LINUXSOFT.cz Přeskoč levou lištu
Uživatel: Heslo:  
   CZUKPL

> Šachové myšlení (2) - minimax

Většina programátorských úloh má jednoduché, správné a velmi pomalé řešení typu projdi všechny možnosti. V šachách se jmenuje minimax.

15.3.2006 06:00 | Jan Němec | Články autora | přečteno 23120×

Minimax

V minulém dílu jsem ukázal program, který porovnává pozice po jediném zahraném tahu. Zkoušeli jsme z výchozího postavení postupně zahrát všechny přípustné tahy a vzniklé pozice ohodnocovali jednoduchou statickou ohodnocovací funkcí. Zahráli jsme tah, který vedl k nejlepší pozici.

Uvedený program nepočítá odpovědi soupeře na náš tah a to je jeho největší slabina. Sebere klidně dámou krytého pěšce, nebrání se jednotahovému matu a podobně. Naštěstí je velmi jednoduché program zlepšit. Místo statické ohodnocovací funkce po každém zahraném půltahu zavoláme kód, který vyzkouší všechny odpovědi soupeře na náš tah. Jednu po druhé zahraje, ohodnotí je statickou ohodnocovací funkcí a zahraje zpět a zapamatuje si hodnotu nejlepšího tahu, tentokrát z hlediska soupeře. Za cenu konkrétního našeho tahu z úvodní pozice je tak prohlášena cena nejlepší soupeřovy odpovědi. Algoritmus z prvního dílu se nazývá propočet do hloubky jedna, naše vylepšení pak analogicky propočet do hloubky dva.

Jistě není problém program dále upravovat, aby počítal do hloubky 3 nebo 4 nebo lépe do nějaké obecné hloubky n určené parametrem. Takto zobecněný algoritmus se jmenuje minimax, neboť když se za jednoho hráče snažíme v propočtu maximalizovat cenu pozice, za druhého ji tím minimalizujeme a o půltah dále zase naopak. Implementuje se obvykle pomocí jedné rekurzivní funkce minimax, která má jako parametry pozici a hloubku propočtu, návratovou hodnotou je cena pozice po propočtu do dané hloubky. Místo statické ohodnocovací funkce hodnotaPozice volá minimax sám sebe do hloubky o jedničku menší. Pouze při hloubce nula zavolá hodnotaPozice a v koncových pozicí vrací konstanty pro mat a remízu a v propočtu příslušné varianty nepokračuje.

int minimax(Pozice p, int hloubka) {
  Tahy t;
  int i, indexNejlepsiho;
  int cena;

  /* V případě koncové pozice nebo nulové hloubky propočet ukončíme. */

  if (jsemVMatu(p)) return -MAT;
  if (remiza(p)) return 0;
  /* Dávat mat nemůžu, protože pozice je po tahu soupeře. */

  if (hloubka <= 0) return hodnotaPozice(p);

  /* Cyklus přes tahy je podobný jako u předchozího algoritmu. */
  t = generujTahy(p);
  nejlepsi = -NEKONECNO;

  for (i = 0; i < tahy.pocet; i++) {
    zahrajTah(p, t[i]);
    cena = -minimax(p, hloubka - 1);
    zahrajTahZpet(p, t[i]);
    /* Nejlepší tah nás nezajímá, důležitá je jen jeho hodnota. */
    if (cena > nejlepsi) nejlepsi = cena;
  }

  /* Pokud je výsledná hodnota velmi velká nebo velmi malá, znamená, 
     že dávám nebo dostávám mat. V tom případě je třeba cenu upravit, 
     aby se např. z "bílý dává 3. půltahem mat" stalo "černý dostává 
     4. půltahem mat", neboť se návratem do volající funkce posunu 
     o jeden půltah. Toto je nezbytné, jinak by program nepreferoval 
     např. mat 1. tahem před matem 2. tahem. */

  if (nejlepsi > MNOHO) nejlepsi--;
  if (nejlepsi < -MNOHO) nejlepsi++;

  return nejlepsi;
}

/* Hlavní funkce se téměř nezměnila. Pouze přibyl parametr hloubka 
   a místo hodnotaPozice voláme minimax. */

V kořeni stromu propočtu je postup nepatrně jiný, především nás zajímá nejlepší tah samotný a nikoliv pouze jeho cena.

Tah nejlepsiTah(Pozice p, int hloubka) {
  Tahy t;
  int i, indexNejlepsiho;
  int cena, nejlepsi;

  t = generujTahy(p);
  nejlepsi = -NEKONECNO;

  for (i = 0; i < tahy.pocet; i++) {
    zahrajTah(p, t[i]);
    cena = -minimax(p, hloubka);
    zahrajTahZpet(p, t[i]);
    if (cena > nejlepsi) {
      nejlepsi = cena;
      indexNejlepsiho = i;
    }
  }
  return t[indexNejlepsiho];
}

Na šachovnici je v základním postavení jen 16 pěšců, každý z nich může táhnout nejvýše šestkrát, potom se promění v nějakou figuru. Když nepočítám krále, které není možné sebrat, kamenů je celkem 30, každý z nich může být sebrán nejvýše jednou. Pokud se během 50 tahů, tedy 100 půltahů, netáhne pěšcem ani nesebere žádný kámen, je partie dána za remízu. Díky tomu můžeme shora odhadnout délku partie na (16 * 6 + 30 + 1) * 100 = 12700 půltahů. Algoritmus minimax, s parametrem hloubky propočtu 12700, bude teoreticky hrát šachy naprosto dokonale. Alespoň v tom smyslu, že žádnou remízovou pozici neprohraje, každou vyhranou pozici nejen vyhraje, ale dokonce (vůči dokonalému soupeři) tím nejrychlejším způsobem. V prohrané pozici pak bude porážku alespoň maximálně oddalovat.

Z lidského pohledu má algoritmus určité nedostatky pouze v pozicích remízových. Například v pozici s pěšcem navíc, kde se soupeř může jen tak tak ubránit program klidně odevzdá úplně zadarmo třeba dva pěšce, pokud se tak dostane do pozice, kde sice horko těžko, ale přeci jen udrží remízu. Tento drobný problém lze snadno vyřešit kombinací s propočtem do malé hloubky, který bude jen vybírat mezi jednotlivými remízovými tahy z hlavního propočtu do hloubky 12700.

Po uvedení algoritmu je dobrým zvykem zamyslet se nad jeho časovou a paměťovou složitostí. Z hlediska paměti je všechno v pořádku, neboť na zásobníku rekurzivního propočtu je v jednom okamžiku vždy jen jedna varianta. Kdyby se programu opravdu podařilo najít variantu dlouhou 12700 půltahů a jedna instance funkce minimax zabrala 1 kB, vejdeme se i s volajícím kódem do 13 MB. To je pozoruhodné zjištění, na propočet stromu tak bohaté hry, jakou jsou šachy, nám stačí pár MB. Proč tedy není programování šachů dětskou hrou?

Pokračování příště

V příštím dílu se zaměříme na časovou složitost a ukážeme si, proč lze minimax použít pouze proti slabým soupeřům a jak je možné jej překvapivě jednoduše a účinně vylepšit.

Verze pro tisk

pridej.cz

 

DISKUZE

f-ce 24.3.2006 12:03 Birkof
  L Re: f-ce 24.3.2006 12:31 Jan Němec




Příspívat do diskuze mohou pouze registrovaní uživatelé.
> Vyhledávání software
> Vyhledávání článků

18.9.2018 23:30 /František Kučera
Zářijový pražský sraz spolku OpenAlt se koná již tento čtvrtek – 20. 9. 2018 od 18:00 v Radegastovně Perón (Stroupežnického 20, Praha 5). Tentokrát bez oficiální přednášky, ale zato s dobrým jídlem a pivem – volná diskuse na téma IoT, CNC, svobodný software, hardware a další hračky.
Přidat komentář

9.9.2018 14:15 /Redakce Linuxsoft.cz
20.9.2018 proběhne v pražském Kongresovém centru Vavruška konference Mobilní řešení pro business. Návštěvníci si vyslechnou mimo jiné přednášky na témata: Nejdůležitější aktuální trendy v oblasti mobilních technologií, správa a zabezpečení mobilních zařízení ve firmách, jak mobilně přistupovat k informačnímu systému firmy, kdy se vyplatí používat odolná mobilní zařízení nebo jak zabezpečit mobilní komunikaci.
Přidat komentář

12.8.2018 16:58 /František Kučera
Srpnový pražský sraz spolku OpenAlt se koná ve čtvrtek – 16. 8. 2018 od 19:00 v Kavárně Ideál (Sázavská 30, Praha), kde máme rezervovaný salonek. Tentokrát jsou tématem srazu databáze prezentaci svého projektu si pro nás připravil Standa Dzik. Dále bude prostor, abychom probrali nápady na využití IoT a sítě The Things Network, případně další témata.
Přidat komentář

16.7.2018 1:05 /František Kučera
Červencový pražský sraz spolku OpenAlt se koná již tento čtvrtek – 19. 7. 2018 od 18:00 v Kavárně Ideál (Sázavská 30, Praha), kde máme rezervovaný salonek. Tentokrát bude přednáška na téma: automatizační nástroj Ansible, kterou si připravil Martin Vicián.
Přidat komentář

18.6.2018 0:43 /František Kučera
Červnový pražský sraz spolku OpenAlt se koná již tento čtvrtek – 21. 6. 2018 od 18:00 v Kavárně Ideál (Sázavská 30, Praha), kde máme rezervovaný salonek. Tentokrát na téma: F-Droid, aneb svobodný software do vašeho mobilu. Kromě toho budou k vidění i vývojové desky HiFive1 se svobodným/otevřeným čipem RISC-V.
Přidat komentář

23.5.2018 20:55 /Ondřej Čečák
Od pátku 25.5. proběhne na Fakultě informačních technologií ČVUT v Praze openSUSE Conference. Můžete se těšit na spostu zajímavých přednášek, workshopů a také na Release Party nového openSUSE leap 15.0. V na stejném místě proběhne v sobotu 26.5. i seminář o bezpečnosti CryptoFest.
Přidat komentář

20.5.2018 17:45 /Redakce Linuxsoft.cz
Ve čtvrtek 31. května 2018 připravuje webový magazín BusinessIT ve spolupráci s Best Online Média s.r.o. pátý ročník odborné konference Firemní informační systémy 2018. Akce proběhne v kongresovém centru Vavruška (palác Charitas), Karlovo náměstí 5, Praha 2 (u metra Karlovo náměstí) od 9:00 hod. dopoledne do cca 15 hod. odpoledne. Konference je zaměřena na efektivní využití firemních informačních systémů a na to, jak plně využít jejich potenciál. Podrobnější informace na webových stránkách konfrence.
Přidat komentář

14.5.2018 7:28 /František Kučera
Květnový pražský sraz spolku OpenAlt se koná již tento čtvrtek – 17. 5. 2018 od 18:00 v Kavárně Ideál (Sázavská 30, Praha), kde máme rezervovaný salonek. Tentokrát na téma: Audio – zvuk v GNU/Linuxu.
Přidat komentář

   Více ...   Přidat zprávičku

> Poslední diskuze

20.9.2018 10:04 / Jan Ober
Jaký kurz a software by jste doporučili pro začínajcího kodéra?

20.9.2018 10:00 / Jan Ober
Re: Gimp

20.2.2018 18:48 / Ivan Majer
portal

20.2.2018 15:57 / Jan Havel
Jak využíváte služby cloudu v podnikání?

16.1.2018 1:08 / Ivan Pittner
verejna ip od o2 ubuntu

Více ...

ISSN 1801-3805 | Provozovatel: Pavel Kysilka, IČ: 72868490 (2003-2018) | mail at linuxsoft dot cz | Design: www.megadesign.cz | Textová verze