本系列為筆者初學(xué)c/c++和游戲AI開發(fā)的學(xué)習(xí)經(jīng)歷，練習(xí)為主，不涉及到具體的游戲開發(fā)軟件學(xué)習(xí)(如unity，虛幻4等),適合剛?cè)腴T的小伙伴一起學(xué)習(xí)探討，歡迎在評論區(qū)留下意見。

• 開發(fā)語言：c/c++ (11及以上)

• 開發(fā)平臺(tái)：macOS mojave / Linux

• 編譯器：vs Code / g++

介紹

? 有限狀態(tài)機(jī)（finite-state machine，F(xiàn)SM）是表示有限個(gè)狀態(tài)在以及在這些狀態(tài)之間的轉(zhuǎn)移和動(dòng)作等行為的數(shù)學(xué)模型。圖靈機(jī)也是一種有限狀態(tài)機(jī)。

? 好在于，對游戲開發(fā)人員來說，不需要過分糾結(jié)于數(shù)學(xué)上的嚴(yán)格定義，我們只需要掌握這樣一個(gè)概念即可：有限狀態(tài)機(jī)，是指把一個(gè)對象的行為分解成易于處理的“塊”或狀態(tài)。

??簡單的如家里墻上控制燈的開關(guān)，它有兩種狀態(tài)：開或關(guān)。兩種狀態(tài)之間的轉(zhuǎn)換通過我們的手指的輸入產(chǎn)生。

??稍微復(fù)雜的可以用一個(gè)狀態(tài)轉(zhuǎn)換表來描述，其中每個(gè)狀態(tài)可視為一個(gè)分離的對象：

? 上圖中，當(dāng)一只史萊姆接受到刺激（即遇到某個(gè)條件），會(huì)發(fā)生狀態(tài)轉(zhuǎn)換，從一種狀態(tài)變成另外一種狀態(tài)。比如一只被攻擊的史萊姆在逃跑時(shí)（狀態(tài)1），發(fā)現(xiàn)玩家沒有繼續(xù)攻擊（條件-->安全），會(huì)停止逃跑開始在領(lǐng)地里巡邏（狀態(tài)2）。

? 盡管如今游戲AI領(lǐng)域有更專業(yè)更復(fù)雜的智能體結(jié)構(gòu)，但熟練掌握FSM對我們理解更復(fù)雜的模型有很大幫助，且FSM在游戲開發(fā)領(lǐng)域仍有很大作用，原因在于它有幾大優(yōu)點(diǎn)：

• 編程快速簡單：從最簡單的 if-then 形式，到單例模式，每種編程語言都能夠快速實(shí)現(xiàn)一個(gè)FSM。

• 易于調(diào)試：每個(gè)狀態(tài)單獨(dú)分離出來作為“塊”來管理，這樣當(dāng)哪里出現(xiàn)問題時(shí)，可以快速定位出錯(cuò)的位置，也可以快速修改。

• 較少的計(jì)算開銷：有限狀態(tài)機(jī)屬于“硬編碼”范疇，本質(zhì)上是 if-this-then-that 類型，規(guī)則已經(jīng)事先寫好，不需要額外的計(jì)算。

• 基于直覺：我們總能很自然的聯(lián)想到我們自己總是處于一系列的狀態(tài)中，并且習(xí)慣性的把狀態(tài)的轉(zhuǎn)換歸結(jié)為一個(gè)又一個(gè)“選擇”。選擇使我們改變當(dāng)前狀態(tài)，進(jìn)入另一種狀態(tài)。

• 靈活性：在游戲開發(fā)中，開發(fā)人員可以根據(jù)需求靈活的調(diào)整FSM的結(jié)構(gòu)，增加或刪除某些狀態(tài)。

? 當(dāng)然，現(xiàn)實(shí)中的事物并非如此簡單的處在某一種獨(dú)立的狀態(tài)中，但是作為入門學(xué)習(xí)，不用去思考這么多。同時(shí)，我們也需要認(rèn)識(shí)到，有限狀態(tài)機(jī)的局限性：

• 區(qū)分“動(dòng)作”和“狀態(tài)”：狀態(tài)描述了一個(gè)對象一種穩(wěn)定而持續(xù)的行為，如果沒有外部“條件”的輸入，則該狀態(tài)不會(huì)改變；動(dòng)作則是不穩(wěn)定的，一旦執(zhí)行完畢就會(huì)自動(dòng)結(jié)束，不會(huì)長時(shí)間存在。

• 狀態(tài)和狀態(tài)之間是相互獨(dú)立的，這對構(gòu)建更真實(shí)的智能體是極大的阻礙。

參考：

1. 《游戲人工智能編程案例精粹》

2. ?維基百科

相關(guān)代碼下載：https://github.com/linpeijie/GameToy/tree/master/GameAI/FSM