Моделювання та реалізація скінченного автомату

Abstract

Актуальність теми: Скінченні автомати мають багато застосувань у математиці, інформатиці та інженерії. Їх використовують у багатьох сферах, від обробки природної мови та розробки відеоігор до штучного інтелекту та робототехніки. Моделювання та реалізація скінченних автоматів є важливим у багатьох з цих областей, оскільки вони можуть забезпечити ефективне вирішення проблем, які не можуть бути вирішені за допомогою традиційних алгоритмів. Мета роботи: Спростити та покращити процес створення штучного інтелекту у відеоіграх та інших системах, шляхом розробки програмного забезпечення, а саме створення бібліотеки на основі математичної моделі скінченного автомату. Об’єкт дослідження: Процес створення симуляції штучного інтелекту на основі правил у відеоіграх та інших системах. Предмет дослідження: Програмна бібліотека на основі математичної моделі скінченного автомату, для створення штучного інтелекту у відеоіграх та інших системах з кінченим набором станів поведінки. Практична значимість: Розроблена бібліотека може використовуватися іншими інженерами або програмістами, для створення власних ШІ у відеоіграх або інших програмах, системах, проєктах. Робота пройшла апробацію під час XXV Всеукраїнської науково-практичної конференції «Могилянські читання» (Миколаїв, 07–10 лютого 2023 р.). Публікації. Основні положення та результати магістерської роботи опубліковані у збірнику матеріалів XXV Всеукраїнської науково-практичної конференції «Могилянські читання–2022». У першому розділі роботи проводиться огляд існуючих рішень реалізації ШІ, визначається специфікація вимог до розробляємої бібліотеки, проводиться вибір підходів до реалізації. За висновками розділу було обрано підхід до реалізації ШІ на основі правил, а саме – скінченний автомат. Також було обрано мову програмування C# та .NET, у якості підходу реалізації бібліотеки. У другому розділі було змодельовано скінченний автомат, далі на основі цієї моделі спроєктовано програмну бібліотеку. Також було спроєктовано два проєкти приклади, один з яких відеогра-демонстрація, а інший апаратний проєкт. У третьому розділі описано процес розробки програмної бібліотеки ШІ, а також проєктів прикладів з використанням розробленої бібліотеки. За висновками розділу, було розроблено програмну бібліотеку, на її основі реалізовано гру-демонстрацію та написано код для вбудованої системи на базі плати Arduino Uno, також для демонстрації використання бібліотеки. У четвертому розділі було проведено тестування бібліотеки ручним та автоматичним способом, дослідження і порівняння процесу розробки ШІ за допомогою власного рішення і аналогу, аналіз результатів тестування і досліджень. За висновками розділу було підсумовано, розроблене власне рішення має менший розмір, більшу гнучкість та універсальність, спрощений процес налаштування ШІ, можливість розгортання на багатьох платформах. КМР викладена на ___ сторінки, вона містить 4 розділи, 24 ілюстрацій, 2 таблиці, 12 джерел в переліку посилань. Relevance of the topic: Finite automata have many applications in mathematics, computer science, and engineering. They are used in many areas, from natural language processing and video game development to artificial intelligence and robotics. The modeling and implementation of finite state machines is important in many of these areas because they can provide efficient solutions to problems that cannot be solved using traditional algorithms. Objective: To simplify and improve the process of creating artificial intelligence in video games and other systems by developing software, namely creating a library based on the mathematical model of a finite automaton. Object of research: The process of creating a rule-based artificial intelligence simulation in video games and other systems. Subject of research: A software library based on the mathematical model of a finite state machine for creating artificial intelligence in video games and other systems with a finite set of behavioral states. Practical significance: The developed library can be used by other engineers or programmers to create their own AI in video games or other programs, systems, and projects. The work was tested during the XXV All-Ukrainian Scientific and Practical Conference "Mohyla Readings" (Mykolaiv, February 07-10, 2023). Publications. The main provisions and results of the master's thesis are published in the proceedings of the XXV All-Ukrainian Scientific and Practical Conference "Mohyla Readings-2022". The first chapter of the work reviews existing AI implementation solutions, defines the specification of requirements for the library under development, and selects approaches to implementation. Based on the conclusions of the section, a rule-based approach to AI implementation was chosen, namely, a finite state machine. The C# and .NET programming languages were also chosen as the library implementation approach. In the second section, we modeled a finite state machine, and then designed a software library based on this model. Two example projects were also designed, one of which is a video game demo and the other a hardware project. The third chapter describes the process of developing the AI software library, as well as the example projects using the developed library. According to the conclusions of the chapter, a software library was developed, a demo game was implemented on its basis, and code was written for an embedded system based on the Arduino Uno board, also to demonstrate the use of the library. The fourth chapter included testing the library manually and automatically, researching and comparing the AI development process using our own solution and an analog, and analyzing the results of testing and research. The chapter concluded that the developed proprietary solution has a smaller size, greater flexibility and versatility, a simplified process of AI customization, and the ability to be deployed on many platforms. The overall scope of the work is __ pages. Thesis contains 4 sections, 24 applications, 2 tables, 12 references in the list of links.