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 1.5 2003/06/12 13:28:55 kevin Exp $
  11 ;;;;
  12 ;;;; This file is Copyright (c) 2001-2003 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
  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            (optimize (speed 3) (space 0) (safety 0)))
  55   (cond
  56     ((< (length squares) n) nil)
  57     ((null squares) (funcall fn board index))
  58     (t (let ((index3 (* 3 index))
  59              (sq (first squares)))
  60          (declare (fixnum index3 sq))
  61          (map-edge-n-pieces fn player board n (rest squares) index3)
  62          (when (and (> n 0) (eql (bref board sq) empty))
  63            (setf (bref board sq) player)
  64            (map-edge-n-pieces fn player board (- n 1) (rest squares)
  65                               (+ 1 index3))
  66            (setf (bref board sq) (opponent player))
  67            (map-edge-n-pieces fn player board (- n 1) (rest squares)
  68                               (+ 2 index3))
  69            (setf (bref board sq) empty))))))
  70
  71
  72
  73 (defun possible-edge-moves-value (player board index)
  74   "Consider all possible edge moves.
  75   Combine their values into a single number."
  76   (declare (type board board)
  77            (type player player)
  78            (type square index))
  79   (combine-edge-moves
  80    (cons
  81       (list 1.0 (aref *edge-table* index)) ;; no move
  82       (loop for sq in *top-edge*             ;; possible moves
  83             when (= (bref board sq) empty)
  84             collect (possible-edge-move player board sq)))
  85     player))
  86
  87
  88 (defun edge-index (player board squares)
  89   "The index counts 1 for player; 2 for opponent,
  90   on each square---summed as a base 3 number."
  91   (declare (type board board)
  92            (type player player)
  93            (type cons squares)
  94            (optimize (speed 3) (safety 0) (space 0)))
  95   (let ((index 0))
  96     (declare (fixnum index))
  97     (dolist (sq squares)
  98       (declare (type square sq))
  99       (setq index
 100         (the fixnum
 101           (+
 102            (the fixnum (* index 3))
 103            (the fixnum (cond ((= (bref board sq) empty) 0)
 104                              ((= (bref board sq) player) 1)
 105                              (t 2)))))))
 106     index))
 107
 108 (defun possible-edge-move (player board sq)
 109   "Return a (prob val) pair for a possible edge move."
 110   (declare (type board board)
 111            (type player player)
 112            (type square sq))
 113   (let ((new-board (replace-board (svref *ply-boards* player) board)))
 114     (make-move sq player new-board)
 115     (list (edge-move-probability player board sq)
 116           (- (aref *edge-table*
 117                     (edge-index (opponent player)
 118                                new-board *top-edge*))))))
 119
 120 (defun combine-edge-moves (possibilities player)
 121   "Combine the best moves."
 122   (declare (optimize (speed 3) (safety 0) (space 0)))
 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            (optimize (speed 3) (safety 0) (space 0)))
 147   (cond
 148     ((x-square-p square) .5) ;; X-squares
 149     ((legal-p square player board) 1.0) ;; immediate capture
 150     ((corner-p square) ;; move to corner depends on X-square
 151      (let ((x-sq (x-square-for square)))
 152        (declare (type square x-sq))
 153        (cond
 154          ((= (bref board x-sq) empty) .1)
 155          ((= (bref board x-sq) player) 0.001)
 156          (t .9))))
 157     (t (/ (aref
 158             '#2A((.1  .4 .7)
 159                  (.05 .3  *)
 160                  (.01  *  *))
 161             (count-edge-neighbors player board square)
 162             (count-edge-neighbors (opponent player) board square))
 163           (if (legal-p square (opponent player) board) 2 1)))))
 164
 165 (defun count-edge-neighbors (player board square)
 166   "Count the neighbors of this square occupied by player."
 167   (declare (type board board)
 168            (type player player)
 169            (type square square))
 170   (count-if #'(lambda (inc)
 171                 (declare (type square inc))
 172                 (= (bref board (+ square inc)) player))
 173             '(+1 -1)))
 174
 175 (defparameter *static-edge-table*
 176   '#2A(;stab  semi    un
 177        (   *    0 -2000) ; X
 178        ( 700    *     *) ; corner
 179        (1200  200   -25) ; C
 180        (1000  200    75) ; A
 181        (1000  200    50) ; B
 182        (1000  200    50) ; B
 183        (1000  200    75) ; A
 184        (1200  200   -25) ; C
 185        ( 700    *     *) ; corner
 186        (   *    0 -2000) ; X
 187        ))
 188 (declaim (type (simple-array t (* *)) *static-edge-table*))
 189
 190 (defun static-edge-stability (player board)
 191   "Compute this edge's static stability"
 192   (declare (type board board)
 193            (type player player)
 194            (optimize (speed 3) (safety 0) (space 0)))
 195   (loop for sq in *top-edge*
 196       for i from 0
 197       sum (the fixnum
 198             (cond
 199              ((= (bref board sq) empty) 0)
 200              ((= (bref board sq) player)
 201               (aref *static-edge-table* i
 202                     (piece-stability board sq)))
 203              (t (- (aref *static-edge-table* i
 204                          (piece-stability board sq))))))))
 205
 206 (eval-when (:compile-toplevel :load-toplevel :execute)
 207   (let ((stable 0) (semi-stable 1) (unstable 2))
 208     (declare (type fixnum stable semi-stable unstable))
 209
 210     (defun piece-stability (board sq)
 211       (declare (type board board)
 212                (fixnum sq)
 213                (optimize (speed 3) (safety 0) (space 0)))
 214       (cond
 215         ((corner-p sq) stable)
 216         ((x-square-p sq)
 217          (if (eql (bref board (corner-for sq)) empty)
 218              unstable semi-stable))
 219         (t (let* ((player (bref board sq))
 220                   (opp (opponent player))
 221                   (p1 (find player board :test-not #'eql
 222                             :start sq :end 19))
 223                   (p2 (find player board :test-not #'eql
 224                             :start 11 :end sq
 225                             :from-end t)))
 226              (declare (fixnum player opp))
 227              (cond
 228                ;; unstable pieces can be captured immediately
 229                ;; by playing in the empty square
 230                ((or (and (eql p1 empty) (eql p2 opp))
 231                     (and (eql p2 empty) (eql p1 opp)))
 232                 unstable)
 233                ;; Semi-stable pieces might be captured
 234                ((and (eql p1 opp) (eql p2 opp)
 235                      (find empty board :start 11 :end 19))
 236                 semi-stable)
 237                ((and (eql p1 empty) (eql p2 empty))
 238                 semi-stable)
 239                ;; Stable pieces can never be captured
 240                (t stable))))))))
 241
 242
 243 (defun init-edge-table ()
 244   "Initialize *edge-table*, starting from the empty board."
 245   ;; Initialize the static values
 246   (declare (optimize (speed 3) (safety 0) (space 0)))
 247   (loop for n-pieces from 0 to 10 do
 248         (map-edge-n-pieces
 249          #'(lambda (board index)
 250              (declare (type board board)
 251                       (fixnum index))
 252               (setf (aref *edge-table* index)
 253                     (the fixnum (static-edge-stability black board))))
 254          black (initial-board) n-pieces *top-edge* 0))
 255   ;; Now iterate five times trying to improve:
 256   (dotimes (i 5)
 257     (declare (fixnum i))
 258     ;; Do the indexes with most pieces first
 259     (loop for n-pieces fixnum from 9 downto 1 do
 260           (map-edge-n-pieces
 261             #'(lambda (board index)
 262                 (declare (type board board)
 263                          (fixnum index))
 264                 (setf (aref *edge-table* index)
 265                       (the fixnum (possible-edge-moves-value black board index))))
 266             black (initial-board) n-pieces *top-edge* 0))))
 267