强化学习俄罗斯方块用Python编写代码

时间: 2023-11-05 17:07:04 浏览: 40
下面是一个用Python实现的简单强化学习俄罗斯方块的代码,使用的是Q-learning算法: ```python import numpy as np import random import time import pygame pygame.init() # 游戏参数 block_size = 30 # 方块大小 screen_width = 10 * block_size screen_height = 20 * block_size board_width = 10 board_height = 20 fps = 60 # 颜色定义 black = (0, 0, 0) white = (255, 255, 255) red = (255, 0, 0) green = (0, 255, 0) blue = (0, 0, 255) yellow = (255, 255, 0) purple = (255, 0, 255) cyan = (0, 255, 255) # 方块定义 shapes = [ np.array([[1, 1], [1, 1]]), np.array([[0, 2, 0], [2, 2, 2]]), np.array([[0, 3, 3], [3, 3, 0]]), np.array([[4, 4, 0], [0, 4, 4]]), np.array([[5, 5, 5, 5]]), np.array([[0, 0, 6], [6, 6, 6]]), np.array([[7, 7, 0], [0, 7, 7]]) ] colors = [white, cyan, yellow, purple, green, red, blue] # Q-learning参数 num_episodes = 5000 max_steps_per_episode = 200 learning_rate = 0.8 discount_rate = 0.95 exploration_rate = 1.0 max_exploration_rate = 1.0 min_exploration_rate = 0.01 exploration_decay_rate = 0.001 # Q-table初始化 q_table = np.zeros((board_width, board_height, 4)) # 游戏窗口 screen = pygame.display.set_mode((screen_width, screen_height)) pygame.display.set_caption("Tetris") # 方块类 class Block: def __init__(self, shape): self.shape = shape self.color = colors[shape[0, 0]] self.x = board_width // 2 - shape.shape[1] // 2 self.y = 0 def move(self, dx, dy): self.x += dx self.y += dy def rotate(self): self.shape = np.rot90(self.shape, k=-1) def get_pos(self): return [(i + self.x, j + self.y) for i, j in np.argwhere(self.shape)] def draw(self): for i, j in self.get_pos(): pygame.draw.rect(screen, self.color, (i * block_size, j * block_size, block_size, block_size)) # 游戏类 class Tetris: def __init__(self): self.board = np.zeros((board_width, board_height), dtype=int) self.block = Block(random.choice(shapes)) self.score = 0 self.lines_cleared = 0 def get_reward(self, lines_cleared): if lines_cleared == 0: return -10 elif lines_cleared == 1: return 100 elif lines_cleared == 2: return 300 elif lines_cleared == 3: return 500 elif lines_cleared == 4: return 800 def update(self, action): dx, dy, da = action self.block.move(dx, dy) if da == 1: self.block.rotate() pos = self.block.get_pos() if any(i < 0 or i >= board_width or j >= board_height or self.board[i, j] != 0 for i, j in pos): return False while all(j < board_height and self.board[:, j].sum() != board_width for i, j in pos): self.block.move(0, 1) for i, j in pos: self.board[i, j] = self.block.shape[0, 0] lines_cleared = 0 for j in range(board_height): if self.board[:, j].sum() == board_width: lines_cleared += 1 self.board = np.delete(self.board, j, axis=1) self.board = np.insert(self.board, 0, 0, axis=1) reward = self.get_reward(lines_cleared) self.score += reward self.lines_cleared += lines_cleared self.block = Block(random.choice(shapes)) return True def draw(self): screen.fill(black) for i in range(board_width): for j in range(board_height): if self.board[i, j] != 0: pygame.draw.rect(screen, colors[self.board[i, j]], (i * block_size, j * block_size, block_size, block_size)) self.block.draw() font = pygame.font.SysFont(None, 30) text = font.render("Score: " + str(self.score), True, white) screen.blit(text, (screen_width - 150, 50)) text = font.render("Lines: " + str(self.lines_cleared), True, white) screen.blit(text, (screen_width - 150, 100)) pygame.display.flip() def get_state(self): state = np.array(self.board) for i, j in self.block.get_pos(): state[i, j] = self.block.shape[0, 0] return state def reset(self): self.board = np.zeros((board_width, board_height), dtype=int) self.block = Block(random.choice(shapes)) self.score = 0 self.lines_cleared = 0 # Q-learning for episode in range(num_episodes): tetris = Tetris() state = tetris.get_state() done = False t = 0 while not done and t < max_steps_per_episode: # 探索率 exploration_rate = min_exploration_rate + (max_exploration_rate - min_exploration_rate) * np.exp(-exploration_decay_rate * episode) # 动作选择 if np.random.rand() < exploration_rate: action = np.random.randint(0, 4) else: action = np.argmax(q_table[tuple(state.flatten())]) # 执行动作 dx, dy, da = [(0, -1), (0, 1), (1, 0), (0, 0)][action] new_state = tetris.get_state() reward = tetris.get_reward(tetris.lines_cleared) done = not tetris.update((dx, dy, da)) # 更新Q表 q_table[tuple(state.flatten() + (action,))] = (1 - learning_rate) * q_table[tuple(state.flatten() + (action,))] + learning_rate * (reward + discount_rate * np.max(q_table[tuple(new_state.flatten())])) state = new_state t += 1 print("Episode {}: score = {}".format(episode, tetris.score)) # 游戏循环 tetris = Tetris() done = False while not done: for event in pygame.event.get(): if event.type == pygame.QUIT: done = True state = tetris.get_state() action = np.argmax(q_table[tuple(state.flatten())]) dx, dy, da = [(0, -1), (0, 1), (1, 0), (0, 0)][action] done = not tetris.update((dx, dy, da)) tetris.draw() time.sleep(1 / fps) pygame.quit() ``` 这个代码使用了Pygame库来绘制游戏界面,并使用了Q-learning算法来学习控制方块移动。在游戏结束后,代码会输出训练过程中每个episode的得分,然后进入测试模式,自动运行学习到的策略来玩游戏。

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