Пятьдесят лет назад, в августе 1974 года мир стал свидетелем исторического события, слава которого прогремела далеко за пределами шахматного сообщества: советская программа «Каисса» стала первым в истории чемпионом мира среди компьютерных программ. Это достижение ознаменовало важный шаг в развитии искусственного интеллекта и компьютерных технологий.
Михаил Донской во время чемпионата мира по шахматам среди компьютерных программ, 1974
- Источник:
computerhistory.org
Разработанная группой советских ученых на основе программы ИТЭФ, Каисса не только впервые показала эффективность в решении шахматных задач, но и на годы стала символом прогресса в области компьютерных технологий и искусственного интеллекта. Об истории появления и триумфальной победе «Каиссы» рассказывает один из создателей программы, доктор технических наук, профессор, член-корреспондент РАН и директор по науке Smart Engines Владимир Львович Арлазаров.
Игры, в которые играют люди
"Каисса" не была первой среди кибернетических программ, предназначенных для решения игровых задач, но однозначно собрала славу всех своих предшественниц. Кроме того, научные разработки в области эвристического программирования (термина, использовавшегося до прихода понятия «искусственный интеллект») охватывали и другие игры - от преферанса до крестиков-ноликов. Но почему игры? И почему именно шахматы, в которые сам человек играет далеко не идеально? Обо всем по порядку.
Александр Алехин и Хосе Рауль Капабланка на петербургском шахматном турнире 1914 года
- Источник:
Wikimedia Commons
История шахмат насчитывает более 1,5 тысячи лет, но, безусловно, волна общемирового внимания к игре началась на заре прошлого столетия — во времена Ласкера, Капабланки, Алехина и других выдающихся шахматистов. Перед «миром шахматных представлений» набоковского Лужина меркла и расплывалась в мираж действительность — это было пространство хладнокровного интеллекта и беспощадной логики. С началом эры электронно-вычислительных машин и суперкомпьютеров, как нельзя кстати подходящих под описание шахматного мира, глобальный интерес к игре проснулся с новой силой.
«Шахматы тогда рассматривались как элемент развития искусственного интеллекта. А искусственный интеллект представлял определенное научное направление. В Советском Союзе искусственного интеллекта в современном смысле не было, а вместо него в ходу был термин „эвристическое программирование“».
Владимир Львович Арлазаров отмечает, что именно шахматы как сложная игра с четкими правилами и множеством возможных ходов и позиций предоставила необходимое математикам и программистам пространство для тестирования алгоритмов искусственного интеллекта. В ходе игры можно было понять и проверить, каким образом происходит подбор вариантов и принимаются решения, а главное — примерно оценить возможности программы по разрядной системе.
Предшественница «Каиссы»
Работа над полнофункциональной шахматной программой, способной не просто разыгрывать определенные позиции из партий, но составить пусть и слабую, но конкуренцию человеку, началась в середине 1960-х годов в стенах московского Института теоретической и экспериментальной физики (ИТЭФ). Институт относился к Министерству среднего машиностроения, ответственного за производство ядерных боезарядов.
Оператор работает на советской ЭВМ М-20
- Источник:
vk.com
Программа писалась для советской машины М-20 — компьютеры в СССР еще не полностью перестали быть прерогативой военно-промышленной отрасли и вычислительные машины в ИТЭФ предназначались для решения физических задач.
В 1966 году во многом благодаря личной заинтересованности директора института, академика Абрама Алиханова ученые математической лаборатории параллельно со своей основной деятельностью начали новую — далекую от физики.
Разработка первой шахматной программы велась большим научным коллективом, в который входили Владимир Арлазаров, Георгий Адельсон-Вельский, Анатолий Усков, Александр Животовский, Александр Битман. Главным вдохновителем и руководителем научного процесса был известный математик Александр Кронрод. Лаборатория, которую он возглавлял, стала одним из первых в стране центров экспериментирования с технологиями искусственного интеллекта.
«В шахматы играет ЭВМ». Советское телевидение. ГОСТЕЛЕРАДИОФОНД/Youtube
Первые успехи настигли создателей в 1967 году: тогда программа ИТЭФ в товариществом матче из четырех партий обыграла шахматную программу Стэнфордского университета со счетом 3-1. Причем, как добавляет Арлазаров, пользу от этого турнира извлекли обе стороны:
— Что касается первого матча, то он не только для нас, но и для Америки сыграл большую роль. На искусственный интеллект в те времена денег выделяли мало, и ученые США представили свой проигрыш как доказательство необходимости увеличить им финансирование. И получили серьезные деньги. У нас на эту область науки денег тоже особо не выделялось. Но победив программу Стэнфорда, мы извлекли пользу в смысле престижа.
В итоге эксперименты продолжились, и уже в начале 1970-х годов на основе исходных текстов программы ИТЭФ началось создание другой, гораздо более «продвинутой» шахматной программы.
Физики и лирика
Боевое крещение новой программы в реальном шахматном поединке состоялось в 1972 году. К этому моменту ее создатели Адельсон-Велиский, Арлазаров, Михаил Донской перешли из ИТЭФ в Институт проблем управления, где продолжили свои эксперименты уже на более мощной машине — английской ICL 4-70. За несколько предыдущих лет они не просто скопировали программу, но и значительно развили ее.
Английская вычислительная машина ICL 4-70
- Источник:
Wikimedia Commons
Каисса. Иллюстрация, XIX век
- Источник:
Wikimedia Commons
Доработанные и протестированные на ошибки алгоритмы было решено опробовать в матче с читателями газеты «Комсомольская правда». Как вспоминал Михаил Донской, один из создателей программы, тогда потребовалось громкое название и шахматный обозреватель «Комсомолки» А. Хенкин придумал слово «Каисса». Имя программе было выбрано неспроста — так звали богиню шахмат, воспетую в XVI веке итальянским поэтом Иеронимом Вида. Так плоды трудов ученых неожиданно пересеклись с наследием эпохи Возрождения.
Правила матча с читателями газеты были предельно простыми: две партии, стороны играли одну за белых и одну — черными. Каждую неделю соперники делали по ходу, причем ходы читателей выбирались по числу голосов. Таким образом матч продлился почти весь 1972 год — с января по ноябрь. Победа со счетом 1,5 на 0,5 в итоге досталась читателям, однако результаты игры оказались впечатляющими: успех «Каиссы» был отмечен за пределами СССР, программа продемонстрировала на огромную аудиторию способность анализировать сложные позиции, а ее создатели получили приглашение на первый чемпионат мира.
На пути к чемпионскому титулу
Нужно отметить, что соревнования по шахматам среди компьютерных программ проводились и до этого. Так, в США и Канаде с 1970 года проходили регулярные чемпионаты Северной Америки, которые устраивала Ассоциация вычислительной техники. Матч с читателями «Комсомольской правды» натолкнул организаторов турниров на мысль провести чемпионат мира в рамках регулярного конгресса Международной федерации по обработке информации (ИФИП) в Стокгольме.
К 1974 году «Каисса» прошла множество испытаний и улучшений. Ее архитектура и алгоритмы были разработаны таким образом, чтобы наиболее эффективно анализировать шахматные позиции и принимать оптимальные решения. В основе программы лежали сложные математические модели и эвристические методы, которые позволяли «Каиссе» достаточно быстро и точно оценивать позиции на шахматной доске.
Впервые в отечественной программе было применено такое изобретение шахматного программирования, как справочная лучших ходов, позволяющая использовать в первую очередь самые надежные ходы. Реализацию получил метод аналогий, с помощью которого оценивался ход без перебора по аналогии с его предыдущими результатами. Кроме того, ключевым преимуществом «Каиссы» перед другими программами было несравнимо большое количество сохраненных дебютов — 10 тысяч, а также способность использовать время соперника для обдумывания собственных ходов.
Владимир Арлазаров и Михаил Донской
- Источник:
Smart Engines
Привезти компьютер в Швецию на чемпионат было невыполнимой задачей — машина занимала площадь 150 квадратных метров и не годилась для транспортировки. Поэтому было решено отправить в Стокгольм одного из ученых, который смог бы по телефону передавать ходы в Москву. Эта роль досталась программисту Михаилу Донскому.
Место под первый чемпионат мира было отведено соответствующее: турнир проходил в зале одного из лучших отелей Стокгольма. Всего в состязании участвовали 13 программ из восьми государств, которые представляли сами авторы программ, а за соблюдением всех правил следили специальные представители ИФИП. Главным судьей назначили авторитетного английского шахматиста и шахматного журналиста Дэвида Леви.
Шах «Страусу»
Программы в те времена можно было называть как угодно, никаких строгих требований не было и полет фантазии создателей ничто не ограничивало. Поэтому вышло так, что названная в честь богини «Каисса» участвовала в турнире вместе с «Хаосом» (CHAOS, США), «Мастером» (Master, Великобритания), «Свободой (Freedom, Норвегия), «Папой» (Papa, Венгрия) и даже «Страусом» (Ostrich, США). Правда, помериться силами в шахматном поединке советской программе удалось не со всеми участниками, поскольку регламент турнира, проводившегося по швейцарской системе, не предполагал выбывания и предписывал подбор соперников по равному количеству набранных очков, начиная со второго тура.
Сам чемпионат длился четыре дня и состоял из четырех раундов. Как вспоминал Михаил Донской, во время чемпионата в зале стоял дикий шум: наблюдатели так громко комментировали ходы, что некоторым участникам приходилось кричать в телефон, чтобы их было слышно командам. Кроме того, авторы программ сами активно обменивались мнениями о достижениях и разработках, так что происходящее больше напоминало научную конференцию, нежели международный чемпионат. Все происходящее по громкой связи транслировалось в Москву, где в конференц-зале ИПУ за турниром наблюдали болельщики.
Рон Хансен, Джим Пэрри и Дэвид Слейт. Матч Chess 4.0 против Ribbit на первом чемпионате мира по шахматам среди компьютерных программ
- Источник:
сomputerhistory.org
Вместе с тем, как вспоминают очевидцы, никакого серьезного ажиотажа и реальной гонки, присущей спортивным состязаниям, - не было! Впрочем, как и цели похвастаться или самоутвердиться за чужой счет. Не столько из-за того, что шахматы еще не успели официально признать видом спорта, а скорее потому, что главной бесценной наградой для всех участников мероприятия стала возможность обмена научным опытом с зарубежными коллегами.
— Дух соперничества всегда присутствует в спортивных соревнованиях, а для нас тогда это не было соревнованием. Это было научным мероприятием, — вспоминает Владимир Львович Арлазаров. Конечно, мы вполне оправданно считаем первый чемпионат мира заслуженной победой советского искусственного интеллекта и гордимся ей, но главную роль играли ученые, а не страны, добавляет он.
В первом раунде «Каисса» поставила мат австрийской программе Frantz за 34 хода. В следующем — выиграла у американской Tech 2 за 33 хода. Затем за 36 ходов был повержен CHAOS.
Михаил Донской (справа) и Алан Бейсли, матч между Tech 2 и «Каиссой»
- Источник:
Chess Programming Wiki
Оппонентом «Каиссы» в последнем матче стал Ostrich, этот раунд длился почти вдвое дольше предыдущего — 67 ходов. Западная программа получила название «Страус» за свой «трусливый» стиль игры — «прятать голову в песок», когда наступает опасность. Победа Ostrich обеспечила бы ему ничью в борьбе за первое место. В решающий момент западная программа пропустила два выигрывающих хода (один из них открыл бы путь к форсированному мату за шесть ходов) и проиграла партию. Форсированный мат «Страуса» предполагал жертву фигуры, на что программа, вероятно, в силу своей специфической «трусливой» тактики, не решилась.
Несмотря на то, что в Москве едва ли рассчитывали добыть в Швеции золото — представления о возможностях иностранных программ у советских ученых было не так уж и много, «Каисса» обошла соперников и оказалась победителем с разгромным счетом 4:0.
«Шахматные программы разрабатывали и у нас, и в Европе, и в Америке. Если говорить о победе „Каиссы“, то я, конечно, горжусь ею. Мы достигли признанного успеха в задаче, над которой в мире работали многие ученые».
Михаилу Донскому торжественно вручили золотую медаль чемпиона мира среди шахматных программ. Второе место досталось американской программе Chess 4.0, считавшейся одной из самых сильных. С ней «Каисса» в силу регламента мероприятия так и не встретилась, но сразу после окончания чемпионата программы СССР и США сыграли дружеский матч, окончившийся ничьей.
Что было дальше
Затем были другие международные турниры — в 1977 году в Торонто (Канада), в 1980 году в Линце (Австрия) и так далее. На них «Каисса» уже не побеждала, хоть и неизменно занимала самые высокие места. В дальнейшем все новшества «Каиссы» и других программ получили широкое применение.
Вместе с тем ученые ИПУ работали над программами, способными эффективно разыгрывать шахматные эндшпили.
Ладья и пешка против ладьи. Позиция Филидора
- Источник:
Pinterest
— У нас были очень интересные шахматные эндшпили, в них мы добились нескольких по-настоящему мировых достижений. По-моему, гораздо больших, чем победа «Каиссы» в 1974 году. Мы сделали пару эндшпилей, например ладья и пешка против ладьи, чем заработали 12 бутылок шотландского виски от Дэвида Леви. А до этого мы сделали эндшпиль ферзь и пешка против ферзя, но с фиксированной пешкой. И сделали эти эндшпили точно, а человек этого не умел.
Конечно, это не было ничьей победой, поэтому придать этому вселенский масштаб было нельзя, но это было действительно первое в шахматной игре событие, когда машина сумела то, чего человек принципиально не мог сделать, — рассказывает Владимир Львович.
— Гроссмейстер Авербах, который на час приехал тестировать программу «ладья и пешка против ладьи», отменил все и просидел все восемь часов. Сперва он тестировал машину, а потом мы видели, что она тестирует его. Ставились разные позиции, в которых он не знал, что делать и какой будет результат, а машина знала. Впервые машина делала нечто в играх лучше, чем люди. Тогда ничего такого не было.
Наследие «Каиссы»
Беспрецедентный успех на чемпионате мира 1974 года имел далеко идущие последствия как для развития искусственного интеллекта, так и для научной среды. Несмотря на то, что современные шахматные программы значительно превосходят «Каиссу» по своим возможностям и алгоритмам, ее вклад в развитие этой области остается неоценимым.
Как отмечает Владимир Львович Арлазаров, шахматные программы стали одной из первых областей, где проходили апробацию сложные алгоритмы и методы искусственного интеллекта. Позже они нашли применение в других, не связанных с играми сферах. Сегодня эти технологии окружают нас в быту и путешествиях, работе и развлечениях - в бессчетном множестве самых разных мест и ситуаций. Это системы распознавания и проверки подлинности личных и деловых документов, сканирование QR-кодов, расшифровка банковских анкет и налоговых форм.
- Источник:
Smart Engines
Владимир Львович Арлазаров в настоящее время продолжает заниматься построением интеллектуальных систем, пользуясь наследием «Каиссы». Разработками его школы вы пользуетесь, когда получаете загранпаспорт или электронную цифровую подпись, оформляете сим-карту или приобретаете ЖД- и авиабилеты, пересекаете границу посредством автогейтов или совершаете платежи по QR-кодам в мобильных приложениях банков.
Сегодня шахматы, безусловно, уже перестали интересовать ученых и едва ли могут рассказать что-то новое о человеческом мышлении. Но потрясшая мир история победы на первом в истории чемпионате мира по шахматам среди компьютерных программ до сих остается невидимым памятником ученым, которые стояли за ее созданием. Как и положено богиням, «Каисса» сотворила настоящее чудо, открыв советским ученым — и попутно всему человечеству — дорогу в сторону новых горизонтов науки и открытиям, которые упрощают нашу жизнь сегодня.
