Vier op een rij: Intro AI

Vier op een rij: Intro AI#

Overzicht#

In deze opgave ga je met Python een eerste versie van een kunstmatige intelligentie bouwen om Vier op een rij te spelen.

Deze AI kan

  • Eén zet vooruitkijken voor beide spelers, 'X' en 'O'

  • Een zet kiezen waarmee het spel gewonnen wordt (als dat kan!)

  • Een zet kiezen die de overwinning van de tegenstander kan voorkomen (in de volgende beurt; als dat kan)

  • Zijn maker verslaan in Vier op een rij (misschien…)

Overzicht opgave#

Voor deze opgave moet je twee methodes toevoegen en een andere methode aanpassen in de klasse Board dat in een vorig practium is langsgekomen: board.py

  • Voeg een methode cols_to_win(self, ox) toe die een lijst teruggeeft van kolommen waar ox mee wint op de volgende beurt, en

  • Voeg een methode ai_move(self, ox) toe, een AI voor ox, dus 'X' of 'O', die één zet vooruitkijkt:

    • Als de speler van ox kan winnen; of als dat niet kan, als deze een overwinning kan tegenhouden; dan moet die zet gedaan worden.

    • Als de AI echter geen zet heeft om te winnen of de tegenstander tegen te houden, dan mag je zelf bepalen hoe de zet gekozen wordt, bijvoorbeeld strategisch (een zet in het midden?), willekeurig, of met een andere aanpak…

  • Pas ten slotte host_game aan om je nieuw gemaakte AI te gebruiken!

Hierna worden deze methodes en aanpassingen gedetailleerder beschreven

opdracht 1: De methode cols_to_win#

De methode cols_to_win(self, ox) moet een onderdeel van de klasse Board zijn en een enkel argument ox meekrijgen, die een string 'X' of een string 'O' bevat (de twee mogelijke spelers in het spel).

De methode cols_to_win moet dan een lijst kolommen teruggeven waar ox in de volgende beurt kan spelen om het spel te winnne. De kolommen moeten op volgorde van hun nummer worden teruggegeven (als er meerdere mogelijkheden zijn om te winnen). cols_to_win hoeft niet verder dan één beurt vooruit te kijken.

Tip

Voer onderstaande stappen uit voor elke kolom op het bord:

  • Kijk of er een legale zet gedaan kan worden met behulp van allows_move.

  • Voeg een steen van ox toe met behulp van add_move

  • Kijk of de speler nu gewonnen met behulp van wins_for

  • Als dat zo is, voeg dan het kolomnummer aan een lijst toe.

  • Vergeet niet de steen te verwijderen voordat je verder gaat, met behulp van del_move!

  • Vergeet niet om te lijst terug te geven aan het einde van de functie!

Hier is een voorbeeld; zorg ervoor dat deze werkt!

In [24]: b = Board(7, 6)

In [25]: b.set_board('334050505')

| | | | | | | |
| | | | | | | |
| | | | | | | |
|O| | | | |X| |
|O| | |O| |X| |
|O| | |X|X|X| |
---------------
 0 1 2 3 4 5 6

In [26]: b.cols_to_win('X')
Out[26]: [2, 5, 6]

In [27]: b.cols_to_win('O')
Out[27]: [0]

opdracht 2: De methode ai_move#

De methode ai_move(self, ox) moet ook een onderdeel zijn van de klasse Board en moet een enkel argument ox meekrijgen, die ofwel de string 'X' bevat ofwel de string 'O' (de twee mogelijke spelers in het spel).

ai_move moet een enkele integer teruggeven, die een geldige kolom bevat om een zet in te doen. Bovendien

  • moet ai_move een zet (kolomnummer) teruggeven waarmee ox kan winnen. De AI moet winnen als dat mogelijk is. Als er meerdere manieren zijn om te winnen, mag elk van de winnende kolommen teruggegeven worden.

  • moet ai_move een zet teruggeven waarmee de overwinning van de tegenstander geblokkeerd wordt, als ox zelf niet kan winnen maar wel een vier op een rij kan tegenhouden. Ook hier moet niet meer dan één zet vooruit gekeken worden. Als er geen mogelijkheid is om te winnen, maar er wel meer manieren zijn om de tegenstander te blokkeren, dan moet ai_move één van die manieren teruggeven. (Zelfs als de tegenstander op een andere manier alsnog kan winnen.)

  • Als ox niet kan winnen en geen overwinning van de tegenstander kan blokkeren, dan moet ai_move een zet naar keuze van de programmeur (jij) teruggeven; deze zet moet wel legaal zijn. ai_move wordt niet aangeroepen als het bord vol is.

In het laatste geval kan de keuze willekeurig of strategisch zijn. In beide gevallen kan je meedoen aan het toernooi voor bonuspunten! We gaan de ai_moves vaak tegen elkaar laten spelen om te kijken welke het beste is in het spelen van Vier op een rij. (Dit doen we meestal in het laatste college…)

Er zijn een aantal strategieën die goed kunnen werken, bijvoorbeeld,

  • Bij voorkeur in het midden van het bord spelen, of

  • Proberen de twee op een rij van de tegenstander te blokkeren, of

  • Proberen open ruimte te hebben aan één zijkant, of

  • Iets anders, misschien nog geavanceerder.

Uiteindelijk mag je zelf bepalen welke strategie je volgt. De enige regel is dat ai_move geldige zetten moet doen, moet winnen als dat kan, en overwinningen van de tegenstander moet blokkeren als ze zelf niet kan winnen.

Lus niet over de kolommen van het bord!

In plaats daarvan kan je

  • cols_to_win aanroepen voor ox.

  • cols_to_win aanroepen voor de tegenstander van ox (je hebt hiervoor een if/else nodig).

  • De resultaten op de juiste manier verwerken.

  • Bedenk je dat als er geen manier is om te winnen of te verliezen, elke geldige zet goed is.

  • Vergeet niet het kolomnummer van de zet terug te geven.

Hier zijn twee voorbeelden; zorg dat bij jou ook deze werken!

# Voorbeeld 1

In [32]: b = Board(7, 6)

In [33]: b.set_board('334050505')

| | | | | | | |
| | | | | | | |
| | | | | | | |
|O| | | | |X| |
|O| | |O| |X| |
|O| | |X|X|X| |
---------------
 0 1 2 3 4 5 6


In [34]: b.ai_move('O')
Out[34]: 0

In [35]: b.ai_move('X')
Out[35]: 2    # 5 of 6 mogen ook hier


# Voorbeeld 2

In [42]: b = Board(7, 6)

In [43]: b.set_board('42424')

| | | | | | | |
| | | | | | | |
| | | | | | | |
| | | | |X| | |
| | |O| |X| | |
| | |O| |X| | |
---------------
 0 1 2 3 4 5 6


In [44]: b.ai_move('X')
Out[44]: 4      # moet 4 zijn

In [45]: b.ai_move('O')
Out[45]: 4      # moet 4 zijn

opdracht 3: De methode host_game#

Pas ten slotte je methode host_game(self) aan zodat ofwel 'X' ofwel 'O' zelfstandig kan spelen; dat wil zeggen, dat de computer deze speler bestuurt met de methode ai_move.

Opmerking

Je mag zelf kiezen of de computer 'X' of 'O' speelt.

Als de computer van je wint, gefeliciteerd! Je hebt een AI gemaakt die slimmer is gebleken dan zijn schrijver, hoe gevaarlijk dat ook moge zijn op de langere termijn!

We wensen je AI veel succes!