輕松實現(xiàn)TensorFlow微信跳一跳的AI

更新時間：2018年01月05日 09:39:47 作者：zhanys_7

這篇文章主要教大家如何輕松實現(xiàn)TensorFlow微信跳一跳的AI，具有一定的參考價值，感興趣的小伙伴們可以參考一下

作為python和機器學習的初學者，目睹了AI玩游戲的各種風騷操作，心里也是躍躍欲試。

然后發(fā)現(xiàn)微信跳一跳很符合需求，因為它不需要處理連續(xù)畫面（截屏太慢了）和復雜的操作，很適合拿來練手。于是…這個東西誕生了，目前它一般都可以跳到100多分，發(fā)揮好了能上200。

1.需要設備：

Android手機，數(shù)據(jù)線
ADB環(huán)境
Python環(huán)境（本例使用3.6.1）
TensorFlow（本例使用1.0.0）

2.大致原理

使用adb模擬點擊和截屏，使用兩層卷積神經(jīng)網(wǎng)絡作為訓練模型，截屏圖片作為輸入，按壓毫秒數(shù)直接作為為輸出。

3.訓練過程

最開始想的用強化學習，然后發(fā)現(xiàn)讓它自己去玩成功率太！低！了！，加上每次截屏需要大量時間，就放棄了這個方法，于是考慮用自己玩的數(shù)據(jù)作為樣本喂給它，這樣就需要知道每次按壓的時間。

我是這樣做的，找一個手機寫個app監(jiān)聽按壓屏幕時間，另一個手機玩游戲，然后兩個手指同時按兩個手機o(╯□╰)o

4.上代碼

首先，搭建模型：

第一層卷積：5*5的卷積核，12個featuremap，此時形狀為96*96*12
池化層：4*4 max pooling，此時形狀為24*24*12
第二層卷積：5*5的卷積核，24個featuremap，此時形狀為20*20*24
池化層：4*4 max pooling，此時形狀為5*5*24
全連接層：5*5*24連接到32個節(jié)點，使用relu激活函數(shù)和0.4的dropout率
輸出：32個節(jié)點連接到1個節(jié)點，此節(jié)點就代表按壓的時間（單位s）

# 輸入：100*100的灰度圖片，前面的None是batch size，這里都為1 
x = tf.placeholder(tf.float32, shape=[None, 100, 100, 1]) 
# 輸出：一個浮點數(shù)，就是按壓時間，單位s 
y_ = tf.placeholder(tf.float32, shape=[None, 1]) 
 
# 第一層卷積 12個feature map 
W_conv1 = weight_variable([5, 5, 1, 12], 0.1) 
b_conv1 = bias_variable([12], 0.1) 
# 卷積后為96*96*12 
 
h_conv1 = tf.nn.relu(conv2d(x, W_conv1) + b_conv1) 
h_pool1 = max_pool_4x4(h_conv1) 
# 池化后為24*24*12 
 
# 第二層卷積 24個feature map 
W_conv2 = weight_variable([5, 5, 12, 24], 0.1) 
b_conv2 = bias_variable([24], 0.1) 
# 卷積后為20*20*24 
 
h_conv2 = tf.nn.relu(conv2d(h_pool1, W_conv2) + b_conv2) 
h_pool2 = max_pool_4x4(h_conv2) 
# 池化后為5*5*24 
 
# 全連接層5*5*24 --> 32 
W_fc1 = weight_variable([5 * 5 * 24, 32], 0.1) 
b_fc1 = bias_variable([32], 0.1) 
h_pool2_flat = tf.reshape(h_pool2, [-1, 5 * 5 * 24]) 
h_fc1 = tf.nn.relu(tf.matmul(h_pool2_flat, W_fc1) + b_fc1) 
 
# drapout，play時為1訓練時為0.6 
keep_prob = tf.placeholder(tf.float32) 
h_fc1_drop = tf.nn.dropout(h_fc1, keep_prob) 
# 學習率 
learn_rate = tf.placeholder(tf.float32) 
 
# 32 --> 1 
W_fc2 = weight_variable([32, 1], 0.1) 
b_fc2 = bias_variable([1], 0.1) 
y_fc2 = tf.matmul(h_fc1_drop, W_fc2) + b_fc2 
 
# 因輸出直接是時間值，而不是分類概率，所以用平方損失 
cross_entropy = tf.reduce_mean(tf.square(y_fc2 - y_)) 
train_step = tf.train.AdamOptimizer(learn_rate).minimize(cross_entropy)

其次，獲取屏幕截圖并轉換為模型輸入：

# 獲取屏幕截圖并轉換為模型的輸入 
def get_screen_shot(): 
  # 使用adb命令截圖并獲取圖片，這里如果把后綴改成jpg會導致TensorFlow讀不出來 
  os.system('adb shell screencap -p /sdcard/jump_temp.png') 
  os.system('adb pull /sdcard/jump_temp.png .') 
  # 使用PIL處理圖片，并轉為jpg 
  im = Image.open(r"./jump_temp.png") 
  w, h = im.size 
  # 將圖片壓縮，并截取中間部分，截取后為100*100 
  im = im.resize((108, 192), Image.ANTIALIAS) 
  region = (4, 50, 104, 150) 
  im = im.crop(region) 
  # 轉換為jpg 
  bg = Image.new("RGB", im.size, (255, 255, 255)) 
  bg.paste(im, im) 
  bg.save(r"./jump_temp.jpg") 
 
  img_data = tf.image.decode_jpeg(tf.gfile.FastGFile('./jump_temp.jpg', 'rb').read()) 
  # 使用TensorFlow轉為只有1通道的灰度圖 
  img_data_gray = tf.image.rgb_to_grayscale(img_data) 
  x_in = np.asarray(img_data_gray.eval(), dtype='float32') 
 
  # [0,255]轉為[0,1]浮點 
  for i in range(len(x_in)): 
    for j in range(len(x_in[i])): 
      x_in[i][j][0] /= 255 
 
  # 因為輸入shape有batch維度，所以還要套一層 
  return [x_in]

以上代碼過程大概是這樣：

最后，開始訓練：

while True: 
 
  ………… 
 
  # 每訓練100個保存一次 
  if train_count % 100 == 0: 
    saver_init.save(sess, "./save/mode.mod") 
 
  …………   
  
  sess.run(train_step, feed_dict={x: x_in, y_: y_out, keep_prob: 0.6, learn_rate: 0.00005})

訓練所用數(shù)據(jù)是直接從采集好的文件中讀取的，由于樣本有限（目前采集了800張圖和對應800個按壓時間，在github上train_data文件夾里），并且學習率太大又會震蕩，只能用較小學習率反復學習這些圖片。

5.總結

1.樣本的按壓時間大都分布在300ms到900ms之間，剛開始訓練的時候發(fā)現(xiàn)不論什么輸入，輸出都一直很謹慎的停留在600左右，還以為這種方法不可行。不過半個小時后再看發(fā)現(xiàn)已經(jīng)有效果了，對于不同的輸入，輸出值差距開始變大了。所以…相信卷積網(wǎng)絡的威力，多給它點耐心。

2.由于我自己最多玩到100多分，后面的數(shù)據(jù)沒法采集到，所以當后面物體變得越來越小時，這個AI也會變得容易掛掉。理論上說讓它自己探索不會有這個瓶頸，只是截屏時間實在難以忍受。

3.目前還是初級的版本，有很多可以優(yōu)化的地方，比如說識別左上角的分數(shù)，如果某次跳躍得分較高，那么可以把這次的學習率增大；檢測特殊物體，比如超市音樂盒，就停留幾秒再進行下一次跳躍，等等。

下面是github地址，源碼加注釋總共不到300行：
https://github.com/zhanyongsheng/LetsJump

更多內容大家可以參考專題《微信跳一跳》進行學習。

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