John von Neumann und das Los Alamos Schach

Vor kurzem wurden die Hintergründe für einen der ersten Betrugsfälle im Turnierschach, bei dem ein Computer eingesetzt wurde, aufgedeckt. Der Berufsspieler John Wayne meldete sich 1993 bei World Open in Philadelphia unter dem Namen John von Neumann an und bekam während des Spiels mit Hilfe eines Vibrationsempfängers Nachrichten von seinem Partner Rob Reitzen, der in einem Hotelzimmer einen Computer bediente. Die weiteren Details kann man in diesem Artikel nachlesen.

Der Name, den Wayne als Alias verwendet hat, war alles andere als zufällig gewählt. John von Neumann – dieser Name stellt die Verbindung her zwischen der Theorie der Spiele, dem ersten Computer und dem Beginn des Computerschachs. Zeit sich mit diesem Mann zu beschäftigen.

John von Neumann während seiner Zeit in Los Alamos (Quelle: By LANL -http://www.lanl.gov/history/atomicbomb/images/NeumannL.GIF, Attribution,  https://commons.wikimedia.org/w/index.php?curid=3429594)

János Lajos Neumann – später bekannt als John von Neumann – wurde 1903 in Budapest geboren. Anfang der zwanziger Jahre studierte er an der ETH Zürich parallel Chemie und Mathematik. Das Chemiestudium war der Wunsch des Vaters, damit er später einen richtigen Beruf ergreifen könnte, während dem Mathematikstudium sein eigentliches Interesse galt. Das Chemiestudium schloss er mit einem Diplom ab, während er 1926 in Mathematik promovierte.

Er emigrierte in den dreißiger Jahren in die USA und war ab 1943 Mitarbeiter beim Manhattan-Projekt in Los Alamos, wo die ersten Atombomben entwickelt wurden. Seine Beiträge zur Berechnung der Implosionsgeometrie gelten bis heute als wichtiger Bestandteil zum Erfolg des Projektes.

Nach dem Krieg blieb er dem Projekt noch eine Zeitlang verbunden und war unter anderem an der Entwicklung eines der ersten Computer – dem MANIAC I – beteiligt.  Im Jahr 1957 starb John von Neumann im Alter von nur 53 Jahren an Knochenkrebs – möglicherweise eine Folge seiner Strahlenexposition in Los Alamos.

[Anmerkung des Verfassers:] Ich habe von John von Neumann erstmals in den 1980er Jahren während meines Informatikstudiums gehört. Sein Name tauchte häufig auf: in der Computerarchitektur, in der Spieltheorie, in der Geschichte der frühen Rechner.

Es gibt eine gewisse Ironie darin, dass ein Schachbetrüger ausgerechnet den Namen John von Neumann wählte: Denn von Neumann selbst interessierte sich nach allem, was wir wissen, kaum für das Schachspiel als praktische Disziplin. Es sind keine Schachpartien von ihm überliefert, keine Berichte, dass er regelmäßig spielte oder an Turnieren teilnahm. Seine Vorlieben galten eher dem Kriegsspiel und später dem Pokerspiel.

Aber John von Neumanns Arbeiten haben bis heute großen Einfluss auf das Computerschach. Drei Aspekte möchte ich dabei herausgreifen.

1. Die Von-Neumann-Architektur – die Grundlage aller modernen Computer

Im Jahr 1945 veröffentlichte von Neumann sein wegweisendes Dokument "First Draft of a Report on the EDVAC" – und veränderte damit die Geschichte der Computertechnik fundamental. Das Konzept, das er darin beschrieb, ist heute als Von-Neumann-Architektur bekannt und bildet noch immer die Grundlage nahezu aller modernen Computer.

Das revolutionäre Prinzip: Programmbefehle und Daten werden im selben Arbeitsspeicher abgelegt. Klingt simpel – war es aber nicht. Frühere Maschinen mussten für jeden neuen Aufgabentyp physisch umgebaut werden. Von Neumanns Idee ermöglichte es, den Computer durch das bloße Laden eines neuen Programms in den Speicher umzuprogrammieren. Der Computer wurde zur universellen Rechenmaschine.

2. Die Spieltheorie – die Mathematik der Entscheidungsfindung

Von Neumanns wichtigster Beitrag zur Schachcomputerprogrammierung ein mathematischer: Die Spieltheorie. Diese Disziplin untersucht mathematisch, wie rationale Akteure in strategischen Situationen entscheiden – Situationen, in denen das Ergebnis nicht nur vom eigenen Handeln, sondern auch von den Entscheidungen anderer abhängt.

Schon 1928 entwickelte von Neumann die Grundlagen des Mini-Max-Algorithmus. Später war er dann in Los Alamos auch an der Entwicklung der Monte-Carlo-Methode beteiligt. Während der Mini-Max-Algorithmus in modernen Programmen durch Alpha-Beta-Pruning deutlich effizienter gestaltet wurde, bildet er noch immer die theoretische Grundlage aller klassischen Schachprogramme. Und auch die Monte-Carlo-Methode ist immer noch aktuell.

3. MANIAC I – der erste Schachcomputer der Welt

Der MANIAC I (Mathematical Analyzer, Numerical Integrator, and Computer) wurde unter der Leitung des Nicholas Metropolis am Los Alamos Scientific Laboratory gebaut. Von Neumann war maßgeblich an dem Design der Maschine beteiligt, die natürlich auf der Von-Neumann-Architektur beruhte. Im März 1952 nahm der Computer seinen Betrieb auf.

MANIAC I Computer
(Quelle: By Los Alamos National Laboratory - https://discover.lanl.gov/news/0412-maniac/, Attribution, https://commons.wikimedia.org/w/index.php?curid=133903595)

Dieser Computer wurde gebaut, um Berechnungen für die Weiterentwicklung von Atombomben durchzuführen. Das hört sich einfacher an, als es ist. Schließlich wurde mit dem Bau dieses Computers Neuland betreten und es mussten erst Erfahrungen mit der Programmierung gesammelt werden.

Was liegt dann näher, als ein Spiel zu programmieren. Das macht Spaß und den Geldgebern kann man glaubhaft versichern, dass man sich intensiv mit der Programmierung des Computers beschäftigt. Und bei der Auswahl des Spiels überrascht es niemanden, dass man sich für Schach entschieden hat.

Allerdings ganz so einfach lief es nicht. Man stellte schnell fest, dass der Computer für richtiges Schach zu langsam war (11.000 Operationen pro Sekunde) und auch zu wenig Speicher (ca. 5 KB) hatte. Also musste man die Regeln etwas vereinfachen. Diese Variante nannte man Los Alamos Schach.

Mit diesen vereinfachten Regeln war es möglich, ein Schachprogramm für die MANIAC I zu entwickeln. Das Programm hatte eine Suchtiefe von 4 und benutzte eine Bewertungsfunktion, die auf Material und Mobilität basierte.

Paul Stein und Nicholas Metropolis spielen Los-Alamos-Schach gegen den MANIAC, eine vereinfachte Version des Spiels ohne Läufer. Der Computer benötigte zwischen den Zügen immer noch etwa 20 Minuten. Man beachte, dass die Regel „weiße Dame auf weißem Feld“ beibehalten wurde, so dass in der Ausgangsstellung die weiße Dame rechts des Königs steht. (Quelle: By Los Alamos National Laboratory - https://discover.lanl.gov/news/0412-maniac/, Attribution, https://commons.wikimedia.org/w/index.php?curid=133903600)

Für eine typische Mittelspielstellung benötigte das Programm ca. 20 Minuten, um einen Zug auszuwählen. Die Partien dauerten daher sehr lange, so dass insgesamt nur drei gespielt wurden. Die erste Partie war ein Test, in dem der Computer gegen sich selbst spielte. Weiß gewann die Partie, aber die Notation scheint verloren gegangen zu sein.

In den anderen beiden Partien spielte der Computer gegen menschliche Gegner. In der Partie gegen einen erfahrenen Spieler verlor die Maschine trotz Damenvorgabe. Aber in der letzten Partie gab es einen Erfolg. Der Computer konnte eine Assistentin, die eine Woche vorher die Schachregeln gelernt hatte, besiegen.

Weger der Regelanpassungen können Partien, die nach den Los Alamos Schachregeln gespielt wurden, nicht einfach auf einer Webseite eingebunden werden. Die entsprechenden Player kommen damit nicht klar. Daher kann ich die Notationen der beiden überlieferten Partien nur in Textform angeben.

White: Martin Kruskal   Black: MANIAC I
1. d3 Na4 2. b3 Nb6 3. c3 d4 4. c4 bxc4 5. dxc4 a4 6. Na3 e4 7. Kd2 Ke5 8. f3 e3+ 9. Kc2 axb3+ 10. axb3 Nf4 11. Nd3+ Nxd3 12. Kxd3 Kf4 13. Kc2 Ra5 14. Kb2 Re6 15. Rfd1 Re5 16. Nc2 Rxa1 17. Kxa1 Re6 18. Kb2 Re5 19. Ne1 Qe4 20. fxe4 fxe4 21. Kc2 d3+ 22. exd3 e2 23. Ra1 Re6 24. Ra5 exd3+ 25. Kd2 Re4 26. Rxc5 Re6 27. Nxd3+ Ke4 28. Kxe2 Kd4+ 29. Re5 Rxe5+ 30. Nxe5 Kc5 31. Kd3 Kb4 32. Kd4 Nxc4 33. bxc4 Kb3 34. c5 Kb4 35. c6=Q Kb3 36. Nd3 Ka2 37. Qc3 Kb1 38. Qb2# 1–0^[5]

White: MANIAC I   Black: Beginner
1.d3 b4 2.Nf3 d4 3.b3 e4 4.Ne1 a4 5.bxa4 Nxa4 6.Kd2 Nc3 7.Nxc3 bxc3+ 8.Kd1 f4 9.a3 Rb6 10.a4 Ra6 11.a5 Kd5 12.Qa3 Qb5 13.Qa2+ Ke5 14.Rb1 Rxa5 15.Rxb5 Rxa2 16.Rb1 Ra5 17.f3 Ra4 18.fxe4 c4 19.Nf3+ Kd6 20.e5+ Kd5 21.exf6=Q Nc5 22.Qxd4+ Kc6 23.Ne5# 1–0^[2]

Damit beenden wir unsere Rundreise, die uns von den Grundlagen moderner Rechner, über den Bau eines der ersten Computer, dem ersten Computerspiel (natürlich Schach), dem ersten Sieg eines Schachcomputers gegen einen menschlichen Gegner bis hin zum ersten Computerbetrug im Turnierschach geführt hat. Ich bin sicher, der echte John von Neumann hätte das sicherlich mit einem trockenen Witz kommentiert – er war für seinen Humor bekannt.