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 1.3 2003/05/06 15:51:20 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
  23 (eval-when (:compile-toplevel)
  24   (declaim (optimize (safety 1) (space 0) (speed 3) (compilation-speed 0))))
  25
  26 (eval-when (:compile-toplevel :load-toplevel :execute)
  27   (defparameter *edge-and-x-lists*
  28     '((22 11 12 13 14 15 16 17 18 27)
  29       (72 81 82 83 84 85 86 87 88 77)
  30       (22 11 21 31 41 51 61 71 81 72)
  31       (27 18 28 38 48 58 68 78 88 77))
  32     "The four edges (with their X-squares)."))
  33
  34 (defparameter *top-edge* (first *edge-and-x-lists*))
  35
  36 (defvar *edge-table* nil
  37   "Array of values to player-to-move for edge positions.")
  38
  39 ;;(declaim (type (simple-array fixnum #.(expt 3 10)) *edge-table*))
  40
  41 (defun make-edge-table ()
  42   (setq *edge-table* (make-array (expt 3 10) :element-type 'fixnum
  43                                  :adjustable nil :fill-pointer nil))
  44   (init-edge-table)
  45   *edge-table*)
  46
  47
  48 (defun map-edge-n-pieces (fn player board n squares index)
  49   "Call fn on all edges with n pieces."
  50   ;; Index counts 1 for player; 2 for opponent
  51   (declare (fixnum index)
  52            (type player player)
  53            (type square index)
  54            (type (simple-array fixnum (100)) board)
  55            (list squares))
  56   (cond
  57     ((< (length squares) n) nil)
  58     ((null squares) (funcall fn board index))
  59     (t (let ((index3 (* 3 index))
  60              (sq (first squares)))
  61          (declare (fixnum index3 sq))
  62          (map-edge-n-pieces fn player board n (rest squares) index3)
  63          (when (and (> n 0) (eql (bref board sq) empty))
  64            (setf (bref board sq) player)
  65            (map-edge-n-pieces fn player board (- n 1) (rest squares)
  66                               (+ 1 index3))
  67            (setf (bref board sq) (opponent player))
  68            (map-edge-n-pieces fn player board (- n 1) (rest squares)
  69                               (+ 2 index3))
  70            (setf (bref board sq) empty))))))
  71
  72
  73
  74 (defun possible-edge-moves-value (player board index)
  75   "Consider all possible edge moves.
  76   Combine their values into a single number."
  77   (declare (type board board)
  78            (type player player)
  79            (type square index))
  80   (combine-edge-moves
  81    (cons
  82       (list 1.0 (aref *edge-table* index)) ;; no move
  83       (loop for sq in *top-edge*             ;; possible moves
  84             when (= (bref board sq) empty)
  85             collect (possible-edge-move player board sq)))
  86     player))
  87
  88
  89 (defun edge-index (player board squares)
  90   "The index counts 1 for player; 2 for opponent,
  91   on each square---summed as a base 3 number."
  92   (declare (type board board)
  93            (type player player)
  94            (type cons squares)
  95            (optimize (speed 3) (safety 1)))
  96   (let ((index 0))
  97     (declare (fixnum index))
  98     (dolist (sq squares)
  99       (declare (type square sq))
 100       (setq index
 101         (the fixnum
 102           (+
 103            (the fixnum (* index 3))
 104            (the fixnum (cond ((= (bref board sq) empty) 0)
 105                              ((= (bref board sq) player) 1)
 106                              (t 2)))))))
 107     index))
 108
 109 (defun possible-edge-move (player board sq)
 110   "Return a (prob val) pair for a possible edge move."
 111   (declare (type board board)
 112            (type player player)
 113            (type square sq))
 114   (let ((new-board (replace-board (svref *ply-boards* player) board)))
 115     (make-move sq player new-board)
 116     (list (edge-move-probability player board sq)
 117           (- (aref *edge-table*
 118                     (edge-index (opponent player)
 119                                new-board *top-edge*))))))
 120
 121 (defun combine-edge-moves (possibilities player)
 122   "Combine the best moves."
 123   (let ((prob 1.0)
 124         (val 0.0)
 125         (fn (if (= player black) #'> #'<)))
 126     (declare (short-float prob val))
 127     (loop for pair in (sort possibilities fn :key #'second)
 128           while (>= prob 0.0)
 129         do (incf val (* prob (first pair) (second pair)))
 130            (decf prob (* prob (first pair))))
 131     (round val)))
 132
 133
 134 (eval-when (:compile-toplevel :load-toplevel :execute)
 135   (let ((corner/xsqs '((11 . 22) (18 . 27) (81. 72) (88 . 77))))
 136     (defun corner-p (sq) (assoc sq corner/xsqs))
 137     (defun x-square-p (sq) (rassoc sq corner/xsqs))
 138     (defun x-square-for (corner) (cdr (assoc corner corner/xsqs)))
 139     (defun corner-for (xsq) (car (rassoc xsq corner/xsqs)))))
 140
 141 (defun edge-move-probability (player board square)
 142   "What's the probability that player can move to this square?"
 143   (declare (type board board)
 144            (type player player)
 145            (type square square))
 146   (cond
 147     ((x-square-p square) .5) ;; X-squares
 148     ((legal-p square player board) 1.0) ;; immediate capture
 149     ((corner-p square) ;; move to corner depends on X-square
 150      (let ((x-sq (x-square-for square)))
 151        (declare (type square x-sq))
 152        (cond
 153          ((= (bref board x-sq) empty) .1)
 154          ((= (bref board x-sq) player) 0.001)
 155          (t .9))))
 156     (t (/ (aref
 157             '#2A((.1  .4 .7)
 158                  (.05 .3  *)
 159                  (.01  *  *))
 160             (count-edge-neighbors player board square)
 161             (count-edge-neighbors (opponent player) board square))
 162           (if (legal-p square (opponent player) board) 2 1)))))
 163
 164 (defun count-edge-neighbors (player board square)
 165   "Count the neighbors of this square occupied by player."
 166   (declare (type board board)
 167            (type player player)
 168            (type square square))
 169   (count-if #'(lambda (inc)
 170                 (declare (type square inc))
 171                 (= (bref board (+ square inc)) player))
 172             '(+1 -1)))
 173
 174 (defparameter *static-edge-table*
 175   '#2A(;stab  semi    un
 176        (   *    0 -2000) ; X
 177        ( 700    *     *) ; corner
 178        (1200  200   -25) ; C
 179        (1000  200    75) ; A
 180        (1000  200    50) ; B
 181        (1000  200    50) ; B
 182        (1000  200    75) ; A
 183        (1200  200   -25) ; C
 184        ( 700    *     *) ; corner
 185        (   *    0 -2000) ; X
 186        ))
 187 (declaim (type (simple-array t (* *)) *static-edge-table*))
 188
 189 (defun static-edge-stability (player board)
 190   "Compute this edge's static stability"
 191   (declare (type board board)
 192            (type player player))
 193   (loop for sq in *top-edge*
 194       for i from 0
 195       sum (the fixnum
 196             (cond
 197              ((= (bref board sq) empty) 0)
 198              ((= (bref board sq) player)
 199               (aref *static-edge-table* i
 200                     (piece-stability board sq)))
 201              (t (- (aref *static-edge-table* i
 202                          (piece-stability board sq))))))))
 203
 204 (eval-when (:compile-toplevel :load-toplevel :execute)
 205   (let ((stable 0) (semi-stable 1) (unstable 2))
 206     (declaim (type fixnum stable semi-stable unstable))
 207
 208     (defun piece-stability (board sq)
 209       (declare (type board board)
 210                (fixnum sq))
 211     (cond
 212       ((corner-p sq) stable)
 213       ((x-square-p sq)
 214        (if (eql (bref board (corner-for sq)) empty)
 215            unstable semi-stable))
 216       (t (let* ((player (bref board sq))
 217                 (opp (opponent player))
 218                 (p1 (find player board :test-not #'eql
 219                           :start sq :end 19))
 220                 (p2 (find player board :test-not #'eql
 221                           :start 11 :end sq
 222                           :from-end t)))
 223            (declare (fixnum player opp))
 224            (cond
 225              ;; unstable pieces can be captured immediately
 226              ;; by playing in the empty square
 227              ((or (and (eql p1 empty) (eql p2 opp))
 228                   (and (eql p2 empty) (eql p1 opp)))
 229               unstable)
 230              ;; Semi-stable pieces might be captured
 231              ((and (eql p1 opp) (eql p2 opp)
 232                    (find empty board :start 11 :end 19))
 233               semi-stable)
 234              ((and (eql p1 empty) (eql p2 empty))
 235               semi-stable)
 236              ;; Stable pieces can never be captured
 237              (t stable))))))))
 238
 239
 240 (defun init-edge-table ()
 241   "Initialize *edge-table*, starting from the empty board."
 242   ;; Initialize the static values
 243   (loop for n-pieces from 0 to 10 do
 244         (map-edge-n-pieces
 245          #'(lambda (board index)
 246              (declare (type board board)
 247                       (fixnum index))
 248               (setf (aref *edge-table* index)
 249                     (the fixnum (static-edge-stability black board))))
 250          black (initial-board) n-pieces *top-edge* 0))
 251   ;; Now iterate five times trying to improve:
 252   (dotimes (i 5)
 253     (declare (fixnum i))
 254     ;; Do the indexes with most pieces first
 255     (loop for n-pieces from 9 downto 1 do
 256           (map-edge-n-pieces
 257             #'(lambda (board index)
 258              (declare (type board board)
 259                       (fixnum index))
 260                 (setf (aref *edge-table* index)
 261                       (the fixnum (possible-edge-moves-value black board index))))
 262             black (initial-board) n-pieces *top-edge* 0))))
 263