《星际争霸2》人工智能研究环境 SC2LE 初体验

雷锋网按：本文原作者 Flood Sung 、 杜克 ，原文载于作者的知乎专栏—— 智能单元 ，雷锋网 (公众号：雷锋网) 经授权发布。

1 前言

2017年8月10号，DeepMind联合暴雪发布了星际争霸2人工智能研究环境SC2LE，从而使人工智能的研究进入到一个全新的阶段。这次，研究人工智能的小伙伴们可以边玩游戏边做研究了。

为了让更多的朋友了解SC2LE研究环境，我们在第一时间对其进行安装测试，并对DeepMind发布的pysc2代码进行分析，初步了解基于pysc2的RL开发方法。下面我们将一一进行介绍。

2 测试使用设备

• Macbook Pro 13inch （MacOS Sierra）

• Alienware 13inch （Ubuntu 14.04）

3 安装方法

3.1 Mac环境下的安装

（1）安装pysc2

pip install pysc2

如果权限不够，就加上sudo：

sudo pip install pysc2

程序会自动安装各种依赖：

 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）然后在国服下载mac版的星际争霸客户端： https://www.battlenet.com.cn/account/download/ ，mac版的，然后安装，30个G，3.16.1版本。

（3）下载完毕可以运行游戏就OK

（4）下载Map Packs，mini-game和replay： Blizzard/s2client-proto ， https://github.com/deepmind/pysc2/releases/download/v1.0/mini_games.zip

（5）进入星际争霸2的目录

（6）创建Maps文件夹

（7）将Map Packs和mini-game压缩包都解压到Maps目录下，密码是iagreetotheeula

（8）打开终端，输入python -m pysc2.bin.agent --map Simple64进行测试。

下面为示意图：

大家可以看到 在Mac下既显示了原始的游戏画面，又显示了feature的画面 。

3.2 Ubuntu环境下安装

（1）安装pysc2 （和Mac相同）

sudo pip install pysc2

（2）下载Linux版本的星际2： Blizzard/s2client-proto  并解压在Home目录下,解压密码：iagreetotheeula

（3）下载Map Packs，mini-game： Blizzard/s2client-proto ， https://github.com/deepmind/pysc2/releases/download/v1.0/mini_games.zip 。将文件解压到~/StarCraft2/Maps 下。

（4）打开终端，输入python -m pysc2.bin.agent --map Simple64进行测试。

下面为两个不同地图的示意图：

Linux下没有原始游戏画面。

4 测试

（1）基本测试

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 名称没有LE！

（3）不使用agent， 手动玩！

python -m pysc2.bin.play --map MoveToBeacon

（4）使用特定agent来玩（比如MoveToBeacon这个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>

5 如何进行RL开发

前面只是安装，到这里才是最关键的。要知道如何进行RL开发，要首先知道pysc2的代码是如何运行的。

在上一小结测试中，我们看到第四种可以指定agent。所以，我们可以自己编写一个agent文件，从而使得环境运行我们自己的agent：

python -m pysc2.bin.agent --map<Map> --agent<Agent>

那么如何来编写这个agent呢？

pysc2的代码中为什么构建了一个BaseAgent，我们只需要在BaseAgent的基础上，构造一个新的agent的类，然后在里面的step函数中实现我们的RL算法即可。

基本的程序架构如下：

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包含所有的观察信息，包括feature maps，reward及可执行动作actions等信息。step这个函数的目标是输出动作给环境执行。RL算法需要处理obs然后输出action。

我们来看一下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])

我们可以看到，上面的代码直接获取了beacon的位置信息（neutral_y,neutral_x），从而直接给出动作。但是为了使用RL算法，我们需要获取feature map的图像信息。然后我发现上面代码中的player_relative就是图像信息，可以直接通过opencv或者plt输出显示。如下图最右边的显示：

下面总结一下state , action, reward的获取方式：

（1）state，也就是各种feature map，通过obs.observation["screen"][feature_map_name] 获取

（2）action，可以使用的action，通过obs.observation["available_actions"] 获取

（3）reward，通过obs.reward获取。

知道这些RL关键信息的获取，我们也就可以编写RL代码来玩星际2的小任务了。

值得注意的是，星际2的动作actions非常复杂，pysc2把动作封装成带参数的函数。比如上面的Move动作，需要target目标位置的2维参数。所以，如果输出动作是一个复杂的问题。官方的论文中使用了auto-regressive自回归的方式，也就是先输出Move这个动作，然后在此基础上再输出target，从而形成完整的动作，最后输出。

5 小结

本文对SC2LE进行了初体验，包括安装，测试和RL开发的代码研究。整体来看，DeepMind这次联合暴雪确实做了非常精良的代码工作，SC2LE有以下几个优点：

1. 对于API封装得很好，可以非常方便的进行RL开发

2. 直接提供了Feature Map信息方便卷积神经网络CNN的使用。

3. 跨平台支持，特别是对Linux平台的支持，非常方便广大深度学习开发者的使用。

4. 提供Replay数据库及Replay接口，为进行imitation learning模仿学习的研究提供了极大的方便。

5. 提供了Mini Game，方便大家从简单入手。

6. 提供了天梯地图，满足大家挑战高难度的欲望！

总的来说，SC2LE真的是非常友好的一个研究平台，值得大家入手研究，也相信未来会有越来越多的人工智能玩星际2的成果出来！

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