節(jié)點(diǎn)作為大腦的神經(jīng)元，節(jié)點(diǎn)和節(jié)點(diǎn)之間相互連接，其基本結(jié)構(gòu)如圖3所示。

神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)技術(shù)不但使人工智能技術(shù)具有邏輯性，而且具有一定的自助學(xué)習(xí)能力，更加智能化。

3 益智類軟件智能化的影響和研究方向

益智類軟件只能化的發(fā)展給用戶增強(qiáng)了沉浸感，延長(zhǎng)了用戶的心流體驗(yàn)，同時(shí)在益智類軟件中實(shí)現(xiàn)了現(xiàn)實(shí)重塑。首先，人工智能使益智類軟件實(shí)現(xiàn)智能化讓用戶擺脫了傳統(tǒng)的體驗(yàn)方式，智能化設(shè)備增強(qiáng)了用戶的交互方式和感官體驗(yàn)，讓用戶獲得了更強(qiáng)的沉浸感;其次，通過益智類軟件獲得遠(yuǎn)不止感官體驗(yàn)，也能獲得更多的認(rèn)知體驗(yàn)，這種體驗(yàn)源自于智能化的系統(tǒng)設(shè)計(jì)，使用戶更容易沉浸在虛擬世界中，對(duì)時(shí)間流逝的認(rèn)識(shí)有所改變;最后，更加真實(shí)化的表現(xiàn)形式使用戶在虛擬世界中更容易擁有獲得感和滿足感，對(duì)改變用戶對(duì)現(xiàn)實(shí)的認(rèn)知更加積極。

人工智能技術(shù)的深入發(fā)展，機(jī)器學(xué)習(xí)領(lǐng)域成為未來的主要研究方向之一。益智類軟件在系統(tǒng)框架設(shè)計(jì)時(shí)，會(huì)通過一些算法使其中的某些角色具備自主學(xué)習(xí)能力，從而實(shí)現(xiàn)收集用戶數(shù)據(jù)的目的，在此基礎(chǔ)上，根據(jù)不同用戶的使用習(xí)慣提供個(gè)性化的服務(wù)?？傊?，隨著技術(shù)的發(fā)展和研究的深入，益智類軟件的系統(tǒng)設(shè)計(jì)和平臺(tái)開發(fā)都將朝著滿足用戶個(gè)性化需求的方向發(fā)展。

4 總結(jié)

本研究結(jié)合實(shí)例闡述人工智能在計(jì)算機(jī)軟件開發(fā)中的應(yīng)用，得到如下結(jié)論：

1）益智類軟件中人工智能系統(tǒng)由輸入與感知系統(tǒng)、決策與推理、導(dǎo)航三部分組成。

2）面向流程的人工智能系統(tǒng)框架設(shè)計(jì)實(shí)現(xiàn)方式為行為樹;面向涌現(xiàn)的人工智能系統(tǒng)框架設(shè)計(jì)實(shí)現(xiàn)方式為規(guī)劃器。

3）益智類軟件設(shè)計(jì)中的關(guān)鍵智能技術(shù)有兩種，一種為以有限狀態(tài)機(jī)為代表的基本人工智能技術(shù)，另一種為以人工網(wǎng)絡(luò)技術(shù)為代表的強(qiáng)人工智能技術(shù)。

4）滿足不同用戶的個(gè)性化需求是未來人工智能技術(shù)在計(jì)算機(jī)軟件開發(fā)及應(yīng)用領(lǐng)域的重要研究和發(fā)展方向。

綜上所述，本研究所述內(nèi)容對(duì)今后人工智能在同類型計(jì)算機(jī)軟件開發(fā)中的應(yīng)用研究具有一定的參考作用。

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（收稿日期： 2020.02.20）