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library(tidyverse)
# Implementierung eines vier gewinnt spieles
# "R" bzw 1 wird für rot stehen und "G" bzw -1 für gelb.
start_matrix <- matrix(rep("E", 7 * 6), nrow = 6)
# implementiert einen Zug im Spiel
ziehen <- function(mat, farbe, spalte) {
if (mat[1, spalte] != "E") {
return(list(mat, "Unerlaubter Zug"))
} else {
n_empty <- sum(mat[, spalte] == "E")
mat[n_empty, spalte] <- farbe
return(list(mat, "Erlaubter Zug"))
}
}
# helper function um eine Matrix in Minoren aufzuteilen und diese in einer Liste zu speichern
unterteile_in_minoren <- function(mat, dimension = 4) {
# nur fuer 4 3 und 2 dimensionen
dim_mat <- dim(mat)
list4 <- list()
for (i in 1:(dim_mat[1] + 1 - dimension)) {
for (j in 1:(dim_mat[2] + 1 - dimension)) {
list4 <- append(list4, list(mat[c(i:(i + (dimension - 1))), c(j:(j + (dimension - 1)))]))
}
}
return(list4)
}
# evaluiert einen 4 kreuz 4 Minor, wird dann in spielende() benutzt
analyse_minor <- function(minor, spieler) {
mat_rot <- minor == "R"
mat_gelb <- minor == "G"
mat_leer <- minor == "E"
if (any(rowSums(mat_rot) == 4) | any(rowSums(t(mat_rot)) == 4) | sum(diag(mat_rot)) == 4 | sum(diag(mat_rot[, 4:1])) == 4) {
return(Inf)
} else if (any(rowSums(mat_gelb) == 4) | any(rowSums(t(mat_gelb)) == 4) | sum(diag(mat_gelb)) == 4 | sum(diag(mat_gelb[, 4:1])) == 4) {
return(-Inf)
} else {
rot_gefaehrlich <- sum(rowSums(mat_rot) == 3 & rowSums(mat_leer) == 1) +
sum(rowSums(t(mat_rot)) == 3 & rowSums(t(mat_leer)) == 1) +
as.integer(sum(diag(mat_rot)) == 3 & sum(diag(mat_leer)) == 1) +
as.integer(sum(diag(mat_rot[, 4:1])) == 3 & sum(diag(mat_leer[, 4:1])) == 1)
gelb_gefaehrlich <- sum(rowSums(mat_gelb) == 3 & rowSums(mat_leer) == 1) +
sum(rowSums(t(mat_gelb)) == 3 & rowSums(t(mat_leer)) == 1) +
as.integer(sum(diag(mat_gelb)) == 3 & sum(diag(mat_leer)) == 1) +
as.integer(sum(diag(mat_gelb[, 4:1])) == 3 & sum(diag(mat_leer[, 4:1])) == 1)
# initiale Strategie hat folgende Konstrukte benutzt (nicht sehr erfolgreich)
# minor3_ergeb <- sapply(unterteile_in_minoren(minor,3), function(minor3){
# mat_rot3 <- minor3 == "R"
# mat_gelb3 <- minor3 == "G"
# rot3 <- sum(rowSums(mat_rot3) == 3) + sum(rowSums(t(mat_rot3)) == 3) +
# as.integer(sum(diag(mat_rot3)) == 3) + as.integer(sum(diag(t(mat_rot3))) == 3)
# gelb3 <- sum(rowSums(mat_gelb3) == 3) + sum(rowSums(t(mat_gelb3)) == 3) +
# as.integer(sum(diag(mat_gelb3)) == 3) + as.integer(sum(diag(t(mat_gelb3))) == 3)
# return(rot3 - gelb3)
# },simplify = TRUE)
# minor2_ergeb <- sapply(unterteile_in_minoren(minor,2), function(minor2){
# mat_rot2 <- minor2 == "R"
# mat_gelb2 <- minor2 == "G"
# rot2 <- sum(rowSums(mat_rot2) == 2) + sum(rowSums(t(mat_rot2)) == 2) +
# as.integer(sum(diag(mat_rot2)) == 2) + as.integer(sum(diag(t(mat_rot2))) == 2)
# gelb2 <- sum(rowSums(mat_gelb2) == 2) + sum(rowSums(t(mat_gelb2)) == 2) +
# as.integer(sum(diag(mat_gelb2)) == 2) + as.integer(sum(diag(t(mat_gelb2))) == 2)
# return(rot2 - gelb2)
# },simplify = TRUE)
# freiraum_aussen <- ifelse(sum(minor3_ergeb) != 0,sum(c(minor[1,],minor[2,1],minor[3,1],minor[2,4],minor[3,4]) == "E"),0)
#
# Strategie:
# Gefährdungen ausschalten wichtiger als selbst welche aufzubauen:
if (spieler) {
return(-200 * gelb_gefaehrlich^2 + 10 * rot_gefaehrlich)
} else {
return(-200 * rot_gefaehrlich^2 + 10 * gelb_gefaehrlich)
}
}
}
# evaluiert die ganze Matrix
spielende <- function(mat, spieler) {
# analyse 4kreuz4 Minoren
minoren_ergebnisse <- sapply(unterteile_in_minoren(mat, 4), function(minor) {
analyse_minor(minor, spieler)
}, simplify = TRUE)
# analyse 5kreuz5 minoren für das verhindern von "Fallen"
minoren55_ergebnisse <- sapply(unterteile_in_minoren(mat, 5), function(minor) {
mat_rot <- minor == "R"
mat_gelb <- minor == "G"
mat_leer <- minor == "E"
rot_gefaehrlich <- sum(rowSums(mat_rot) == 3 & rowSums(mat_leer) == 2) +
sum(rowSums(t(mat_rot)) == 3 & rowSums(t(mat_leer)) == 2) +
as.integer(sum(diag(mat_rot)) == 3 & sum(diag(mat_leer)) == 2) +
as.integer(sum(diag(mat_rot[, 5:1])) == 3 & sum(diag(mat_leer[, 5:1])) == 2)
gelb_gefaehrlich <- sum(rowSums(mat_gelb) == 3 & rowSums(mat_leer) == 2) +
sum(rowSums(t(mat_gelb)) == 3 & rowSums(t(mat_leer)) == 2) +
as.integer(sum(diag(mat_gelb)) == 3 & sum(diag(mat_leer)) == 2) +
as.integer(sum(diag(mat_gelb[, 5:1])) == 3 & sum(diag(mat_leer[, 5:1])) == 2)
if (spieler) {
return(-300 * gelb_gefaehrlich + 5 * rot_gefaehrlich)
} else {
return(-300 * rot_gefaehrlich + 5 * gelb_gefaehrlich)
}
}, simplify = TRUE)
# nachträgliche marginale gewichtung der minoren ergebnisse (gefährdungen auf Minoren weiter unten sind relevanter)
minoren_ergebnis <- sum(minoren_ergebnisse * c(rep(c(0.8, 1, 1.2), each = 4))) + sum(minoren55_ergebnisse * c(rep(c(0.8, 1, 1.2), each = 2)))
if (minoren_ergebnis == Inf) {
return("R")
} else if (minoren_ergebnis == -Inf) {
return("G")
} else if (all(mat != "E")) {
return("Unentschieden")
} else {
return(minoren_ergebnis)
}
}
# kleine helper function um mögliche Züge zu bestimmen
moegliche_zuege <- function(mat) {
return(c(1:7)[mat[1, ] == "E"])
}
# Implementierung des Algorithmus
minimax <- function(mat, spieler, tiefe, alpha, beta) {
spielende_temp <- spielende(mat, spieler)
if (spielende_temp %in% c("R", "G", "Unentschieden") | tiefe == 0) {
return(list(
best_val = spielende_temp,
best_move = "",
alpha,
beta
))
}
best_move <- ""
if (spieler) {
best_val <- -Inf
symbol <- "R"
} else {
best_val <- Inf
symbol <- "G"
}
for (zug in sample(moegliche_zuege(mat))) {
new_mat <- ziehen(mat, symbol, zug)[[1]]
hypo_val <- minimax(new_mat, !spieler, tiefe - 1, alpha, beta)$best_val
if (is.character(hypo_val) & hypo_val == "Unentschieden") {
hypo_val <- 0
}
if (is.character(hypo_val) & hypo_val == "R") {
hypo_val <- Inf
}
if (is.character(hypo_val) & hypo_val == "G") {
hypo_val <- -Inf
}
if (spieler & hypo_val > best_val) {
best_val <- hypo_val
best_move <- zug
alpha <- max(alpha, best_val)
}
if (!spieler & hypo_val < best_val) {
best_val <- hypo_val
best_move <- zug
beta <- min(beta, best_val)
}
if (alpha > beta) {
break
}
}
return(list(
best_val = best_val,
best_move = best_move,
alpha,
beta
))
}
# Plotten der Matrix
plot_grid <- function(mat) {
colnames(mat) <- as.character(1:7)
mat %>%
as_tibble() %>%
mutate(n_row = 6:1) %>%
pivot_longer(as.character(1:7)) %>%
mutate(n_col = as.integer(name)) %>%
ggplot(aes(x = n_col, y = n_row, fill = value)) +
geom_point(shape = 21, size = 22) +
scale_fill_manual(
values = c(E = "white", R = "#481796", G = "#bc80bf"),
guide = NULL
) +
labs(x = "", y = "") +
theme_bw() +
xlim(0.5, 7.5) +
ylim(0.5, 6.5) +
theme(
axis.ticks = element_blank(),
axis.text = element_blank(),
panel.grid.minor = element_line(colour = "#7575a3", size = 2),
panel.grid.major = element_line(colour = "#7575a3", size = 2),
panel.background = element_rect(fill = "#a3a3c2", colour = "#a3a3c2"),
plot.background = element_rect(fill = "#7575a3", colour = "#7575a3"),
plot.margin = margin(20, 20, 0, 0)
)
}
#####################################################################################################################
#####################################################################################################################
#
#
# Shiny Teil
#
#
#####################################################################################################################
#####################################################################################################################
library(shiny)
library(shinydashboard)
ui <- fluidPage(
tags$head(
tags$link(href = "style.css", rel = "stylesheet", type = "text/css"),
tags$script(src = "http://platform.twitter.com/widgets.js")
),
tags$div(
class = "title-app",
tags$h1("Vier Gewinnt"),
tags$h4("Bezwinge den Computer!"), tags$br(),
tags$h5("Deine Farbe:", tags$span("BLAU", style = "color: #481796;font-weight: bold"))
),
tags$br(),
tags$style(HTML(".js-irs-0 .irs-single, .js-irs-0 .irs-bar-edge, .js-irs-0 .irs-bar {background: #FFFFFF; color: #041f70}")),
tags$div(
style = "width: 33%; margin: auto; color: #FFFFFF; text-align: center;",
tags$br(),
sliderInput("tiefe", label = "Einstellung der Schwierigkeit:", min = 1, max = 5, value = 3, width = "100%"),
tags$br()
),
tags$div(
style = "width: 650px; margin: auto;",
tags$br(),
plotOutput("spielfeld", click = "plot_click"),
tags$br()
),
tags$div(
style = "width: 650px; margin: auto; text-align: center;",
tags$br(),
actionButton("reset", label = "Neues Spiel", icon = icon("redo")),
tags$br(),
tags$br()
),
)
#####################################################################################################################
server <- function(input, output, session) {
values <- reactiveValues(mat = start_matrix, text = "Weiter", over = FALSE)
observeEvent(input$reset, {
values$mat <- start_matrix
values$text <- "Weiter"
values$over <- FALSE
})
# clicken aufs spielfeld:
observeEvent(input$plot_click, {
x_click <- round(input$plot_click$x)
if (!values$over & x_click %in% moegliche_zuege(values$mat)) {
values$mat <- ziehen(values$mat, "R", x_click)[[1]]
spielende_temp <- spielende(values$mat, TRUE)
if (is.character(spielende_temp)) {
values$over <- TRUE
values$text <- spielende_temp
} else {
minimax_res <- minimax(values$mat, FALSE, input$tiefe, -20000, 20000)
if (!is.numeric(minimax_res$best_move)) {
moeglich_temp <- moegliche_zuege(values$mat)
if (length(moeglich_temp) == 0) {
values$over <- TRUE
values$text <- spielende(values$mat, TRUE)
} else {
next_move <- sample(moeglich_temp, 1)
}
} else {
next_move <- minimax_res$best_move
}
values$mat <- ziehen(values$mat, "G", next_move)[[1]]
spielende_temp <- spielende(values$mat, TRUE)
if (is.character(spielende_temp)) {
values$over <- TRUE
values$text <- spielende_temp
}
}
}
})
observe({
if (values$text == "R") {
print(paste0(input$tiefe, "__Gewonnen+++++++++++++++++++++++++++++++"))
showModal(modalDialog(
tags$div(
style = "text-align: center;color: #7575a3;font-weight: bold;",
tags$h2(
tags$span(icon("trophy"), style = "color: #F7E32F;"),
"Du hast GEWONNEN!",
tags$span(icon("trophy"), style = "color: #F7E32F;")
),
tags$br(), tags$br(),
actionButton(
inputId = "reload",
label = "Nochmal!",
style = "width: 100%; color: #7575a3"
)
),
footer = NULL,
easyClose = FALSE
))
} else if (values$text == "G") {
print(paste0(input$tiefe, "__Verloren---------------------------"))
showModal(modalDialog(
tags$div(
style = "text-align: center;color: #7575a3;font-weight: bold;",
tags$h2(
tags$span(icon("skull"), style = "color: #000000;"),
"Du hast VERLOREN!",
tags$span(icon("skull"), style = "color: #000000;")
),
tags$br(), tags$br(),
actionButton(
inputId = "reload",
label = "Nochmal!",
style = "width: 100%;"
)
),
footer = NULL,
easyClose = FALSE
))
} else if (values$text == "Unentschieden") {
print(paste0(input$tiefe, "__Unentschieden========================="))
showModal(modalDialog(
tags$div(
style = "text-align: center;color: #7575a3;font-weight: bold;",
tags$h2(
tags$span(icon("meh"), style = "color: #fd8d03;"),
"Unentschieden!",
tags$span(icon("meh"), style = "color: #fd8d03;")
),
tags$br(), tags$br(),
actionButton(
inputId = "reload",
label = "Nochmal!",
style = "width: 100%;"
)
),
footer = NULL,
easyClose = FALSE
))
}
})
observeEvent(input$reload,
{
session$reload()
},
ignoreInit = TRUE
)
output$spielfeld <- renderPlot({
plot_grid(values$mat)
})
}
# Run the application
shinyApp(ui = ui, server = server)