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雷鋒網(wǎng)按：本文原作者Flood Sung、杜克，原文載于作者的知乎專欄——智能單元，雷鋒網(wǎng)經(jīng)授權(quán)發(fā)布。
1 前言
2017年8月10號(hào)，DeepMind聯(lián)合暴雪發(fā)布了星際爭(zhēng)霸2人工智能研究環(huán)境SC2LE，從而使人工智能的研究進(jìn)入到一個(gè)全新的階段。這次，研究人工智能的小伙伴們可以邊玩游戲邊做研究了。
為了讓更多的朋友了解SC2LE研究環(huán)境，我們?cè)诘谝粫r(shí)間對(duì)其進(jìn)行安裝測(cè)試，并對(duì)DeepMind發(fā)布的pysc2代碼進(jìn)行分析，初步了解基于pysc2的RL開(kāi)發(fā)方法。下面我們將一一進(jìn)行介紹。
Macbook Pro 13inch （MacOS Sierra）
Alienware 13inch （Ubuntu 14.04）
3.1 Mac環(huán)境下的安裝
（1）安裝pysc2
pip install pysc2
如果權(quán)限不夠，就加上sudo：
sudo pip install pysc2
程序會(huì)自動(dòng)安裝各種依賴：
Installing collected packages: google-apputils, pygame, future, pysc2
Successfully installed future-0.16.0 google-apputils-0.4.2 pygame-1.9.3 pysc2-1.0
（2）然后在國(guó)服下載mac版的星際爭(zhēng)霸客戶端：https://www.battlenet.com.cn/account/download/ ，mac版的，然后安裝，30個(gè)G，3.16.1版本。
（3）下載完畢可以運(yùn)行游戲就OK
（4）下載Map Packs，mini-game和replay：Blizzard/s2client-proto，https://github.com/deepmind/pysc2/releases/download/v1.0/mini_games.zip
（5）進(jìn)入星際爭(zhēng)霸2的目錄
（6）創(chuàng)建Maps文件夾
（7）將Map Packs和mini-game壓縮包都解壓到Maps目錄下，密碼是iagreetotheeula
（8）打開(kāi)終端，輸入python -m pysc2.bin.agent --map Simple64進(jìn)行測(cè)試。
下面為示意圖：
大家可以看到在Mac下既顯示了原始的游戲畫面，又顯示了feature的畫面。
3.2 Ubuntu環(huán)境下安裝
（1）安裝pysc2 （和Mac相同）
sudo pip install pysc2
（2）下載Linux版本的星際2： Blizzard/s2client-proto 并解壓在Home目錄下,解壓密碼：iagreetotheeula
（3）下載Map Packs，mini-game：Blizzard/s2client-proto，https://github.com/deepmind/pysc2/releases/download/v1.0/mini_games.zip。將文件解壓到~/StarCraft2/Maps 下。
（4）打開(kāi)終端，輸入python -m pysc2.bin.agent --map Simple64進(jìn)行測(cè)試。
下面為兩個(gè)不同地圖的示意圖：
Linux下沒(méi)有原始游戲畫面。
（1）基本測(cè)試
python -m pysc2.bin.agent --map Simple64
（2）更改Map如使用天梯的Map
python -m pysc2.bin.agent --map AbyssalReef
注意天梯的Map 名稱沒(méi)有LE！
（3）不使用agent，手動(dòng)玩！
python -m pysc2.bin.play --map MoveToBeacon
（4）使用特定agent來(lái)玩（比如MoveToBeacon這個(gè)mini game）
python -m pysc2.bin.agent --map MoveToBeacon --agent pysc2.agents.scripted_agent.MoveToBeacon
（5）播放replay
python --m pysc2.bin.play --replay <path-to-replay>
前面只是安裝，到這里才是最關(guān)鍵的。要知道如何進(jìn)行RL開(kāi)發(fā)，要首先知道pysc2的代碼是如何運(yùn)行的。
在上一小結(jié)測(cè)試中，我們看到第四種可以指定agent。所以，我們可以自己編寫一個(gè)agent文件，從而使得環(huán)境運(yùn)行我們自己的agent：
python -m pysc2.bin.agent --map<Map> --agent<Agent>
那么如何來(lái)編寫這個(gè)agent呢？
pysc2的代碼中為什么構(gòu)建了一個(gè)BaseAgent，我們只需要在BaseAgent的基礎(chǔ)上，構(gòu)造一個(gè)新的agent的類，然后在里面的step函數(shù)中實(shí)現(xiàn)我們的RL算法即可。
基本的程序架構(gòu)如下：
from __future__ import absolute_import
from __future__ import division
from __future__ import print_function
import numpy
from pysc2.agents import base_agent
from pysc2.lib import actions
from pysc2.lib import features
class OurAgent(base_agent.BaseAgent):
def step(self, obs):
super(OurAgent, self).step(obs)
#----------------------------------#
RL Algorithm Here
#----------------------------------#
return action
其中obs包含所有的觀察信息，包括feature maps，reward及可執(zhí)行動(dòng)作actions等信息。step這個(gè)函數(shù)的目標(biāo)是輸出動(dòng)作給環(huán)境執(zhí)行。RL算法需要處理obs然后輸出action。
我們來(lái)看一下pysc2提供的MoveToBeacon的非智能算法：
from __future__ import absolute_import
from __future__ import division
from __future__ import print_function
import numpy
from pysc2.agents import base_agent
from pysc2.lib import actions
from pysc2.lib import features
_PLAYER_RELATIVE = features.SCREEN_FEATURES.player_relative.index
_PLAYER_FRIENDLY = 1
_PLAYER_NEUTRAL = 3 # beacon/minerals
_PLAYER_HOSTILE = 4
_NO_OP = actions.FUNCTIONS.no_op.id
_MOVE_SCREEN = actions.FUNCTIONS.Move_screen.id
_ATTACK_SCREEN = actions.FUNCTIONS.Attack_screen.id
_SELECT_ARMY = actions.FUNCTIONS.select_army.id
_NOT_QUEUED = [0]
_SELECT_ALL = [0]
class MoveToBeacon(base_agent.BaseAgent):
"""An agent specifically for solving the MoveToBeacon map."""
def step(self, obs):super(MoveToBeacon, self).step(obs)
if _MOVE_SCREEN in obs.observation["available_actions"]:
player_relative = obs.observation["screen"][_PLAYER_RELATIVE]
neutral_y, neutral_x = (player_relative == _PLAYER_NEUTRAL).nonzero()
if not neutral_y.any():
return actions.FunctionCall(_NO_OP, [])
target = [int(neutral_x.mean()), int(neutral_y.mean())]
return actions.FunctionCall(_MOVE_SCREEN, [_NOT_QUEUED, target])
else:
return actions.FunctionCall(_SELECT_ARMY, [_SELECT_ALL])
我們可以看到，上面的代碼直接獲取了beacon的位置信息（neutral_y,neutral_x），從而直接給出動(dòng)作。但是為了使用RL算法，我們需要獲取feature map的圖像信息。然后我發(fā)現(xiàn)上面代碼中的player_relative就是圖像信息，可以直接通過(guò)opencv或者plt輸出顯示。如下圖最右邊的顯示：
下面總結(jié)一下state , action, reward的獲取方式：
（1）state，也就是各種feature map，通過(guò)obs.observation["screen"][feature_map_name] 獲取
（2）action，可以使用的action，通過(guò)obs.observation["available_actions"] 獲取
（3）reward，通過(guò)obs.reward獲取。
知道這些RL關(guān)鍵信息的獲取，我們也就可以編寫RL代碼來(lái)玩星際2的小任務(wù)了。
值得注意的是，星際2的動(dòng)作actions非常復(fù)雜，pysc2把動(dòng)作封裝成帶參數(shù)的函數(shù)。比如上面的Move動(dòng)作，需要target目標(biāo)位置的2維參數(shù)。所以，如果輸出動(dòng)作是一個(gè)復(fù)雜的問(wèn)題。官方的論文中使用了auto-regressive自回歸的方式，也就是先輸出Move這個(gè)動(dòng)作，然后在此基礎(chǔ)上再輸出target，從而形成完整的動(dòng)作，最后輸出。
本文對(duì)SC2LE進(jìn)行了初體驗(yàn)，包括安裝，測(cè)試和RL開(kāi)發(fā)的代碼研究。整體來(lái)看，DeepMind這次聯(lián)合暴雪確實(shí)做了非常精良的代碼工作，SC2LE有以下幾個(gè)優(yōu)點(diǎn)：
對(duì)于API封裝得很好，可以非常方便的進(jìn)行RL開(kāi)發(fā)
直接提供了Feature Map信息方便卷積神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)CNN的使用。
跨平臺(tái)支持，特別是對(duì)Linux平臺(tái)的支持，非常方便廣大深度學(xué)習(xí)開(kāi)發(fā)者的使用。
提供Replay數(shù)據(jù)庫(kù)及Replay接口，為進(jìn)行imitation learning模仿學(xué)習(xí)的研究提供了極大的方便。
提供了Mini Game，方便大家從簡(jiǎn)單入手。
提供了天梯地圖，滿足大家挑戰(zhàn)高難度的欲望！
總的來(lái)說(shuō)，SC2LE真的是非常友好的一個(gè)研究平臺(tái)，值得大家入手研究，也相信未來(lái)會(huì)有越來(lái)越多的人工智能玩星際2的成果出來(lái)！
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