Удивительная история информатики и автоматики

По-английски ее также называют noughts and crosses, — собственно, и каждому из нас она с детства известна именно как крестики-нолики. Играют в нее два игрока, которые по очереди ставят крестики и кружки в клеточках игрового поля размером 3x3. Побеждает тот, кто сумеет расположить три крестика (или кружка) в ряд по любой из горизонталей, вертикалей или больших «Крестики-нолики», пожалуй, едва ли не самая древняя из известных сегодня игр. В той или иной форме она была известна уже в Древнем мире — в Китае, Греции, Риме, а в Средние века пользовалась немалой популярностью в Англии и Франции. И пусть в варианте 3x3 игра действительно очень проста, она в то же время далеко не столь тривиальна, как кажется, и дает немало пищи для размышлений.

Большой интерес вызывали «крестики-нолики» у людей науки. Например, в XIX веке их исследовали Чарльз Бэббидж и американский логик и философ Чарльз Сандерс Пирс, а в XX веке — основоположник теории информации Клод Шеннон и другие выдающиеся ученые.

Заметный след оставили «крестики-нолики» в истории вычислительной техники. Например, первый механический игровой автомат был спроектирован (хотя и не построен) еще в середине позапрошлого столетия именно для игры в «крестики-нолики». В середине XX века для игры в «крестики-нолики» строились первые релейные автоматы (практически одновременно с автоматами для игры в «ним»), и они же стали первой «интеллектуальной» игрой, для которой была написана игровая программа для электронного компьютера. С помощью крестиков-ноликов проверяли новые идеи в области искусственного интеллекта, и именно в крестики-нолики играют сегодня первые биологические компьютеры — прототипы вычислительных машин будущего.

Механический автомат для игры в «крестики-нолики» был разработан Чарльзом Бэббиджем. Этот гениальный английский ученый и изобретатель больше всего известен проектом аналитической машины — фактически механического прототипа современного компьютера. Ее замысел возник у него около 1834 года, и работа над ней продолжалась вплоть до самой смерти ученого.

_{Чарльз Бэббидж}

В мемуарах, озаглавленных «Страницы жизни философа», Бэббидж подробно описал свою работу над аналитической машиной. Но есть в этой книге несколько страниц, которые редко привлекают внимание биографов ученого. В них Бэббидж пишет, что однажды стал задумываться над тем, что же представляет собой будущая аналитическая машина — может ли она лишь выполнять предписанные ей действия, или же способна на нечто большее, т. е. действовать в некотором роде «самостоятельно», без непосредственных указаний человека.

И он решил, используя те же принципы, построить машину (автомат), играющую в какую-нибудь «интеллектуальную игру» — шашки, шахматы или «крестики-нолики».

Бэббидж приводит крайне интересный анализ принципов построения такого автомата. По его мнению, эта задача сводится к тому, чтобы автомат умел делать наилучший ход в любой возможной позиции. Перечисляя вопросы, на которые автомат должен ответить в процессе игры, Бэббидж фактически описывает алгоритм его действий (который легко можно записать в виде блок-схемы):

1. Допустима ли анализируемая позиция правилами игры?

2. Если да, то проиграл ли автомат?

3. Если нет, то выиграл ли автомат?

4. Если нет, то может ли он выиграть следующим ходом? Если да, то сделать этот ход.

5. Если нет, может ли его соперник выиграть, сделав следующий ход?

6. Если да, то автомат должен, если возможно, предотвратить этот ход.

7. Если его соперник не может выиграть игру следующим ходом, автомат должен проверить, может ли он сделать такой ход, что если ему будет позволено сделать подряд два хода, он может выиграть на втором ходе двумя разными способами. Если же ни одно из приведенных условий не выполняется, то автомат должен провести такой же анализ на три или более последующих ходов.

Разумеется, здесь «за кадром» остается главный вопрос — а каким образом автомат будет проводить анализ текущей позиции? Ответа на него Бэббидж не дает. Зато он нашел оригинальный ответ на другой принципиальный вопрос. Во всех известных во времена Бэббиджа автоматах последовательность их действий (движений) была жестко предопределена, т. е. «алгоритм» их работы был реализован аппаратно. В игре же постоянно требуется выбирать следующее действие (следующий ход) в зависимости от хода соперника. Конечно, в общем случае этот выбор зависит от анализа текущей позиции. Но в частном случае, когда надо выбрать один ход из нескольких равносильных (ситуация, часто встречающаяся в игре «крестики-нолики», обладающей свойством симметричности), Бэббидж механизм выбора предложил.