HACKING

   1 This is brief developer-oriented overview in Pachi structure.
   2
   3 Pachi is completely Go-specific (c.f. Fuego; though e.g. atari go support
   4 should be easy to add), but fairly modular. It has been built with focus
   5 on MonteCarlo-based play, but it can in principle be used for other
   6 play engines as well.
   7
   8
   9 Basic architecture
  10 ==================
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  12 Pachi consists of the following components:
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  14
  15   +------+    +--------+    +---------+
  16   | core | -- | engine | -- | playout |
  17   +------+    +--------+    +---------+
  18                      |        |
  19                   +-------------+
  20                   | aux library |
  21                   +-------------+
  22
  23 * "core" takes care of the program's lifetime, GTP interface and basic
  24   fast Go board implementation
  25
  26         zzgo.c          global initialization and the main loop
  27         version.h       current version information
  28         debug.h         debugging infrastructure
  29         random.[ch]     fast random number generator
  30         gtp.[ch]        GTP protocol interface
  31         timeinfo.[ch]   Time-keeping information
  32         stone.[ch]      one board point coloring definition
  33         move.[ch]       one board move definition
  34         board.[ch]      board definition and basic interface
  35
  36 * "aux library" provides extra functions like static tactical evaluation
  37   and pattern matching; it is somewhat interwound with "core" component
  38
  39         mq.h            "move queue" data structure
  40         stats.h         "move statistics" data structure
  41         probdist.[ch]   "probability distribution" data structure
  42         ownermap.[ch]   simulation-based finalpos. "owner map" data structure
  43         pattern3.[ch]   fast 3x3 spatial pattern matcher
  44         network.[ch]    Network interface (useful for distributed engine)
  45
  46 * "tactical library" provides extended interfaces for the go board,
  47   most important non-trivial tactical information
  48
  49         util.[ch]       the universal catch-all for extended board interfaces
  50
  51 * "engine" receives notifications about opponent moves and is asked
  52   to generate a move to play on given board
  53
  54         engine.h        abstract engine interface
  55         random/         example "random move generator" engine
  56         replay/         example "playout move generator" engine
  57         montecarlo/     simple treeless Monte Carlo engine, quite bitrotten
  58         uct/            the main UCT-player engine, see below
  59         distributed/    "meta-engine" for distributed play by orchestrating
  60                                 several UCT engines on different computers
  61         joseki/         auxiliary engine for generating joseki patterns
  62
  63 * "playout" policy is asked to generate moves to play during the Monte Carlo
  64   simulations, and to provide rough evaluation of moves feasibility for
  65   the engine
  66
  67         playout.[ch]    abstract playout policy interface,
  68                                 Monte Carlo simulation execution
  69         playout/light   uniformly random playout policy
  70         playout/moggy   rule-based "Mogo-like" playout policy
  71
  72 * Also, several ways of testing Pachi are provided:
  73
  74         t-unit/         interface for writing unit-tests for specific
  75                                 functionality, mainly tactics
  76         t-play/         interface for testing performance by playing games
  77                                 against a fixed opponent (e.g. GNUGo)
  78
  79
  80 UCT architecture
  81 ================
  82
  83 The UCT engine has non-trivial structure by itself:
  84
  85   +-------------+    +-----+     +-------------------+
  86   | node policy | -- | UCT | --- | node prior-hinter |
  87   +-------------+    +-----+     +-------------------+
  88                         |           |
  89                    +---------+      |
  90                    | playout | -----'
  91                    +---------+
  92
  93 * "UCT" is the core of the engine
  94
  95         uct.[ch]        engine initialization, public interface
  96         internal.h      internal state and data structures
  97         tree.[ch]       minimax move tree with success statistics
  98         walk.[ch]       filling the tree by walking it many times
  99                                 and running MC simulations from leaves
 100         slave.[ch]      engine interface for the distributed engine
 101
 102 * "node prior-hinter" assigns newly created nodes preliminary success
 103   statistics ("prior values") to focus the search better
 104
 105         prior.[ch]      variety of methods for setting the priors
 106
 107 * "node policy" mainly chooses the current node's child to descend
 108   through during the tree walk, based on the already recorded statistics;
 109   it must balance exploration and exploitation well during the selection
 110
 111         policy/ucb1     the old-school original simple policy
 112         policy/ucb1amaf the AMAF/RAVE-based policy gathering statistics rapidly
 113
 114 * "dynkomi driver" dynamically determines self-imposed extra virtual komi
 115
 116         dynkomi.[ch]
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 118
 119 Board Implementation
 120 ====================
 121
 122 The infrastructure is optimized for speed to make it well suited
 123 for bruteforce engines, however tradeoffs are made to make it useful
 124 for heavier MonteCarlo playouts as well (e.g. real liberties are
 125 tracked instead of pseudoliberties). If you are looking for raw
 126 light playout speed, libEGO is better choice.
 127
 128 In general, arbitrary board sizes are supported; however, board sizes
 129 smaller than 9x9 have not been tested and board sizes larger than 25x25
 130 are not supported by GTP - also, in theory some buffer overflows might
 131 happen with board sizes larger than 19x19. The engine parameters are
 132 primarily tuned for 19x19 play.
 133
 134 Ruleset
 135 -------
 136
 137 While the Pachi engines generally play according to Chinese rules,
 138 internally, Pachi uses Tromp-Taylor rules because they are simple,
 139 fast and universal; they are very close to the New Zealand rules.
 140 That means, it simply counts the number of stones and one-point eyes
 141 of each color on the board, plus komi and handicap correction.
 142
 143 Tromp-Taylor rules also mean that multi-stone suicide is allowed! If you
 144 do not like that (basically if you want to pretend it plays according
 145 to Chinese rules), you need to rule that out in your engine, currently.
 146 The provided engines DO avoid multi-stone suicide, though it is allowed
 147 in the playouts for performance reasons (perhaps we should re-visit that
 148 decision in light of heavy playouts).
 149
 150 Tromp-Taylor rules have positional superko; the board implementation
 151 will set a flag if it is violated, but play the move anyway. You need
 152 to enforce the superko rule in your engine.
 153
 154
 155 GTP Implementation
 156 ==================
 157
 158 ...is a very sad hack. ENSURE that only trusted parties talk to Pachi's
 159 GTP interface, as it is totally non-resilient to any kind of overflow
 160 or bad input attacks and allowing arbitrary input to be entered within
 161 is a major security hole. Yes, this needs to be cleaned up. Also, currently
 162 engines cannot plug in their own commands and there is no GoGui interface.
 163
 164 Pachi supports only few GTP commands now. Most importantly, it does not
 165 support the undo command.  The final_status_list command requires engine
 166 support.
 167
 168
 169 Plugin API
 170 ==========
 171
 172 The UCT engine allows external plugins to be loaded and provide external
 173 knowledge for various heuristics - currently just biasing the MCTS priors,
 174 but more can be added easily. The plugins should follow the API in
 175 <uct/plugin.h> - see that file for details.
 176
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 178 Joseki Patterns
 179 ===============
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 181 Joseki patterns can be generated from variations of a SGF file. Josekis
 182 are matched per-quadrant, no other move must be within the quadrant. See
 183 joseki/README for details on usage of the auxiliary engine and a full
 184 recipe for making Pachi play according to joseki sequences extracted from
 185 the Kogo dictionary.
 186
 187
 188 Opening Book
 189 ============
 190
 191 The UCT engine can "pre-read" the starting board position and
 192 dump the core of the built tree to a file, loading it later. This is
 193 called a 'tbook' (as in "tree book") and can be generated using the
 194 tools/gentbook.sh script. The newly generated file is automatically
 195 used by the UCT engine when found.
 196
 197 Alternatively, there is a support for directly used opening book
 198 (so-called fbook, a.k.a. "forced book" or "fuseki book"). The book
 199 is stored in a text file in Fuego-compatible format and can be loaded
 200 using the ./zzgo -f parameter.
 201
 202
 203 Local Trees
 204 ===========
 205
 206 This is a mostly unique idea in Pachi, currently in development;
 207 it does not work too well yet, but Pasky has great hopes for it in
 208 the future.
 209
 210 A local tree is a tree comprising of (CFG-topologically) local
 211 sequences, built in parallel with the real game tree; there is
 212 a separate tree for black-first and white-first sequences. E.g if
 213 the game tree (on empty board) consists of D4-C6-D6-Q16-O17-D7,
 214 the coresponding local tree sequences are (black) D4-C6-D6, (white)
 215 Q16-O17 and (white) D7. The simulation result is then recorded as
 216 usual in the game tree, but also in the corresponding local trees.
 217
 218 The goal of this is to dynamically build a cache of various
 219 resolutions of local situations. This is to overcome cases where
 220 the proper resolution of a given situation is easily found in
 221 the tree, but improper heuristical bisaes keep muddying the
 222 evaluation down.
 223
 224 The local trees are descended in parallel with the main tree.
 225 The values stored in local trees are added to the RAVE term
 226 from the main tree during node selection. We also wish to use
 227 the information from local trees in the simulations, but this is
 228 still subject to research.
 229
 230 To enable local trees usage, pass local_tree=1 to the UCT engine.
 231 There are many further knobs to twiddle, too.