Unity 中用有限状态机来实现一个 AI

最近在阅读《游戏人工智能编程案例精粹（修订版）》，本文是书中第二章的一篇笔记。

有限状态机（英语：Finite-state machine, 缩写：FSM），是一个被数学家用来解决问题的严格形式化的设备，在游戏业中也常见有限状态机的身影。

对于游戏程序员来说，可以用下面这个定义来了解：

一个有限状态机是一个设备（device），或是一个设备模型（a model of a device）。具有有限数量的状态，它可以在任何给定的时间根据输入进行操作，是的从一个状态变换到另一个状态，或者是促使一个输出或者一种行为的发生。一个有限状态机在任何瞬间只能处在一种状态。
——《游戏人工智能编程案例精粹（修订版）》 Mat Buckland

有限状态机就是要把一个对象的行为分解成易于处理的“块”或者状态。拿某个开关来说，我们可以把它分成两个状态：开或关。其中开开关这个操作，就是一次状态转移，使开关的状态从“关”变换到“开”，反之亦然。

拿游戏来举例，一个 FPS 游戏中的敌人 AI 状态可以分成：巡逻、侦查（听到了玩家）、追逐（玩家出现在 AI 视野）、攻击（玩家进入 AI 攻击范围）、死亡等，这些有限的状态都互相独立，且要满足某种条件才能从一个状态转移到另外一个状态。

有限状态机由三部分组成：

存储任务信息的一些状态（states），例如一个 AI 可以有探索状态、追踪状态、攻击状态等等。
状态之间的一些变换（transitions），转移代表状态的转移，并且描述着状态转移的条件。例如听到了主角的脚步声，就转移到追踪状态。
需要跟随每个状态的一系列行为（actions）。例如在探索状态，要随机移动和找东西。

下图是只有三种状态的 AI 的有限状态机图示：

优缺点

实现有限状态机之前，要先了解它的优点：

编程快速简单：很多有限状态机的实现都较简单，本文会列出三种实现方法。
易于调试：因为行为被分成单一的状态块，因此要调试的时候，可以只跟踪某个异常状态的代码。
很少的计算开销：几乎不占用珍贵的处理器时间，因为除了 if-this-then-that 这种思考处理之外，是不存在真正的“思考”的。
直觉性：人们总是自然地把事物思考为处在一种或另一种状态。人类并不是像有限状态机一样工作，但我们发现这种方式下考虑行为是很有用的，或者说我们能更好更容易地进行 AI 状态的分解和创建操作 AI 的规则，容易理解的概念也让程序员之间能更好地交流其设计。
灵活性：游戏 AI 的有限状态机能很容易地由程序员进行调整，增添新的状态和规则也很容易扩展一个 AI 的行为。

有限状态机的缺点是：

当状态过多时，难以维护代码。
《AI Game Development》的作者 Alex J. Champandard 发表过一篇文章《10 Reasons the Age of Finite State Machines is Over》

if-then 实现

这是第一种实现有限状态机的方法，用一系列 if-then 语句或者 switch 语句来表达状态。

下面拿那个只有三个状态的僵尸 AI 举例：

public enum ZombieState
{
    Chase, Attack, Die
}

public class Zombie : MonoBehaviour
{
    private ZombieState currentState;

    private void Update()
    {
        switch (currentState)
        {
            case ZombieState.Chase:
                if (currentHealth <= 0)
                {
                    ChangeState(ZombieState.Die);
                }
                // 玩家在攻击范围内则进入攻击状态
                if (PlayerInAttackRange())
                {
                    ChangeState(ZombieState.Attack);
                }
                break;
            case ZombieState.Attack:
                if (currentHealth <= 0)
                {
                    ChangeState(ZombieState.Die);
                }
                if (!PlayerInAttackRange())
                {
                    ChangeState(ZombieState.Chase);
                }
                break;
            case ZombieState.Die:...剩余内容已隐藏
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Unity 中用有限状态机来实现一个 AI
2018年6月23日 02:19
最近在阅读《游戏人工智能编程案例精粹（修订版）》，本文是书中第二章的一篇笔记。
有限状态机（英语：Finite-state machine, 缩写：FSM），是一个被数学家用来解决问题的严格形式化的设备，在游戏业中也常见有限状态机的身影。
对于游戏程序员来说，可以用下面这个定义来了解：
一个有限状态机是一个设备（device），或是一个设备模型（a model of a device）。具有有限数量的状态，它可以在任何给定的时间根据输入进行操作，是的从一个状态变换到另一个状态，或者是促使一个输出或者一种行为的发生。一个有限状态机在任何瞬间只能处在一种状态。
——《游戏人工智能编程案例精粹（修订版）》 Mat Buckland
有限状态机就是要把一个对象的行为分解成易于处理的“块”或者状态。拿某个开关来说，我们可以把它分成两个状态：开或关。其中开开关这个操作，就是一次状态转移，使开关的状态从“关”变换到“开”，反之亦然。
拿游戏来举例，一个 FPS 游戏中的敌人 AI 状态可以分成：巡逻、侦查（听到了玩家）、追逐（玩家出现在 AI 视野）、攻击（玩家进入 AI 攻击范围）、死亡等，这些有限的状态都互相独立，且要满足某种条件才能从一个状态转移到另外一个状态。
有限状态机由三部分组成：
存储任务信息的一些状态（states），例如一个 AI 可以有探索状态、追踪状态、攻击状态等等。
状态之间的一些变换（transitions），转移代表状态的转移，并且描述着状态转移的条件。例如听到了主角的脚步声，就转移到追踪状态。
需要跟随每个状态的一系列行为（actions）。例如在探索状态，要随机移动和找东西。
下图是只有三种状态的 AI 的有限状态机图示：
优缺点
实现有限状态机之前，要先了解它的优点：
编程快速简单：很多有限状态机的实现都较简单，本文会列出三种实现方法。
易于调试：因为行为被分成单一的状态块，因此要调试的时候，可以只跟踪某个异常状态的代码。
很少的计算开销：几乎不占用珍贵的处理器时间，因为除了 if-this-then-that 这种思考处理之外，是不存在真正的“思考”的。
直觉性：人们总是自然地把事物思考为处在一种或另一种状态。人类并不是像有限状态机一样工作，但我们发现这种方式下考虑行为是很有用的，或者说我们能更好更容易地进行 AI 状态的分解和创建操作 AI 的规则，容易理解的概念也让程序员之间能更好地交流其设计。
灵活性：游戏 AI 的有限状态机能很容易地由程序员进行调整，增添新的状态和规则也很容易扩展一个 AI 的行为。
有限状态机的缺点是：
当状态过多时，难以维护代码。
《AI Game Development》的作者 Alex J. Champandard 发表过一篇文章《10 Reasons the Age of Finite State Machines is Over》
if-then 实现
这是第一种实现有限状态机的方法，用一系列 if-then 语句或者 switch 语句来表达状态。
下面拿那个只有三个状态的僵尸 AI 举例：
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public enum ZombieState
{
    Chase, Attack, Die
}

public class Zombie : MonoBehaviour
{
    private ZombieState currentState;

    private void Update()
    {
        switch (currentState)
        {
            case ZombieState.Chase:
                if (currentHealth <= 0)
                {
                    ChangeState(ZombieState.Die);
                }
                // 玩家在攻击范围内则进入攻击状态
                if (PlayerInAttackRange())
                {
                    ChangeState(ZombieState.Attack);
                }
                break;
            case ZombieState.Attack:
                if (currentHealth <= 0)
                {
                    ChangeState(ZombieState.Die);
                }
                if (!PlayerInAttackRange())
                {
                    ChangeState(ZombieState.Chase);
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            case ZombieState.Die:...剩余内容已隐藏
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Unity 中用有限状态机来实现一个 AI
2018年6月23日 02:19
最近在阅读《游戏人工智能编程案例精粹（修订版）》，本文是书中第二章的一篇笔记。
有限状态机（英语：Finite-state machine, 缩写：FSM），是一个被数学家用来解决问题的严格形式化的设备，在游戏业中也常见有限状态机的身影。
对于游戏程序员来说，可以用下面这个定义来了解：
一个有限状态机是一个设备（device），或是一个设备模型（a model of a device）。具有有限数量的状态，它可以在任何给定的时间根据输入进行操作，是的从一个状态变换到另一个状态，或者是促使一个输出或者一种行为的发生。一个有限状态机在任何瞬间只能处在一种状态。
——《游戏人工智能编程案例精粹（修订版）》 Mat Buckland
有限状态机就是要把一个对象的行为分解成易于处理的“块”或者状态。拿某个开关来说，我们可以把它分成两个状态：开或关。其中开开关这个操作，就是一次状态转移，使开关的状态从“关”变换到“开”，反之亦然。
拿游戏来举例，一个 FPS 游戏中的敌人 AI 状态可以分成：巡逻、侦查（听到了玩家）、追逐（玩家出现在 AI 视野）、攻击（玩家进入 AI 攻击范围）、死亡等，这些有限的状态都互相独立，且要满足某种条件才能从一个状态转移到另外一个状态。
有限状态机由三部分组成：
存储任务信息的一些状态（states），例如一个 AI 可以有探索状态、追踪状态、攻击状态等等。
状态之间的一些变换（transitions），转移代表状态的转移，并且描述着状态转移的条件。例如听到了主角的脚步声，就转移到追踪状态。
需要跟随每个状态的一系列行为（actions）。例如在探索状态，要随机移动和找东西。
下图是只有三种状态的 AI 的有限状态机图示：
优缺点
实现有限状态机之前，要先了解它的优点：
编程快速简单：很多有限状态机的实现都较简单，本文会列出三种实现方法。
易于调试：因为行为被分成单一的状态块，因此要调试的时候，可以只跟踪某个异常状态的代码。
很少的计算开销：几乎不占用珍贵的处理器时间，因为除了 if-this-then-that 这种思考处理之外，是不存在真正的“思考”的。
直觉性：人们总是自然地把事物思考为处在一种或另一种状态。人类并不是像有限状态机一样工作，但我们发现这种方式下考虑行为是很有用的，或者说我们能更好更容易地进行 AI 状态的分解和创建操作 AI 的规则，容易理解的概念也让程序员之间能更好地交流其设计。
灵活性：游戏 AI 的有限状态机能很容易地由程序员进行调整，增添新的状态和规则也很容易扩展一个 AI 的行为。
有限状态机的缺点是：
当状态过多时，难以维护代码。
《AI Game Development》的作者 Alex J. Champandard 发表过一篇文章《10 Reasons the Age of Finite State Machines is Over》
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这是第一种实现有限状态机的方法，用一系列 if-then 语句或者 switch 语句来表达状态。
下面拿那个只有三个状态的僵尸 AI 举例：
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public enum ZombieState
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    Chase, Attack, Die
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public class Zombie : MonoBehaviour
{
    private ZombieState currentState;

    private void Update()
    {
        switch (currentState)
        {
            case ZombieState.Chase:
                if (currentHealth <= 0)
                {
                    ChangeState(ZombieState.Die);
                }
                // 玩家在攻击范围内则进入攻击状态
                if (PlayerInAttackRange())
                {
                    ChangeState(ZombieState.Attack);
                }
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            case ZombieState.Attack:
                if (currentHealth <= 0)
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                    ChangeState(ZombieState.Die);
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