ПОБЕДИТЕЛЬ — АВТОМАТ

Когда лет 25 назад на страницах газет и журналов стали появляться сообщения о создании электронных кибернетических машин, способных играть в домино, шашки, шахматы и другие игры, читатели по-разному восприняли эти известия. Одни, удивленно всплескивая руками, говорили: «Подумать только! До чего дошла техника!» Другие, не в меру серьезные люди, пожимали плечами: «Неужели ученым больше делать нечего?» — «Что вы, — возражали им третьи, не столь серьезные, — пусть забавляются. Надо же и ученым отдохнуть после напряженной работы».

И невдомек было и тем, и другим, и третьим, что разработка и конструирование играющих автоматов — это очень важное дело, так как создание совершенных игровых систем открывает широкие возможности электронной техники для решения многих народнохозяйственных задач.

Теперь иные времена. Вряд ли кого-либо сегодня удивит сообщение о новой кибернетической играющей машине. В наши дни конструированием простых играющих машин-автоматов стали с успехом заниматься даже юные техники. Ведь это так увлекательно: своими руками построить умную машину, способную обыграть партнера-человека.

Обычно программы игр, выполняемые автоматами, подразделяются на комбинаторные и стратегические. В первых неопределенность исхода связана с обилием всевозможных вариантов (комбинаций), которые перебирают игроки в поисках лучшего хода. В играх подобного рода для одного из участников заранее существует набор правильных ходов, ведущий к выигрышу. Поэтому второй игрок заведомо обречен на поражение.

В стратегических же играх неопределенность исхода обусловлена тем, что каждый из участников, принимая решение о выборе очередного хода, не знает, какой ход сделал (или сделает) противник. В таких играх предусмотреть заранее все выигрышные варианты невозможно. Поэтому игры стратегического плана — захватывающие, с глубоким логическим содержанием. В них побеждает наиболее умный и тонкий стратег.

Кибернетическое устройство (рис. 1), способное придерживаться оптимальной смешанной стратегии, предназначено для игры «Веришь — не веришь». Суть ее заключается в следующем. В урне два шарика: красный и зеленый. Игрок А берет наугад один из них. Игрок Б этой процедуры не видит. За красный шарик всегда полагается одно очко. Ко когда А попадется зеленый шар, то он может сказать, что взял красный, и, если противник поверит, получит одно очко. Правда, тут есть риск: если обман будет обнаружен, А отдаст Б два очка. Сели у А действительно красный шар, два очка отдаст Б. Поэтому в данном случае самый безопасный выход — признаться, что вытащил зеленый шарик, И отдать противнику одно очко.

Рис. 1. Внешний вид автомата «Веришь — не веришь».

Из правил игры видно, что у игрока А имеются две чистые стратегии: А1 — обманывать и А2 — не обманывать. У игрока Б также две стратегии: Б1 — верить, Б2 — не верить. В теории игр доказывается, что стратегия первого игрока будет оптимальной, если его чистые стратегии А1 и А2 чередуются случайным образом, причем А2 применяется вдвое чаще, чем А1 (то есть в соотношении А1 : А2 = 1 : 2). Поэтому если поведение первого игрока будет соответствовать этой наилучшей стратегии, то он будет выигрывать чаще, чем игрок Б, и матч, состоящий из множества партий, закончится в его пользу.

В игре «Веришь — не веришь» с функциями игрока А с успехом может справиться несложное кибернетическое устройство. Разумеется, придется несколько видоизменить игру, потому что машина не сумеет различать шары по цвету. Но их можно заменить двумя лампочками — красной и зеленой. В том, какая из лампочек включена, машина легко «разберется».

Когда игрок А берет из урны один из шариков, он с равной вероятностью может взять любой из них. Заменяя шарики лампочками, нужно предусмотреть в машине устройство, например электромагнитное поляризованное реле, которое включало бы наугад с равной вероятностью каждую из лампочек. В таком реле направление отклонения якоря зависит от направления тока в обмотке. Если подключить обмотку реле к источнику переменного тока (рис. 2), то якорь будет вибрировать с частотой сети, отклоняясь то в одну, то в другую сторону; в момент выключения тока (когда отпущена кнопка Кн) якорь с одинаковой вероятностью может остановиться как в правом, так и в левом положении: соответственно загорится одна из лампочек, подключенных к источнику тока через исполнительные контакты реле.

Рис. 2. Вариатор случайного выбора

Теперь нужно запрограммировать дальнейшее поведение игрока А — машины. Как сделать, чтобы она случайным образом в соотношении 1 : 2 чередовала свои чистые стратегии?

Выполнение этой задачи также нетрудно возложить на простое электромеханическое устройство. Часть поверхности (сектор 120°) вращающегося пластмассового диска с прижатой к нему неподвижной контактной щеткой покрыта медной фольгой (рис. За). Если этот диск время от времени останавливать, то контакт «щетка — диск» будет проводить электрический ток лишь в одной трети всех случаев — когда щетка оказывается прижатой к металлической фольге.

Медный 120-градусный сектор можно разбить на несколько более узких секторов, расположенных симметрично на пластмассовом диске (рис. 3б). Если теперь в электрическую цепь последовательно со щеткой и диском включить обмотку нейтрального электромагнитного реле, то контакты последнего будут переключать две исполнительные цепи (в моменты остановок диска) случайным образом, но в отношении 1 : 2 (то есть одна из цепей будет включаться вдвое чаще, чем другая). Принцип действия этого механизма положен в основу играющего автомата, который питается от сети напряжением 220 В. В средней части лицевой панели (рис. 1) в специальной нише, которая закрывается заслонкой, расположены красная и зеленая лампочки. Перед началом каждой партии кнопкой «Выбор» включают электромагнитное поляризованное реле: загорается одна из лампочек, закрытых от противника заслонкой.

Рис. 3. Вариатор чистых стратегий.

В верхней части панели расположены красная и зеленая сигнальные лампочки. Когда кнопка «Выбор» отпущена, машина сама включает одну из них. Машина может включить сигнальную лампочку того же цвета, что и горящая лампочка под заслонкой (в этом случае машина «говорит правду»), или красную сигнальную лампочку, когда под заслонкой горит зеленая лампочка: автомат «пытается» обмануть своего противника.

Если машина включила зеленую сигнальную лампочку, то есть она призналась, что под заслонкой горит зеленая лампочка, то ее противнику остается лишь принять одно очко, нажав кнопку «Верю». Счетчик его очков фиксирует выигрыш.

Если же автомат включил красную сигнальную лампочку, то есть утверждает, что под заслонкой горит такая же (а это может быть и иначе), то у игрока Б — два варианта действий. Если он поверит и нажмет кнопку «Верю», счетчик машины прибавит ей одно очко. Не поверив, игрок Б отодвинет вправо заслонку, на которой написано «Не верю», чтобы удостовериться, какая из лампочек включена. Если автомат не обманывал, то он получает два очка; если пытался это сделать — отдает столько же противнику. На этом партия заканчивается.

Чтобы начать следующую, нажимают на кнопку «Сброс». При этом все механизмы машины возвращаются в исходное состояние, а счетчики сохраняют набранное ранее количество очков. В самом начале игры счетчики с помощью специальных рычагов устанавливаются на нуль. Количество партий неограниченно. Побеждает тог из противников, кто наберет за время игры большее число очков.

Проанализируем работу автомата по его принципиальной схеме (рис. 4).

Рис. 4. Принципиальная схема играющею автомата.

Перед началом игры автомат подключают к источнику питання; загорается лампа Л1 — индикатор готовности машины. Затем человек, играющий с ней, нажимает и через 2—3 секунды отпускает кнопку Кн1 «Выбор». При этом напряжение поступает на обмотку реле Р1, и оно срабатывает. Его контакты Р1/1 включают синхронный двигатель ДСД-60, который начинает вращать контактный диск выбора чистых стратегий. Одновременно контакты Р1/2 подают напряжение на обмотку реле Р2, а контакты Р1/3 — на обмотку поляризованного реле Р9. Реле Р2 срабатывает и блокируется своими контактами Р2/1. Одновременно контакты Р2/2 подготавливают к включению лампы Л2, Л3 под заслонкой и сигнальные лампы Л4, Л5.

Якорь реле Р9 начинает вибрировать с частотой сети, и его контакты Р9/1 попеременно замыкают и размыкают цепь обмотки реле Р4. Однако реле Р4 не срабатывает, так как контакты РІ/2 переключены и напряженке на обмотку реле Р4 не поступает.

Когда кнопку Кн1 отпускают, реле Р1 обесточивается: его контакты Р Р1/2 подают напряжение на логическое устройство автомата, состоящее из реле Р3—Р8. Контакты Р1/1 отключают двигатель ДСД-60, и контактный диск останавливается. При этом в зависимости от положения, которое занял диск, реле Р3 может быть как включено, так и обесточено. Вероятности того и другого — 1/3 и 2/3. Контакты РІ/3 отключают поляризованное реле Р9 и подают напряжение на лампы Л2—Л5.

Контакты Р9/1 оказываются или замкнутыми, или разомкнутыми в зависимости от того, в каком из крайних положений остановится якорь поляризованного реле. Оба положения равновероятны.

Рассмотрим первый случай, когда контакты Р9/1 оказались замкнутыми. Реле Р4 срабатывает, его контакты Р4/3 включают красную лампу Л3 под заслонкой; контакты Р4/2 подготавливают электрическую цепь счетчика очков машины Сч2; контакты Р4/І включают обмотку реле Р3, и это реле срабатывает независимо от положения контактного диска. Контакты Р3/1 включают красную сигнальную лампу Л5: машина «заявляет», что под заслонкой горит красная лампа Л3. Одновременно контакты Р3/2 подготавливают к включению узел логического устройства, содержащий реле Р6—Р8, а контакты Р3/3 — счетчик машины Сч2.

Ответный ход делает игрок Б — он или верит противнику-автомату, или нет. Если нажата кнопка Кн2 «Верю», срабатывает реле Р5, контакты Р5/1 обеспечивают его самоблокировку и вместе с тем снимают питание с узла логического устройства (реле Р6—Р8). Через контакты Р5/2 поступает напряжение на счетчик Сч2; он срабатывает и прибавляет одно очко.

Не поверив машине, игрок Б отодвигает заслонку. При этом замыкаются контакты Кн3 и срабатывает реле Р6. Его контакты Р6/І и Р6/2 подключают питание к реле Р8 и счетчику Сч2 (реле Р4 находится под током). Счетчик прибавляет к своим показаниям еще одно очко, а реле Р8 само-блокируется, и Р8/1 подготавливает цепь питания реле Р7.

Отпущенная заслонка под действием пружины возвращается в исходное положение: контакты Кн3 размыкаются. Реле Р6 обесточивается, и его контакты Р6/1 включают реле Р7. Спустя 1—2 с (задержка определяется постоянной времени цепи R2, С3) напряжение на конденсаторе С3 становится достаточным для срабатывания реле Р7. Оно самоблокируется и включает контактами Р7/2 счетчик Сч2, который отсчитывает второе очко.

Теперь рассмотрим второй случай: контакты Р9/1 разомкнуты, реле Р4 обесточено, а под заслонкой горит зеленая лампа Л2. В этом случае состояние реле Р3 определяется положением контактного диска. При срабатывании реле Р3 его контакты Р3/1 включают красную сигнальную лампу Л5 (машина «пытается» обмануть противника). Если реле Р3 обесточено, включена зеленая сигнальная лампа Л4 (автомат «признается», что под заслонкой горит лампа того же цвета). В этом случае противнику не остается ничего другого, как только нажать кнопку Кн2 «Верю»: срабатывает его счетчик Сч1, прибавив одно очко.

Когда горит красная сигнальная лампа Л5, у человека опять есть два выхода. Если он поверит и нажмет кнопку Кн2, то сработает счетчик очков машины, прибавив одно очко (контакты Р3/3 находятся в правом по схеме положении). Если не поверит и отодвинет заслонку, то два очка прибавляет счетчик Сч1 (контакты Р4/2 находятся в левом по схеме положении).

На этом партия заканчивается. Нажав кнопку Кн4 «Сброс», снимают питание со всех реле схемы. Логическое устройство автомата возвращается в исходное состояние. Можно начинать следующую партию.

В схеме автомата использованы: электромагнитные реле РПН, поляризованное реле РП-5, импульсные счетчики типа СЭИ-1, лампы Л1 —Л5 типа ЛН 3,5 В, конденсаторы С1 — С3 — электролитические К56-3, резисторы R1 и R2 подбираются при налаживании машины. Двигатель ДСД-60 — синхронный, рассчитанный на переменное напряжение 220 В; его вал делает 60 об/мин. Кнопки Кн1, Кн2, Кн4 — звонковые. В качестве Кн3 использованы контакты от реле. Выключатель сети — однополюсный тумблер.

Блок питания машины состоит из трансформатора Tp1 и двух выпрямителей. Первый выпрямитель, собранный по мостовой схеме на диодах Д1— Д4, обеспечивает напряжение 24 В для питания реле P1—Р8. Второй, также собранный по мостовой схеме на диодах Д5—Д8, дает напряжение 48 В для питания счетчиков Сч1 и Сч2.

Трансформатор Tp1 намотан на сердечнике Ш20X20 мм. Сетевая обмотка содержит 2750 витков провода ПЭЛ 0,15; обмотка II — 300 витков ПЭЛ 0,3-5; обмотка III — 600 витков ПЭЛ 0,15; обмотка IV — 44 витка ПЭЛ 0,5.

Все детали и узлы машины монтируются на горизонтальном металлическом шасси (рис. 5).

Рис. 5. Расположение деталей на шасси.

Машина для игры «Веришь — не веришь» была построена студентами физического факультета Свердловского государственного педагогического института. Для проверки «игровых способностей» этого автомата студенты установили его в одной из комнат общежития и предложили сразиться с ним всем желающим (предварительно были зафиксированы рычаги сброса в счетчиках очков, чтобы их нельзя было возвращать на руль). В течение нескольких дней студенты играли с машиной — состоялось в общей сложности 2000 партий — И к концу этого своеобразного состязания счет был в пользу автомата.

Д. КОМСКИЙ, кандидат педагогических наук, г. Свердловск