Кто в поле хозяин: 50 лет назад советский ИИ победил на первом ЧМ по шахматам среди компьютеров
Ровно 50 лет назад - 8 августа 1974 года - завершился первый чемпионат мира по шахматам среди компьютерных программ, в котором приняли участие представители восьми государств. Триумфатором турнира стала советская программа «Каисса» - она оказалась единственной программой, победившей во всех четырех партиях, обогнав зарубежных конкуренток. В честь знаменательного юбилея мы поговорили с Владимиром Львовичем Арлазаровым - создателем программы, пионером в области ИИ и директором по науке Smart Engines - и рассказываем, где «ковалась» программа, с кем ей приходилось играть перед 1974 годом и какое место "Каисса" занимает в истории отечественной науки.
Шахматы - гимнастика ума. Искусственного.
Разработка первых шахматных программ началась еще в 1960-х. Будущая чемпионка мира (точнее - ее предшественница, на основе которой впоследствии была разработана «Каисса») родилась в стенах Института теоретической и экспериментальной физики (ИТЭФ). Здесь при посредничестве Александра Кронрода, заведующего математической лабораторией, впервые в стране началась практическая работа в сфере искусственного интеллекта: писались алгоритмы, обсуждались возможности компьютеров решать интеллектуальные задачи и играть в игры.
Правда, тогда советские ученые для обозначения этой области науки использовали другой термин - «эвристическое программирование».
Здесь, как вспоминает Владимир Львович, было несколько направлений: одни занималась задачами распознавания (например, учили компьютер отличить собаку от кошки), другие пыталась с помощью ЭВМ вывести новые теоремы, а третьи занималась играми. У последних, к слову сказать, было больше всего успехов. Ученые разрабатывали программы, умеющие играть в крестики-нолики и преферанс, но самой интересной для специалистов игрой были шахматы.
Как говорила главная героиня сериала «Ход королевы» Бет Хармон о шахматах, - «Это целый мир, состоящий всего из 64 клеток». В похожем ключе рассуждали и сотрудники ИТЭФ. В шахматах нет априорного алгоритма игры, а потому машине предстояло научиться делать нечто большее, чем проводить вычисления. А специалисты, опираясь на разрядную систему, могли четко оценить уровень игры машины.
Хоть на момент разработки шахматные программы играли слабо (примерно в силу третьего разряда), ученые верили, что через пару десятилетий компьютер сможет обыграть даже чемпиона мира. К слову, шахматному суперкомпьютеру Deep Blue в 1997 году это удалось.
Отдельно стоит упомянуть, что в те годы играми занимались многие крупные ученые не только в СССР, но и по всему миру. И вовсе не из праздного любопытства. Во многих играх от машины требовалось перебирать варианты в поисках наилучшего - именно эта механика позволила в перспективе научить искусственный интеллект решать многие творческие задачи и думать как человек.
Потому ничего удивительного, что из шахматных программ впоследствии выросли баг-трекинг или АВЛ-дерево - алгоритм, используемый для быстрой записи и быстрого извлечения информации.
ИТЭФовский гамбит
В ИТЭФ к разработке шахматных программ относились двояко. С одной стороны, прямой обязанностью математической лаборатории была помощь физикам в проведении расчетов, а вовсе не разработка программ, умеющих играть в игры. С другой, директор института, академик Алиханов хотел создать сплоченный коллектив исследователей, а потому позволял сотрудникам заниматься и «сторонними проектами». В рабочие часы разработчики занимались программированием для физиков, а в свободное время продолжали совершенствовать шахматные алгоритмы. Разработкой программ они занимались с большим и искренним интересом и верили в большой потенциал ИИ.
Создавали предшественницу «Каиссы» большим коллективом, куда входили Владимир Арлазаров, Георгий Адельсон-Вельский, Александр Битман, Александр Животовский и Анатолий Усков. Александр Кронрод не принимал активного участия непосредственно в разработке программы, однако он был главным инициатором и вдохновителем всего мероприятия.
Вскоре разработке ученых предстояло столкнуться с первым серьезным противником.
Дело в том, что Джон Маккарти - американский ученый и автор термина «искусственный интеллект» тоже увлекался шахматными программами. Он неоднократно приезжал в Россию, изучал русский язык и поддерживал дружеские отношения с советскими коллегами. В одну из встреч ученые договорились устроить матч между шахматными программами ИТЭФ и Стэнфордского университета. Обе стороны хотели изучить потенциал компьютерных шахмат и во главу угла ставили именно научные цели. Никакого соревнования и тем более состязания двух сверхдержав за этим не видели.
Решено было передавать ходы по телеграфу, а сами партии играть на собственных машинах. Днем работники ИТЭФ решали обычные задачи, а ночью в машины загружались данные игры для расчета следующего хода. Матч состоял из четырех партий: две с упрощенными вариантами программ, выдающими результаты в течение нескольких минут, и две с более развитыми, которым на просчет требовалось по несколько часов. На один ход уходило по 1-2 ночи, еще нужно было ждать ответа коллег в течение пары следующих дней. Игры растянулись почти на год и завершились со счетом 3:1 в пользу советской программы.
По итогам матча ученым ИТЭФ удалось убедить руководство института продолжить работу над компьютерными шахматами и придать определенный престиж этому занятию. В США же поражение удалось обернуть таким образом, что американским разработчикам нужно дополнительное финансирование на сферу, где они отстают от «советов». Так что победителями в итоге вышли обе стороны.
Поединок по переписке
В 1968-м в результате скандала сотрудники математической лаборатории ушли из ИТЭФ и устроились в Институт автоматики и телемеханики, который вскоре был переименован в Институт проблем управления. Там коллектив разработчиков пополнился новыми лицами. Например, к ученым присоединился Владимир Донской, сыгравший одну из ключевых ролей в создании «Каиссы».
На новом месте программисты получили в свое распоряжение зарубежную машину - английскую ICL 4-70. Она была мощнее, чем советская ЭВМ М-20, на которой работали в ИТЭФ, обладала большим объемом памяти (200 против 24 килобайт) и имела свои системы автоматизации. Переход на новое «железо» потребовал много времени, в процессе программа была значительно модернизирована.
Как признавались разработчики, они фактически все переписали заново. Основные работы по переносу и обновлению шахматных алгоритмов были завершены к 1971-1972 годам.
Новоявленную программу необходимо было протестировать «в поле», и в этом вопросе помогла «Комсомольская правда». Ее редакторы предложили провести матч по переписке с читателями газеты. Схема была следующая: в течение рабочей недели в редакцию поступали письма с вариантами ходов, из них выбирался самый популярный. Разработчики, получив эти данные, вбивали их в машину, она за выходные обрабатывала информацию и выдавала следующий ход.
Как и со Стэнфордом, игра продлилась около года (точнее - с января по ноябрь) и в этот раз закончилась поражением машины - 1,5 на 0,5 в пользу читателей. Но разработчики мало переживали по поводу исхода игры. Они в первую очередь тестировали программу, а не бились с читателями. Кстати, именно в матче с читателями «Комсомольской правды» программа получила свое звучное имя - «Каисса». Его предложил шахматный обозреватель газеты Хенкин. Каиссой звали вымышленную богиню шахмат.
Хоть игры с «Комсомольской правдой» у всех на слуху, но в действительности первый подобного рода матч у разработчиков был с читателями «Уральского рабочего». Один из авторов журнала «Шахматы в СССР» писал о нем так: «Это, по-видимому, первый в истории массовый шахматный поединок с роботом».
Дорога к славе
К началу 1970-х годов в мире разрабатывалось немало шахматных программ, и между ними уже начали проходить первые соревнования. Например, с 1970 года Ассоциация вычислительной техники (Association for Computing Machinery - ACM) ежегодно проводила Североамериканский чемпионат по шахматам среди компьютерных программ. История с «Комсомольской правдой» привлекла внимание за рубежом и вдохновила организаторов из ACM провести чемпионат мира.
Первый чемпионат мира по шахматам среди компьютерных программ был назначен на 1974 год и должен был проходить в рамках конгресса Международной федерации по обработке информации. Местом проведения был выбран отель Birger Jarl в Стокгольме. Главным судьей был назначен известный шотландский шахматист Дэвид Леви.
Учитывая габариты компьютеров тех лет (до 150 квадратных метров) и то, что программы, написанные на разных языках программирования, могли не запуститься на «неродной» технике, в зале проведения партий разместили лишь несколько ЭВМ, а остальные играли «дома». От каждой команды в Стокгольм отправляли автора программы: он должен был по телефону передавать все ходы.
К чемпионату «Каисса» была значительно улучшена и «в арсенале» имела справочную лучших ходов на 10 тысяч дебютов, умение просчитывать варианты ходов во время игры противника и многое другое. Но было и чему волноваться - мало того, что в СССР согласование поездок занимало несколько месяцев, так еще и грядущие игры должны были стать в известном смысле проверкой результатов многолетнего труда ученых.
От «Каиссы» в Стокгольм был отправлен Михаил Донской. По его воспоминаниям, в зале было шумно: участники турнира постоянно кричали в трубки телефонов, а зрители не стеснялись комментировать каждый ход. Во всем этом гвалте и проходил обмен опытом между авторами программ. Пока их «детища» думали, ученые могли сходить в бар, обсудить работу алгоритмов или просто дружески переговорить. «Так что чемпионат был не столько спортивным состязанием, сколько научным мероприятием», - подтверждает Владимир Львович Арлазаров.
Играли с 4 по 8 августа. У «Каиссы» были партии с Frantz, Tech II, CHAOS и Ostrich (немного про то, как тогда называли программы), и она одержала победу во всех. Партия с Ostrich выдалась особенно интенсивной: если бы американская программа победила, то она и «Каисса» поделили бы между собой первое место. Но в решающий момент Ostrich в прямом смысле струсила и не решилась пожертвовать фигурой ради форсированного мата. Не зря говорят: как корабль назовешь, так он и поплывет.
За победу «Каиссы» Михаилу Донскому была вручена медаль из чистого золота. Некоторые организаторы турнира были недовольны тем, что советская программа не сразилась с другой фавориткой чемпионата - Chess 4.0. Потому между ними был организован дополнительный матч, закончившийся, к слову, ничьей.
После «Каиссы»
Первый чемпионат мира среди компьютерных программ имел важное значение для развития искусственного интеллекта. Пока мировая общественность рукоплескала победам машин, специалисты извлекли уроки из прошедших соревнований и наметили новые направления для исследований. Со временем разработки в сфере ИИ сместились в сторону других систем, но шахматные алгоритмы продолжали совершенствоваться и вскоре смогли потягаться с человеком. Причем не просто с игроком-любителем, а с целым чемпионом мира.
А что же «Каисса»? Она участвовала еще в паре чемпионатов мира, но там ее успехи были скромнее. В 80-х годах разработчики переключились на решение иных задач, и шахматные программы были фактически заброшены. Как признается сам Владимир Львович, он его коллеги потеряли всяческий научный интерес к шахматам после того, как сфера начала активно коммерциализироваться.
Но наследие «Каиссы» живо и по сей день. Алгоритмы эвристического программирования проложили путь к современным системам компьютерного зрения, которые сегодня делают нашу жизнь проще, а бытовые процессы - надежнее. Основанные на ИИ технологии помогают распознавать документы от паспортов и водительских прав до доверенностей и дипломов. Владимир Львович Арлазаров руководит научным процессом в Smart Engines, под его руководством эти технологии продолжают успешно совершенствоваться и развиваться.
Бенджамин Франклин говорил: «Игра в шахматы дает ценные качества ума, необходимые в человеческой жизни». Как показывает история «Каиссы» и Smart Engines, это утверждение справедливо не только для людей, но и для компьютеров.
не во время игры противника, а во время хода противника, то есть то, что в шахматных программах называется ponder