Nghiên cứu cờ tàn bằng máy tính - cập nhật những nghiên cứu mới

[convit]

Hy vọng thời gian tới các bác có phần mềm đánh ngang ngửa Typhoon

[1t1u1s]

những người có tầm và có tâm đây rồi

[chezz]

Hy vọng thời gian tới các bác có phần mềm đánh ngang ngửa Typhoon

Hy vọng là vậy

Nhưng tỉnh táo mà nói thì điều đó rất khó xẩy ra, nhất là trong “thời gian tới”.

Những người lập trình cho Cyclone, XQMS... đã viết và cập nhật liên tục chương trình của họ từ rất lâu rồi, 10 - 15 năm liên tục. Có thể họ cũng kiếm sống bằng những phần mềm đó luôn (căn cứ vào giá cao và tốc độ họ cập nhật) nên có thể chúng được họ đầu tư toàn thời gian. Họ lại sống trong cái nôi của cờ Tướng, với vô thiên lủng sách vở, người đam mê, chuyên gia... xung quanh, sẵn sàng giúp họ mỗi khi cần. Tôi biết các phần mềm này thường được các kỳ thủ giỏi nhất chơi thường xuyên và góp ý, có các nhóm chuyên gia chuyên phân tích cờ thế cho họ.

Tôi viết cờ như một thú vui, không phải nghề. Thời gian đầu tư bị đứt đoạn và cũng không nhiều. Tài liệu, dữ liệu, người cộng tác... không nhiều và không thể sánh được với họ. Ngoài ra tôi còn là nhà nghiên cứu, la cà những chỗ nào mình thích chứ không tập trung vào mỗi engine. Có gì hay thường mang ra chia xẻ chứ không giữ rịt làm của riêng, bí kíp riêng như những người sống bằng nghề này. Ví dụ hiện nay tôi vẫn đang “lang thang” trong lĩnh vực cờ tàn. Vừa tặng (miễn phí) tác giả chương trình Sachess một bộ thư viện mã nguồn và dữ liệu cờ tàn. Có thể thời gian tới Sachess sẽ được phát hành kèm chúng. Tương lai gần sẽ còn vài phần mềm đỉnh cao sẽ dùng thư viện này (hoặc nhái theo).

[chezz]

Cuộc chiến “giảm cân”

Một vấn đề lớn với các cơ sở dữ liệu tàn cuộc (Endgame tablebase - viết tắt CSDLTC) là kích thước cực kỳ khổng lồ của chúng. Việc tạo ra chúng luôn là vấn đề nan giải. Người ta phải dùng máy tính đắt tiền, chạy ròng rã hàng tháng, thậm chí hàng năm trời. Tuy vậy phần tạo còn có thể được một số cá nhân hoặc tổ chức “cố” được thì để phổ biến chúng lại không cố được khi các CSDLTC mới nhất thường vượt quá khả năng download và lưu trữ trong máy tính của người dùng bình thường. Do đó việc “giảm cân” cho các CSDLTC (xuống đến mức người dùng chấp nhận được) luôn là bài toàn hóc búa, thách thức và cũng là chìa khoá thành công của chúng.

Chúng ta điểm qua cuộc chiến này.

I. Cờ Vua

1) Thompson
Đây là CSDLTC đầu tiên trên Thế giới, cho 3, 4 và 5 quân cờ (3-4-5 men), được tạo bởi Thompson. Ông là nhà nghiên cứu người Mỹ làm việc tại phòng thí nghiệm Bell danh tiếng. Ông bắt đầu tạo CSDLTC này từ giữa những năm 1970, sử dụng máy tính lớn thời đó và phải đến giữa những năm 1980 mới hoàn thành. Ông dùng vài phương pháp mã hoá đơn giản và thuật toán nén cũng đơn giản nên CSDLTC của ông rất lớn, ước chừng tổng kích thước của CSDLTC trên 50 GB. Để hiểu kích thước này khổng lồ đến thế nào, chúng ta xem ví dụ sau: những năm đầu 1990 khi máy tính PC bắt đầu phổ biến ở VN, chúng tôi thường dùng các đĩa mềm to hơn bàn tay nhưng chỉ chứa được khoảng 360 KB (tức là phải cần đến cả hộp đĩa chục cái như vậy để chứa được một cái ảnh số hoặc một bản nhạc bây giờ). Một người dùng máy tính thời đó thường chỉ có một vài hộp đĩa. Như vậy phải cần đến 140 nghìn cái đĩa mềm đó mới chứa hết dữ liệu của Thompson. Sau đó các đĩa cứng bắt đầu xuất hiện ở VN, kích thước rất “khổng lồ” (so với đĩa mềm) nhưng... cũng chỉ khoảng vài MB. Lúc đó ở nước ngoài đã phổ biến Internet, nhưng tốc độ đường truyền lúc đó cũng vô cùng chậm (so với tốc độ Internet ngày nay). Không ai có ý định download từng đó dữ liệu.


Đĩa mềm giữa (mầu cam, loại 5 1/2 inch, 360 KB) phổ biến ở VN những năm đầu 1990

Tất cả các điều trên làm cho CSDLTC của Thompson không phổ biến. Hầu như không ai dùng ngoại trừ... chính tác giả. Thế là cứ thỉnh thoảng ông lại viết một bài báo (báo khoa học chứ không phải báo thường, phổ thông). Thường là về loại tàn cuộc này thắng hay thua, đi như thế nào thì thắng, thắng trong bao nhiêu nước..., dựa trên phân tính CSDLTC của ông. Phải có cả chục bài báo nghiên cứu như vậy.

Tình trạng cô lập, có không ai dùng đó kéo dài cho đến khi đĩa CD bắt đầu phổ biến. Thompson tìm cách nén CSDLTC cho nhỏ thêm, cắt bớt một số tàn cuộc để cuối cùng dữ liệu của ông còn khoảng 2.5 GB lọt vừa bốn đĩa CD. Lúc này ông có thể phân phát chúng cho người khác (từ năm 1991). Lúc đầu rất oái oăm với những người viết phần mềm Thompson không bán mà chỉ lấy phí phát hành, cộng thêm điều kiện người viết phần mềm phải cho ông xem mã nguồn chương trình của họ - không phải ai cũng thích điều này (về sau đó ông cũng bỏ điều kiện này). Do kích thước dữ liệu vẫn còn quá lớn so với lúc đó mà vẫn thiếu rất nhiều (4 đĩa CD chỉ chứa được cỡ 1/20 dữ liệu mà thôi), phần giải nén chạy không ổn định, nên người ta không dùng được CSDLTC này trong lúc engine đang tìm kiếm (vì nó chạy quá chậm, ảnh hưởng rất lớn đến tốc độ), mà chỉ dùng được khi ván cờ đã chuyển về cờ tàn. Do vậy việc dùng CSDLTC của Thompson không giúp nhiều cho engine, có chăng là thỉnh thoảng giúp nó chơi cờ tàn tốt hơn. Do vậy người viết phần mềm không mặn mà gì và có rất ít phần mềm dùng CSDLTC Thompson.

Điều đáng tiếc là hồi đó phong trào chia xẻ mã nguồn không mạnh như bây giờ. Do vậy dù đã chia xẻ rất nhiều ý tưởng, dữ liệu, mã nguồn cần để làm việc với các dữ liệu đó,... nhưng Thompson lại ít đề cập những phần kiến thức sâu nhất và quan trọng nhất của ông, giữ kín phần mã nguồn và cả thuật toán dùng để tạo CSDLTC. Chính vì vậy một thời gian dài (cùng với nhiều khó khăn khác) có rất ít người học theo và tạo CSDLTC.

Đóng góp nhiều nhất của Thompson ngoài việc đưa ra CSDLTC đầu tiên, chứng minh có thể tạo và sử dụng được chúng với engine còn là các ý tưởng. Không phải mọi cái ông đều thực hiện nhưng ông có rất nhiều ý tưởng hay, mang tính cách mạng. Tất cả các CSDLTC về sau nói cho cùng cũng chỉ là thực hiện ý tưởng của ông và làm tốt hơn mà thôi.


Thompson là người cầm cup đứng giữa ảnh

[nguoituyet]

Trước tôi không tin lắm vào việc dùng NN cho cờ, nhưng từ ngày chương trình Alpha Go của GG thành công thì cũng thấy đó là hướng nên thử.

Vừa rồi nhóm Google DeepMind đã áp dụng NN cho cờ vua và đã đánh bại stockfish chỉ sau 4 giờ tự học. Như vậy có cơ sở NN cũng có thể ứng dụng tốt cho cờ tướng.

[chezz]

Giới cờ máy cũng đang rất xôn xao về sự kiện này (AlphaZero đánh bại Stockfish). Tôi cũng vừa viết một bài tổng kết về việc này, sẽ đăng ở đây sau. Nếu sửa AlphaZero chơi cờ Tướng thì gần như cầm chắc nó sẽ thắng mọi chương trình cờ Tướng hiện tại. Vấn đề giờ lại là làm sao khắc chế được kiểu học - chơi của AlphaZero và làm sao chạy được các chương trình như AlphaZero trên máy PC thường (giờ nó đang chạy trên máy lớn)

[passion272]

Rất mong được xem con AlphaZero này đánh với Cyclone, có lẽ Alphazero sẽ thắng thôi nhưng chắc sẽ được xem những ván cờ rất đã mắt, vừa nhìn biên bản mấy ván nó đánh với Stockfish, không hiểu sao nó học có 4 tiếng mà đánh ra được những ván cờ khủng khiếp như vậy.

[chezz]

(tiếp)

2. Edwards
Steven Edwards là một nhà khoa học máy tính người Mỹ. Thay cho cách mã hoá đơn giản như Thompson, ông dùng nhiều loại phức tạp hơn. Ông cũng chuẩn hoá dữ liệu xuyên suốt giữa các tàn cuộc (dùng DTM thay cho DTC) và dùng một kiểu nén mới. Tận dùng tốc độ Internet lúc đó đã nhanh hơn đáng kể thời Thompson, ông đã tạo và đặt dữ liệu của mình lên một số máy chủ cho download miễn phí.

Khi Edwards tung ra CSDLTC của mình năm 1993 đó là chấn động trong làng cờ máy vì từ bây giờ người ta đã có thể dễ dàng download và sử dụng các CSDLTC. Nhiều chương trình cờ lúc đó bắt đầu tích hợp với CSDLTC của Edwards.
CSDLTC của Edwards thực ra không nhỏ hơn Thompson, nhưng nó lại được phổ biến hơn, trước hết vì nó đầy đủ (Thompson chỉ phát hành một phần), sau là chạy nhanh, ổn định hơn và dễ dùng hơn nhiều - giờ người ta đã có thể kết hợp nó với phần tìm kiếm của cờ. Một lý do quan trọng khác là nó được phát hành miễn phí và hoàn toàn qua Internet.

Điều đáng tiếc là sau khi tung ra CSDLTC, Edward lại mất hứng thú với việc tiếp tục nghiên cứu cải tiến và tung ra CSDLTC đầy đủ hơn. Khi tung ra CSDLTC của ông chỉ có 4 quân và mãi ông mới hoàn thành bản 5 quân. Ông cũng không đầu tư nhiều vào việc nén dữ liệu khiến nó vẫn còn lớn và chạy chậm. Toàn bộ CSDLTCs cho 5 quân phải trên 50 GB (một số người cho rằng nó còn lớn hơn cả tiền nhiệm của Thompson). Vì những lý do đó CSDLTC này nhanh chóng mất chỗ đứng khi có CSDLTC tốt hơn của Nalimov (đề cập trong phần tiếp theo).

Tuy vậy, đóng góp lớn của Edward còn mãi đến sau này là ông đã thực hiện một số cách mã hoá thế cờ (Index scheme) giúp cho giảm kích thước các CSDLTC đi nhiều lần, dù nhiều cái là ý tưởng của Thompson. Ông còn hào phóng phổ biến toàn bộ mã nguồn dùng để tạo ra CSDLTC, khiến cho những người đi sau có để dễ dàng học hỏi và phát triển các phương pháp khác. Hầu hết các CSDLTC về sau đều giống với CSDLTC của Edwards.
Cũng bắt đầu từ Edwards người ta chủ yếu download các CSDLTC thay vì cung cấp qua đĩa CD/DVD. Phần lớn chúng được cho download miễn phí.


3. Nalimov
Nalimov là một lập trình viên người Nga nhưng sống và làm việc tại Mỹ. CSDLTC của Nalimov khá giống với của Edwards, bắt đầu phát hành năm 1998. Nalimov bổ xung thêm một vài loại mã hoá bàn cờ nữa để giảm kích thước. Ông (chính xác hơn là một người bạn của ông - nhưng người ta vẫn quen cho rằng đó là việc của ông) dùng một phương pháp nén dữ liệu tốt và nhanh hơn những gì người ta từng dùng. Từ đây về sau người ta thường dùng các CSDLTC ở dạng nén chứ không để “trần” ra như trước nữa. Kết cục là CSDLTC này ở dạng không nén nhỏ hơn của Edwards khoảng 2 lần, nhưng khi ở dạng nén lại nhỏ hơn của Edwards (cũng nén) khoảng 8 lần.

Nhờ kích thước nhỏ, phần giải nén chạy nhanh và ổn định, cùng với việc nó có đủ dữ liệu cho 5 quân (có tổng kích thước cỡ 7 GB) ngay từ những ngày đầu đã khiến CSDLTC của Nalimov nhanh chóng trở nên phổ biến và thống trị làng cờ máy từ năm 1998 đến gần đây. Nalimov lần lượt tạo và cung cấp các tàn cuộc 6 quân và đến năm 2005 (sau 7 năm) thì hoàn thành toàn bộ CSDLTC 6 quân (có tổng kích thước cỡ 1.2 TB). Tuy bản 6 quân khá lớn nên khó khăn để download và lưu trữ nhưng nhiều người không quản ngại vẫn download chúng.

Cũng dựa trên cách mã hoá và cách nén dữ liệu của Nalimov, nhiều nhà nghiên cứu đã đưa ra một số CSDLTC khác. Ví dụ phổ biến trong số đó là CSDLTC Gaviota của Michael, Bitbase của phần mềm Scorpio. Thường các CSDLTC này nhỏ hơn Nalimov một chút. Tuy có nhỏ hơn nhưng chúng không thật sự ấn tượng nên không lấn át được Nalimov, mà chúng cùng chung sống, có những nhóm người dùng trung thành riêng.

[chezz]

4. Lomonosov
Sau sự ra đời của CSDLTC Nalimov 6 quân, cộng đồng cờ máy đã ngay lập tức bắt tay vào xây dựng CSDLTC cho 7 quân từ giữa những năm 2000. Chỉ một quân thêm vào thôi đã làm dữ liệu tăng trên 100 lần và đòi hỏi máy tính phải có bộ nhớ khổng lồ để xây dựng nên chúng rất đắt đỏ, tốn hàng chục nghìn đô (kể cả đến năm nay 2017). Người ta cũng tính rằng phải mất nhiều năm nữa mới làm xong.

Ronald de Man tác giả của syzygy, người đã viết phần tạo CSDLTC nhanh nhất hiện nay đã ước chừng để bộ tạo CSDLTC của ông làm việc với 7 quân thì cần có máy tính có 1 TB bộ nhớ và chạy máy 5, 6 năm. Hiện thị trường máy tính đang phổ biến các thanh RAM 16 GB. Như vậy cần trên 60 thanh, riêng số RAM này tốn cỡ 15 nghìn đô.

Thỉnh thoảng có nhà nghiên cứu tuyên bố làm xong một vài tàn cuộc đơn lẻ. Ví dụ ông đã tuyên bố tìm ra ván cờ tàn dài đến trên 500 nước.

Cuối cùng điều bất ngờ đã xẩy ra. Năm 2013 CSDLTC 7 quân được tuyên bố đã tạo xong. Hai tiến sĩ Zakharov và Makhnichev ở trường Đại học Tổng hợp Quốc gia Lomonosov (Nga) dùng siêu máy tính của trường (có trên 50 nghìn bộ vi xử lý, tổng bộ nhớ RAM trên 90 TB), chạy ròng rã 6 tháng để xây dựng nên CSDLTC này. Do đó hai ông đã lấy tên của trường làm tên cho CSDLTC. Nó có kích thước lên tới 140 TB - máy tính để bàn của tôi có đĩa cứng 1 TB - phải cần 140 máy tính như vậy. Vì kích thước lớn người ta không phát hành được - giống như tình trạng của Thompson lúc ban đầu. Tuy vậy người ta cho phép người dùng truy cập nó qua Internet. Nhưng do tốc độ Internet chậm, không ai dùng nó cho engine mà chủ yếu chỉ để tra cứu hay nghiên cứu. Trang web này lại chỉ cho dùng miễn phí với rất nhiều hạn chế, người dùng thật sự phải trả phí nên cũng là một hạn chế lớn.

Ví dụ thế cờ dưới đây là cờ tàn giữa hai danh thủ Steinitz và Gunsberg trong giải Vô địch Thế giới (New York, 1890-1891). Ván cờ có kết quả hoà nhưng người ta cho rằng Gunsberg có thể thắng. Sau nước 73. Ra4+ ông đã đi 73…Kf3. Nhưng theo Lomonosov CSDLTC ông sẽ thắng ván cờ nếu đi 73…Kd5, lời giải sau 122 năm.



(Còn tiếp)

[chezz]

5. Syzygy

Syzygy (tên của hiện tượng thiên văn có ba hành tinh sắp thẳng hàng) do Ronald de Man thiết kế và viết chương trình. Ông là một nhà Toán - Tin học đồng thời là một luật sư người Hà Lan. Về cơ bản, nó dùng cách mã hoá tương tự như Edwards / Nalimov. Nó hơi khác Nalimov ở chỗ ông dùng dữ liệu dạng DTZ50 thay cho DTM (cũng một kiểu tìm đường chiếu hết). Điểm đặc biệt là Ronald tập trung vào nén dữ liệu, sử dụng cách thức rất thông minh và cắt bớt dữ liệu của một bên cờ. Tất cả đã làm Syzygy đạt được mức siêu nén, nhỏ hơn tất cả các CSDLTC khác. Tổng kích thước của loại 5 quân cờ giờ chỉ còn dưới 1 GB, nhỏ cỡ 1/7 GB của Nalimov (thực ra nếu có đủ dữ liệu cho cả hai bên thì phải trên 2 GB, tức là nhỏ bằng cỡ 1/3). Còn loại 6 quân chỉ đến 150 GB, nhỏ hơn 3 lần.

Có một điều thú vị: Do có kích thước nhỏ đến bất ngờ, tác giả lại công bố vào ngày 1/4 (năm 2013), nhiều người cứ bán tín bán nghi mãi rằng đó chỉ là một cú lừa (chơi khăm), một trò đùa Cá tháng Tư!

Khi công bố, Ronald chỉ cung cấp các chương trình (dạng mã nguồn), không có phần dữ liệu. Nhưng chỉ sau một thời gian ngắn, một vài người dùng dùng các công cụ do Ronald cung cấp đã tạo ra các CSDLTC Syzygy 5 và 6 quân cờ.

Do có kích thước nhỏ ấn tượng này, người dùng đã có thể dễ dàng download và lưu trữ. Ngay lập tức Syzygy trở nên phổ biến khi có hàng loạt người viết cờ và người dùng quay ra sử dụng nó. Nhiều người ví von rằng CSDLTC Nalimov đã trở thành đồ cổ. Vẫn có người dùng nhưng sẽ ngày càng ít đi.

Ở giải cờ máy vô địch thế giới năm 2017, trong 4 chương trình đỉnh cao tham gia, chỉ có một dùng Nalimov. Ba cái kia dùng Syzygy. Còn năm nay 2018 toàn bộ chương trình thi đấu đều dùng Syzygy.

Khi tôi đang chuẩn bị đăng phần viết trước thì nhận được tin sốc cả làng cờ: Bojun Guo một lập trình viên Trung Quốc đã hoàn thành CSDL Syzygy 7 quân cờ. Anh ta đã chạy chương trình này trên một máy vi tính có 8 bộ vi xử lý Intel Premier với tổng luồng lên tới 384. Riêng số CPU này có trị giá hơn 50 nghìn đô. Cùng với bộ nhớ rất khủng nữa 1.5 TB và loạt đĩa cứng đắt tiền khiến cả cỗ máy có giá trên 90 nghìn đô. Anh ta đã chạy chương trình ròng rã trong 5 tháng để tạo ra CSDL 7 quân. Đó là khối lượng công việc mà cỗ siêu máy tính trị giá 63 triệu tại Đại học Lomonosov phải chạy trong 6 tháng.

(còn nữa: phần tiếp theo sẽ viết về CSDLTC của cờ Tướng )