鬥地主老是輸？一起用Python做個AI出牌器，歡樂豆蹭蹭漲！
2021-08-02 14:00:01
前言
最近在網上看到一個有意思的開源專案，快手團隊開發的開源AI鬥地主——DouZero。今天我們就一起來學習製作一個基於DouZero的歡樂鬥地主出牌器，看看AI是如何來幫助我們鬥地主，贏歡樂豆，實現財富自由的吧！
首先一起來看看AI鬥地主出牌器的效果：
下面，我們開始介紹這個AI出牌器的製作過程。
一、核心功能設計
首先我們這款出牌器是基於DouZero開發的，核心是需要利用訓練好的AI模型來幫住我們，給出最優出牌方案。
其次關於出牌器，先要需要確認一個AI出牌角色，代表我們玩家自己。我們只要給這個AI輸入玩家手牌和三張底牌。確認好地主和農民的各個角色，告訴它三個人對應的關係，這樣就可以確定隊友和對手。我們還要將每一輪其他兩人的出牌輸入，這樣出牌器就可以根據出牌資料，及時提供給我們最優出牌決策，帶領我們取得勝利！
那麼如何獲取三者之間的關係呢？誰是地主？誰是農民？是自己一人作戰還是農民合作？自己玩家的手牌是什麼？三張底牌是什麼？這些也都需要在開局後確認好。
拆解需求，大致可以整理出核心功能如下：
-
UI設計排版佈局
- 顯示三張底牌
- 顯示AI角色出牌資料區域，上家出牌資料區域，下家出牌資料區域，本局勝率區域
- AI玩家手牌區域
- AI出牌器開始停止
-
手牌和出牌資料識別
- 遊戲剛開始根據螢幕位置，截圖識別AI玩家手牌及三張底牌
- 確認三者之間的關係，識別地主和農民角色，確認隊友及對手關係
- 識別每輪三位玩家依次出了什麼牌，重新整理顯示對應區域
-
AI出牌方案輸出
- 載入訓練好的AI模型，初始化遊戲環境
- 每輪出牌判斷，根據上家出牌資料給出最優出牌決策
- 自動重新整理玩家剩餘手牌和本局勝率預測
二、實現步驟
1. UI設計排版佈局
根據上述功能，我們首先考慮進行簡單的UI佈局設計，這裡我們使用的是pyqt5。核心設計程式碼如下：
def setupUi(self, Form):
Form.setObjectName("Form")
Form.resize(440, 395)
font = QtGui.QFont()
font.setFamily("Arial")
font.setPointSize(9)
font.setBold(True)
font.setItalic(False)
font.setWeight(75)
Form.setFont(font)
self.WinRate = QtWidgets.QLabel(Form)
self.WinRate.setGeometry(QtCore.QRect(240, 180, 171, 61))
font = QtGui.QFont()
font.setPointSize(14)
self.WinRate.setFont(font)
self.WinRate.setAlignment(QtCore.Qt.AlignCenter)
self.WinRate.setObjectName("WinRate")
self.InitCard = QtWidgets.QPushButton(Form)
self.InitCard.setGeometry(QtCore.QRect(60, 330, 121, 41))
font = QtGui.QFont()
font.setFamily("Arial")
font.setPointSize(14)
font.setBold(True)
font.setWeight(75)
self.InitCard.setFont(font)
self.InitCard.setStyleSheet("")
self.InitCard.setObjectName("InitCard")
self.UserHandCards = QtWidgets.QLabel(Form)
self.UserHandCards.setGeometry(QtCore.QRect(10, 260, 421, 41))
font = QtGui.QFont()
font.setPointSize(14)
self.UserHandCards.setFont(font)
self.UserHandCards.setAlignment(QtCore.Qt.AlignCenter)
self.UserHandCards.setObjectName("UserHandCards")
self.LPlayer = QtWidgets.QFrame(Form)
self.LPlayer.setGeometry(QtCore.QRect(10, 80, 201, 61))
self.LPlayer.setFrameShape(QtWidgets.QFrame.StyledPanel)
self.LPlayer.setFrameShadow(QtWidgets.QFrame.Raised)
self.LPlayer.setObjectName("LPlayer")
self.LPlayedCard = QtWidgets.QLabel(self.LPlayer)
self.LPlayedCard.setGeometry(QtCore.QRect(0, 0, 201, 61))
font = QtGui.QFont()
font.setPointSize(14)
self.LPlayedCard.setFont(font)
self.LPlayedCard.setAlignment(QtCore.Qt.AlignCenter)
self.LPlayedCard.setObjectName("LPlayedCard")
self.RPlayer = QtWidgets.QFrame(Form)
self.RPlayer.setGeometry(QtCore.QRect(230, 80, 201, 61))
font = QtGui.QFont()
font.setPointSize(16)
self.RPlayer.setFont(font)
self.RPlayer.setFrameShape(QtWidgets.QFrame.StyledPanel)
self.RPlayer.setFrameShadow(QtWidgets.QFrame.Raised)
self.RPlayer.setObjectName("RPlayer")
self.RPlayedCard = QtWidgets.QLabel(self.RPlayer)
self.RPlayedCard.setGeometry(QtCore.QRect(0, 0, 201, 61))
font = QtGui.QFont()
font.setPointSize(14)
self.RPlayedCard.setFont(font)
self.RPlayedCard.setAlignment(QtCore.Qt.AlignCenter)
self.RPlayedCard.setObjectName("RPlayedCard")
self.Player = QtWidgets.QFrame(Form)
self.Player.setGeometry(QtCore.QRect(40, 180, 171, 61))
self.Player.setFrameShape(QtWidgets.QFrame.StyledPanel)
self.Player.setFrameShadow(QtWidgets.QFrame.Raised)
self.Player.setObjectName("Player")
self.PredictedCard = QtWidgets.QLabel(self.Player)
self.PredictedCard.setGeometry(QtCore.QRect(0, 0, 171, 61))
font = QtGui.QFont()
font.setPointSize(14)
self.PredictedCard.setFont(font)
self.PredictedCard.setAlignment(QtCore.Qt.AlignCenter)
self.PredictedCard.setObjectName("PredictedCard")
self.ThreeLandlordCards = QtWidgets.QLabel(Form)
self.ThreeLandlordCards.setGeometry(QtCore.QRect(140, 10, 161, 41))
font = QtGui.QFont()
font.setPointSize(16)
self.ThreeLandlordCards.setFont(font)
self.ThreeLandlordCards.setAlignment(QtCore.Qt.AlignCenter)
self.ThreeLandlordCards.setObjectName("ThreeLandlordCards")
self.Stop = QtWidgets.QPushButton(Form)
self.Stop.setGeometry(QtCore.QRect(260, 330, 111, 41))
font = QtGui.QFont()
font.setFamily("Arial")
font.setPointSize(14)
font.setBold(True)
font.setWeight(75)
self.Stop.setFont(font)
self.Stop.setStyleSheet("")
self.Stop.setObjectName("Stop")
self.retranslateUi(Form)
self.InitCard.clicked.connect(Form.init_cards)
self.Stop.clicked.connect(Form.stop)
QtCore.QMetaObject.connectSlotsByName(Form)
def retranslateUi(self, Form):
_translate = QtCore.QCoreApplication.translate
Form.setWindowTitle(_translate("Form", "AI歡樂鬥地主--Dragon少年"))
self.WinRate.setText(_translate("Form", "勝率：--%"))
self.InitCard.setText(_translate("Form", "開始"))
self.UserHandCards.setText(_translate("Form", "手牌"))
self.LPlayedCard.setText(_translate("Form", "上家出牌區域"))
self.RPlayedCard.setText(_translate("Form", "下家出牌區域"))
self.PredictedCard.setText(_translate("Form", "AI出牌區域"))
self.ThreeLandlordCards.setText(_translate("Form", "三張底牌"))
self.Stop.setText(_translate("Form", "停止"))
實現效果如下：
2. 手牌和出牌資料識別
下面我們需要所有撲克牌的模板圖片與遊戲螢幕特定區域的截圖進行對比，這樣才能獲取AI玩家手牌、底牌、每一輪出牌、三者關係（地主、地主上家、地主下家）。
識別AI玩家手牌及三張底牌：
我們可以擷取遊戲螢幕，根據固定位置來識別當前AI玩家的手牌和三張底牌。核心程式碼如下：
# 牌檢測結果濾波
def cards_filter(self, location, distance):
if len(location) == 0:
return 0
locList = [location[0][0]]
count = 1
for e in location:
flag = 1 # 「是新的」標誌
for have in locList:
if abs(e[0] - have) <= distance:
flag = 0
break
if flag:
count += 1
locList.append(e[0])
return count
# 獲取玩家AI手牌
def find_my_cards(self, pos):
user_hand_cards_real = ""
img = pyautogui.screenshot(region=pos)
for card in AllCards:
result = pyautogui.locateAll(needleImage='pics/m' + card + '.png', haystackImage=img, confidence=self.MyConfidence)
user_hand_cards_real += card[1] * self.cards_filter(list(result), self.MyFilter)
return user_hand_cards_real
# 獲取地主三張底牌
def find_three_landlord_cards(self, pos):
three_landlord_cards_real = ""
img = pyautogui.screenshot(region=pos)
img = img.resize((349, 168))
for card in AllCards:
result = pyautogui.locateAll(needleImage='pics/o' + card + '.png', haystackImage=img,
confidence=self.ThreeLandlordCardsConfidence)
three_landlord_cards_real += card[1] * self.cards_filter(list(result), self.OtherFilter)
return three_landlord_cards_real
效果如下所示：
地主、地主上家、地主下家：
同理我們可以根據遊戲螢幕截圖，識別地主的圖示，確認地主角色。核心程式碼如下：
# 查詢地主角色
def find_landlord(self, landlord_flag_pos):
for pos in landlord_flag_pos:
result = pyautogui.locateOnScreen('pics/landlord_words.png', region=pos, confidence=self.LandlordFlagConfidence)
if result is not None:
return landlord_flag_pos.index(pos)
return None
這樣我們就可以得到玩家AI手牌，其他玩家手牌（預測），地主三張底牌，三者角色關係，出牌順序。核心程式碼如下：
# 座標
self.MyHandCardsPos = (414, 804, 1041, 59) # AI玩家截圖區域
self.LPlayedCardsPos = (530, 470, 380, 160) # 左側玩家截圖區域
self.RPlayedCardsPos = (1010, 470, 380, 160) # 右側玩家截圖區域
self.LandlordFlagPos = [(1320, 300, 110, 140), (320, 720, 110, 140), (500, 300, 110, 140)] # 地主標誌截圖區域(右-我-左)
self.ThreeLandlordCardsPos = (817, 36, 287, 136) # 地主底牌截圖區域，resize成349x168
def init_cards(self):
# 玩家手牌
self.user_hand_cards_real = ""
self.user_hand_cards_env = []
# 其他玩家出牌
self.other_played_cards_real = ""
self.other_played_cards_env = []
# 其他玩家手牌（整副牌減去玩家手牌，後續再減掉歷史出牌）
self.other_hand_cards = []
# 三張底牌
self.three_landlord_cards_real = ""
self.three_landlord_cards_env = []
# 玩家角色程式碼：0-地主上家, 1-地主, 2-地主下家
self.user_position_code = None
self.user_position = ""
# 開局時三個玩家的手牌
self.card_play_data_list = {}
# 出牌順序：0-玩家出牌, 1-玩家下家出牌, 2-玩家上家出牌
self.play_order = 0
self.env = None
# 識別玩家手牌
self.user_hand_cards_real = self.find_my_cards(self.MyHandCardsPos)
self.UserHandCards.setText(self.user_hand_cards_real)
self.user_hand_cards_env = [RealCard2EnvCard[c] for c in list(self.user_hand_cards_real)]
# 識別三張底牌
self.three_landlord_cards_real = self.find_three_landlord_cards(self.ThreeLandlordCardsPos)
self.ThreeLandlordCards.setText("底牌：" + self.three_landlord_cards_real)
self.three_landlord_cards_env = [RealCard2EnvCard[c] for c in list(self.three_landlord_cards_real)]
# 識別玩家的角色
self.user_position_code = self.find_landlord(self.LandlordFlagPos)
if self.user_position_code is None:
items = ("地主上家", "地主", "地主下家")
item, okPressed = QInputDialog.getItem(self, "選擇角色", "未識別到地主，請手動選擇角色:", items, 0, False)
if okPressed and item:
self.user_position_code = items.index(item)
else:
return
self.user_position = ['landlord_up', 'landlord', 'landlord_down'][self.user_position_code]
for player in self.Players:
player.setStyleSheet('background-color: rgba(255, 0, 0, 0);')
self.Players[self.user_position_code].setStyleSheet('background-color: rgba(255, 0, 0, 0.1);')
# 整副牌減去玩家手上的牌，就是其他人的手牌,再分配給另外兩個角色（如何分配對AI判斷沒有影響）
for i in set(AllEnvCard):
self.other_hand_cards.extend([i] * (AllEnvCard.count(i) - self.user_hand_cards_env.count(i)))
self.card_play_data_list.update({
'three_landlord_cards': self.three_landlord_cards_env,
['landlord_up', 'landlord', 'landlord_down'][(self.user_position_code + 0) % 3]:
self.user_hand_cards_env,
['landlord_up', 'landlord', 'landlord_down'][(self.user_position_code + 1) % 3]:
self.other_hand_cards[0:17] if (self.user_position_code + 1) % 3 != 1 else self.other_hand_cards[17:],
['landlord_up', 'landlord', 'landlord_down'][(self.user_position_code + 2) % 3]:
self.other_hand_cards[0:17] if (self.user_position_code + 1) % 3 == 1 else self.other_hand_cards[17:]
})
print(self.card_play_data_list)
# 生成手牌結束，校驗手牌數量
if len(self.card_play_data_list["three_landlord_cards"]) != 3:
QMessageBox.critical(self, "底牌識別出錯", "底牌必須是3張！", QMessageBox.Yes, QMessageBox.Yes)
self.init_display()
return
if len(self.card_play_data_list["landlord_up"]) != 17 or \
len(self.card_play_data_list["landlord_down"]) != 17 or \
len(self.card_play_data_list["landlord"]) != 20:
QMessageBox.critical(self, "手牌識別出錯", "初始手牌數目有誤", QMessageBox.Yes, QMessageBox.Yes)
self.init_display()
return
# 得到出牌順序
self.play_order = 0 if self.user_position == "landlord" else 1 if self.user_position == "landlord_up" else 2
效果如下：
3. AI出牌方案輸出
下面我們就需要用到DouZero開源的AI鬥地主了。DouZero專案地址：https://github.com/kwai/DouZero。我們需要將該開源專案下載並匯入專案中。
建立一個AI玩家角色，初始化遊戲環境，載入模型，進行每輪的出牌判斷，控制一局遊戲流程的進行和結束。核心程式碼如下：
# 建立一個代表玩家的AI
ai_players = [0, 0]
ai_players[0] = self.user_position
ai_players[1] = DeepAgent(self.user_position, self.card_play_model_path_dict[self.user_position])
# 初始化遊戲環境
self.env = GameEnv(ai_players)
# 遊戲開始
self.start()
def start(self):
self.env.card_play_init(self.card_play_data_list)
print("開始出牌\n")
while not self.env.game_over:
# 玩家出牌時就通過智慧體獲取action，否則通過識別獲取其他玩家出牌
if self.play_order == 0:
self.PredictedCard.setText("...")
action_message = self.env.step(self.user_position)
# 更新介面
self.UserHandCards.setText("手牌：" + str(''.join(
[EnvCard2RealCard[c] for c in self.env.info_sets[self.user_position].player_hand_cards]))[::-1])
self.PredictedCard.setText(action_message["action"] if action_message["action"] else "不出")
self.WinRate.setText("勝率：" + action_message["win_rate"])
print("\n手牌：", str(''.join(
[EnvCard2RealCard[c] for c in self.env.info_sets[self.user_position].player_hand_cards])))
print("出牌：", action_message["action"] if action_message["action"] else "不出", "， 勝率：",
action_message["win_rate"])
while self.have_white(self.RPlayedCardsPos) == 1 or \
pyautogui.locateOnScreen('pics/pass.png',
region=self.RPlayedCardsPos,
confidence=self.LandlordFlagConfidence):
print("等待玩家出牌")
self.counter.restart()
while self.counter.elapsed() < 100:
QtWidgets.QApplication.processEvents(QEventLoop.AllEvents, 50)
self.play_order = 1
elif self.play_order == 1:
self.RPlayedCard.setText("...")
pass_flag = None
while self.have_white(self.RPlayedCardsPos) == 0 and \
not pyautogui.locateOnScreen('pics/pass.png',
region=self.RPlayedCardsPos,
confidence=self.LandlordFlagConfidence):
print("等待下家出牌")
self.counter.restart()
while self.counter.elapsed() < 500:
QtWidgets.QApplication.processEvents(QEventLoop.AllEvents, 50)
self.counter.restart()
while self.counter.elapsed() < 500:
QtWidgets.QApplication.processEvents(QEventLoop.AllEvents, 50)
# 不出
pass_flag = pyautogui.locateOnScreen('pics/pass.png',
region=self.RPlayedCardsPos,
confidence=self.LandlordFlagConfidence)
# 未找到"不出"
if pass_flag is None:
# 識別下家出牌
self.other_played_cards_real = self.find_other_cards(self.RPlayedCardsPos)
# 找到"不出"
else:
self.other_played_cards_real = ""
print("\n下家出牌：", self.other_played_cards_real)
self.other_played_cards_env = [RealCard2EnvCard[c] for c in list(self.other_played_cards_real)]
self.env.step(self.user_position, self.other_played_cards_env)
# 更新介面
self.RPlayedCard.setText(self.other_played_cards_real if self.other_played_cards_real else "不出")
self.play_order = 2
elif self.play_order == 2:
self.LPlayedCard.setText("...")
while self.have_white(self.LPlayedCardsPos) == 0 and \
not pyautogui.locateOnScreen('pics/pass.png',
region=self.LPlayedCardsPos,
confidence=self.LandlordFlagConfidence):
print("等待上家出牌")
self.counter.restart()
while self.counter.elapsed() < 500:
QtWidgets.QApplication.processEvents(QEventLoop.AllEvents, 50)
self.counter.restart()
while self.counter.elapsed() < 500:
QtWidgets.QApplication.processEvents(QEventLoop.AllEvents, 50)
# 不出
pass_flag = pyautogui.locateOnScreen('pics/pass.png',
region=self.LPlayedCardsPos,
confidence=self.LandlordFlagConfidence)
# 未找到"不出"
if pass_flag is None:
# 識別上家出牌
self.other_played_cards_real = self.find_other_cards(self.LPlayedCardsPos)
# 找到"不出"
else:
self.other_played_cards_real = ""
print("\n上家出牌：", self.other_played_cards_real)
self.other_played_cards_env = [RealCard2EnvCard[c] for c in list(self.other_played_cards_real)]
self.env.step(self.user_position, self.other_played_cards_env)
self.play_order = 0
# 更新介面
self.LPlayedCard.setText(self.other_played_cards_real if self.other_played_cards_real else "不出")
else:
pass
self.counter.restart()
while self.counter.elapsed() < 100:
QtWidgets.QApplication.processEvents(QEventLoop.AllEvents, 50)
print("{}勝，本局結束!\n".format("農民" if self.env.winner == "farmer" else "地主"))
QMessageBox.information(self, "本局結束", "{}勝！".format("農民" if self.env.winner == "farmer" else "地主"),
QMessageBox.Yes, QMessageBox.Yes)
self.env.reset()
self.init_display()
到這裡，整個AI鬥地主出牌流程基本已經完成了。
三、出牌器用法
按照上述過程，這款AI出牌器已經制作完成了。後面應該如何使用呢？如果不想研究原始碼，只想使用這款AI鬥地主出牌器，驗證下效果，該怎麼設定環境執行這個AI出牌器呢？下面就開始介紹。
1. 環境設定
首先我們需要安裝這些第三方庫，設定相關環境，如下所示：
torch==1.9.0
GitPython==3.0.5
gitdb2==2.0.6
PyAutoGUI==0.9.50
PyQt5==5.13.0
PyQt5-sip==12.8.1
Pillow>=5.2.0
opencv-python
rlcard
2. 座標調整確認
我們可以開啟歡樂鬥地主遊戲介面，將遊戲視窗模式下最大化執行，把AI出牌器程式視窗需要移至右下角，不能遮擋手牌、地主標誌、底牌、歷史出牌這些關鍵位置。
其次我們要確認螢幕截圖獲取的各個區域是否正確。如果有問題需要進行區域位置座標調整。
# 座標
self.MyHandCardsPos = (414, 804, 1041, 59) # 我的截圖區域
self.LPlayedCardsPos = (530, 470, 380, 160) # 左邊截圖區域
self.RPlayedCardsPos = (1010, 470, 380, 160) # 右邊截圖區域
self.LandlordFlagPos = [(1320, 300, 110, 140), (320, 720, 110, 140), (500, 300, 110, 140)] # 地主標誌截圖區域(右-我-左)
self.ThreeLandlordCardsPos = (817, 36, 287, 136) # 地主底牌截圖區域，resize成349x168
3. 執行測試
當所有環境設定完成，各區域座標位置確認無誤之後，下面我們就可以直接執行程式，測試效果啦~
首先我們執行AI出牌器程式，開啟歡樂鬥地主遊戲介面，進入遊戲。當玩家就位，手牌分發完畢，地主身份確認之後，我們就可以點選畫面中開始按鈕，讓AI來幫助我們鬥地主了。
下面可以一起來看看這款AI出牌器的實驗效果喔，看看AI是如何帶領農民打倒地主，取得勝利的！
今天我們就到這裡，明天繼續努力！
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創作不易，白嫖不好，各位的支援和認可，就是我創作的最大動力，我們下篇文章見！
Dragon少年 | 文
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