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1、基于 JAVA 的中国象棋 摘要 近年来，现代化的人工智能以及先进的计算机技术迅猛发展，基于此基础的电脑 象棋程序，其下棋水平也得到了进一步的提升。 然而，早在二十世纪的六十年代初期，来此美国麻省理工学院的约翰麦卡锡就提 出了修剪算法“alpha-beta” 。在该算法提出以前，通常计算机下棋程序在决定每一 步走步时，所需的棋盘状态空间的搜索量都是指数级别的，而该算法则将这一搜索量 的数量级减少为指数的平方根，这极大程度地提高了电脑下棋程序的水平。 而随后 IBM 公司推出的超级计算机“Deep Blue” ，则是一个不择不扣的神话，这 一耗资上千万，耗时 8 年所建造出的世界上最强大的国际象
2、棋“棋手” ，着实为广大棋 迷们所神往。本文内容根据以往国内外象棋程序在设计上所取得的一些成功案例及经 验，为中国象棋设计其基本的思路和算法。 关键词：中国象棋，位棋盘，alpha-beta 搜索，Zobrist 键值，置换表 Chinese Chess based on JAVA Abstract In recent years, modern artificial intelligence as well as the rapid development of advanced computer technology, computer chess program based on thi
3、s foundation, its level of chess also got further improvement. However, as early as the early 60 s of the 20th century, to the United States at the Massachusetts institute of technology, John McCarthy was proposed pruning algorithm - “alpha and beta“. Before the algorithm is put forward, the compute
4、r chess programs usually every step in deciding when walking, the board of state space search volume index level, while the algorithm reduces the search quantity of an order of magnitude as the index to the square root of the drastically increased the level of computer chess program. And then IBM su
5、percomputer “Deep Blue“, is a myth, not choose the travel this at a cost of tens of millions, spent eight years built by the worlds most powerful chess “chess player“, is by the masses of chess enthusiasts. This article content based on previous chess programs at home and abroad in the design of som
6、e successful cases and experience, design the basic train of thought for Chinese chess and algorithms. Keywords: Chinese Chess, bit board, alpha-beta search, zobrist keys, transposition table 目录 摘要i Abstractii 目录 1 引 言 1 1 概述 2 1.1 棋盘的标记 2 1.1.1 纵线方式2 1.1.2 坐标方式2 1.2 棋子的名称 3 1.3 棋谱的记录方法 3 1.4 历史局面的表
7、示及存储 4 1.5 棋谱记录文件的格式 4 1.5.1 标签部分4 1.5.2 棋谱记录部分5 1.5.3 XML 格式 5 2 基本数据结构位棋盘 7 2.1 什么是位棋盘 7 2.2 位棋盘的作用 7 2.3 位棋盘的基本运算 9 2.4 Java 中位棋盘的实现 9 2.4.1 位棋盘类的实现9 2.4.2 位棋盘的初始化.10 2.4.3 位棋盘的更新.10 3 基本数据结构Zobrist 键值 11 3.1 比较局面的方法 11 3.2 Zobrist 键值的实现方法 11 3.3 Zobrist 键值的工作原理及用途 11 3.3.1 Zobrist 键值的工作原理.11 3.3
8、.2 Zobrist 键值的用途.12 3.4 Java 中实现 Zobrist 键值 12 4 着法生成 14 4.1 伪合法着法的生成 14 4.1.1 数组及其下标的含义.14 4.1.2 算法示例车炮的伪合法着法生成.16 4.2 合法着法的生成 18 5 搜索算法 21 5.1 最小-最大搜索 21 5.1.1 基于最小-最大的评价函数 21 5.1.2 最小-最大搜索21 5.1.3 负值最大函数.23 5.2 Alpha-Beta 搜索 23 5.2.1 最小-最大搜索算法的问题23 5.2.2 Alpha-Beta 修剪 .24 5.2.3 Alpha-Beta 修剪算法的实现
9、 .25 5.2.4 可能的弱点.26 5.3 迭代加深 26 5.4 置换表 27 5.4.1 置换表的实现.27 5.4.2 替换策略.29 6 局面评价函数30 6.1 评价函数的实现方法 30 6.1.1 算法设计思路.30 6.1.2 评价要素的组合 .31 6.2 评价函数所需的信息 31 7 程序的设计及实现 34 7.1 搜索引擎的实现（engine 包）34 7.2 信息传输机制（message 包）34 7.3 棋子（pieces 包）35 7.4 主控模块（main 包）35 参考文献 36 致 谢 37 外文文献 .38 引引 言言 计算机象棋水平的发展，依赖的是计算机
10、软硬件技术的不断提高。国际象棋对弈平台 有两个非常好的典范，即 WinBoard 和 ChessBase。前者是作为一个国际象棋对弈平台 的同时，又可以直接对象棋的棋谱进行编辑。后者则是国际象棋的一个商业数据库和 象棋对弈软件。他们都为国际象棋爱好者以及研究人员大开方便之门。国际象棋软件 作为一种新兴产业，它有着自己十分成功的商业运作。与此相对的，中国象棋在计算 机上的运用实则刚刚起步，由于缺乏必要的基础工作，尽管国内有相当一部分制作计 算机中国象棋的专业网站与专业软件，但是，计算机技术在中国象棋上的应用优势仍 然无法清晰明朗地体现出来。 在中国象棋的软件设计过程中，国际象棋软件有很多优秀的思
11、想以及成功经验值 得我们来借鉴。例如，微软公司的程序设计师 B. Moreland，业余时间用来进行国际象 棋引擎软件 Ferret 的研究开发，他写的关于国际象棋程序设计的文章非常值得其他棋 类程序设计人员借鉴。虽然如此，中国象棋也仍然与国际象棋存在着巨大的差异，因 此国际象棋的某些成熟技术，无法直接应用于中国象棋，需要对其加以改进和创新。 本文针对中国象棋程序设计的一系列问题，总结出一些搜索引擎的设计方法，并给 出 java 语言的实现。 1 概述 中国象棋是由两人下的。一方称为红方（或白方），一方称为黑方。对局时由红方先 走，黑方后走，一次一着，双方轮流走棋，直到对局结束为止。棋子的走法
12、及详细规 则见中国象棋竞赛规则，本章只描述计算机实现象棋对弈程序时所涉及的一些概 念及相关的表示方法。 1.1 棋盘的标记 象棋的着法表示，简而言之就是某个棋子从什么位置走到什么位置。通常，表示 方法可以分为“纵线方式”和“坐标方式”两种，现在作简要说明。 1.1.1 纵线方式 这是中国象棋常用的表示方法，即棋子从棋盘的哪条线走到哪条线。中国象棋规 定，对于红方来说的纵线从右到左依次用“一”到“九”表示，黑方则是“1”到 “9”(如图 1.1(左)所示)，这种表示方式体现了古代中国象棋研究者的智慧。 1.1.2 坐标方式 这是套用国际象棋中的表示方法，即把每个格子按坐标编号(如图 1.1(右)
13、所示)， 只要知道起始格子和到达格子，就确定了着法，这种表示方式更方便也更合理，而且 还可以移植到其他棋类游戏中。采用这种方法来表示，棋盘的纵线从左到右(红方)依 次为 a b c d e f g h i，横线从下到上(红方)依次为 0 1 2 3 4 5 6 7 8 9(如图 1.1(右)所示)。 九 八 七 六 五 四 三 二 一 aBcdefghi 99 88 77 66 55 44 33 22 11 00 aBcdefghi （左）（右） 图 1.1 中国象棋与国际象棋常用表示方法 1.2 棋子的名称 为方便表示，中国象棋的棋子名称除了用汉字以外，还可以用字母，字母可从国 际象棋中稍加
14、改动得到，而数字是为了方便着法的输入(以便用在数字小键盘上)(见表 1.2)： 表 1.2 中国象棋中英文名称对照表格 红方红方黑方黑方字母字母英文单词英文单词数字数字 帅将KKing1 仕士AAdvisor2 相象BBishop3 马马NKnight4 车车RRook5 炮炮CCannon6 兵卒PPawn7 1.3 棋谱的记录方法 现以如下局面为例说明各种记谱方法 对于右图图 1.3 的局面，记法如下： 1.炮二平五 炮平 2.炮五进四 士进 3.马二进三 马进 4.炮八平五 马进 5.前炮退二 车平 图 1.3 象棋记谱方法示例图 坐标格式包括：棋子的名称、起点和终点的位置（起点和终点用
15、-连接），对 上面的走法，记录如表 1.3.1（省略了吃子、将军等信息）： 表 1.3.1 棋子走步记录法 1、Ch2-e2(炮二平五)Ch7-e7(炮平) 2、Ce2-e6(炮五进四)Ad9-e8(士进) 3、Nh0-g2(马二进三)Nh9-g7(马进) 4、Cb2-e2(炮八平五)Nb9-c7(马进) 5、Ce6-e4(前炮退二)Ri9-h9(车平) 1.4 历史局面的表示及存储 中国象棋的一个局面可以用一个“FEN 格式串”来表示。FEN 格式串是由 4 段 ASCII 字符串组成的代码(彼此 3 个空格隔开)，这 4 段代码的意义依次是： (1) 棋盘上的棋子，这是 FEN 格式串的主
16、要部分； (2) 当前局面轮到哪一方走子； (3) 最近一次吃子或者进兵后棋局进行的步数(半回合数)，用来判断“50 回合自然限 着”； (4) 棋局的回合数。 现以最初局面为例详细说明如下： rnbakabnr/9/1c5c1/p1p1p1p1p/9/9/P1P1P1P1P/1C5C1/9/RNBAKABNR w 0 1 第一部分(w 前面的字符)：表示棋盘布局，小写表示黑方棋子，大写表示红方棋 子。例如前九个字母 rnbakabnr 表示棋盘第一行的棋子分别为黑方的“车马象士将 士象马车” ， “/”为棋盘行与行之间的分割；数字“9(5,1)”表示该行从该位置起连 续 9(5，1)个位置无棋子。 第二部分(w)：表示轮到哪一方走棋，如果是 w 表示轮到红方(白方)走，是 b 表示 轮到黑方走。 第三部分(w 后的数字 0)：表示自然限着。 第四部分(w 后的数字 1)：表示当前局面的回合数。 1.5 棋谱记录文件的格式 存放棋谱的文件分为两个部分：标签部分和棋
