计算机游戏——开放的计算系统一、计算系统的开放性问题.pdfVIP

计算机游戏——开放的计算系统 作者：张江 jakezj@163.com 集智俱乐部（ ） 一、计算系统的开放性问题 1、计算系统的开放性 无论是人工智能、涌现计算还是元胞自动机，这些已知的计算模式都存在着一个局限： 它们都是封闭的计算系统。很多学者认为，正是因为这类计算系统不够开放，所以这些人工 [1] 系统的复杂性还远远不能与真实世界中的复杂性相媲美 。 [2] 提到系统的开放性与封闭性，很多人会联想到热力学第二定律 。该定律指出，任何一 个封闭系统必然会朝向最无序的熵增状态发展。但是，物理中的封闭系统是指不与外界进行 能量、物质交换的系统。严格来讲，任何一个计算系统都不算封闭系统，因为计算系统需要 外界的能量流注入以支持它完成计算。所以，我们不能简单套用物理中的热力学第二定律。 与能量和物质系统的开放性不同，计算系统的开放性是指程序在运行的过程中允许从外 界输入信息，从而改变程序原始的运行轨迹的性质。比如Windows 的“扫雷游戏”就是一 个开放的计算系统，因为计算程序的运行必须要求用户的信息输入（操作）；而“生命游戏” 元胞自动机则是一个封闭的系统，因为一旦该程序运行起来之后，外界就不能再干预该系统 的运作了。 我们通常所说的系统的外界环境往往指我们所面对的大千世界。然而，当我们考虑计算 系统的外界环境的时候，情况可能不必要这么复杂。因为计算机都是人类的工具，任何一个 计算系统的设计归根结底都是为了满足人类使用者的需要。所以，计算系统的外界环境通常 是指它的使用者——人（或者称为用户 User、玩家Player）。当我们提到计算系统的开放性 的时候，实际上我们讨论更多的是一种人——使用者和机器——计算系统之间的关系。 2、计算机游戏 当我们把人-机关系看作开放计算系统的重要问题的时候，我们自然就会想到各种人-机 结合方式。从机械四肢、人造器官，到人脑与外围硬件的神经连接，再到人-机“软结合” 的定性与定量结合和专家系统、机器学习系统等等，真可以说是五花八门。然而，仔细分析 这些人-机结合方式会发现，它们往往过于工程化、技术化，需要耗费大量的人力、物力。 更重要的是，这些技术并没有给我们提供一种简单的原型，让我们从人与机器两个方面进行 更多的理论思考。 本章我们将讨论一类特殊的人-机系统：计算机游戏。这类系统不仅小巧、灵活，而且 同时具备了精巧性（从程序的角度说）以及娱乐性（从人的角度说）的要求。因此，计算机 游戏很有可能作为分析人-机关系问题的一个原型。 让我们从一个最简单的游戏：“俄罗斯方块”（Tetris ）出发来体会这种人-机系统的特点。 图6-1 “俄罗斯方块”运行示意图 首先，俄罗斯方块是一个开放的计算机程序。在每一个时间步，玩家需要输入信息来完 成下落木块的旋转和位移，而计算机程序则要决定开始下落的木块形状，以及当物块落地后， 系统如何消去这一层的方块，还有对玩家的奖赏以及惩罚等等。因此，俄罗斯方块是一个开 放的计算系统。 其次，俄罗斯方块的设计既考虑了程序运行的简单性，又考虑了用户的可玩性体验。也 就是说，一个游戏必须做到好玩（从人类的角度讲），同时算法流畅、逻辑规则明确（从计 算机程序的角度讲），它才是一个好的游戏。尽管人和人是千差万别，每一个人的内心感受 又是如此非常复杂多变，但是当我们面对俄罗斯方块这个简单的游戏的时候，一切复杂的动 作都会被简化成物块上下左右的移动操作。所以，这就为我们进一步从理论上分析游戏系统 奠定了基础。 本章从计算机游戏这类开放性的计算系统出发讨论有关人-机关系的问题。首先，我们 将沿着历史发展的脉络简单介绍计算机游戏的发展以及分类，以图让读者对计算机游戏有一 个初步的了解。之后，我们用一种开放式的动力系统模型概括了计算机游戏的逻辑内核。其 次，我们从人-机关系的角度分析了计算机游戏的特点：一方面，游戏设计中追求的可玩性 使得游戏可以为人提供娱乐；另一方面，玩家的操作为计算机程序的进化与改进提供了可能， 因此计算机程序与玩家构成了一种和谐共