千平 发自 LZYY
量子位 出品 | 公众号 QbitAI
“ 少年，我看你骨骼精奇，是万中无一的武学奇才。我这有套《街霸2》心法，见与你有缘，就十块钱卖……”
慢！
苦练《街霸2》可能已经没前途了。
因为AI来了。
少年，不如修习如何炼制一枚格斗游戏AI吧。量子位这有套西方来的《街霸2》AI速成心法，见与你有缘，就免费转送了……
AI心法
这套心法，乃是“宅肉死抠破”（Gyroscope）所创。基于超任平台（Super Nintendo）。所用乃是强化学习之方法。依靠强化学习，AI观察世界、选择行动方式，目标是最大限度的获得奖励。
在游戏中也是一样。想要炼制一枚《街霸2》AI，需教会这个神经网络每个角色如何跳跃、移动、出招，还得教会它观察血量和剩余时间。我们需要把游戏中的种种信息，提炼成AI能看懂的格式，称之曰：观察空间。
观察空间
为了达到速成的目的，节省训练时间，这套心法在使用强化学习时，使用了手动定义观察空间的方式。具体来说，这个观察空间包括：
- 每个角色的X、Y坐标
- 血量
- 角色是否跳跃
- 角色是否蹲下
- 角色移动的指令
- 两个角色之间的绝对距离
- 游戏时间
这个观察空间非常庞大。至少有数万亿个参数。
动作空间
AI观察环境之后，必须立刻进行下一步动作。表征可用动作最简单的方法，是使用超任手柄上的按钮：上、下、左、右、A、B、X、Y、L、R。如果考虑按钮同时按下的情况，就有1024中不同的可能。
考虑动作空间的另一种方法是建立可用的动作集，例如高踢、抱摔、上切等。把一个动作转变为对应的按钮组合。这里为了节省训练时间，心法将动作空间简化为一个方向键+一个出招键的组合，例如“上+A”。
这样就把动作空间简化到35种可能性。当然，如果时间允许，我们也 可以尝试更复杂的组合方式。
奖励
一旦采取了行动，就得让AI得到奖励/惩罚。
在《街霸2》种，出招合理与否有个简单的衡量方式：血量。AI要做的就是，却把血量的最大化。如果脚踢对手，能造成10个点的伤害，那么系统就奖励AI同样的得分。
如果下次观察后，AI没有行动，只要能保持血量的差距，仍然会获得10分奖励。当然，如果表现不好，也会被扣分。
△ 这是街霸中Dhalsim（印度）训练中的奖励情况
AI训练AI
在训练AI这件事上，Gyroscope有一套算法，可以自动搞定哪个问题用什么算法最好。在《街霸2》这件事上，简化使用了这个方法，并且选择了DQN作为强化学习的方法，当然也做了一些调整。
DQN使用模型来预测哪些动作是最优选择。至于具体的做法，这里卖个关子，稍后会在另一篇心法中详述。
模拟器
想要训练AI，得把它带到《街霸2》的世界里。问题是，手头上没有超任的SDK。幸运的是，还是找到了解决的办法。
BizHawk，支持多种模拟器内核，包括超任。BizHawk提供了一系列关键工具：
- 一个Lua语言脚本界面，可以逐帧控制游戏
- 一套主机内存监视工具，用以检查内存中的地址
- 没有速度和显示限制，可以最大化游戏帧率
BizHawk源代码在此：
https://github.com/TASVideos/BizHawk
有了Lua界面，就可以在《街霸2》中控制按钮、读取内存位置以及控制模拟器内核。内存探测器让AI可以直接读取对手的血量、动作等数据。
注意，这里只让AI读取了玩家能看到的信息，没有读取额外内容。
侵入内存
我们需要从内存中读取一些关键数据，来构成观察空间。在开头我们也提到过，比方角色的位置、血量、行动、时间等。这些都放在内存中的某个地方。
到底在哪呢？这时就可以用BizHawk的工具，来监测内存数值的变化，进而发现内存中被改变的地方。Gyroscope花了几个小时，最终确定了所有数据在内存中的位置，建立了从内存到观察空间的映射。
举个栗子，比方像下面这样：
public int get_p1_health()
{
return _currentDomain.PeekByte(0x000530);
}
public int get_p2_health()
{
return _currentDomain.PeekByte(0x000730);
}
搞定代码
BizHawk内嵌了Lua脚本引擎，所以Gyroscope初步尝试在Lua里写SDK。那是一个Lua库，用于访问所有的内存位置。
不过问题在于，Lua接口不支持任何网络I/O。由于服务在云端运行，所以这是一个大问题。可以借助Python从中转送，但会带来同步和速度等方面的问题。
解决的办法是放弃Lua，直接使用原生BizHawk工具，这些工具是用C#编写的。之前写的Python代码仍然保留，当做一个简单的接口，给它起了个名字叫EmulatorController。
最后的结果是，对于游戏中的每一帧画面，获得一个观察结果，然后发送给EmulatorController，这个控制器再去询问AI，得到行动指令后，返回下一帧予以执行。
这个方法的速度够快，是时候开始正式训练了~
训练AI
随着一切准备就绪，针对AI的训练立即开始。每个角色训练了8个小时，大概3000场比赛。
在训练过程中，Gyroscope尝试了观察空间、动作空间、奖励函数、DQN参数的各种不同组合，直到找到一个胜率较高的AI配置。
除了标准的调优技术和良好的习惯（一次只改变一个参数），训练AI中最关键的发现是按方向键和按出招键的不均衡权重。
对于每一帧，方向键造成的影响很小，而出招键会引发一系列重大变化。例如，出拳需要很多帧才能完成。也就是说，一帧中的动作会在后续很多帧中继续产生影响。所以，AI被训练为在下一步行动前，会在20帧内持续按下出招键。
换句话说，AI不是逐帧采取行动，而是每⅓秒观察和行动一次。
很多人会问，为什么没把最终赢得胜利作为奖励？简单地说，那样的话会让训练更加困难和冗长。
训练之初，AI对三星级（街霸的星级系统）对手的胜率是20%，训练到最后，胜率已经达到90%。如果训练的时间再长，应该可以获得更好的成绩。
街霸2争霸大赛
这个《街霸2》AI第一次亮相，是在刚刚结束的三星开发者大赛上。
Gyroscope搞了一个《街霸2》AI争霸大赛！
一共四位AI选手出战，每个AI控制两个角色。对战表如下图所示。
最终的决赛，在M.Bison和Dhalsim之间展开。好吧，M.Bison简直是个bug级的存在，他获得了最后的胜利。
然后换了一组角色，再次展开捉对厮杀。
决赛中，Sagat击败本田，赢得冠军。
快取走这套心法
好吧，讲到这里，再指一条明路。Gyroscope把修改的模拟器放在GitHub上了，地址在此：
https://github.com/GyroscopeHQ/BizHawk
好吧，这套心法讲完了。今天就到这里，休息休息一下。
— 完 —
诚挚招聘
量子位正在招募编辑/记者，工作地点在北京中关村。期待有才气、有热情的同学加入我们！相关细节，请在量子位公众号(QbitAI)对话界面，回复“招聘”两个字。
量子位 QbitAI
վ’ᴗ’ ի 追踪AI技术和产品新动态
