Inhoud. Introductie tot de cursus

Transcriptie

1 Inhoud Introductie tot de cursus 1 Uitgangspunten, plaats en globale doelstelling van de cursus 7 2 Inhoud van de cursus 8 3 De samenstelling van de cursus 9 4 Het bestuderen van de cursus 10 5 Het tentamen 11 6 Ten slotte 12 6

2 Introductie tot de cursus 1 Uitgangspunten, plaats en globale doelstelling van de cursus In deze cursus AI for Games worden technieken uit de kunstmatige intelligentie behandeld die specifiek worden toegepast in computerspelen. Daarbij ligt de focus op moderne computerspelen, maar is ook aandacht voor speltheorie, en voor klassieke en moderne bordspelen. De cursus richt zich op technieken voor het nemen van beslissingen, zowel op operationeel niveau als op tactisch/strategisch niveau, en op het toepassen van geavanceerde leertechnieken om het niveau van de kunstmatige intelligentie te verhogen. De cursus is breed opgezet, waarbij een veelheid van technieken die gebruikt worden bij de kunstmatige intelligentie van computerspelen de revue passeren. Computerspelen zijn bij uitstek uitdagende omgevingen voor kunstmatige intelligentie, vanwege de hoge complexiteit van de gebruikte virtuele werelden, en de strenge eisen die gesteld worden aan effectiviteit en efficiëntie van de gekozen oplossingen. Door deze eigenschappen van computerspelen zijn de behandelde oplossingen niet slechts beperkt tot dit specifieke onderzoeksterrein, maar kunnen toegepast worden in andere omgevingen, zoals bij robots, multi-agent systemen, en simulaties. De cursus bestaat voor de helft uit het bestuderen van theorie, en voor de helft uit opdrachten. De theorie wordt behandeld met behulp van het boek Artificial Intelligence for Games van Ian Millington (2006). Richtlijnen voor de bestudering van dit boek, en enige aanvullende informatie, vindt u in dit werkboek. Op de cursus website vindt u daarnaast nog een aantal artikelen ter bestudering. De opdrachten gaan om het implementeren van kunstmatige intelligentie in bordspelen en computerspelen, waarbij u de opgedane kennis in de praktijk kunt brengen. Er is enige vrijheid in de keuze van de opdrachten. De mogelijke opdrachten en informatie over de keuzes die u heeft, vindt u op de cursus website. De beoordeling van de cursus is gebaseerd op uw kennis van de theorie en de uitwerkingen van deze opdrachten, inclusief een kort begeleidend rapport over deze uitwerkingen. De cursus AI for Games is als keuzevak opgenomen in de masteropleiding Computer Science. Studenten die deze opleiding volgen, kunnen zich inschrijven voor de cursus. Zie voor de precieze details met betrekking tot de inschrijfvoorwaarden de studiegids, of kijk op OUN 7

3 Uitgangspunt voor deze cursus is dat informatici hun theoretische kennis in de praktijk moeten kunnen brengen in complexe omgevingen. Daarbij dient de theorie als leidraad, maar zal de informaticus creativiteit en flexibiliteit moeten gebruiken om de oplossingen adequaat, effectief, en efficiënt te maken. Doelstelling van de cursus is dat u zich traint in het toepassen van uw verworven kennis van geavanceerde informaticatechnieken in een uitdagend en realistisch probleemdomein, waarbij u een gebalanceerde afweging moet maken tussen de correctheid en zuiverheid van de oplossingen, de eisen en beperkingen van de omgeving, en de gerealiseerde oplossingskwaliteit. Voorkennis Als u met de bestudering van deze cursus start, wordt ervan uitgegaan dat u (de voorlopers van) de cursussen Objectgeorienteerd Programmeren in Java 1 en 2, Inleiding Kennistechnologie, en Kunstmatige Intelligentie heeft afgerond, of daarvoor een vrijstelling heeft ontvangen. De programmeerkennis is nodig om de opdrachten uit te voeren. De laatste twee cursussen zijn nodig omdat u op zijn minst kennis moet hebben van basistechnieken van de kunstmatige intelligentie. Tijdens het bestuderen van de theorie zal geen aandacht besteed worden aan code of pseudocode; er wordt vanuit gegaan dat u voldoende informaticakennis bezit om algoritmes te implementeren als de strekking daarvan wordt uitgelegd, of dat u op zijn minst zonder veel omhaal pseudocode kunt omzetten in werkende code. 2 Inhoud van de cursus In deze cursus wordt één groot thema en drie kleinere thema s behandeld. Het grote thema is AI 1 voor moderne computerspelen, ofwel Game AI. De kleinere thema s zijn Speltheorie, AI voor klassieke bordspelen, en AI voor moderne bordspelen. De volgorde en inhoud van deze vier thema s is als volgt: Speltheorie Speltheorie is de studie van meerpersoons beslissingsproblemen. De speltheorie heeft toepassingen in de economie, politiek, sociale wetenschappen, computerwetenschappen, en vele andere domeinen. Vier klassen van spelen worden onderscheiden, die van elkaar verschillen op twee eigenschappen: het al dan niet beschikken over complete informatie over de spelsituatie, en het nemen van enkelvoudige beslissingen of sequenties van beslissingen. De te bestuderen stof is niet meer dan een introductie tot de speltheorie. De tekst bediscussieert tot op welke hoogte de spelomgevingen die aan bod komen in de cursus overeenkomen met spelen die met de speltheorie bestudeerd worden, en in hoeverre de speltheoretische oplossingen bruikbaar zijn voor het implementeren van AI voor spelen. AI voor klassieke bordspelen Tot de klassieke bordspelen worden gerekend alle deterministische tweepersoonsspelen met perfecte informatie, waarin de spelers sequentieel zetten doen. Voorbeelden van dit soort spelen zijn SCHAKEN, DAMMEN, en GO. Van oudsher worden klassieke bordspelen (vooral SCHAKEN) beschouwd als problemen die bij uitstek geschikt zijn voor het vooruit helpen van het AI-onderzoek. Zij worden voornamelijk aangepakt met behulp van zoektechnieken. In de cursus wordt de 8 OUN

4 Introductie tot de cursus belangrijkste techniek voor de aanpak van de AI in klassieke bordspelen behandelt, namelijk minimaxing, inclusief de belangrijkste optimalisaties voor deze techniek. AI voor moderne computerspelen Moderne computerspelen, ook wel video games of virtual world games genoemd, zijn de afgelopen decennia enorm populair geworden. Er is een reusachtige industrie rondom deze spelen ontstaan. Deze industrie richt zich niet uitsluitend op entertainment, maar ook op serieuze toepassingen op het gebied van training en educatie. AI in video games concentreert zich met name op het gedrag van virtuele wezens. Afhankelijk van de toepassing moet dit gedrag effectief, efficiënt, amusant, instructief, realistisch, of adaptief zijn. Deze AI verschilt fundamenteel van de AI voor klassieke bordspelen, omdat de omgeving waarin de AI moet functioneren (vaak) non-deterministisch is, meer dan twee spelers ondersteunt, imperfecte informatie bevat, en spelers parallel zetten laat doen. Voor de ontwikkeling van zulke AI nemen spelontwikkelaars meestal hun toevlucht tot eenvoudige technieken uit de kunstmatige intelligentie. In de cursus wordt in de eerste plaats ingegaan op de technieken die momenteel gebruikt worden, zowel de vaak als de minder vaak toegepaste technieken. Omdat deze technieken in de praktijk regelmatig tekort schieten, gaat de cursus ook in op technieken die nu nog niet of nauwelijks worden toegepast, maar die het potentieel hebben om de AI in video games op een substantieel hoger niveau te brengen. De cursus concentreert zich daarbij op technieken voor het nemen van beslissingen, zowel op operationeel als op strategisch/tactisch niveau. AI voor moderne bordspelen Moderne bord- en kaartspelen, zoals POKER, BRIDGE, KOLONISTEN VAN CATAN, en PUERTO RICO, tonen overeenkomsten met zowel klassieke bordspelen als moderne computerspelen. Zoektechnieken zoals gebruikt in klassieke bordspelen werken tot op zekere hoogte ook in moderne bordspelen. Echter, net als moderne computerspelen zijn moderne bordspelen (vaak) non-deterministisch, ondersteunen meer dan twee spelers, en kennen imperfecte informatie. De AI voor moderne bordspelen kan daarom in het onderzoek een brugfunctie vervullen om de AI voor klassieke bordspelen toepasbaar te maken in moderne computerspelen. De cursus geeft een korte inleiding op de AI voor moderne bordspelen, en behandelt één algemeen toepasbare techniek, namelijk Monte Carlo zoeken. 3 De samenstelling van de cursus Deze introductie is onderdeel van het schriftelijk materiaal van de cursus. Naast het schriftelijk materiaal wordt er aanvullend materiaal beschikbaar gesteld via de elektronische leeromgeving Studienet 2 van de Open Universiteit Nederland. Bezoekt u de cursus op Studienet om de aanvullende materialen op te halen. Het schriftelijk materiaal dat u ontvangt bij inschrijving voor de cursus bestaat uit twee onderdelen: het boek Artificial Intelligence for Games van Ian Millington OUN 9

5 het boekwerk dat u nu leest, met daarin deze introductie op de cursus, een hoofdstuk over speltheorie, een hoofdstuk over moderne bordspelen, en begeleidende teksten bij het boek van Millington. De overige materialen, te weten drie artikelen en de opdrachten, worden u ter beschikking gesteld via Studienet. De cd die meegeleverd wordt met het boek van Millington heeft u in principe niet nodig, maar het staat u vrij deze te gebruiken bij het uitwerken van de opdrachten. NB: het boek van Millington handelt voornamelijk over moderne computerspelen, hoewel het ook aandacht besteed aan klassieke bordspelen. Houdt u er dus rekening mee dat als Millington het woord game gebruikt, hij over het algemeen refereert aan een modern computerspel. Mocht er een spel genoemd worden in het werkboek of het boek van Millington waarmee u niet bekend bent, en waar u meer over wilt weten, dan verwijzen wij u naar het Internet. Een goede website die een overzicht geeft van video games is Mobygames 3. Een goede website voor een overzicht van bordspelen is Boardgamegeek 4. 4 Het bestuderen van de cursus In deze cursus worden negen onderwerpen behandeld (verdeeld over de vier thema s). De onderwerpen sluiten meestal nauw op elkaar aan. De bestudering van de onderwerpen gaat als volgt. In de volgende hoofdstukken van dit werkboek wordt in ieder hoofdstuk aandacht besteed aan één van de onderwerpen. De meeste hoofdstukken zijn kort. Ze zijn gerelateerd aan één van de hoofdstukken van het boek van Millington, en specificeren wat u van dit hoofdstuk dient te bestuderen en hoe u dat moet doen. Af en toe wordt er aanvullende informatie verstrekt. Twee hoofdstukken (2 en 9) zijn langer, en zijn niet gerelateerd aan het boek van Millington. Deze hoofdstukken bevatten de complete te bestuderen stof van het betreffende onderwerp. Bij verwijzingen naar het boek van Millington staat aangegeven of u de stof moet bestuderen dan wel lezen. Dit duidt op een verschil in de grondigheid waarmee de betreffende stof moet worden doorgenomen. Bestuderen Lezen Als er staat dat u stof dient te bestuderen, dan wordt verondersteld dat de betreffende stof grondig wordt bestudeerd, zodat de inhoud begrepen wordt, in eigen woorden gereproduceerd kan worden, en toegepast kan worden in voorkomende opdrachten. Van de stof die bestudeerd moet worden, wordt dus verwacht dat ze volledig bekend is. Als er staat dat u stof dient te lezen, dan wordt verondersteld dat de betreffende stof globaal wordt gelezen, zodat een overzicht wordt verkregen van de strekking van het verhaal, en dit in hoofdlijnen verwoord kan worden. Van de stof die gelezen moet worden, is het voldoende als in algemene zin bekend is wat er in is behandeld. 10 OUN

6 Introductie tot de cursus De stof die in dit werkboek wordt gepresenteerd, moet altijd bestudeerd worden. De artikelen zijn altijd bedoeld om te lezen. Pseudocode Begeleiding Het boek van Millington bevat veel pseudocode, inclusief uitleg over datastructuren en interfaces, details van de implementatie, en performance van het algoritme. Tenzij anders aangegeven, kunt u deze informatie altijd overslaan. U hoeft dit noch te bestuderen, noch te lezen. De rest van de tekst legt de ideeën uit waarvan de pseudocode een implementatie is. Het is voldoende als u de ideeën beheerst. Er wordt vanuit gegaan dat u een volleerd programmeur bent, en dat u in staat bent een algoritme te implementeren op basis van pseudocode als dat nodig is. U kunt de pseudocode bestuderen bij de uitwerking van de opdrachten als het voor u relevant is. De cursus is ontworpen voor zelfstudie. Het is dus mogelijk geheel zelfstandig de cursus te bestuderen, de opdrachten uit te werken en in te leveren, en u aan te melden voor het mondelinge tentamen als u daar aan toe bent. Voor vragen tijdens de bestudering van de cursus kunt u terecht bij de docent. U vindt daarover informatie op Studienet. 5 Het tentamen De cursus wordt afgesloten met een mondeling tentamen. Voorwaarde voor deelname aan het tentamen is dat u uw uitwerkingen van twee opdrachten heeft ingeleverd. In deze opdrachten implementeert u AI voor games. In de eerste opdracht implementeert u AI voor een klassiek of modern bord- of kaartspel. In de tweede opdracht implementeert u AI voor een modern computerspel. Mogelijke opdrachten vindt u op Studienet. Daarnaast staat het u vrij om een eigen opdracht te definiëren en uit te werken, mits deze vooraf wordt goedgekeurd door de docent. U kunt daarvoor bijvoorbeeld denken aan AI voor een bordspel dat u persoonlijk erg interessant vindt, of AI voor een computerspel waar u mee bekend bent en dat aanpassingen in de AI ondersteunt middels een toolset. Suggesties hiervoor vindt u ook op Studienet. U levert de uitwerkingen van de opdrachten in samen met een kort verslag (richtlijn: 3 tot 4 pagina s per opdracht) waarin staat: wat u wilde bereiken hoe u dat hebt aangepakt hoe u uw uitwerking getest hebt wat de resultaten van de tests waren een evaluatie van de resultaten. De docent informeert u of de uitwerkingen voldoende zijn, of dat ze nog verbeterd moeten worden. Let wel, bij de beoordeling is het niet of nauwelijks van belang of uw AI sterk speelt. Het is van belang dat u een goed idee heeft, en uw idee op een wetenschappelijk verantwoorde wijze heeft uitgewerkt en getest. Het is verstandig om uw idee aan de docent voor te leggen alvorens u met de uitwerking ervan begint. OUN 11

7 Als de uitwerkingen van de opdrachten voldoende zijn, kunt u een afspraak maken voor een mondeling tentamen. Dit tentamen gaat in op uw uitwerkingen van de opdrachten, en de te bestuderen stof. Neemt u daartoe rechtstreeks contact op met de docent. In overleg met u wordt tijdstip en plaats afgesproken. Het tentamen kan, indien mogelijk en gewenst, op afstand afgenomen worden (meer informatie hierover wordt verstrekt via Studienet). Het doel van het tentamen is tweeledig: de docent kan u nader ondervragen over de aanpak van de opdrachten de docent kan testen of u het deel van de stof beheerst dat niet in uw uitwerkingen van de opdrachten naar voren is gekomen. Na afloop van het mondelinge tentamen stelt de docent de definitieve beoordeling vast. 6 Ten slotte Het cursusteam wenst u veel genoegen en succes met de bestudering van de cursus. Mocht u opmerkingen over of commentaren op de cursus hebben, dan verneemt het cursusteam die graag. Noten 1 Vanaf dit punt in de tekst wordt de term kunstmatige intelligentie afgekort tot AI, voor artificial intelligence OUN