Компьютерные шахматы

     Компьютерные шахматы — популярный термин из области исследования искусственного интеллекта, означающий создание программного обеспечения и специальных компьютеров для игры в шахматы. Также термин «компьютерные шахматы» употребляется для обозначения игры против компьютерной шахматной программы, игры программ между собой. Начиная с 2000-х годов даже сильнейшие игроки-люди не имеют никаких шансов в противостоянии с шахматными программами.
     История шахматных машин старше, чем история компьютеров. Идея создать машину, играющую в шахматы, датируется ещё восемнадцатым веком. Около 1769 года появился шахматный автомат «Механический турок». Он был предназначен для развлечения королевы Марии-Терезии. Машина действительно неплохо играла — внутри неё находился сильный шахматист, который и делал ходы.
     Создание механических шахматных автоматов прекратилось с появлением цифровых компьютеров в середине XX века. В 1951 году Алан Тьюринг написал алгоритм, с помощью которого машина могла бы играть в шахматы, только в роли машины выступал сам изобретатель. Этот нонсенс даже получил название — «бумажная машина Тьюринга». Человеку требовалось более получаса, чтобы сделать один ход. Алгоритм был довольно условный, и сохранилась даже запись партии, где «бумажная машина» Тьюринга проиграла одному из его коллег. Из-за отсутствия доступа к компьютеру программа ни разу не проверялась в работе.
     Примерно в это же время, в 1951 году, математик Клод Шеннон написал свою первую статью о шахматном программировании. Он писал: «Хотя, возможно, это и не имеет никакого практического значения, сам вопрос представляется теоретически интересным, и будем надеяться, что решение этой задачи послужит толчком для решения других задач аналогичной природы и большего значения». Шеннон также отметил теоретическое существование лучшего хода в шахматах и практическую невозможность его найти.
     Следующим шагом в развитии шахматного программирования стала разработка в ядерной лаборатории Лос-Аламоса в 1952 году на компьютере MANIAC I c тактовой частотой 11 кГц шахматной программы для игры на доске 6x6, без участия слонов. Известно, что этот компьютер сыграл одну партию против сильного шахматиста, она продолжалась 10 часов и закончилась победой шахматиста. Ещё одна партия была сыграна против девушки, которая недавно научилась играть в шахматы. Машина победила на 23-м ходу. Сейчас это выглядит смешно, но для своего времени это было большое достижение.
     В 1957 году Алексом Бернштейном была создана первая программа для игры на стандартной шахматной доске и при участии всех фигур.
     Важное событие для компьютерных шахмат произошло в 1958 год, когда Аллен Ньюэлл, Клифф Шоу и Герберт Саймон разработали алгоритм уменьшения дерева поиска, названный «альфа-бета-отсечение», на основе которого построены функции поиска всех сильных современных программ.
     В 1967 году в матче из четырёх партий программа, созданная в Институте теоретической и экспериментальной физики (ИТЭФ), обыграла шахматную программу Стэнфордского университета со счётом 3-1. По оценкам гроссмейстеров, игравших с программой, она играла в силу третьего шахматного разряда.
     На 1-м Чемпионате мира по шахматам среди компьютерных программ в августе 1974 года в Стокгольме (Швеция) программа «Каисса», созданная в 1971 году сотрудниками Института проблем управления АН СССР, выиграла все четыре партии и стала первым чемпионом мира среди шахматных программ, обогнав программы «Chess 4», «Chaos» и «Ribbit», набравших по 3 очка. В первенстве приняли участие 13 машин из 8 стран мира, передававшие свои ходы в зал проведения первенства оператору по телефону.
     Первой же машиной, которая достигла уровня шахматного мастера, была Belle (англ.), законченная в 1983 году Джо Кондоном и Кеном Томпсоном. Belle был первым компьютером, спроектированным только для игры в шахматы. Его официальный рейтинг Эло был 2250, таким образом, это была самая сильная шахматная машина своего времени.
     В 1994 Гарри Каспаров проиграл программе Fritz 3 (англ.) турнирную блиц-партию в Мюнхене. Программа также выиграла у Вишванатана Ананда, Бориса Гельфанда и Владимира Крамника. Гроссмейстер Роберт Хюбнер отказывался играть против программы и автоматически проиграл. Каспаров сыграл второй матч с Fritz и победил с 4 выигрышами и 2 ничьими.
     В феврале 1996 года Гарри Каспаров победил шахматный суперкомпьютер Deep Blue со счётом 4-2. Этот матч примечателен тем, что первую партию выиграл Deep Blue, автоматически став первым компьютером, победившим чемпиона мира по шахматам в турнирных условиях. Deep Blue вычислял 50 миллиардов позиций каждые три минуты, в то время как Каспаров вычислял 10 позиций за это же время. В Deep Blue было 200 процессоров. С тех пор шахматные энтузиасты и компьютерные инженеры создали много шахматных машин и компьютерных программ. В 1997-м Deep Blue победил в матче-реванше (2 победы, 3 ничьих, 1 поражение) и стал первым компьютером, одолевшим сильнейшего шахматиста мира. Отыграться Каспаров уже не смог, потому что IBM отказалась от дальнейших соревнований, посчитав миссию выполненной.
Шахматные компьютеры сейчас доступны по очень низкой цене. Появилось много программ с открытыми кодами, в частности Crafty, Fruit и GNU Chess, которые можно свободно загрузить из Интернета и которые могут победить многих профессиональных шахматистов. Лучшие коммерческие и бесплатные программы, например, Shredder, Fritz или Komodo уже намного превысили уровень людей-чемпионов. Движок с открытым кодом Stockfish находится на высоких местах в таких компьютерных рейтинг-листах, как CEGT, CCRL, SCCT и CSS, благодаря совместной разработке и тестированию многих людей.
     В 1950 — Клод Шеннон опубликовал «Программирование компьютера для игры в шахматы», одну из первых статей о компьютерных шахматах. 1951 — Алан Тьюринг разработал на бумаге первую программу, способную играть в шахматы. 1952 — Дитрих Принц разработал программу, которая решала шахматные задачи.
     Как уже было сказано, главная проблема – это слишком большое количество вариантов. А сколько это в реальности? В обычной позиции в среднем существует порядка 40 возможных ходов, и столько же ответных. Т.е. каждая пара полуходов – это 1600 позиций, две пары 1600*1600=2,5 млн. позиций, три пары – 4 млрд. позиций.
Математики оценивают количество различных шахматных партий величиной 10 в 120 степени – так называемое Число Шеннона (для сравнения – число атомов в изученной части вселенной – 1080). Число различных позиций, возникающих на шахматной доске во время игры, несомненно, меньше, ведь в разных партиях могут возникать одинаковые позиции. Рассчитанное число позиций в шахматах около 1043, включая некоторые невозможные позиции. Условно, с учетом легальности позиций, можно считать их количество приблизительно равным 1040.
Если заложить абсолютно все позиции в базу данных компьютера, то игра шахматной программы станет идеальной из любой позиции и всегда будет приводить к лучшему исходу (если позицию хотя бы в каком-то варианте можно выиграть, программа обязательно найдет этот выигрыш). Однако, чтобы записать все эти позиции на носитель информации, понадобится хранилище данных, физические размеры которого сопоставимы с размером Луны.
Поэтому компьютерам остается только возможность делать анализ по ходу партии, рассчитывать ближайшие несколько ходов и оценивать позицию в перспективе.
     Сколько ходов могли просчитать компьютеры? Производительность первых моделей составляла лишь 500 позиций в секунду, т.е. лишь 1.5 хода, если считать время хода – 3 минуты, а это – уровень начинающего шахматиста.
В 1958 году ученые Питтсбургского университета придумали "алгоритм альфа-бета", позволяющий отбросить большое количество вариантов без ущерба для конечного результата. Стоит отметить, что альфа-бета-поиск и его разновидности составляют ядро и современных шахматных программ. В чем суть: анализируется первый вариант, если второй вариант хуже первого – его не надо считать до конца, так как в любом случае из этих двух вариантов будет выбран первый. В результате работы данного алгоритма требуется просмотреть на порядок меньше позиций, и ЭВМ смогли просчитывать уже 5-6 полуходов, самые быстрые – даже 7. Компьютеры стали играть сильнее, но все же соревноваться с сильными игроками еще не удавалось.