陳經技術分析:穀歌圍棋算法存在巨大缺陷,達不到人類最高水平

來源: 唵啊吽 2016-02-03 04:53:39 [] [博客] [舊帖] [給我悄悄話] 本文已被閱讀: 次 (43352 bytes)

陳經技術分析:穀歌圍棋算法存在巨大缺陷,達不到人類最高水平

  • 陳經

    陳經

    • 中科大風雲學會研究員,《中國的官辦經濟》

發表時間:2016-02-01 07:20:50

 
字號:A-AA+
 
 
關鍵字: 圍棋人工智能穀歌圍棋程序圍棋程序戰勝人類AlphaGo李世石樊麾策略網絡價值網絡蒙特卡洛

2016年1月28日,穀歌圍棋程序AlphaGo以5:0戰勝職業棋手的消息,震動了圍棋圈。這兩天有很多的討論,主要是新聞性的。我也在第一時間進行了常識性的介紹

本文進一步從圍棋和人工智能技術的角度,深入分析AlphaGo棋藝特點,評估其算法框架的潛能,預測與人類最高水平棋手的勝負。下文中出現的策略網絡、價值網絡、蒙特卡洛法請參考前文,理解具體圍棋局麵也需要一定的棋力,但是與算法推理相關的內容理解起來並不難。

AlphaGo是如何下棋的

所有人,包括職業棋手,看了AlphaGo戰勝樊麾二段的五盤棋,都說這程序下得像人了,和以前的程序完全不同。柯潔九段(公認目前最強棋手,一年獲得三個世界冠軍,對李世石6:2,古力7:0)的看法是:

“完全看不出來。這五盤棋我也仔細地看了一眼,但我沒看名字,不知道誰執黑誰執白,完全看不出誰是AI。感覺就像是一個真正的人類下的棋一樣。該棄的地方也會棄,該退出的地方也會退出,非常均衡的一個棋風,真是看不出來出自程序之手。因為之前的ZEN那樣的程序,經常會莫名其妙的抽風,突然跑到一個無關緊要的地方下棋。它這個不會。它知道哪個地方重要,會在重要的地方下棋,不會突然短路。這一點是非常厲害的。”

連笑七段讓四子對DolBaram。棋譜可參考附錄的sgf文件,看看電腦是如何搞笑的。

先來看我上一篇文章中提到的DolBaram被連環劫搞昏的局麵。右下角白是連環劫淨活,電腦卻不知道,耗費了很多劫材來回打。這是因為電腦是用蒙特卡洛樹形搜索(MCTS)下的,一直模擬下到終局,看各個選擇的獲勝概率。人一眼就知道打劫是沒用的,你提這個我必然提回那個。電腦模擬時的選點卻不會隻有那一招,就會發現,如果對手不提另一個劫走了別的,那電腦就能吃角了,所以就去提劫。直到劫材損光,電腦才會恍然大悟,吃不掉,但這已經過去幾十手,超過電腦的搜索能力了。

看到電腦被連環劫搞昏,樂開花的連笑

2014年日本UEC杯軟件決賽,Zen執黑對CrazyStone。完整棋譜可看附錄的文件。

再來看Zen和CrazyStone兩個過去最強的程序間的一個局麵。黑61威脅白右上角和中上,白卻不應,在下麵62切斷,黑繼續63吃掉右上角。最後白在上麵損失慘重,為了救中上幾個白子,下麵又被黑先動手,沒有收益。為什麽CrazyStone不應上麵?因為程序沒有價值的概念。白不應上麵,黑要把白右上吃掉,還需要很多手,中上的白子活不活更不好說,這已經超出了電腦蒙特卡洛模擬的能力。因為電腦不知道要對著上麵猛算,它不知道上麵是焦點,可能花了很多計算在下麵或者其它地方,認為62手下麵切斷勝算更大,上麵的損失它模擬得不對。這個局麵能說明蒙特卡洛樹形搜索法(MCTS)的局限性,這個弱點很要命。

那麽AlphaGo會如何解決這兩個問題?連環劫問題,DolBaram可能得打個補丁。AlphaGo也是基於MCTS的,但是它的策略網絡是深度學習高手對局的招法訓練出來的,更為準確,有可能提劫這手就不會給多大概率,因為高手們麵對這個局麵不會去提劫。另一種可能是,AlphaGo有一個價值網絡,不用來回打一堆劫就能直接判斷下一招後,獲勝機會如何。由於價值網絡是訓練出來的,包含了3000萬局的最終結果,對於右下那塊白棋的死活是有判斷的。當然也可能AlphaGo針對連環劫有補丁。

CrazyStone犯錯這個圖,假設AlphaGo執白,在考慮第62手。61、62、63這些著手顯然都會在AlphaGo的策略網絡的選點中。你要讓它用MCTS模擬出右上和中上白棋幾個子是怎麽回事,估計也是不行的,手數和分支太多。因為這不是一個簡單的死活問題,白可以不要一部分甚至都不要,隻要在其它地方有足夠的補償。但是AlphaGo有價值網絡,它會在模擬到63手時,用價值網絡快速評估一下,發覺白必敗,於是迅速否定62這手棋,在上麵下棋。因為價值網絡的3000萬個樣本中,上麵這種白棋類似棋形導致失敗的棋局會有一些。

這裏我們看出來,AlphaGo相比前一代軟件的革命性進步,是有了一個價值網絡。實際上,AlphaGo可以不用搜索,直接用策略網絡給出一些選點,用價值網絡判斷這些選點的價值,選一個最好的作為著手,就可以做出一個非常厲害的程序。這個簡單程序就可以打敗其它軟件,達到KGS(一個圍棋網,人工智能程序一般在上麵打級) 7D,這是非常驚人的。Facebook的Darkforest也可以不搜索,用策略網絡給出一些選點,選其中概率最大的點(最像是高手下的那招棋),這樣可以達到KGS 3D。在此基礎上再加上MCTS,把Darkforest提升到了5D。這說明AlphaGo的價值網絡對棋力提升的價值,可能比MCTS還要大。

有了高效的價值網絡,AlphaGo就容易知道局麵的焦點在哪,不會在非關鍵的地方走。可以預期,其它軟件開發者要跟上AlphaGo,就得把價值網絡搞出來。但是這非常難,需要模擬海量的對局,對局水平還不能低,需要的投入很大。

AlphaGo想要戰勝業餘高手,策略網絡、價值網絡就夠了。但要戰勝業餘頂尖,就還得加上MCTS。這相當於對策略網絡、價值網絡的選擇,進行驗算。策略網絡有兩個,一個是給出當前局麵的選點,一個是在MCTS模擬中快速給出一些選點。價值網絡給出判斷,有價值的搜得深。整個決策過程非常象人類高手的思維過程了:麵對局麵,給出一些選點;然後對各個選點推演下去,有的推幾步就判斷不行終止,有的會推得很遠;有時算不清,就根據感覺下;有時沒時間,直接感覺,都不推理了。

所以AlphaGo的算法框架很強大,和人類高手很像。而且它沒有情緒波動,每一步都會穩定地用MCTS進行驗算,人類不一定做得到。樊麾二段就是敗在這上麵,不少著都沒有仔細驗算,衝動地下了被AlphaGo反擊吃大虧。

AlphaGo還不如人類高手的地方

分析AlphaGo的弈棋算法,可以相信,AlphaGo到了一定的局麵以後就是必勝,因為它不會在此後犯錯。實際之前的Zen、CrazyStone也是這樣,到了後盤必勝局麵,就靠MCTS,它們都能知道必勝了。這時電腦會下得特別猥瑣,“贏棋不鬧事”,勝多勝少一樣。而人類高手後半盤勝局被翻盤很常見,官子沒時間算清楚,穩定性比電腦差得多。

樊麾對AlphaGo的第二局就有這樣一個局麵。AlphaGo執黑,由於在右下角大占便宜,這時已經必勝了。黑下135,放白136活(如破上麵的眼,白借O16的連出再做出一眼)。中韓職業高手劉星七段和金明完四段都指出,黑135右移一路,下在O18,是能夠殺死白棋的。

但是AlphaGo為什麽不下?我們可以試著推理一下,如果黑強殺,接下來局麵會是這樣:

黑135下三角一著強殺,白提一子,黑137退。白138先手切斷右上黑棋,雖然是靠劫。接下來白有ABC甚至更多“搗亂”的方法,但職業棋手一眼就能看出來,白的搗亂必然失敗,因為白角也沒幾口氣,還要撐劫,黑肯定能對付。但是AlphaGo作不出這種推理!

劉星說,AlphaGo肯定知道白是死的,但選擇了穩當的下法。筆者認為恐怕不是這樣。AlphaGo的搜索框架裏,並不一定能斷定白是死的,因為需要的手數不少,打劫雖然更不利於白,但增加了推理手數。它並沒有一個搜索任務叫“殺死白右上角”。如果硬要去這麽搜索是做得到的,但是如果它這樣去想問題,棋力反而會下降,因為圍棋很複雜,殺棋付出代價太多會敗。AlphaGo推理時會發現,放活白,100%勝,殺白,有風險(雖然實際沒風險,但它很可能沒去算)。所以AlphaGo集中搜索放活的必勝下法,最後選擇是放活。如果局麵是不殺不勝,那AlphaGo就會發現其它招不行早早放棄,就會去集中算殺棋的那些招。

也就是說,一些對於人類非常明顯的死活,對AlphaGo反而是麻煩的。人類高手在這個局麵很可能就去吃棋讓對手早點認輸,因為沒有任何風險。AlphaGo就不行,它沒有分配足夠的計算資源去算這個死活,而是去算它認為勝率更高的分支,這些分支要消耗非常多的MCTS局麵。人類一眼能看出來的死活,AlphaGo卻需要“足夠”的計算資源才能算出來。有時因為局麵的焦點問題,它還真就分配不出來。隻有其它分支不行,被價值網絡與MCTS早早砍掉,這塊棋的死活才會獲得足夠資源算個通透。

這不會影響AlphaGo的勝利,但已經可以看出,它的思維其實和人不一樣。它並不是一定能算清的,隻有你逼得它沒辦法了,它才會去算清。但是人就有優勢了,人看一眼就知道結果,AlphaGo以及基於MCTS的這些程序,都得去算不少步才知道。程序並不像人一樣,對於棋塊能給出結論。人給出結論需要計算,但是算一次就行了,然後就一直引用那個結論,直到條件變化。但是程序得去算,算到死了才是死,有一些局麵計算甚至是活的,它隻是概率性地在那選擇,並沒有給出確定性的結論。

再看一個局麵,第三局樊麾執黑對AlphaGo。金明完四段指出白60扳,62打,都是走在黑空裏的損著。還不隻是虧空,本來白不走,右中的白棋粘在S7位,是有一個眼的,現在沒有眼了,對中間的攻防戰影響不小。

這是AlphaGo確定無疑的虧損錯著。但是證明這個結論,需要黑能夠對付白Q3長搗亂,要殺掉白右下。職業棋手也要花一點時間,但不難。結論是,因為中下的黑子夠厚,所以沒有棋。要是沒有H4J4這兩個黑子,就有棋了。這裏涉及到的手數和分支是不少的,雖然結論是明確的。下麵是一個白搗亂失敗的參考圖。

對於AlphaGo來說,這個局麵就很麻煩了。如果逼得它不得不做活,它會用MCTS一直模擬下去,最後認為還是死。但現在局麵還很空曠,局麵選點很多,它並不知道去開一個“任務”算右下角的死活。

在很多高手對局裏,類似這個角的局麵就是有棋的,甚至沒有棋,高手也會下類似60這樣的棋“留餘味”,例子很多。所以AlphaGo的策略網絡會給出60這個選點。但是高手會迅速否定掉60,因為做不活,而且會損右中白棋的眼。

AlphaGo不會有“損眼”這種概念,它得模擬到很多步以後,才能知道右中的後手眼很關鍵。60提出來以後,MCTS救不了它,因為手數和分支太多。價值網絡也救不了它,因為這裏死了,白也隻是吃了虧,並不是明顯敗局。價值網絡背後的3000萬局裏,60及其後續搗亂手段可能出現過不少勝局,會給60這招一個好分。

這裏我們能看出來AlphaGo的巨大不足了,它對於圍棋中的很多“常識”其實是沒有概念的,例如“後手眼”、“先手眼”,“厚薄”。有一定水平的人類棋手都明白圍棋概念很多,開發者根本就沒有準備去建立這些概念,而是自己想了一個決策過程。表麵上看AlphaGo和人類高手一樣先選點,再推理驗算,但這隻是表麵的相似,內在機理是完全不同的。

AlphaGo的策略網絡可能和人類最高手沒有水平差別,甚至更厲害都可能,因為可以考慮更多選擇。但是接下來的價值網絡和MCTS驗算的區別就大了。人類高手是進行複雜的概念推理,大多數情況下可以把“棋理”講清楚,為什麽這麽選擇,幾個變化圖就夠了,高手們就取得了一致。但AlphaGo是不行的,它隻能死算。在封閉局麵,死算表現是很穩定,超過人類高手。但是在前半盤的開放局麵,它不知道去算什麽,其實也是東一下西一下沒有邏輯地在那撞運氣地推理。

由於圍棋的複雜性,它增多推理的局麵數並不能帶來多高的棋力提升。Distributed AlphaGo(1202個CPU,176個GPU)的計算能力是“單機版”AlphaGo(48個CPU,8個GPU)的很多倍,但互下隻有78%的勝率。

我們可以得出一個重要結論:

在早期的開放局麵或者中間複雜局麵中,AlphaGo的算法有時會走出明顯吃小虧的錯招,如果“思考”時需要較多的手數與搜索分支,就可能超過它的搜索能力。而人類高手能看出來程序的錯誤,有能力避免這類錯,因為會進行高級的概念推理。這是人類高手的巨大優勢。

為什麽AlphaGo的這個弱點表現得並不明顯?這是因為開發者用各種辦法進行了“掩蓋”,而且對手必須很強才行。這個弱點隻對高手才存在,甚至象樊麾這樣的職業二段都無關緊要。這局樊麾根本沒利用白棋損了一眼這個錯誤,自己先在中間行棋過分被抓住。人類對手麵對的各種考驗更多,局部出了錯被AlphaGo一通死算抓住就鎖定敗局完蛋。人類對手需要自己先穩住,不能出“不可挽回”的錯著。就算是頂尖職業高手也不一定做得到,之所以出了錯在職業圈裏勝率還可以,是因為對手又送回來了。

AlphaGo開發者沒有在程序中提出圍棋常識概念,甚至所有開發者都不是高手(隻有第二作者Aja Huang是弈城8d,高手讓三四子都可能),很多高深的棋理不明白。但是他們用深度神經網絡的辦法,隱性地在多層神經網絡中實現了很多圍棋概念。為什麽一個13層的神經網絡,幾百萬節點係數相乘相加,就能預測高手在19*19的棋盤上的行為?通過訓練,這些神經網其實已經隱含了很多概念,一層層往下推。所以它下的很像人,確實和人的神經係統類似。

機器用多層神經網絡識別圖片的能力,甚至超過了人。但在圍棋上,這其實是一種“掩蓋”。人識別圖片時是沒太多概念的,直接看出結果,機器也這樣。但在下棋時,其實不是在識別棋局,還是有明確的建立在“常識”基礎上的概念,越是高手概念越多,而且說得清,能教給學生,是一個知識係統。

AlphaGo的策略網絡和價值網絡,那些神經網絡各層裏,是些什麽“概念”沒人說得清,也不好控製。DeepMind小組其實也不想去搞清楚,就是暴力堆數據,信奉大數據暴力破解。

但圍棋是很精微複雜的。某種概念,可能用幾百個棋局能說明清楚。但是一大堆概念混在一起,有些概念還沒有明確結論,怎麽訓練?比如前麵的“後手眼”概念,人一解釋很清楚,DeepMind的人想去改進程序讓AlphaGo減少這類失誤,就很麻煩。可能要去堆一大堆這類棋局進行訓練。先不說能不能找到足夠的棋局,在3000萬個棋局裏,加進一些棋局進行訓練會產生什麽影響,就很難控製。

AlphaGo的策略網絡、價值網絡、MCTS三大招數確實很強大,但也存在很不好解決的內在矛盾,就是沒有概念推理的能力,很簡單的都做不到。

AlphaGo與人類棋手對局預測

假設AlphaGo仍然維持現有的算法框架,但在持續的研究中,增加CPU,增加訓練局數,打些小補丁,不斷提升能力,那麽可以對它的棋力進行推測。

這些改進就是讓強的越強,但是本質的弱點無法消除。也許可以加一些程序代碼,處理連環劫、多劫之類的bug型局麵。AlphaGo的策略網絡和價值網絡已經很好了,對人類有優勢或者不吃虧。AlphaGo的MCTS能力對於鎖定勝局、抓對手大錯誤足夠了,但還不足以消除自身的錯誤,增加CPU也不會有本質提高。雖然鎖定勝局時,這種死算比人類更靠譜,但對於開放式局麵仍然遠不夠用,這是算法本質的問題。

對於大多數業餘棋手,AlphaGo隻用策略網絡和價值網絡,連MCTS都不用,就能輕鬆獲勝了。而且下棋速度特別快,隻是算神經網絡的輸出值,0.1秒就可以,對人類等於不花時間。這個版本可以很容易放到手機上。

對於強業餘五段、六段高手,PC版的AlphaGo可以一戰了,需要用上MCTS,但不需要好到48個CPU。

對於頂尖業餘棋手、衝段少年、等級分不高的二三線職業棋手,AlphaGo會有相當高的獲勝概率,48或者1202個CPU隻會在概率上有些小差別。當人類棋手在中後盤出小錯,或者局部出惡手時,立刻就會輸掉,無法翻盤。

對於頂尖職業棋手,AlphaGo會有較低的獲勝概率。當頂尖職業棋手發揮好時,是可以做到沒有明顯錯著的,甚至有個別方向性大局性的錯誤也不要緊,隻要不是局部惡手被抓住。但是頂尖棋手狀態不好或者心理波動的可能性是有的,甚至不小,所以AlphaGo也是有勝機的,甚至在三番五番棋中取得勝利都是可能的。

但是如果AlphaGo獲勝,職業棋手們的評價會是人類出了明顯的錯著,而不是機器壓倒性的勝利。反過來,人類頂尖高手如果發揮正常,可以對AlphaGo壓倒性地全盤壓製。

三月李世石與AlphaGo的對局,如果李世石輸掉,一定是因為他出了惡手。而機器也會被多次發現明顯的問題手,因為李世石總有能力在五局中表現人類的高水平。

這個情況有點類似於1997年深藍戰勝卡斯帕羅夫。卡斯帕羅夫輸了,但當時不少輿論認為是他發揮不佳甚至收錢放水,後來直到2006年都有人類在比賽中戰勝了程序。當然後來國際象棋程序越來越強,真正全麵碾壓人類棋手,甚至可以讓人類一個兵或者兩先,等級分比人類最強者高幾百分。從當時的機器算法框架看,國際象棋程序徹底戰勝人類隻是個時間問題。

圍棋的格局會有不同,不會被機器打得這麽慘。如果開發者不提出新的算法框架,AlphaGo這樣的人工智能程序無法戰勝狀態良好的人類最高水平棋手,甚至能看出明顯的棋力短板。當然由於圍棋人工智能不犯大錯,抓錯的水平很高,對職業棋手群體勝率會比較高,甚至參加世界大賽都有奪冠可能。但職業棋手們仍然掌握著最高水平的圍棋技術,這些技術具有真正的藝術性,如果在和人工智能程序的較量中讓世界認識到這一點,也有利於提高圍棋的影響力。

AlphaGo已經取得的成就,無疑是非常了不起、令人震驚的。但通過仔細分析它的算法框架,人類棋手也不需要恐慌,它還達不到人類棋手的最高水平。當然不排除人工智能又搞出另外的高招取得突破,但這不好預測,而且會是非常困難的。

分析清楚AlphaGo的強大與不足,有利於破除迷信,“祛魅”。這也引出了更多哲學性的問題,例如:概念是什麽?人工智能的極限在哪裏?如何把人類積累的智慧和洞察力用到未來的人工智能科研中?

作者簡介:筆名陳經,香港科技大學計算機科學碩士,中國科學技術大學風雲學會研究員,棋力新浪圍棋6D。21世紀初開始有獨特原創性的經濟研究,2003年的《經濟版圖中的發展中國家》預言中國將不斷產業升級,挑戰發達國家,2006年著有《中國的“官辦經濟”》。

致謝:感謝風雲學會會長袁嵐峰博士(@中科大胡不歸 )與其他會員的寶貴意見。

本文係觀察者網獨家稿件,文章內容純屬作者個人觀點,不代表平台觀點,未經授權,不得轉載,否則將追究法律責任。關注觀察者網微信guanchacn,每日閱讀趣味文章。

附錄

1.連笑讓四子對DolBaram的sgf棋譜。將下麵的文字存成一個sgf文件,用MultiGo軟件打開,或者直接Copy下麵的文字,在MultiGo裏選擇“粘貼棋譜”。

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SZ[19]

DT[2015-11-15 17:17:42]

PB[石子旋風]BR[P1D]

PW[連笑]WR[P7D]

KM[0.00]HA[6]RU[Chinese]US[風月手談]AP[風月手談(OurGameweiqi)]

SO[http://www.ourgame.com]EV[美林穀杯首屆世界計算機圍棋錦標賽人機大戰三番棋第3局 2015-11-15 07:28:06]

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2.ZEN執黑對CrazyStone的棋譜。

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所有跟帖: 

AlphaGo的算法還是人類的程序員編製的。真正的人工智能是計算機自己生成算法、自己編程、自己修改自己的係統程序。 -宇之道- 給 宇之道 發送悄悄話 宇之道 的博客首頁 (0 bytes) () 02/03/2016 postreply 06:38:36

其實對於我們這種業餘小白來講,隻用一種能在瞬間算清局部死活的程序就足夠到網上裝高手了,雖然這很猥瑣。 -天方化戟- 給 天方化戟 發送悄悄話 天方化戟 的博客首頁 (0 bytes) () 02/10/2016 postreply 00:22:06

哪裏可以下載這個軟件? -宇之道- 給 宇之道 發送悄悄話 宇之道 的博客首頁 (0 bytes) () 02/10/2016 postreply 10:31:01

我的希望而已,目前沒發現,如果你有時間可以自己寫一個我來下載。 -天方化戟- 給 天方化戟 發送悄悄話 天方化戟 的博客首頁 (0 bytes) () 02/10/2016 postreply 18:48:08

我隻想寫個AI,其餘讓AI替我搞定了。 -宇之道- 給 宇之道 發送悄悄話 宇之道 的博客首頁 (0 bytes) () 02/11/2016 postreply 05:30:15

最好界麵友好一點,可以hook進任何遊戲。 -天方化戟- 給 天方化戟 發送悄悄話 天方化戟 的博客首頁 (0 bytes) () 02/11/2016 postreply 13:59:07

這次不戲說了,正經八百地說。 -京城夜- 給 京城夜 發送悄悄話 (11936 bytes) () 11/06/2016 postreply 11:55:28

圖片 -京城夜- 給 京城夜 發送悄悄話 (87 bytes) () 11/06/2016 postreply 12:11:00

圖片 -京城夜- 給 京城夜 發送悄悄話 (315 bytes) () 11/06/2016 postreply 12:12:27

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