Allgemein 29.05.2019 | 09:54von Kevin Högy

Zeitenwende im Computerschach? Leela Chess Zero schlägt Stockfish 10!

Im 15. Superfinale der Top Chess Engine Championship (TCEC) - der inoffiziellen Computerschach-Weltmeisterschaft - schlägt das neuronale Netzwerk Leela Chess Zero den bis dahin als beste Engine der Welt geltenden Stockfish 10! In einem auf 100 Partien angesetzten Match (Bedenkzeit: 120 Minuten für die gesamte Partie plus 10 Sekunden Inkrement pro Zug) konnte sich Leela mit 53,5:46,5 (+14 =79 -7) durchsetzen. In der Qualifikation zum Finale war es noch Stockfish 10, der die Nase vorn hatte. Doch im Finale krönte sich Leela nun zum ersten Mal zum unangefochtenen Champion! Könnte damit nun die Tür zu einem neuen Zeitalter im Computerschach aufgestoßen sein?

Und da ist der Fisch im neuronalen Netz gefangen worden: Leela Chess Zero schlägt Stockfish 10 in der TCEC und wird inoffizieller Computerschach-Weltmeister!

Was ist überhaupt die TCEC?

Bei der Top Chess Engine Championship treten seit Jahren die besten Schachengines der Welt gegeneinander an. In einem Ligensystem werden pro Saison Auf- und Absteiger ausgespielt, die dann in der darauffolgenden Saison in höheren bzw. tieferen Ligen an den Start gehen. So können Engines, die mit der Zeit besser werden, immer weiter aufsteigen und sich irgendwann mit den besten Vertretern ihrer Zunft messen. Dabei gilt: Je höher die Liga, umso länger wird die Bedenkzeit.

Das Besondere hierbei ist, dass in der höchsten Spielklasse, der Premier Division (einer Art „Bundesliga“ des Computerschachs), zuerst die acht besten Engines in einer Vorrunde jeweils 6 Partien gegeneinander ausspielen. Nach also insgesamt 42 Partien ist die Saison beendet – aber damit noch nicht die Meisterschaft! Denn am Ende der Saison spielen noch die zwei Schachengines gegeneinander, die in der Saison die Plätze 1 und 2 belegt haben. Also quasi ein Aufeinandertreffen der Titanen. Und dieser Zweikampf der Engines geht dann über sage und schreibe 100 Partien!

Der Werdegang von Stockfish

Die unter anderem von Tord Romstad entwickelte Engine ist wohl fast allen Schachspielern bekannt. Ihre erste Version wurde 2008 auf Basis des Programms Glaurung entwickelt – einer Engine, die Romstadt ebenfalls 2004 entwickelt hatte. Wie überlegen Stockfish in den letzten Jahren die Engine-Schachwelt dominierte, kann man gut anhand der Platzierungen und Ergebnisse in der TCEC ablesen:

Eines ist also klar: In den letzten Jahren gab es im Prinzip kein Vorbeikommen an dem norwegischen Fisch! Ähnlich wie auch im Schach der Menschen ist Norwegen im Computerschach einsame Spitze. In den Superfinals 11 bis 13 hatten Komodo und Houdini nicht die geringste Chance gegen Stockfish und wurden vor allem noch zu Beginn mit hohen Niederlagen nach Hause geschickt. Erst in der letzten Saison gab es einen Gegner auf Augenhöhe, gegen den Stockfish das Match nur hauchdünn gewinnen konnte: Leela Chess Zero!

Der Werdegang von Leela

Leela Chess Zero hätte es wohl ohne den vielbeachteten Wettkampf zwischen Googles AlphaZero und Stockfish 8 nie in seiner jetzigen Form gegeben. Als in 2017 Googles neuronales Netzwerk AlphaZero wie aus dem Nichts heraus mit 64:36 Punkten bei 28 zu 0 (!) Siegen gegen Stockfish 8 gewann, sprachen viele schon von einer Schachrevolution durch AlphaZero! Ohne jegliche Schachkenntnisse, nur mit den Schachregeln bewaffnet, lernte AlphaZero durch vierstündiges Spielen gegen sich selbst alles, was es brauchte, um die bis dato beste Engine der Welt ohne großes Federlesen zu zerlegen. Und auch, wenn zu Beginn Kritik an den Wettkampfbedingungen laut wurde (die Stockfish klar benachteiligten, so die Kritiker), zeigte ein weiteres Match unter ausgeglicheneren Startbedingungen: Gegen das neuronale Netzwerk war einfach kein Kraut gewachsen. Auch den zweiten auf 1000 Partien (!) ausgelegten Wettkampf gewann AlphaZero gegen Stockfish klar mit 574,5:425,5!

Beeindruckend waren vor allem manche Siege AlphaZeros, insbesondere seine Interpretation des Dameninders. Dort gab AlphaZero liebend gern mit Weiß einen Bauern für langfristige Kompensation und die Chance, die gegnerische Entwicklung zu hemmen und die schwarzen Figuren an den Rand des Brettes zu drängen. Zuletzt wies auch Magnus Carlsen darauf hin, dass wir Menschen noch viel zu lernen haben, wenn es um das Verständnis solch langfristiger Kompensation geht. Jan Gustafsson hat damals aus gegebenem Anlass genau diesen Dameninder aus theoretischer Sicht untersucht. Und auch Peter Svidler zeigte sich beeindruckt und wählte eine Partie dieses Wettkampfs sogar als eine der besten Partien des Jahres aus!

Was hat das nun mit Leela zu tun? Ganz einfach: Auf Basis der von Google veröffentlichen Schriften zu AlphaZero begann die Entwicklung eines AlphaZero-„Klons“. Die Programmierer Gary Linscott (der auch bei Stockfish seine Finger im Spiel hat) und Gian-Carlo Pascutto riefen das open-source-Projekt "Leela Chess Zero" ins Leben. Genauso wie AlphaZero kannte Leela zu Beginn nur die Schachregeln (Zero steht dabei für das implementierte Vorwissen zusätzlich zu den Regeln: null). Man brachte ihr also zum Beispiel nicht bei, dass im Schach beispielsweise Königssicherheit und Zentrumskontrolle wichtig sind. Oder das eine Dame stärker als ein Bauer ist. Leela lernte lediglich durch das Spiel gegen sich selbst, welche Züge funktionieren und welche nicht. Die Basis dafür war die MCTS (Monte-Carlo Tree Search), die grob gesprochen nichts anderes ist als gerade zu Beginn des Lernprozesses eine auf Zufall basierte Erkundung des Variantenbaums.

Freiwillige konnten während des Lernprozesses die Rechenleistung ihres Computers „spenden“ und es Leela somit ermöglichen, Partien zu spielen und somit zu lernen. Das Interessante ist dabei, dass bereits nach wenigen Monaten des Trainings Leela so stark wie ein menschlicher Großmeister war. Wie schnell Leela besser wurde, das lässt sich auch gut an ihren Resultaten in der TCEC ablesen:

  • Saison 12: 5. Liga (Platz 8)
  • Saison 13: 5. Liga (Platz 1), 4. Liga (Platz 3)
  • Saison 14: 4. Liga (Platz 1), 3. Liga (Platz 1), 2. Liga (Platz 1), 1. Liga (Platz 2), Superfinale (Platz 2)
  • Saison 15: 1. Liga (Platz 2), Superfinale (Platz 1)

Worin unterscheiden sich Stockfish und Leela?

Stockfish und Leela sind, wie wir bereits gesehen haben, vollkommen unterschiedliche Engines. Das kann man schon am offensichtlichsten ablesen: Der Bewertungsfunktion!

Stockfish und alle anderen „herkömmlichen“ Engines bewerten eine Stellung in Bauerneinheiten. Damit eine Engine das tun kann, gibt es diverse Befehle und Vorschriften im Programmcode, die alle von Menschen selbst programmiert worden sind. Wenn Stockfish eine Stellung bewertet, macht er – vereinfacht gesprochen - erst einmal nichts anderes, als alle Merkmale einer Stellung zu erfassen, ihnen dann den passenden (von Menschen bestimmten) Wert in Bauerneinheiten zuzuweisen und dann schlussendlich alle Werte zusammenzurechnen. Die Summe aller Stellungsmerkmale ist dann das, was wir als +0.73, 0.00 oder -4.91 kennen. Wir als Menschen wissen dann zumindest: Weiß scheint bei +0.73 Vorteil zu haben, während Schwarz bei -4.91 vermutlich auf Gewinn steht (so es keine Festung gibt).

Bei Leela sieht das schon komplett anders aus: Leela kennt keine Bauerneinheiten! Sie wählt aus einer gegebenen Ausgangsstellung mögliche, regelkonforme Züge per Zufall aus und „simuliert“ damit wahrscheinliche Partieausgänge. Zusätzlich dazu probiert sie noch Züge aus, die bisher durch dieses Zufallsverfahren noch nicht ausprobiert wurden, die aber in der Vergangenheit in ähnlichen Stellungen gut funktioniert haben. Man könnte also sagen, Leela wählt wie AlphaZero seine Züge nach einem halb-zufälligem System aus – wobei es sich, ähnlich wie Menschen, auf Züge zu konzentrieren scheint, die eben oftmals funktionieren! Wir Menschen wissen auch, dass es typischerweise nicht gut ist, die Bauern vor dem eigenen König zu bewegen oder die Dame für nur eine Leichtfigur zu opfern. Deshalb machen wir das in der Regel nicht – und fahren sehr gut damit.

Für die Art der Bewertung einer Stellung hat das natürlich Folgen: Weil Leela keine Bauerneinheiten kennt, sondern nur „mögliche Partieausgänge“, gibt Leela als Bewertung einer Stellung die Wahrscheinlichkeit aus, mit der sie glaubt, die vorliegende Stellung gewinnen zu können. In den technischen Anmerkungen zu Leela Chess Zero wird auch ausgeführt, wie diese Gewinnwahrscheinlichkeiten von Leela in klassische „Bauerneinheiten“ näherungsweise umgerechnet werden können. So würde als Beispiel die Gewinnerwartung von Leela von 0,5 (remis) auf (0,75) steigen, wenn die Bewertung nach Bauerneinheiten von 0,00 auf 1,11 steigt.

Das Superfinale der 15. Saison

Den Kampf um den inoffiziellen Titel des Computerschachweltmeisters sollte schlussendlich Leela Chess Zero gegen Stockfish 10 gewinnen | Foto: LCZero blog






Aber nun zum Finale und den dort gespielte Partien! Alle Partien des Wettkampfs über insgesamt 100 kannst du hier nachspielen:

Wie bereits oben kurz angerissen, gewann Leela Chess Zero das auf 100 Partien angesetzte Match gegen Stockfish 10 mit 53,5:46,5 (+14 =79 -7). Das ist insofern schon erstaunlich, als dass Leela noch vor wenigen Monaten in der 14. Saison gegen Stockfish 10 das Nachsehen hatte und damals mit 49,5:50,5 denkbar knapp daran scheiterte, gegen den haushohen Favoriten das Match nicht zu verlieren. Seit dem damaligen Wettkampf konnte Leela ihre Elo allerdings deutlich steigern: Von 3404 in Saison 14 auf 3589 in Saison 15! Auf dem Papier war Leela damit im Superfinale der 15. Saison sogar knapper Elo-Favorit gegenüber Stockfish, der "nur" mit einer Elo-Zahl von 3587 Punkten ins Match ging. Es war allerdings ein spannender Wettkampf zu erwarten, denn Stockfish (27,5/42) hatte klar vor Leela (25,5/42) die 15. Saison der Premier League gewonnen! Der Dritte, Komodo, folgte schon mit gehörigem Respektsabstand (21,5/42). Die Partien der 15. Saison findest du hier.

Zu Beginn entwickelte sich das Match sehr ausgeglichen. Nach 9 Remis in Folge war es Leela, die zuerst Blut vergoss. Doch die Führung nach dem Sieg in der 10. Partie hielt nicht lange, denn Stockfish schlug in Partie 12 zurück, als Leelas Versuch, mit Mehrqualität die Partie auf Biegen und Brechen zu gewinnen, nach hinten losging! Doch mit Siegen in den Partien 16, 18, 24 und 26 baute Leela eine Führung auf, die sie in der Folge nicht mehr verspielen sollte. Gerade die Schlussstellung der 16. Partie zeigt sehr schön, warum Leela auch als AlphaZeros kleine Schwester betrachtet werden kann:


Stockfish spielte 143...Le8, gab aber nach kurzer Bedenkzeit entrüstet auf. Die weiße Dominanz ist offensichtlich! Keine schwarze Figur hat noch gute Züge.


Die Stellung erinnert ein wenig an die 63. Partie des 14. Superfinals, in der Leela ebenfalls eine erdrückend dominante Stellung gegen den schwarzen Franzosen von Stockfish aufs Brett zauberte: 


Leela hat zwar drei Bauern weniger, aber nach dem alsbald folgendem Lf2-h4 ist die schwarze Stellung völlig paralysiert (Der König auf g8 und der Turm auf h8 kommen nicht mehr ins Spiel!). Weiß gewann in nicht einmal zehn Zügen.


Selbst ist der König

Selbst Stockfishs Aufbäumen mit einem Sieg in Partie 35 wurde auskalt durch Siege Leelas in den Partien 36 und 38 gekontert. Und genau diese Partien wollen wir uns kurz ansehen, da sie sehr gut illustrieren, wo die Stärken Leelas liegen. In der 36. Partie entstand nach 47...Sb5+(D) folgende Stellung:


Wie sollte Weiß auf 47...Sb5+ reagieren?

Stockfish hatte gerade mit Schwarz spielend das Schach auf b5 gegeben und erwartete offensichtlich einen Rückzug des Königs. Möglich erscheinen sowohl 48.Ka2 als auch 48.Kb2, auch wenn man als Mensch möglicherweise a2 bevorzugen würde, um nicht indirekt in der Diagonalen des Fianchettoläufers auf g7 zu stehen. Doch danach erscheint es auch schwierig für Weiß, konkrete Fortschritte zu machen. Denn der schwarze Springer blockiert den Zutritt zum Damenflügel und so richtig scheint es danach auch nicht weiterzugehen, weil der Läufer auf f2 die falsche Farbe hat, um sich gegen den schwarzen Blockadespringer zu tauschen. Leela entschied sich deshalb für das interessante positionelle Qualitätsopfer 48.Txb5!? Das entfernt nicht nur den lästigen Springer vom Brett, sondern schafft auch einen gefährlichen Freibauern auf der a-Linie, der unterstützt von Sc6, Lf2 und einer weiteren Figur schwer aufzuhalten sein wird.


Vielleicht hat Leela sogar einen Sinn für Ästhetik? Ihr nächster Zug 50.Kb4! spricht definitiv dafür!

Nach 48...axb5 49.Tc2 Db7(D) kommen wir bereits zur nächsten kritischen Stellung. Schwarz droht möglicherweise einen Gegenangriff auf den weißen König mittels 50...Ta6, 51...Tfa8. Doch Leela nimmt die Drohung nicht einfach nur aus der Stellung, sie ignoriert sie eigentlich sogar sehr frech mit 50.Kb4! Das deckt nicht nur den Bauern auf a5, sondern fragt auch den Nachziehenden, wie er auf Dauer gedenkt, seinen b5-Bauern zu verteidigen. Nach 50...Lf8 51.Dd3 Kg7 52. Dxb5 war der Bauer bereits vom Brett verschwunden. Aber ein Bauer reichte Leela selbstverständlich nicht. Sie setzte zum großen Finish an! Nach 52... Dd7 53.Ka4 Dh3 54. De2 Dh1 55.b4 Kf7(D) war die Zeit gekommen, die Weichen endgültig auf Sieg zu stellen. 

Mit 56.Kb5! wird der weiße König in der Tat "aus" der Gefahrenzone geschafft!


Leela kennt keine Angst und zieht hier 56.Kb5!, um die eigenen Bauern zu unterstützen!

Das sofortige 56.a6? hingegen wäre ganz und gar nicht gut gewesen wegen 56...Da1+ 57.Ta2 Txa6+! und Weiß hätte sich um die Früchte seiner harten Arbeit gebracht. Nun aber ist, wenn man so genau spielt wie ein Computer, der Drops gelutscht. Nach 56...Le7 57.a6 h6 58.a7 hxg5 59.hxg5 Lxg5 kam auch noch 60.Ka6!, denn der b-Bauer muss ja noch ins Rennen geschickt werden. Nach 60...Dh3 61.b5 Dc8+ 62.Ka5 Ld8+ 63.b6 sah sich Stockfish traurigerweise schon dazu genötigt, mit 63...Lxb6+ eine Figur zu geben, weil die weißen Freibauern sonst mit noch verheerenderen Konsequenzen nach vorne gestürmt wären. Der Rest war dann für eine Engine der Klasse Leelas vergleichsweise einfach und Weiß gewann nach 89 Zügen.

Pure Dominanz

In der 38.Partie konnten wir dann ein ähnliches Szenario bewundern. Nach einer vergleichsweise ruhigen Eröffnung nahm Leela einen isolierten Doppelbauern auf der d-Linie in Kauf, der immerhin die gegnerischen Bauern auf der Farbe des eigenen Läufers festlegte. Als dann die Möglichkeit zum Opfern der Qualität bestand, musste sich Leela nicht zweimal bitten lassen!

Weiß steht hier nach 41...Sd4 (D) sicherlich gut, weil er


Qualitätsopfer wie 42.Txd4!? gehören zum festen Arsenal Leelas

die a- und auch dank des Läufers auf g4 die c-Linie beherrscht. Aber ein richtiges Durchkommen ist erst einmal nicht zu erkennen, Schwarz hat Gegenspiel gegen den weißen König. Einmal durch die lästige Batterie auf der f-Linie und dann auch noch durch die Ressource ...Sf3+, die Weiß immer im Blick haben muss. Leela löste beide Probleme mit dem überraschenden 42.Txd4!? Das nimmt nicht nur den nervigen Springer vom Tisch, sondern behebt auch die Probleme der Königssicherheit nach 42...exd4 mit 43.f4! Stockfish hatte eigentlich nur mit 42.Sxd6 gerechnet, doch nach 42...Dxf2+ 43.Dxf2 Txf2 44.Kh3 ist es gar nicht so klar, wie Weiß den Vorteil nach hause bringen soll. Nach 44...h5!? käme der weiße König vielleicht sogar in Gefahr, aber auch 44...Td2 stellt ein paar Fragen. Leelas Herangehensweise erinnert fast ein wenig an die Weltmeister Petrosian und Karpov zu ihren besten Zeiten!

Nach Leelas Qualitätsopfer ist das Gegenspiel gegen f2 verschwunden und Weiß droht, mittels 44.Le6


Erst einmal Prophylaxe, bevor zum entscheidenden Schlag ausgeholt wird. Vielleicht hat Leela ja von Petrosian und Karpov gelernt?

gefolgt von 45.De2 und 46.Dg4 plötzlich auf den schwarzen König draufzugehen. Immerhin hilft der schwarzfeldrige Läufer bei der Verteidigung kaum, denn der Angriffsläufer von Weiß bewegt sich auf der anderen Felderfarbe. Und der Se4 ist für den Lg7 sowieso unantastbar! Stockfish versuchte, sich mit 43...Ta8 44.Db3 De8(D) zu wehren. Schwarz möchte ggf. zu Zügen wie ...Ta5 und ...Da8 greifen, um so den weißen König zu behelligen. Das antizipiert Leela allerdings mit 45.Kh3! Der König geht auch hier wieder nach vorne, raus aus der Gefahr, die ihm auf der zweiten Reihe droht. Stockfish findet anscheinend nichts gegen den Angriffsplan 56.Le6, 57.De2, 58.Dg4 und 59.Tc7 und beschließt, alle Brücken hinter sich abzubrechen: 45...Ta5 46.Tb1 Da8!? 47.Sxd6 Ta1 48.Le6 Lf6 49.Se4 h5 50.d6 Ld8 51.Kg2 Txb1 52.Dxb1 Da3 Doch Leela hat alles richtig berechnet und die Situation im Griff: 53.Ld5 Kg7 54.Lxb7 Tf7 55.Ld5 Td7 und nun gewinnt Leela mit 56.Dc2! die Qualität zurück und verbleibend bei den ungleichfarbigen Läufern mit mächtigem Angriff.

Ein Kuriosum beschert Stockfish einen Sieg

Nach wechselhaftem Verlauf gewann Leela den Wettkampf schlussendlich sehr souverän mit 53,5:46,5 (+14 =79 -7). Etwas überraschend kam allerdings einer der Siege Stockfishs zustande. Jeroen Noomen ist für die Eröffnungsstellungen verantwortlich, die bei der TCEC gespielt werden. Für das 15. Superfinale ließ er Leela und Stockfish unter anderem die Stellung nach 1.e4 e5 2.Sf3 Sc6 3.Lc4 Sf6 4.Sg5 d5. 5.exd5 Sxd5? gegeneinander spielen. Der letzte schwarze Zug gilt sowohl nach 6.d4! als auch nach 6.Sxf7!? als hochgradig anrüchig aus Sicht von Schwarz, weshalb sich hier nahezu ausnahmslos alle Schwarzspieler der Weltspitze für 5...Sa5 entscheiden. Denn nach dem Schlagen des Springers auf d5 bekommt Weiß starken Angriff gegen den schwarzen König, auch wenn er dafür Material opfern muss. Während Stockfish mit Weiß Leela hier ziemlich zerlegte, kam Leela mit Weiß gegen Stockfish zwischenzeitlich sogar noch in Gefahr, die Partie zu verlieren! Anscheinend gibt es immer noch genug Stellungen, in den klassische Brut-Force-Engines den neuronalen Netzwerken erfolgreich die Stirn bieten können!

Wer Leela nun selbst auf seinem Computer nutzen möchte, findet hier die entsprechenden Hinweise zur Installation.


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