Khóa luận Ứng dụng trí tuệ nhân tạo trong xây dựng game

TRƯỜNG ĐẠI HỌC KHOA HỌC TỰ NHIÊN

KHOA CÔNG NGHỆ THÔNG TIN

BỘ MÔN CÔNG NGHỆ TRI THỨC

NGUYỄN THANH PHONG

ỨNG DỤNG TRÍ TUỆ NHÂN TẠO

TRONG XÂY DỰNG GAME

KHÓA LUẬN CỬ NHÂN TIN HỌC

TP. HCM, 2005

TRƯỜNG ĐẠI HỌC KHOA HỌC TỰ NHIÊN

KHOA CÔNG NGHỆ THÔNG TIN

BỘ MÔN CÔNG NGHỆ TRI THỨC

NGUYỄN THANH PHONG - 0112191

ỨNG DỤNG TRÍ TUỆ NHÂN TẠO

TRONG XÂY DỰNG GAME

KHÓA LUẬN CỬ NHÂN TIN HỌC

GIÁO VIÊN HƯỚNG DẪN

TH.S BÙI TIẾN LÊN

NIÊN KHÓA 2001-2005

NHẬN XÉT CỦA GIÁO VIÊN HƯỚNG DẪN

......................................................................................................

NHẬN XÉT CỦA GIÁO VIÊN PHẢN BIỆN

......................................................................................................

LỜI CẢM ƠN

Em sẽ không thể hoàn thành luận văn nếu không có sự hướng dẫn và chỉ

bảo tận tình của thầy Bùi Tiến Lên. Em xin chân thành cảm ơn sự chỉ bảo của

thầy.

Em cũng rất cảm ơn các thầy cô trong khoa Công nghệ Thông tin trường

Đại học Khoa học Tự nhiên Tp.Hồ Chí Minh đã tận tình giảng dạy, truyền đạt

những kiến thức quý báu và tạo điều kiện cho em hoàn thành luận văn này.

Xin chân thành cảm ơn sự giúp đỡ, động viên của của tất cả các bạn trong

quá trình thực hiện luận văn.

Em cũng muốn cảm ơn những người thân trong gia đình đã động viên, giúp

đỡ và tạo điều kiện để hoàn thành luận văn.

Mặc dù đã cố gắng hoàn thành luận văn với tất cả sự nổ lực của bản thân,

nhưng luận văn chắc chắn không tránh khỏi những thiếu xót. Em rất mong

nhận được sự thông cảm và chỉ bảo tận tình của các thầy cô và các bạn.

Tp.HCM 7/2005

Sinh viên thực hiện

Nguyễn Thanh Phong

Mục lục

MỤC LỤC

Chương 1 GIỚI THIỆU ................................................................................... 1

1. Lý do chọn đề tài....................................................................................... 1

1.1. Các ngôn ngữ lập trình game............................................................ 1

1.2. Phân loại game.................................................................................. 2

1.2.1. Game hành động....................................................................... 2

1.2.2. Game nhập vai.......................................................................... 3

1.2.3. Game đua xe............................................................................. 3

2. Mục đích của đề tài ................................................................................... 3

Chương 2 CÁC THUẬT TOÁN TÌM ĐƯỜNG ĐI ....................................... 4

1. Mô tả các thủ tục tìm kiếm rộng, sâu và sâu dần ...................................... 6

2. Thuật giải tìm đường đi có giá thành nhỏ nhất A^T................................... 7

3.Tìm kiếm với tri thức bổ sung.................................................................... 8

4.Tìm đường đi trên đồ thị tổng quát ............................................................ 9

Chương 3 GAME ENGINE ........................................................................... 12

I. WED editor:................................................................................................... 13

1. Những khái niệm cơ bản ......................................................................... 13

a. Giao diện người dùng......................................................................... 13

b. Thanh Icon......................................................................................... 15

c. Mode .................................................................................................. 15

d. Thiết kế một khung cảnh ................................................................... 14

e. Hướng đối tượng................................................................................ 16

f. Cửa sổ dự án....................................................................................... 18

2. Các lệnh trong WED ............................................................................... 19

2.1.Các lệnh trong các thực đơn ............................................................ 19

2.1.1. Thực đơn file.......................................................................... 20

2.1.2. Thực đơn edit: ........................................................................ 24

i

Mục lục

2.1.3. Thực đơn mode ...................................................................... 25

2.1.4. Thực đơn Object..................................................................... 29

2.1.5. Thực đơn Texture................................................................... 32

2.1.5. Thực đơn View....................................................................... 33

2.1.6. Thực đơn help ........................................................................ 34

2.2 Giao diện sử dụng............................................................................ 35

2.3. Cửa sổ dự án ................................................................................... 36

2.3.1. Tab đối tượng ......................................................................... 36

2.3.2. Tab Views .............................................................................. 38

2.3.3. Tab Texture ............................................................................ 38

2.3.4. Tab Resource.......................................................................... 41

2.4. Cửa sổ Bookmark ........................................................................... 41

2.5. Thuộc tính của khối ........................................................................ 41

2.6. Thuộc tính của thực thể .................................................................. 43

3. Thiết kế một map..................................................................................... 45

4. Thực thể................................................................................................... 46

4.1. Thực thể mô hình............................................................................ 46

4.2. Thực thể Sprite................................................................................ 47

4.3. Thực thể Map.................................................................................. 47

4.4. Thực thể Địa hình (terrain)............................................................. 48

4.5. Bóng................................................................................................ 48

4.5. Thuộc tính trong suốt...................................................................... 49

II. CÁCH SỬ DỤNG MED.............................................................................. 50

1. Trình thiết kế ........................................................................................... 50

1.1. Các thực đơn................................................................................... 50

1.1.1. Thực đơn File ......................................................................... 50

1.1.2. Thực đơn Edit......................................................................... 53

1.1.3. Thực đơn View....................................................................... 55

ii

Mục lục

1.1.4. Thực đơn Options................................................................... 56

1.1.5. Thực đơn Help........................................................................ 57

1.2. Toolbars................................................................................................ 58

1.2.1. Toolbar File............................................................................ 58

1.2.2. Toolbar Edit............................................................................ 58

1.2.3. Toolbar Select ........................................................................ 60

1.2.4. Toolbar Mesh ......................................................................... 60

1.2.5. Toolbar các đối tượng cơ sở................................................... 61

1.2.6. Toolbar view .......................................................................... 62

1.2.7. Toolbar Frame........................................................................ 63

1.2.8. Thanh trạng thái ..................................................................... 64

2.Trình thiết kế Skin.................................................................................... 64

2.1. Các thực đơn................................................................................... 65

2.1.1. Thực đơn File ......................................................................... 65

2.1.2. Thực đơn Edit......................................................................... 66

2.1.3. Thực đơn View....................................................................... 67

2.2. Các Toolbar..................................................................................... 68

2.2.1. Toolbar Skin........................................................................... 68

2.2.2. Toolbar Edit............................................................................ 68

2.2.3. Toolbar Paint.......................................................................... 69

III. SED, C-Script editor................................................................................... 70

1. Giao diện sử dụng.................................................................................... 71

2. Soạn thảo ................................................................................................. 72

2.1. Lệnh Insert...................................................................................... 72

2.2. Dòng chú thích................................................................................ 72

2.3. Nhảy đến một đoạn mã................................................................... 72

2.4. Sử dụng danh sách các thành phần................................................. 73

2.5. Kiểm tra cú pháp............................................................................. 73

iii

Mục lục

2.6. Soạn thảo thông minh ..................................................................... 73

3. Cấu hình .................................................................................................. 74

4. Thực đơn.................................................................................................. 75

4.1. Thực đơn File.................................................................................. 75

4.2. Thực đơn Edit ................................................................................. 76

4.3. Thực đơn Options ........................................................................... 76

4.4. Thực đơn Tools............................................................................... 77

4.5. Thực đơn Debug ............................................................................. 77

IV. Giao tiếp với các DLL ................................................................................ 79

1. Bắt đầu với SDK ..................................................................................... 79

2. Sử dụng đối tượng C-Script trong một DLL........................................... 82

3. Sử dụng các hàm API.............................................................................. 83

4. Lập trình một game trong C++................................................................ 87

Chương 4 CÀI ĐẶT........................................................................................ 89

I. Người chơi..................................................................................................... 89

1. Chuyển động vật lý.................................................................................. 89

a. Gia tốc, quán tính và lực ma sát......................................................... 89

b. Rơi từ trên xuống............................................................................... 93

2. Cách di chuyển camera theo người chơi ................................................. 97

2.1. Tầm nhìn của người thứ nhất.......................................................... 97

2.2. Quay tự do tầm nhìn của người thứ 3........................................... 101

2.3. Cách để cho camera tránh chạm vào tường.................................. 106

II. Xe tự động.................................................................................................. 108

Tránh chướng ngại vật trên đường đi........................................................ 108

iv

Chương 1: Giới thiệu

Chương 1

GIỚI THIỆU

1. Lý do chọn đề tài

Ngày nay, do nhu cầu đời sống của con người ngày càng được nâng cao,

trong đó nhu cầu giải trí của con người được quan tâm đến rất nhiều. Trong đó

việc giải trí bằng Game máy tính ngày càng phát triển nhanh và lan rộng ra do

sự lôi cuốn rất mạnh mẽ của nó. Hầu như ai đã sử dụng máy tính đều đã giải trí

bằng một số game nào đó trên máy tính. Có thể nói Game là một thể loại phóng

phú nhất trong tất cả các loại chương trình trên máy tính.

Mặc dù các chương trình Game rất nhiều, nhưng để có thể viết ra được một

game hay, có thể chơi được quả là một điều không dễ. Tuy vậy, với niềm đam

mê về game máy tính, em cũng muốn tiếp cận với lĩnh vực này.

1.1. Các ngôn ngữ lập trình game

Có rất nhiều chương trình hỗ trợ cho việc viết game: các ngôn ngữ lập trình

như C++, Visual C++, Delphi, Dark Basic Pro, 3D Game Studio.

Nhưng với các ngôn ngữ lập trình C++, Visual C++, DelPhi… có thể là

những ngôn ngữ rất mạnh, có thể viết ra được những game có quy mô lớn. Đây

là những ngôn ngữ lập trình có thể hoạt động trong nhiều lĩnh vực: với cơ sở dữ

liệu, lập trình hệ thống, hoặc viết game…Do đó sự hỗ trợ của nó trong việc viết

game là rất ít. Để có thể viết được một game bằng những ngôn ngữ lập trình

này mà không sử dụng một thư viện nào, đòi hỏi phải bỏ ra rất nhiều công sức.

Với engine Dark Basic Pro, đây là loại engine rất đơn giản và dễ sử dụng, là

một ngôn ngữ Script theo họ Basic. Nó chỉ thích hợp với các game nhỏ.

Tại sao lại sử dụng ngôn ngữ 3D Game Studio để viết game?

3D Game Studio là chương trình chuyên dụng dùng để tạo ra game 3D.

1

Chương 1: Giới thiệu

Với hàng trăm game đã được phát hành, 3D Game Studio xứng đáng là một

ngôn ngữ lập trình game lớn. Với 3D Game Studio, chúng ta có thể:

- Tạo ra một game đơn giản từ những script mẫu có sẵn.

- Tạo ra các game thương mại viết bằng ngôn ngữ script.

- Có thể sử dụng VisualC++ hoặc Delphi để kết hợp với 3D Game Studio

để viết game.

Có rất nhiều tài liệu hướng dẫn lập trình game bằng 3D Game Studio. Ngay

cả với những người chưa có kiến thức về lập trình, nhưng nếu theo từng bước

hướng dẫn tạo một game hành động đơn giản thì cũng có thể hoàn thành nó

trong một thời gian ngắn.

Theo Dr.Dobb's Journal: “Đây là bộ công cụ tuyệt vời để nhanh chóng tạo

ra mẫu ban đầu và phát triển ứng dụng 3D”. Chúng ta có thể sử dụng ngôn ngữ

script trong 3D Game Studio để viết và phân phối một game thương mại. Dưới

đây là những game thương mại được làm bằng 3D Game Studio:

1.2. Phân loại game

Thể loại của game thì rất phong phú và đa dạng, ở đây chúng ta chỉ xét các

thể loại game thường thấy nhất là:

1.2.1. Game hành động

Game hành động xuất hiện rất nhiều trong cả game 3D và game 2D. Game

loại này có đặc điểm chúng là tính co giật trong game, như trong game bắn

2

Chương 1: Giới thiệu

súng. Game hành động thường đơn giản hơn tất cả các loại game khác bởi vì

những người bình thường dễ dàng biết cách chơi và chơi hay game này .

1.2.2. Game nhập vai

Game nhập vai thường có hai đặc trưng là: sự thay đổi, phát triển nhân vật

và một câu chuyện mà trong đó nhân vật sẽ trải qua.

1.2.3. Game thể thao

Game thể thao là sự thách thức cho các nhà thiết kế game. Không giống như

hầu hết các thể loại game khác, người chơi biết rất ít về nó, trong game thể thao

người chơi biết rất rõ vì nó mô phỏng một môn thể thao có sẵn trong thực tế.

1.2.3. Game đua xe

Game đua xe tạo ra cảm giác giống như người chơi đang lái xe bên ngoài

thế giới thực.

Tuy trong đề tài của em không thể nói là viết ra được một game chơi được

như một game đua xe, mà đây chỉ là một chương trình ở mức độ mô phỏng

giao thông trên đường phố.

2. Mục đích của đề tài

Tìm hiểu ngôn ngữ lập trình game trong 3D GameStudio:

- Tìm hiểu về WED, một chương trình thiết kế khung cảnh trong game.

- Tìm hiểu về MED, một chương trình thiết kế các mô hình trong game.

- Tìm hiểu về SED, trình soạn thảo dùng để viết các câu lệnh script để kết

nối các mô hình được tạo ra trong MED, các khung cảnh được tạo ra trong

WED và sử dụng những hàm có sẵn trong SED hoặc trong các DLL khác để

tạo ra một game.

Sử dụng thuật toán cổ điển A* tìm kiếm đường đi để một đối tượng có thể

chuyển động theo một hướng mong muốn nào đó.

3

Chương 2: Các thuật toán tìm đường đi

Chương 2

CÁC THUẬT TOÁN TÌM

ĐƯỜNG ĐI

Hầu hết các bài toán hoặc vấn đề đều có thể phát biểu dưới dạng “từ một

trạng thái xuất phát hãy tìm đường dẫn đến một trạng thái kết thúc mong

muốn”

Việc tìm “đường dẫn” từ trạng thái xuất phát (S₀) đến trạng thái kết thúc

(S_n) gồm có một số bước sau đây:

− Chọn không gian tìm kiếm thích hợp.

− Tiến hành tìm kiếm có hệ thống và hiệu quả trong không gian tìm kiếm.

− Sử dụng triệt để các nguồn tri thức liên quan trong quá trình tìm kiếm

tương ứng với miền đối tượng cụ thể.

Không gian tìm kiếm của một vấn đề cần giải trên máy tính thường được

biểu diễn bằng đồ thị hay một dạng đặt biệt của đồ thị là cây. Đồ thị là một tập

hợp giữa các đỉnh và các cung nối giữa các đỉnh. Các cung có thể được định

hướng hoặc không định hướng, gán giá trị hoặc không gán giá trị.

Cây là đồ thị định hướng đặt biệt có duy nhất một đỉnh mà không có cung

nào hướng đến (gốc của cây), và mỗi đỉnh khác của cây chỉ có duy nhất một

cung hướng đến.

Sau khi bài toán hoặc vấn đề được biểu diễn lại dưới dạng đồ thị hoặc cây:

− Mỗi đỉnh là một trạng thái của quá trình giải bài toán.

− Mỗi cung là tác động biến đổi quá trình từ giai đoạn này sang giai đoạn

khác.

Như vậy, việc giải quyết một bài toán cũng chỉ là tìm đường đi từ trạng thái

ban đầu đến trạng thái mong muốn được biểu diễn qua hai đỉnh nào đó của đồ

4

Chương 2: Các thuật toán tìm đường đi

thị hoặc cây tìm kiếm. Nhiều bài toán phức tạp nếu giải quyết bằng phương

pháp tìm kiếm ngẫu nhiên thì hầu như vô vọng vì số đường đi có thể sẽ tăng lên

theo hàm mũ của số đỉnh. Chính ở đây biểu lộ toàn bộ bản chất của trí tuệ nhân

tạo khi giải quyết các vấn đề: Đó là nghệ thuật xử trí với các vấn đề lớn bằng

cách giảm số lượng tìm kiếm.

Các thủ tục tìm kiếm điển hình bao gồm:

− Tìm kiếm rộng: đường đi được tìm theo mọi hướng có thể ở mỗi bước.

− Tìm kiếm sâu: đường đi sâu mãi theo một hướng đến khi nào không tiếp

tục được nữa mới chuyển sang hướng khác.

− Tìm kiếm sâu dần: kết hợp tìm kiếm rộng và tìm kiếm sâu trên cơ sở cho

trước mức sâu n rồi tìm kiếm rộng ứng với mức sâu đó.

− Tìm kiếm cực tiểu hóa giá thành: mỗi cung của cây (đồ thị) được gán giá

thành và hướng tìm kiếm được xác định bởi việc cực tiểu hóa giá thành

đường đi.

− Tìm kiếm với tri thức bổ sung: hướng tìm kiếm được xác định với tri

thức bổ sung ở mỗi bước.

Trước hết các thủ tục tìm kiếm rộng, sâu và sâu dần sẽ được mô tả qua một

ví dụ. Sau đó một số thuật giải tìm kiếm cực tiểu hóa giá thành và bổ sung tri

thức sẽ được trình bày chi tiết.

5

Chương 2: Các thuật toán tìm đường đi

1. Mô tả các thủ tục tìm kiếm rộng, sâu và sâu dần

100

1

A

17

D

B

1

C

1

10

12

I

1

E

F

G

H

J

1

K

1

L

M

N

1

O

1

P

R

Q

1

T

S

1

U

V

Trạng thái mong muốn

Tìm kiếm rộng: quá trình tìm kiếm sẽ lần lượt là A, B, C, D, E, F, G, H, I,

J, K, L, M, N, O, P, Q, R, S, T, U, V…

Tìm kiếm sâu: quá trình tìm kiếm sẽ lần lượt là A, E, K, O, Q, S, T, U, V,

…B, F,… C, G, L, H, M, … D, I, J, N, P, R.

Chú ý: nếu nhánh dưới v dài vô hạn thì quá trình tìm kiếm sẽ không bao giờ

đến được mục tiêu.

Tìm kiếm sâu dần: ứng với mức sâu 2: (A,E), (B,F), (C,G), (C,H), (D,I),

(D,J).

6

Chương 2: Các thuật toán tìm đường đi

ứng với mức sâu 3: (A,E,K), (B,F), (C,G,L), (C,H,M), (D,I), (D,J,N).

2. Thuật giải tìm đường đi có giá thành nhỏ nhất

A^T(Algorithm for Trees) với mỗi đỉnh n tương ưng số g(n) là giá thành

đường đi từ đỉnh đầu tới n. (g(n) có thể chưa xác định đối với các đỉnh thuộc

phần cây chưa hướng đến). Mỗi đỉnh n có thể là:

− Đỉnh đóng: nghĩa là đỉnh đã được xem xét;

− Đỉnh mở: là đỉnh giả định sẽ được xem ở bước sau;

− Đỉnh ẩn: là đỉnh mà hàm g(n) tương ứng chưa được tính đến và chưa

được xem xét đến.

Thuật giải A^Tgồm các bước sau:

Bước 1: Đầu tiên, mọi đỉnh n và mọi giá trị g(n) đều là ẩn. Mở đỉnh đầu tiên

(coi đỉnh đầu tiên là đỉnh mở và đặt giá trị g tương ứng bằng 0).

Bước 2: Chọn đỉnh mở với giá thành g tương ứng nhỏ nhất. Gọi đỉnh này là

N, nếu N là đỉnh mục tiêu thì đường dẫn tới N là đường đi có giá thành nhỏ

nhất g(n) và vấn đề đã được giải. Nếu không còn đỉnh mở nào thì cây biểu

diễn vấn đề không có đường đi tới mục tiêu. Nếu có từ 2 đỉnh trở lên cùng

giá trị g nhỏ nhất thì kiểm tra trong số đó có đỉnh mục tiêu không? Nếu có

thì chọn đỉnh mục tiêu đó và quá trình giải kết thúc. Nếu không thì chọn tùy

ý một đỉnh trong số đó và gọi là N.

Bước 3: Đóng đỉnh N và mở các đỉnh sau N (có cùng hướng đến N), với

mỗi đỉnh sau N gọi là s, ta tính:

g(s)=g(N)+(giá thành cung từ N tới s)

Bước 4: Quay trở lại bước 2.

Thuật giải A^Tđã được chứng minh là luôn luôn tìm được đường đi với giá

thành nhỏ nhất nếu như tồn tại đường đó trên đồ thị và là thuật giải tối ưu theo

nghĩa số đỉnh đóng trong quá trình tìm kiếm là ít nhất.

7

Chương 2: Các thuật toán tìm đường đi

3. Tìm kiếm với tri thức bổ sung

Thuật giải A^Tlà thuật giải tìm kiếm đường đi tốt nhất đối với các cây chỉ có

thông tin về đỉnh, cung và giá thành cung. Nhưng trong nhiều trường hợp việc

tìm kiếm đường đi sẽ được định hướng rõ thêm nếu sử dụng các tri thức thu

được dựa trên những hiểu biết về tình huống vấn đề ở mỗi bước. Các thủ tục

tìm kiểm dựa trên 3 cách tiếp cận:

− Không tính đến các tri thức bổ sung ngoài thông tin về đỉnh, cung, giá

thành.

− Sử dụng tri thức bổ sung để tìm cách giải riêng biệt cho vấn đề mà bỏ

qua việc xây dựng cây biểu diễn cho vấn đề.

− Xây dựng biểu diễn vấn đề dưới dạng cây có tính đến tri thức bổ sung

trong cấu trúc cây hoặc giá thành các cung.

Ngoài ra có có cách tiếp cạn theo hướng xây dựng các thuật giải “vạn

năng”, tìm kiếm đường đi với tri thức bổ sung. Họ thuật giải này mang tên là

A^KT(Algorithm for knowledgeable Tree search). Tri thức bổ sung ở mỗi đỉnh

∧

được tương ứng một giá trị h(n) . Chẳng hạn đó là ước lượng giá thành đường

∧

đi từ n đến mục tiêu (như vậy h là ước lượng giá thành đường đi con chương

biết đến).

Thuật giải A^KTgồm các bước sau:

∧

a) Đầu tiên, mọi đỉnh cũng như giá trị g, h , ^∧f là chưa biết. Mở đỉnh đầu

tiên (o) và gán g(0), sử dụng tri thức bổ sung để ước tính h(0) và tính

∧

f (0) = g(0) + h(0) .

∧

b) Chọn đỉnh mở có giá trị f = g(n) + h(n) nhỏ nhất. Gọi đỉnh này là N. Nếu

N là mục tiêu thì đường tới N là đường đi có giá thành nhỏ nhất g(N). Nếu

không tồn tại đỉnh mở nào thì cây không tồn tại đường đi tới mục tiêu. Nếu có

8

Chương 2: Các thuật toán tìm đường đi

∧

từ 2 đỉnh mở trở lên cùng giá trị f nhỏ nhất, hãy kiểm tra trong các đỉnh này

có chứa mục tiêu không? Nếu một trong các đỉnh này là mục tiêu thì vấn đề đã

được giải quyết, còn không thì chọn tùy ý một trong các đỉnh này là N.

c) Đóng đỉnh N, mở đỉnh sau N. Với mỗi đỉnh S sau N ta tính

g(s)=g(N)+(giá thành cung từ N đến S). Sử dụng tri thức bổ sung ở bước này,

∧

ước lượng h(s) và gán cho f(s) giá trị f (s) = g(s) + h(s) .

d) Quay về bước 2.

Giải thích ý nghĩa A^KT: giả sử h(n) là giá thành nhỏ nhất được biết chính

xác từ n đến mục tiêu. Như vậy h(n) chỉ là ước lượng gần đúng về h(n). nếu

∧

h(n) ≡ h(n) thì A^KTlà thủ tục hoàn toàn tuyệt đối (các đỉnh đóng đúng là các

đỉnh nằm trên đường đi ngắn nhất đến mục tiêu). Trong trường hợp không có

∧

tri thức bổ sung, h(n) = 0 và A^KTsuy biến thành A^T. Ta thấy rõ ràng rằng giữa

∧

h = 0 và h = h sẽ tồn tại các thuật giải với mức độ hiệu quả rất thú vị. Nếu

∧

h ≤ h (với mọi n), A^KTsẽ bảo đảm tìm ra được đường đi giá thành nhỏ nhất và

tối ưu theo nghĩa sử dụng số đỉnh đóng ít nhất so với mọi thuật giải cũng chỉ

làm việc với các tri thức như vậy.

∧

Nếu h > h (với mọi n, hoặc với một số đỉnh). A^KTkhông bảo đảm tìm được

đường đi giá thành nhỏ nhất nhưng đường đi mà A^KTtìm ra vẫn dùng được

trong nhiều trường hợp thực tiễn giải quyết vấn đề.

4. Tìm đường đi trên đồ thị tổng quát

Các phần trên đã trình bày thuật giải tìm đường đi trên đồ thị dạng cây. Tuy

nhiên biểu diễn dạng cây nhiều khi sẽ lặp lại quá nhiều một trạng thái. Điều đó

sẽ tăng thêm thời gian tim kiếm. Để khắc phục cần nới bỏ điều kiện mỗi đỉnh

chỉ có một cung hướng đến và do vậy phải nghiên cứu thuật giải tìm đường đi

9

Chương 2: Các thuật toán tìm đường đi

trên một đồ thị dạng tổng quát. Ta cũng có thể mở rộng thuật giải A^KTthành

thuật giải tổng quát A^*như sau:

∧

Bước 1: Đầu tiên, mọi đỉnh và các giá trị g, h , f đều xem như chưa biết,

∧

mở đỉnh đầu tiên 0, gán cho g(0)=0, ước lượng h(0) và gán f (0) = h(0).

∧

Bước 2: Chọn đỉnh mở với giá trị f = g + h nhỏ nhất và gọi là N. Nếu N là

mục tiêu thì đường dẫn tới N đã tìm được và g(N) là giá thành của đường đi đó.

Nếu không tồn tại đỉnh mở thì đồ thị đó không tồn tại đường đi đến mục tiêu.

∧

Nếu có từ 2 đỉnh mở trở lên cùng giá trị f và 1 trong 2 đỉnh đó là mục tiêu thì

quá trình tìm đường đi cũng kết thúc, còn không thì chọn tùy ý một trong 2

đỉnh đó là N.

′

Bước 3: Đóng đỉnh N và đối với mỗi đỉnh sau đó, ta tính g (s) = g(N) + (giá

′

thành cung từ N đến S). Nếu đỉnh S đã mở và g(s) ≤ g (s) thì bỏ qua S. Ngược

∧

′

lại ta mở S và đặt g(s) = g (s) , tính h(s) và f (s) = g(s) + h(s) .

Bước 4: Quay về bước 2.

Bây giờ chúng ta có thể dùng A* để tìm đường đi ngắn nhất giữa 2 thành

∧

phố dựa theo bản đồ giao thông với tri thức bổ sung h(n) có thể là khoảng cách

đường chim bay từ điểm (thành phố) n tới mục tiêu (thành phố cần đến). Do

khoảng cách đường chim bay bao giờ cũng nhỏ hơn khoảng cách đường giao

∧

thông nên h(n) ≤ h(n) với mọi n. Thuật giải A* với tri thức bổ sung h(n) như

trên sẽ tìm được đường đi ngắn nhất (hoặc giá thành nhỏ nhất) với mức độ hiệu

∧

quả càng cao nếu h(n) càng gần h(n).

∧

Trong thuật giải A*, ta đặc f = g + h ở đây vai trò của g và h được xem là

∧

như nhau. Nhưng tùy theo trường hợp, có thể xét f = w1.g + w2.h với w1, w2

10

Chương 2: Các thuật toán tìm đường đi

∧

là các trọng số cho biết vai trò của g và h tham gia trong quá trình giải. Ngoài

∧

ra cũng cần thêm các ước lượng về giá thành (độ phức tạp) của việc xác định h

và tập đỉnh đóng để có cơ sở đánh giá hiệu quả của thuật giải một cách đầy đủ.

11