微软麻将AI来了！已在国际专业麻将平台“天凤”上荣升十段

今年6月，由微软亚洲研究院开发的麻将AI系统Suphx成为首个在国际专业麻将平台“天凤”上荣升十段的AI系统，这是目前AI系统在麻将领域取得的最好成绩，其实力超越该平台公开房间顶级人类选手的平均水平。

今天，微软首次对外正式披露了该项目的详细进展，这个项目由微软亚洲研究院副院长刘铁岩带队的四人团队组成，用时一年，成绩显著。

大家可能有很多疑问，麻将AI和我们熟知的围棋AI有哪些不同？都是人工智能那谁更厉害？麻将AI又能做什么？网易智能同微软团队进行了深入的交流。

他们为什么选择麻将！

实际上，打造麻将AI要比打造已经压制人类的谷歌围棋AI难度更大。因为如果是围棋，棋局信息是公开的，但对于麻将而言，有太多的隐藏信息，并且有更多的随机性。

换句话讲，麻将这类非完美信息游戏，与围棋、象棋等完美信息游戏相比，对人工智能来说具有更大的挑战性，如果说围棋的可观测状态信息是10的172次方，隐藏的不确定信息为0，那么，麻将的可观测状态信息则是10的121次方，可怕的是隐藏的不确定信息达到了10的48次方。

刘铁岩向网易智能表示，我们生活的世界是由许许多多的随机事件构成的，而且在很多情况下，无法知晓的信息也许远多于我们能够掌握的信息，而我们仍然要在这样信息不完全的条件下做出大大小小的决策。

“AI在非完美信息游戏中的突破，将有助于协助人类应对更多高度复杂的现实问题，尤其是在智能交通、金融投资等容易受到随机突发状况影响的场景中“。他谈到。

AI如何在天凤“打怪升级”

据介绍，由于长期在民间广为流传，不同地区的麻将玩法非常多样，缺乏统一的规则标准和评价体系。日本在线麻将竞技平台“天凤”，因其完善的竞技规则、专业的段位体系，成为专业麻将平台，受到职业麻将界的广泛承认。

刘铁岩介绍，天凤平台为高水平麻将玩家提供两种竞技房间：“特上房”对四段以上所有玩家免费开放，允许AI参与游戏，目前所有玩家在此房间的最高段位是十段；

“凤凰房”仅对七段以上的人类付费玩家开放，目前不允许AI参与游戏，在该房间能够达到的最高段位是十一段，称为“天凤位”。自天凤平台在2006年推出以来，全平台达到四人麻将天凤位的麻将高手仅有13位[JL1] ，曾经达到过十段的选手约有180位，而现役十段的人类选手也仅有十几位。

而微软亚洲研究院开发的麻将AI系统Suphx于3月登陆天凤平台，在AI能够参与的公开竞技房“特上房”，Suphx与人类选手展开了5000余场四人麻将对局，在这5000余场对局中，Suphx的稳定段位超过了8.7。

刘铁岩透露，他们也在和天凤平台探讨，以怎样的方式让Suphx进入还不允许AI参与的凤凰房。

麻将AI到底难在哪？

与象棋、围棋、德州扑克等棋牌类游戏相比，麻将具有更复杂的隐藏信息和更高的难度。

总体而言，微软亚洲研究院将麻将AI面临的挑战总结为以下三点：

首先，巨大的状态空间：与只有52张牌的德州扑克相比，136张麻将牌的排列组合可能性更多。同时，麻将中同一个玩家两次出牌之间，夹杂了其他三个玩家的出牌和自己摸的底牌，可能出现的不同局面数目非常巨大。值得特别指出的是，在麻将中，4位玩家的出牌顺序是不固定的，任意一位玩家的“吃碰杠”都可能使出牌顺序突然改变，导致游戏树不规则、且动态变化。这些特点使麻将很难直接利用AlphaGo等棋盘游戏AI常用的蒙特卡洛树搜索算法。

其次，非完美信息博弈：象棋和围棋属于完美信息游戏，玩家可以看到棋局中对方玩家的落子。麻将则存在大量的隐藏信息。具体而言，麻将中每个玩家可以有13张手牌，另外还有84张底牌。对于一个玩家而言，他只知道自己手里的13张牌和之前已经打出来的牌，却无法知道别人的手牌和没有翻出来的底牌，所以最多可以有超过120张未知的牌[JL2] 。这么多的未知信息使得麻将的难度非常高。一方面，由于随机性太大，玩家即便在出牌决策中估计对方玩家手牌、底牌等不可见的牌，也无法避免不确定性对于游戏走向的影响。这将对AI模型的训练带来很大挑战：AI模型很难发现已知牌面信息和最优打法之间的逻辑链路。另一方面，丰富的隐藏信息导致游戏树的宽度非常大，对树搜索算法的可行性提出了进一步的挑战。

其三，复杂的奖励机制：日本麻将的规则是“无役不能和牌”，多样的特殊牌面构成了复杂的“役种”和番数计算规则。一轮游戏共包含8局，单局得分与役种和番数相关，最后根据8局的得分总和进行排名，来形成最终影响段位的点数奖惩。因此有时麻将高手会策略性输牌，例如，在第8轮时如果A玩家已经大比分领先第二名，他可能会故意放炮给排名第四的玩家，来防止总分被排名第二的玩家反超，保证自己在最终结算时获得最大的点数奖励。这为构建高超的麻将AI策略带来了额外的挑战，AI需要审时度势，把握进攻与防守的时机。

三大技术见招拆招

“面对麻将游戏的巨大挑战，AI仅靠强大的计算力无法从根本上解决问题，而需要更强的直觉、预测、推理和模糊决策能力，“微软亚洲研究院副院长、机器学习领域负责人刘铁岩博士表示。他们的主要技术应用可以概况为先知教练、全盘预测、自适应决策。

据了解，微软亚洲研究院针对麻将的特点与难点尝试了一系列基于强化学习的新算法，比如，为了应对巨大的状态空间，研究团队引入了全新的机制对探索过程的多样性进行动态调控，让Suphx可以比传统算法更加充分地试探牌局状态的不同可能；另一方面，一旦某一轮的底牌给定，其状态子空间会大幅缩小；所以研究团队让Suphx在推理阶段根据本轮的牌局来动态调整策略，对缩小了的状态子空间进行更有针对性的探索，从而更好地根据本轮牌局的演进做出自适应的决策。

其次，针对非完美信息博弈的挑战，Suphx尝试了先知教练技术来提升强化学习的效果。其基本思想是在自我博弈的训练阶段利用不可见的一些隐藏信息来引导AI模型的训练方向，使其学习路径更加清晰、更加接近完美信息意义下的最优路径，从而倒逼AI模型更加深入地理解可见信息，从中找到有效的决策依据。

另外，对于麻将复杂的牌面表达和计分机制，研究团队还利用全盘预测技术搭建起每轮比赛和8轮过后的终盘结果之间的桥梁。可以让AI理解每轮比赛对终盘的不同贡献，从而将终盘的奖励信号合理地分配回每一轮比赛之中，以便对自我博弈的过程进行更加直接而有效的指导，并使得Suphx可以学会一些具有大局观的高级技巧。

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