Беспроигрышная стратегия в крестики-нолики (или как впасть в состояние «ничейной смерти»)

0

Вы вечно проигрываете в крестики-нолики? Устали от бесконечных издевок окружающих? Чувствуете себя неполноценным членом общества? Тогда вы обратились по адресу! Сегодня у вас есть уникальная возможность пройти наш обучающий курс по беспроигрышной стратегии, который стартует уже сегодня! Присоединяйтесь сейчас и получите скидку 10% по промокоду НЕУДАЧНОЕ_ВСТУПЛЕНИЕ_К_ЗАМЕТКЕ!

Так ладно, скорее всего все и так знают, что в крестиках-ноликах практически невозможно не победить, да и они давно вышли из моды. Но для поддержания уровня занудства, мы все-таки пробежимся по общей стратегии, а затем очень издалека начнем разговор про игры, так что заваривайте чаёк и присаживайтесь. Кто в теме, следующую часть можно пропустить.

Итак, как не проигрывать, если вы ходите первыми (напомню, что в нашем консервативном мире крестики доминируют).
1 ход: Всегда в центр
2 ход: В угол, который дальше всего от предыдущего хода ноликов
3 ход: Защита от попыток нолика чет выстроить или, что вероятнее, – снова ход в угол
4 ход: Тут у вас в наличии либо уже имеются две выигрышные линии, и вы гасите его, либо нолик прикрыл тылы, и исход – ничья.

Если вы играете за нолики, то при «идеальном» сопернике (который ходит всегда верно) у вас есть лишь возможность обороняться и выйти вничью, например:
1 ход: В любой угол
2 ход: А дальше только пытаться помешать крестикам замутить тройничок, ведь больше вы ни на что не способны в силу своей submissive сущности.

Как видно, максимальная выгода от этих знаний – спорить с детишками на конфетки (хотя и они быстро раскусят фокус), а программу, способную никогда не проигрывать в крестики-нолики, может написать даже школьник. Самым примитивным методом в данном случае является дерево игровых ситуаций: перебор всех возможных исходов игры, где в конце партии заполнены все клетки поля.

Смотрите, корень нашего дерева – пустое поле 3х3. Первый игрок имеет возможность сделать ход на одну из девяти позиций – рисуем дереву девять веток с разными позициями крестиков (там внизу есть картинка). На следующем ходе у каждой ветки с крестиком есть восемь свободных мест для ноликов, то есть каждой ветке рисуем по восемь новых, где в различных комбинациях на поле две клетки заняты крестиком и ноликом. Итого имеем 9х8 – 72 ветки. Следуя такой логике, на дальнейшем шаге у дерева появится по 7 ответвлений, так как свободно только 7 клеток для крестика, количество теперь веток стало 9х8х7=504. Конечное число решений – листиков нашего дерева – равно 9! (все же знают, что это не девять с восклицанием, а факториал? – 9х8х7х6х5х4х3х2х1) или 362880. Теперь достаточно вбить компьютеру все эти исходы и запрограммировать выбирать только выигрышные.

Но тут даже с первого взгляда понятно, что такой способ слишком «деревянный»: некоторые ветви приводят к победе еще до того, как заполнится все поле, так что мы, по сути, выполняем тонну ненужных вычислений. Нужно уметь не только выбрать кратчайший путь к выигрышу, но и отсечь ненужные ветви – короче, подстричь наше дерево. Первая задача реализуется с помощью алгоритма минимакс, который сводит к минимуму счет противника, максимизируя при этом свой (то есть – выбирая наиболее возможную короткую ветвь). Вторая задача решается методом альфа-бета отсечения, который при переборке различных узлов дерева отсекает заранее проигрышные.

Ну вот, дерево подстригли, причесали – теперь полное количество его узлов сократилось до 256158, и программа всегда будет выигрывать или заканчивать партию вничью за секунды.

Таким образом, крестики-нолики являются примером игры, находящейся в состоянии «ничейной смерти»: любой игрок (даже если он полный чайник, а противник чемпион мира), применяющий правильную теорию, может выиграть или в худшем случае свести ее к ничьей. Такая полностью просчитанная игра теряет смысл, ведь опыт и квалификация игроков больше не имеют веса, и соревновательный момент уступает место вычислениям.

Но крестики-нолики – игра очень примитивная, самая длинная партия в ней равна всего девяти ходам, так что построить и просчитать дерево решений для нее можно даже вручную (развлечение для людей с кучей свободного времени).

Вот, например, с шашками дела обстоят интереснее: кроме большого поля у них и правила на порядок сложнее, так что при подсчетах оказывается, что листьев у дерева решений около 5х10^20. Это пять и рядом двадцать нулей. Думаете, это мало? Оно и понятно, у нас мозг просто не способен представить число такого порядка, но для сравнения: чтобы выстроить цепочку от Земли до Марса из бусинок размером с атом потребуется как раз 5,5х10^20 бусинок. Очевидно, что число это офигеть какое большое, и пятидесяти компьютерам не просто так потребовалось почти 20 лет (двадцать лет, Карл!), чтобы полностью рассчитать все возможные исходы шашек и выстроить их дерево решений.

Сие знаменательное событие произошло в 2007 году благодаря команде канадских исследователей во главе с Джонатаном Шеффером, и с этого момента шашки официально вошли в список полностью решенных игр. Если оба соперника не совершают ошибок, то партия всегда заканчивается ничьей. (Тут нужно учесть, что речь идет об английских шашках – чекерс; в них назад бьет только дамка)

Таким образом, человек даже теоретически больше никогда не обыграет компьютер в шашки, так как с первого его хода известны все выигрышные решения, и каждый шаг лишь приближает компьютер к победе. Ничейная смерть шашек была предсказана еще в 50-е, и спустя полвека прогноз подтвердился. Но не стоит грустить: если крестики-нолики имеют короткую беспроигрышную стратегию, то для шашек она гораздо-гораздо сложнее, так что и воспользоваться ей может только компьютер. По сути, 2007 был значим только для математиков. Как многие заметили, после 2007 года шашки не умерли, и в игре между двумя человеческими существами решающее значение все еще имеет опыт, а не вычислительные мощности мозга.

Сейчас на меня наверняка налетят шахматные снобы, утверждающие, что приличные люди вообще не играют в шашки. К сожалению, для шахмат не осталось места, так что оставим их на потом.

P.S. На картинках показаны одна из реализаций выигрышной стратегии в крестики-нолики; первые ветви дерева решений и новость 2007 года о полном расчёте шашек. Играйте в игры, любите математику :3

Добавить комментарий