如何使用Python创建扑克机器人。
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引言：我在扑克AI研究中的经历
作为一名对人工智能和博弈论都感兴趣的研究者，我花费了大量时间思考扑克AI以及AI在过去十年中取得的惊人成功。2017年，当我第一次了解到卡内基梅隆大学的Libratus刚刚在无限注德州扑克单挑比赛中击败了多名职业人类玩家时，我意识到我们正处于AI发展的历史性时刻。我开始对这些系统的工作原理以及潜在实施者如何从这些成功中学习产生了兴趣。
扑克AI是人工智能研究中最复杂的领域之一，它使用了不完全信息博弈所需的全套技术——如应用博弈论、不确定性下的策略推理和对手建模。与国际象棋或围棋不同，扑克结合了更少的规则、隐藏信息、虚张声势和社会因素，这使得它与我们在生活中面临的许多决策问题相似且正常。
重大突破：从Libratus到Pluribus
整个扑克AI领域因这三个重大成功而发生了转变，进而改变了我们对AI在不完全信息博弈中能力的认知。
Libratus：单挑冠军（2017年）
由卡内基梅隆大学的Tuomas Sandholm和Noam Brown开发，Libratus在20天的无限注德州扑克单挑比赛中击败了四名顶级职业选手，成为头条新闻。在他们发表在《科学》杂志上的论文中，Sandholm说：”Libratus不试图弄清楚人类如何游戏。它开发了一种可证明对任何对手都是最优的策略”（Brown & Sandholm, 2019, Science）。
Libratus成功的原因在于它在巨大的计算量上执行了反事实后悔最小化（CFR）算法，在匹兹堡超级计算中心的Bridges集群上运行了超过1300万核心小时。使Libratus特别的是，它能够为无限注德州扑克单挑的完整博弈树计算策略，这在他们的工作之前被认为是计算上不可行的。
DeepStack：实时策略推理（2017年）
与此同时，阿尔伯塔大学由Michael Bowling领导的研究人员开发了DeepStack，它以结合深度学习与博弈论推理而闻名。”DeepStack是第一个在无限注德州扑克单挑中击败人类职业选手的计算机程序，”Bowling在他们的《科学》论文中说道（Moravčík et al., 2017）。
DeepStack的创新在于它可以在游戏过程中实时计算策略，而不必预先计算整个博弈树。这种方法使得实现高水平性能变得更加容易。
Pluribus：六人扑克自由（2019年）
最大的成就接下来出现了，Pluribus再次由CMU团队开发，它是第一个在六人无限注德州扑克中击败人类职业选手的AI。这更加令人印象深刻，因为多人扑克的复杂性比单挑扑克呈指数级增长。
“我们为Pluribus开发的技术可以更广泛地应用于其他策略互动，包括拍卖、谈判、网络安全和其他领域，”Sandholm在他们后来的论文中说道（Brown & Sandholm, 2019）。
技术基础：理解现代扑克AI的架构
博弈论最优（GTO）策略
现代扑克AI解决方案基本上是用博弈论最优策略实现的，这在数学上被定义为不能被对手利用的理想玩法。据职业扑克选手和教练Darren Elias说：”GTO玩法提供了一个不可利用的基线策略，但真正的技巧在于知道何时以及如何偏离GTO来利用对手的弱点。”
实际的数学依赖于纳什均衡规范，其中每个玩家的策略在给定所有其他玩家选择的策略下都是最优的。在扑克术语中，这涉及实现最佳策略，使得从长远来看，无论对手选择什么策略，都不会损失金钱。
反事实后悔最小化（CFR）
CFR算法是现代扑克AI的重要组成部分之一，该算法在通过虚拟游戏或游戏情况进行大量迭代时操作和跟踪”后悔”，其中算法的策略作为”后悔”的函数而演化，”后悔”是收到的奖励与如果玩家采取了与实际采取的行动不同的行动可能获得的奖励之间的差异。
最近的发展包括蒙特卡洛CFR（MCCFR）和Deep CFR，它们结合了神经网络，同时在有用的地方使用传统CFR，使扑克玩家能够合理地采样巨大的状态空间。2020-2025年发表的元分析显示了强收敛性和内存（Steinberger et al., 2019, Li et al., 2020）。
神经网络集成
许多现代扑克AI系统都利用了深度学习元素。Facebook AI Research最近发布了一个名为Deep CFR的CFR新版本，它利用神经网络来近似后悔和策略函数，同时在不牺牲性能的情况下显著改善内存占用。
神经网络集成通常包括：
- 价值网络，可以近似游戏每个状态的期望值
- 策略或随机策略网络，定义将要采取的行动概率
- 对手建模网络，可以估计基于玩家的行为趋势
现实世界示例：制作您自己的教育扑克AI
关键Python库和框架
通过当前扑克AI的研究和应用术语，一些常用库的使用正在成为扑克AI开发的标准库：
OpenSpiel：Google的多游戏框架
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import pyspiel import numpy as np from open_spiel.python.algorithms import cfr # 初始化扑克游戏 game = pyspiel.load_game("leduc_poker") state = game.new_initial_state() |
OpenSpiel是由Google DeepMind开发的库，包含多种博弈论算法的实现，包括CFR的变体。该库有潜力成为学术界扑克AI研究的主要库。
PyPokerEngine：仿真环境
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from pypokerengine.api.game import setup_config, start_poker from pypokerengine.players import BasePokerPlayer class ResearchBot(BasePokerPlayer): def declare_action(self, valid_actions, hole_card, round_state): # 在这里实现您的策略 return action, amount |
PokerRL：强化学习框架
PokerRL提供了在扑克环境中应用强化学习技术的途径，同时为扑克选项和变体提供支持，以及为您的训练选项提供配置。
计算需求和训练方法
现代扑克AI需要大量计算资源来开发训练模型。如记录中强调的：
- Libratus：超过1300万核心小时的超级计算集群
- Pluribus：初始训练12400核心小时，以及实时计算
- 学术交付：通常需要100-1000 GPU小时才能得到有用的结果
为了将事情置于学术研究的背景下，大学通常可以考虑更简单的扑克实现：
- Leduc扑克：一个非常简单的扑克实现，以满足学习实现CFR算法的原始目的。
- Kuhn扑克：一个非常简单的实现，帮助人们理解一般组件。
- 单挑限注德州扑克：比无限注游戏简单得多。
示例实现架构
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import numpy as np from typing import Dict, List, Tuple import pyspiel class EducationalPokerAI: def __init__(self, game_name: str = "leduc_poker"): self.game = pyspiel.load_game(game_name) self.cfr_solver = cfr.CFRSolver(self.game) self.training_iterations = 0 def train(self, iterations: int = 10000): """使用CFR算法训练AI""" for i in range(iterations): self.cfr_solver.evaluate_and_update_policy() if i % 1000 == 0: exploitability = self.calculate_exploitability() print(f"迭代 {i}: 可利用性 = {exploitability}") self.training_iterations += iterations def get_strategy(self, state): """获取给定状态的当前策略""" return self.cfr_solver.average_policy() def calculate_exploitability(self) -> float: """计算当前策略的可利用程度""" return cfr.exploitability(self.game, self.cfr_solver.average_policy()) |
现实案例与研究实例
结合学术与研究经验的示例
扑克AI在游戏之外也有应用，例如：
- 网络安全： 在防御网络时进行战略性推理
- 金融市场： 拍卖机制、交易策略
- 谈判： 多方参与协商资源分配的情境
- 军事战略： 在信息不完整和不确定性下的战略性推理
作为计算机科学课程一部分的学术价值
一些领先的大学，例如卡内基梅隆大学、阿尔伯塔大学和麻省理工学院，都在计算机科学课程中包含某种形式的扑克AI项目。研究项目使学生接触到：
- 算法设计：实现和优化CFR算法。
- 博弈论：寻找纳什均衡，使用图/网络进行战略推理。
- 机器学习：补充经典算法并产生更强的通用智能 —— 使用神经网络。
- 软件工程：包括复杂系统及其众多不同组件的开发！
专家与产业视角
学术视角
正如阿尔伯塔大学的Michael Bowling博士所说：“扑克AI研究推动了在不确定性下战略推理的可能性边界。我们开发的技术在网络安全、拍卖，以及任何需要在信息不完整条件下做决策的领域都有应用。”
职业玩家回顾
扑克玩家兼教练Darren Elias解释了扑克的教育意义：“通过AI研究理解GTO概念彻底改变了我们对扑克策略的思考方式。即使你从未构建过机器人，研究这些算法也能让你成为更优秀的战略思考者。”
产业应用
扑克AI的最新发展引起了大型科技公司的兴趣。Google DeepMind、Facebook AI Research及其他机构继续在其内部支持该领域，并保持投资，因为它在更广泛的AI应用中具有重要意义。
学术界的最新进展（2020–2025）
该领域仍在快速发展，有几个重大发展，尤其是：
增强型CFR变体
- 神经虚构自我对弈（NFSP）： CFR的神经版本更有效地处理了大型状态空间
- 带函数近似的深度CFR： 减少了学习过程中的内存需求
- 基于后悔的剪枝方法： 在实践中强调快速收敛
多智能体学习
研究议程已从双人游戏扩展到多人和多智能体领域，发现了更广泛的学生/研究人员感兴趣的应用，包括：
- 拍卖设计
- 资源分配
- 与AI系统的互动与合作
战略环境中的可解释AI
最后，近期的发展重点在于解释扑克AI的决策，这对于教育和未来在现实世界中的部署至关重要。
未来方向与学习路径
面向未来研究者
任何对游戏AI，特别是扑克AI感兴趣的学生都应考虑以下内容：
- 扎实的数学训练，作为博弈论、概率和优化的基础
- 具备编程经验，最好是Python或C++，并熟悉机器学习架构
- 理解决策算法，尤其是CFR、MCTS和神经网络
- 具备实现简化版模拟扑克的经验
学习扑克AI的最佳顺序是什么？
- 从Kuhn Poker开始：实现一个简单的CFR算法。
- 接着模拟Leduc Poker：它更复杂，但仍可掌控。
- 研究现有的实现，例如OpenSpiel、PokerRL。
- 探索AI可能带来的扩展，例如深度CFR变体的神经网络。
- 研究超越扑克的应用，如其他战略型智能体。
教育价值的结论
扑克AI应用是计算机科学教育中最具智力启发性的学术追求之一。探索严谨的数学理论，同时解决实际的编程问题，使学生能够充分参与人工智能、博弈论和软件工程的学习。
虽然Libratus、DeepStack和Pluribus的能力证明我们在AI发展方面取得了令人难以置信的高度，但扑克AI的最大价值并不是开发利用扑克游戏的系统，而是理解在不确定性下的战略推理如何产生有原则的结果。
在我们都在努力应对网络安全、金融市场和多智能体系统的重要挑战时，我们在扑克AI研究中产生的策略确实是思考现实世界问题的有价值工具。对于学生和研究人员来说，扑克AI是进入当代人工智能最复杂方面的低门槛途径。
未来的发展方向是从扑克AI扩展到更广泛的领域，同时保持我们扑克AI研究中的学术价值。如果我们能够不断回归教育、开源透明、负责任的发展，并对人们与智能系统和战略推理能力相处的影响保持敏感，那么扑克AI将具有持久意义。
参考文献与延伸阅读
- Brown, N., & Sandholm, T. (2019). 超越人类的多人扑克AI. Science, 365(6456), 885-890.
- Moravčík, M., 等. (2017). DeepStack: 在无限注单挑德州扑克中达到专家水平的人工智能. Science, 356(6337), 508-513.
- Steinberger, E. (2019). 单一深度反事实后悔最小化. arXiv preprint arXiv:1901.07621.
- Li, X., 等. (2020). 不完全信息游戏中的神经虚构自我对弈. AAAI人工智能会议论文集.
- Lanctot, M., 等. (2019). OpenSpiel: 游戏中强化学习的框架. arXiv preprint arXiv:1908.09453.
常见问题 (FAQ)
扑克机器人是合法的吗？
没有唯一正确的答案。在商业在线网站上使用自动化机器人通常被网站的服务条款禁止，并且在某些司法管辖区可能是违法的。这些自动化系统仅应用于教育和研究目的。
为什么扑克AI与国际象棋AI不同？
国际象棋和围棋是完全信息博弈，意味着所有棋子/信息都是可见的。扑克是不完全信息博弈，包含隐藏的牌、虚张声势以及对手建模，使得扑克策略更接近现实世界中在不确定性下的决策。
如果我想学习扑克AI，我应该从哪里开始？
从简单的教育性游戏开始：Kuhn Poker → Leduc Poker → CFR的基础实现 → 更大的框架，例如OpenSpiel；这将提供一个易于进入的途径，以便学习更复杂的系统，如PokerRL 或 Deep CFR。
训练扑克AI需要多少计算资源？
对于典型的学术原型，通常100–1000 GPU小时就足够了。但最先进的系统，如Libratus或Pluribus，需要数万到数百万核心小时的超级计算时间。
如果我不打算构建机器人，研究扑克AI还有价值吗？
当然有。如果你理解CFR、GTO和多智能体推理，这些知识可以应用到一系列领域，例如网络安全、谈判以及金融市场。
2025年之后，哪些扑克AI研究方向值得关注？
重要领域包括可解释人工智能（XAI）、大规模多智能体学习，以及更广泛地将基于CFR的策略应用于扑克之外的领域。