edge-table.lisp

   1 ;;;;***************************************************************************
   2 ;;;;
   3 ;;;; FILE IDENTIFICATION
   4 ;;;;
   5 ;;;;  Name:           edge-table.lisp
   6 ;;;;  Purpose:        Edge table routines for reversi
   7 ;;;;  Programer:      Kevin M. Rosenberg based on code by Peter Norvig
   8 ;;;;  Date Started:   1 Nov 2001
   9 ;;;;
  10 ;;;; $Id: edge-table.lisp,v 1.2 2002/10/25 09:23:39 kevin Exp $
  11 ;;;;
  12 ;;;; This file is Copyright (c) 2001-2002 by Kevin M. Rosenberg
  13 ;;;; and Copyright (c) 1998-2002 Peter Norvig
  14 ;;;;
  15 ;;;; Reversi users are granted the rights to distribute and use this software
  16 ;;;; as governed by the terms of the Lisp Lesser GNU Public License
  17 ;;;; (http://opensource.franz.com/preamble.html), also known as the LLGPL.
  18 ;;;;***************************************************************************
  19
  20
  21 (in-package :reversi)
  22 (declaim (optimize (safety 1) (debug 3) (speed 3) (compilation-speed 0)))
  23
  24 (eval-when (:compile-toplevel :load-toplevel :execute)
  25   (defparameter *edge-and-x-lists*
  26     '((22 11 12 13 14 15 16 17 18 27)
  27       (72 81 82 83 84 85 86 87 88 77)
  28       (22 11 21 31 41 51 61 71 81 72)
  29       (27 18 28 38 48 58 68 78 88 77))
  30     "The four edges (with their X-squares)."))
  31
  32 (defparameter *top-edge* (first *edge-and-x-lists*))
  33
  34 (defvar *edge-table* nil
  35   "Array of values to player-to-move for edge positions.")
  36
  37 ;;(declaim (type (simple-array fixnum #.(expt 3 10)) *edge-table*))
  38
  39 (defun make-edge-table ()
  40   (setq *edge-table* (make-array (expt 3 10) :element-type 'fixnum
  41                                  :adjustable nil :fill-pointer nil))
  42   (init-edge-table)
  43   *edge-table*)
  44
  45
  46 (defun map-edge-n-pieces (fn player board n squares index)
  47   "Call fn on all edges with n pieces."
  48   ;; Index counts 1 for player; 2 for opponent
  49   (declare (fixnum index)
  50            (type player player)
  51            (type square index)
  52            (type (simple-array fixnum (100)) board)
  53            (list squares))
  54   (cond
  55     ((< (length squares) n) nil)
  56     ((null squares) (funcall fn board index))
  57     (t (let ((index3 (* 3 index))
  58              (sq (first squares)))
  59          (declare (fixnum index3 sq))
  60          (map-edge-n-pieces fn player board n (rest squares) index3)
  61          (when (and (> n 0) (eql (bref board sq) empty))
  62            (setf (bref board sq) player)
  63            (map-edge-n-pieces fn player board (- n 1) (rest squares)
  64                               (+ 1 index3))
  65            (setf (bref board sq) (opponent player))
  66            (map-edge-n-pieces fn player board (- n 1) (rest squares)
  67                               (+ 2 index3))
  68            (setf (bref board sq) empty))))))
  69
  70
  71
  72 (defun possible-edge-moves-value (player board index)
  73   "Consider all possible edge moves.
  74   Combine their values into a single number."
  75   (declare (type board board)
  76            (type player player)
  77            (type square index))
  78   (combine-edge-moves
  79    (cons
  80       (list 1.0 (aref *edge-table* index)) ;; no move
  81       (loop for sq in *top-edge*             ;; possible moves
  82             when (= (bref board sq) empty)
  83             collect (possible-edge-move player board sq)))
  84     player))
  85
  86
  87 (defun edge-index (player board squares)
  88   "The index counts 1 for player; 2 for opponent,
  89   on each square---summed as a base 3 number."
  90   (declare (type board board)
  91            (type player player)
  92            (type cons squares)
  93            (optimize (speed 3) (safety 1)))
  94   (let ((index 0))
  95     (declare (fixnum index))
  96     (dolist (sq squares)
  97       (declare (type square sq))
  98       (setq index
  99         (the fixnum
 100           (+
 101            (the fixnum (* index 3))
 102            (the fixnum (cond ((= (bref board sq) empty) 0)
 103                              ((= (bref board sq) player) 1)
 104                              (t 2)))))))
 105     index))
 106
 107 (defun possible-edge-move (player board sq)
 108   "Return a (prob val) pair for a possible edge move."
 109   (declare (type board board)
 110            (type player player)
 111            (type square sq))
 112   (let ((new-board (replace-board (svref *ply-boards* player) board)))
 113     (make-move sq player new-board)
 114     (list (edge-move-probability player board sq)
 115           (- (aref *edge-table*
 116                     (edge-index (opponent player)
 117                                new-board *top-edge*))))))
 118
 119 (defun combine-edge-moves (possibilities player)
 120   "Combine the best moves."
 121   (let ((prob 1.0)
 122         (val 0.0)
 123         (fn (if (= player black) #'> #'<)))
 124     (declare (short-float prob val))
 125     (loop for pair in (sort possibilities fn :key #'second)
 126           while (>= prob 0.0)
 127         do (incf val (* prob (first pair) (second pair)))
 128            (decf prob (* prob (first pair))))
 129     (round val)))
 130
 131
 132 (eval-when (:compile-toplevel :load-toplevel :execute)
 133   (let ((corner/xsqs '((11 . 22) (18 . 27) (81. 72) (88 . 77))))
 134     (defun corner-p (sq) (assoc sq corner/xsqs))
 135     (defun x-square-p (sq) (rassoc sq corner/xsqs))
 136     (defun x-square-for (corner) (cdr (assoc corner corner/xsqs)))
 137     (defun corner-for (xsq) (car (rassoc xsq corner/xsqs)))))
 138
 139 (defun edge-move-probability (player board square)
 140   "What's the probability that player can move to this square?"
 141   (declare (type board board)
 142            (type player player)
 143            (type square square))
 144   (cond
 145     ((x-square-p square) .5) ;; X-squares
 146     ((legal-p square player board) 1.0) ;; immediate capture
 147     ((corner-p square) ;; move to corner depends on X-square
 148      (let ((x-sq (x-square-for square)))
 149        (declare (type square x-sq))
 150        (cond
 151          ((= (bref board x-sq) empty) .1)
 152          ((= (bref board x-sq) player) 0.001)
 153          (t .9))))
 154     (t (/ (aref
 155             '#2A((.1  .4 .7)
 156                  (.05 .3  *)
 157                  (.01  *  *))
 158             (count-edge-neighbors player board square)
 159             (count-edge-neighbors (opponent player) board square))
 160           (if (legal-p square (opponent player) board) 2 1)))))
 161
 162 (defun count-edge-neighbors (player board square)
 163   "Count the neighbors of this square occupied by player."
 164   (declare (type board board)
 165            (type player player)
 166            (type square square))
 167   (count-if #'(lambda (inc)
 168                 (declare (type square inc))
 169                 (= (bref board (+ square inc)) player))
 170             '(+1 -1)))
 171
 172 (defparameter *static-edge-table*
 173   '#2A(;stab  semi    un
 174        (   *    0 -2000) ; X
 175        ( 700    *     *) ; corner
 176        (1200  200   -25) ; C
 177        (1000  200    75) ; A
 178        (1000  200    50) ; B
 179        (1000  200    50) ; B
 180        (1000  200    75) ; A
 181        (1200  200   -25) ; C
 182        ( 700    *     *) ; corner
 183        (   *    0 -2000) ; X
 184        ))
 185 (declaim (type (simple-array t (* *)) *static-edge-table*))
 186
 187 (defun static-edge-stability (player board)
 188   "Compute this edge's static stability"
 189   (declare (type board board)
 190            (type player player))
 191   (loop for sq in *top-edge*
 192       for i from 0
 193       sum (the fixnum
 194             (cond
 195              ((= (bref board sq) empty) 0)
 196              ((= (bref board sq) player)
 197               (aref *static-edge-table* i
 198                     (piece-stability board sq)))
 199              (t (- (aref *static-edge-table* i
 200                          (piece-stability board sq))))))))
 201
 202 (eval-when (:compile-toplevel :load-toplevel :execute)
 203   (let ((stable 0) (semi-stable 1) (unstable 2))
 204     (declaim (type fixnum stable semi-stable unstable))
 205
 206     (defun piece-stability (board sq)
 207       (declare (type board board)
 208                (fixnum sq))
 209     (cond
 210       ((corner-p sq) stable)
 211       ((x-square-p sq)
 212        (if (eql (bref board (corner-for sq)) empty)
 213            unstable semi-stable))
 214       (t (let* ((player (bref board sq))
 215                 (opp (opponent player))
 216                 (p1 (find player board :test-not #'eql
 217                           :start sq :end 19))
 218                 (p2 (find player board :test-not #'eql
 219                           :start 11 :end sq
 220                           :from-end t)))
 221            (declare (fixnum player opp))
 222            (cond
 223              ;; unstable pieces can be captured immediately
 224              ;; by playing in the empty square
 225              ((or (and (eql p1 empty) (eql p2 opp))
 226                   (and (eql p2 empty) (eql p1 opp)))
 227               unstable)
 228              ;; Semi-stable pieces might be captured
 229              ((and (eql p1 opp) (eql p2 opp)
 230                    (find empty board :start 11 :end 19))
 231               semi-stable)
 232              ((and (eql p1 empty) (eql p2 empty))
 233               semi-stable)
 234              ;; Stable pieces can never be captured
 235              (t stable))))))))
 236
 237
 238 (defun init-edge-table ()
 239   "Initialize *edge-table*, starting from the empty board."
 240   ;; Initialize the static values
 241   (loop for n-pieces from 0 to 10 do
 242         (map-edge-n-pieces
 243          #'(lambda (board index)
 244              (declare (type board board)
 245                       (fixnum index))
 246               (setf (aref *edge-table* index)
 247                     (the fixnum (static-edge-stability black board))))
 248          black (initial-board) n-pieces *top-edge* 0))
 249   ;; Now iterate five times trying to improve:
 250   (dotimes (i 5)
 251     (declare (fixnum i))
 252     ;; Do the indexes with most pieces first
 253     (loop for n-pieces from 9 downto 1 do
 254           (map-edge-n-pieces
 255             #'(lambda (board index)
 256              (declare (type board board)
 257                       (fixnum index))
 258                 (setf (aref *edge-table* index)
 259                       (the fixnum (possible-edge-moves-value black board index))))
 260             black (initial-board) n-pieces *top-edge* 0))))
 261