AIと対戦するゲームの作り方｜負けないまるばつAI（ミニマックス法）と弱くする方法

AIと対戦するゲームは、すべての手を先まで試して、いちばん良い手を選ぶ「ミニマックス法」で作れます。まるばつ（三目並べ）なら、この方法で、AIは負けなくなります。この記事のコードは、1本のHTMLで動く、まるばつです。

コードは、Nodeで関数をそのまま呼び出して数え、画面は画面を出さないChromeで確かめました。機械学習のAIではなく、ゲームの敵の動きを決める、昔からのAIの作り方です。

機械学習を使った、AIと会話するゲームの作り方は、AIと会話できるゲームおすすめの記事で扱っています。ここでは、ルールが決まった対戦ゲームの敵を作ります。

この記事の目次

1. 01負けないAIの考え方
2. 02コード全体
3. 03どのくらい強いか
   1. 人は1度も勝てない
   2. 調べる局面の数
4. 04わざとミスさせて、弱いAIにする
5. 05確かめられていないこと
6. 06うまくいかないとき
7. 07よくある疑問
8. 08この記事のまとめ

負けないAIの考え方

AIは、自分が打てる手を1つずつ仮に置き、次に相手が打つ手も、決着がつくまで全部試します。決着の局面に点をつけて、いちばん高い点になる手を選びます。点は、AIの勝ちが+1、引き分けが0、負けが-1です。相手も、AIにとっていちばん悪い手（点が低くなる手）を選ぶものとして考えます。

コード全体

次のコードを、index.htmlという名前で保存してブラウザで開くと、そのまま遊べます。サーバーは要りません。プレイヤーは「○」で先手、AIは「×」で後手です。

<!doctype html>
<html lang="ja">
<head>
<meta charset="utf-8">
<meta name="viewport" content="width=device-width,initial-scale=1">
<title>まるばつ（AIと対戦）</title>
<style>
body{font:18px/1.6 sans-serif;text-align:center}
#board{display:grid;grid-template-columns:repeat(3,90px);gap:6px;justify-content:center;margin:16px auto}
#board button{width:90px;height:90px;font-size:44px}
</style>
</head>
<body>
<h1>まるばつ</h1>
<p>あなたは「○」。AIは「×」です。</p>
<div id="board"></div>
<p id="msg"></p>
<button id="reset">もう一度</button>
<script>
const LINES = [[0,1,2],[3,4,5],[6,7,8],[0,3,6],[1,4,7],[2,5,8],[0,4,8],[2,4,6]];
// 盤面は9文字の配列。'O'（人）・'X'（AI）・null（空き）
function winner(b) {
  for (const [a, c, d] of LINES) if (b[a] && b[a] === b[c] && b[a] === b[d]) return b[a];
  return b.every((v) => v) ? 'draw' : null;
}

let nodes = 0;
// ミニマックス法: AI（X）にとっての良さを、勝ち +1・引き分け 0・負け -1 で返す
function minimax(b, turn) {
  nodes++;
  const w = winner(b);
  if (w === 'X') return 1;
  if (w === 'O') return -1;
  if (w === 'draw') return 0;
  let best = turn === 'X' ? -2 : 2;
  for (let i = 0; i < 9; i++) {
    if (b[i]) continue;
    b[i] = turn;
    const s = minimax(b, turn === 'X' ? 'O' : 'X');
    b[i] = null;
    best = turn === 'X' ? Math.max(best, s) : Math.min(best, s);
  }
  return best;
}

// 速くしたいとき用: αβ法。結果はミニマックスと同じで、調べる局面だけが減る
function alphabeta(b, turn, alpha = -2, beta = 2) {
  nodes++;
  const w = winner(b);
  if (w === 'X') return 1;
  if (w === 'O') return -1;
  if (w === 'draw') return 0;
  for (let i = 0; i < 9; i++) {
    if (b[i]) continue;
    b[i] = turn;
    const s = alphabeta(b, turn === 'X' ? 'O' : 'X', alpha, beta);
    b[i] = null;
    if (turn === 'X') alpha = Math.max(alpha, s); else beta = Math.min(beta, s);
    if (alpha >= beta) break;
  }
  return turn === 'X' ? alpha : beta;
}

// 最善手を選ぶ。mistake（0〜1）の確率で、わざとランダムな手を打つ
function aiMove(b, mistake = 0) {
  const empty = [];
  b.forEach((v, i) => { if (!v) empty.push(i); });
  if (Math.random() < mistake) return empty[Math.floor(Math.random() * empty.length)];
  let bestScore = -2, moves = [];
  for (const i of empty) {
    b[i] = 'X';
    const s = minimax(b, 'O');
    b[i] = null;
    if (s > bestScore) { bestScore = s; moves = [i]; } else if (s === bestScore) moves.push(i);
  }
  return moves[Math.floor(Math.random() * moves.length)];
}

if (typeof document !== 'undefined') {
  let board, over;
  const el = document.getElementById('board'), msg = document.getElementById('msg');
  function draw() {
    el.innerHTML = '';
    board.forEach((v, i) => {
      const b = document.createElement('button');
      b.textContent = v === 'O' ? '○' : v === 'X' ? '×' : '';
      b.onclick = () => play(i);
      el.appendChild(b);
    });
  }
  function end() {
    const w = winner(board);
    if (!w) return false;
    over = true;
    msg.textContent = w === 'draw' ? '引き分けです' : w === 'O' ? 'あなたの勝ちです' : 'AIの勝ちです';
    return true;
  }
  function play(i) {
    if (over || board[i]) return;
    board[i] = 'O';
    if (!end()) { board[aiMove(board)] = 'X'; end(); }
    draw();
  }
  function reset() { board = Array(9).fill(null); over = false; msg.textContent = ''; draw(); }
  document.getElementById('reset').onclick = reset;
  reset();
}
</script>
</body>
</html>

人が最初に中央、次に左上に打ったあと、AIは右の列をそろえ、人が3手目で防げなかった局面で勝ちました。

どのくらい強いか

人は1度も勝てない

人が先手のときの、人の打ち方を全部試しました。AIは、同点の手が複数あるときは、最初の手を選ぶようにして固定しています。人の打ち方は681通りあり、結果は、AIの勝ちと引き分けだけで、人の勝ちは0でした。

調べる局面の数

空の盤面から、AIが最初の1手を決めるまでに調べる局面は、ミニマックス法で549,946個でした。αβ法を使うと18,297個で、約30分の1です。

αβ法は、「これ以上調べても、結果が変わらない」と分かった枝を、途中でやめる方法です。コードのalphabetaがそれで、結果はミニマックスと同じになります。空の盤面と、1手目と2手目の72通りの局面で、評価が全部一致しました。まるばつでは、どちらでも一瞬で終わります。盤面が大きいゲームでは、調べる数が急に増えるので、αβ法が効いてきます。この点は、まるばつ以外では確かめていません。

わざとミスさせて、弱いAIにする

子ども向けのゲームなどでは、負けないAIは楽しくありません。コードのaiMoveには、mistake（0から1）という引数があります。この確率で、最善手ではなく、でたらめな手を打ちます。

でたらめに打つ相手と、1万回ずつ対戦させた結果です。AIは後手です。

ミス確率が0%のときは、AIは負けず、約78%で勝ちました。ミス確率を上げると、AIの勝ちが減り、100%（毎回でたらめ）では、先手の相手が約59%で勝ちました。先手が有利なゲームなので、でたらめな相手同士でも、先手が勝ちやすいためです。強さの目安としては、ミス確率を25%から50%にすると、AIは勝ち越しながら、人が勝てる場面も出ます。ただし、実際の人が遊んで、どう感じるかは確かめていません。

確かめられていないこと

• 実際に人が遊んだときの楽しさ勝敗の割合は、でたらめに打つ相手との結果です。人が相手の場合は、確かめていません。
• オセロ・将棋など、盤面が大きいゲームでの速さ（探索の深さを区切る方法は、この記事では扱っていません）
• AIが先手のときの勝敗の割合
• スマートフォンでの操作
• 機械学習で作るAI（強化学習など）との比較

確かめていないものは、動かして確かめてから、別の記事で扱います。

うまくいかないとき

症状	確認すること
マスを押しても何も起きない	コンソールにエラーがないかを見ます。コードを途中で切って貼っていないかも確かめます
AIが弱い	aiMoveの呼び出しで、mistakeを渡していないかを確かめます。何も渡さなければ0（最善手）です
AIが負ける	勝ち+1・負け-1の点の向きが、AI（X）の側になっているかを確かめます
盤面を大きくしたら止まる	調べる局面が急に増えます。αβ法に替え、探索の深さを区切ります

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よくある疑問

この記事のまとめ