A novel computer Scrabble engine based on probability that performs at championship leve

The thesis starts by giving an introduction to the game of Scrabble, then mentions state-of-the-art computer Scrabble programs and presents some characteristics of our developed Scrabble engine Heuri. Some brief notions of Game Theory are given, along with history of some games in Artificial Intelligence; the fundamental algorithms for game playing, as well as state-of-the-art engines and the algorithms used by them, are presented. Basic elements of Scrabble, such as the Scrabble rules and the letter distribution, are given. Some history and state-of-the-art of Computer Scrabble are commented. For instance, the generation methods of valid moves based on the data structure DAWG (Directed Acyclic Word Graph) and also the variant GADDAG are recalled. These methods are used by the state-of-the-art Scrabble engines Quackle and Maven. Then, the contributions of this thesis are presented. A Spanish lexicon for playing Scrabble has been built that is used by Heuri engines. From this construction, a detailed study and classification of Spanish irregular verbs has been provided. A novel Scrabble move generator based on anagrams has been designed and implemented, which has been shown to be faster than the GADDAG-based generator used in Quackle engine. This method is similar to the way Scrabble players look for a move, searching for anagrams and a spot to play on the board. Next, we address the evaluation of moves when playing Scrabble; the quality of your game depends on deciding what move should be played given a certain board and a rack with tiles. This decision was made initially by Heuri trying several heuristics which ended up with the construction of several engines. We give the explanation of the heuristics used in these engines, all of them based on probabilities. All these initial heuristic evaluation functions (up to six) do not use forward looking, they are static evaluators. They have shown, after testing, an increasing playing performance, which allow Heuri to beat (top-level) expert human players in Spanish, without the need of using sampling and simulation techniques. These heuristics mainly consider the possibility of achieving a bingo on the actual board, whereas Quackle used pre-calculated values (superleaves) regardless of the latter. Then, in order to improve the quality of play of Heuri even more, some additional engines are presented in which look ahead is employed. The HeuriSamp engine, which evaluates a 2-ply search, permits to obtain a defense value. The HeuriSim engine uses a 3-ply adversarial search tree; it contemplates the best first moves (according to Heuri sixth engine heuristic) from Player 1, then some replies to these moves (Player 2 moves) and then some replies to these replies (Player 1 moves). Finally, to improve these engines, opponent modeling is used; this technique makes predictions on some of the opponents' tiles based on the last play made by the opponent. We present results obtained by playing thousands of Heuri vs Heuri games, collecting important information: general statistics of Scrabble game, like a 16 point handicap of the second player, and word statistics in Spanish, like a list of the most frequently played bingos (words that use all 7 tiles of a player's rack). In addition, we present results of matches played by Heuri against top-level humans in Spanish and results obtained by massive playing of different Heuri engines against the Quackle engine in Spanish, French and English. All these match results demonstrate the championship level performance of the Heuri engines in the three languages, especially of the last developed engine that includes simulation and opponent modeling techniques. From here, conclusions of the thesis are drawn and work for the future is envisaged.La tesi comença introduint el joc del Scrabble, esmentant els programes d’ordinador de l’estat de l’art que juguen Scrabble, i presentant algunes característiques del motor de joc de Scrabble que s’ha desenvolupat anomenat Heuri. Es donen breus nocions de la Teoria de Jocs, junt amb la història d’alguns jocs en Intel·ligència Artificial; es presenten els algorismes fonamentals per jugar, així com els motors de joc de l’estat de l’art en diferents jocs i els algorismes que usen. Es comenta també la història i estat de l’art del Computer Scrabble. Es recorden els mètodes de generació de moviments vàlids basats en l’estructura de dades DAWG (Directed Acyclic Word Graph) i en la variant GADDAG, que són usats pels motors de joc de Scrabble Quackle i Maven. A continuació es presenten les contribucions de la tesi. S’ha construït un diccionari per jugar Scrabble en espanyol, el qual és usat per les diferentes versions del motor de joc Heuri. S’ha fet un estudi detallat i una classificació dels verbs irregulars en espanyol. S’ha dissenyat i implementat un nou generador de moviments de Scrabble basat en anagrames, que ha demostrat ser més ràpid que el generador basat en GADDAG usat al motor Quackle. Aquest mètode és similar a la manera en la que els jugadors de Scrabble cerquen un moviment, buscant anagrames i un lloc del tauler on col·locar-los. Seguidament, es tracta l’evacuació dels moviments quan es juga Scrabble; la qualitat del joc depèn de decidir quin moviment cal jugar donat un cert tauler i un faristol amb fitxes. En Heuri, inicialment, aquesta decisió es va prendre provant diferents heurístiques que van dur a la construcció de diversos motors. Donem l’explicació de les heurístiques usades en aquests motors, totes elles basades en probabilitats. Totes aquestes funcions d’avaluació heurística inicials (fins a sis) no miren cap endavant, fan avaluacions estàtiques. Han mostrat, després de ser provades, un rendiment creixent de nivell de joc, el que ha permès Heuri derrotar a jugadors humans experts de màxim nivell en espanyol, sense necessitat d’usar tècniques de mostreig i de simulació. Aquestes heurístiques consideren principalment la possibilitat d’aconseguir un bingo en el tauler actual, mentre que Quackle usa uns valors pre-calculats (superleaves) que no tenen en compte l’anterior. Amb l’objectiu de millorar la qualitat de joc de Heuri encara més, es presenten uns motors de joc addicionals que sí miren cap endavant. El motor HeuriSamp, que realitza una cerca 2-ply, permet obtenir un valor de defensa. El motor HeuriSim usa un arbre de cerca 3-ply; contempla els millors primers moviments (d’acord al sisè motor heurístic d’Heuri) del Jugador 1, després algunes respostes a aquests moviments (moviments del Jugador 2) i llavors algunes rèpliques a aquestes respostes (moviments del Jugador 1). Finalment, per a millorar aquests motors, es proposa usar modelatge d’oponents; aquesta tècnica realitza prediccions d’algunes de les fitxes de l’oponent basant-se en l’últim moviment jugat per aquest. Es presenten resultats obtinguts de jugar milers de partides d’Heuri contra Heuri, que recullen important informació: estadístiques generals del joc del Scrabble, com un handicap de 16 punts del segon jugador, i estadístiques de paraules en espanyol, com una llista dels bingos (paraules que usen les 7 fitxes del faristol d’un jugador) que es juguen més freqüentment. A més, es presenten resultats de partides jugades per Heuri contra jugadors humans de màxim nivell en espanyol i resultats obtinguts d'un gran nombre d’enfrontaments entre els diferents motors de joc d’Heuri contra el motor Quackle en espanyol, francès i anglès. Tots aquests resultats de partides jugades demostren el rendiment de nivell de campió dels motors d’Heuri en les tres llengües, especialment el de l’últim motor desenvolupat que inclou tècniques de de simulació i modelatge d'oponents. A partir d'aquí s'extreuen les conclusions de la tesi i es preveu treballar de cara al futur.Postprint (published version

Aufs Spiel gesetzt : eine spieltheoretische Untersuchung indeterminierter Musik

Die Ambiguität des Spiels zwischen Freiheit-Versprechen und ebendiese aufs Spiel zu setzen, zwischen konstitutiver Regulierung und operationaler Handlungsermächtigung, prägt die Kunst, die Pädagogik und wissenschaftliche Diskurse seit Jahrhunderten. Die im 20. Jahrhundert aufkommende mathematische Spieltheorie vollzieht synchron zur Kommunikations- und Systemtheorie einen Paradigmenwechsel hin zur systemischen Analyse und zum prinzipiellen Design von Institutionen, Mechanismen und Prozessen, deren tatsächliche Performanz der Kontingenz unterliegt, also indeterminiert bleibt. John Cage und sein Umfeld rezipieren diese neuen Epistemologien und wenden sie auf ästhetische Prozesse, Institutionen und selbst Diskursformate an. Ein Schlüsselereignis ist Composition as Process, drei Lecture-Performances von Cage und David Tudor mit den Titeln Changes, Indeterminacy und Communication an den Darmstädter Ferienkursen 1958. Die vorliegende Untersuchung entwickelt ein spiel- und systemtheoretisches Instrumentarium, das einerseits musikanalytisch, anderseits diskursanalytisch musikalische Indeterminacy und die damit verbundenen Praxen und ästhetischen Positionen beschreiben und kritisch vergleichen lässt, historiographisch und systematisch dargestellt an zahlreichen Fallbeispielen der Musik der 1950er bis 1970er-Jahre (u.a. David Tudor, Sylvano Bussotti, Henri Pousseur, Iannis Xenakis, Vinko Globokar, Cornelius Cardew, Christian Wolff, Robert Rauschenberg, George Brecht, Gruppe Selten gehörte Musik, John Zorn und Hans Wüthrich). Dabei implizieren diese ästhetischen Praxen einerseits Befreiungsmetaphern („Loslassen des Spiels“), anderseits „als Spiel getarnte Lenkungsmechanismen“, wie sie in McKenzie Warks Gamer Theory oder Mary Flanagans Critical Play auch im Game Design identifiziert werden. Nebst ihrer innovativen Methodologie erschliesst die Arbeit zahlreiche neue Quellen und schlägt eine Brücke zu gegenwärtigen Anwendungen von Spiel und Spieltheorie in Komposition, Improvisation, Performance und Musikforschung. English: The ambiguity of games between constitutive regulation and operational empowerment, between the promise of freedom and agency and the inherent risk of jeopardizing it, has characterized art, pedagogy and scientific discourse for centuries. The mathematical game theory that emerged in the 20th century, in synchronization with communication and systems theory, brought about a paradigm shift towards systemic analysis and the fundamental design of processes, mechanisms and institutions whose actual performance is subject to contingency, i.e. remains indeterminate. John Cage and his circle received these new epistemologies and applied them to aesthetic processes, institutions and even discourse formats. A key event is Composition as Process, three lecture performances by Cage and David Tudor entitled Changes, Indeterminacy and Communication at the Darmstadt Summer Courses in 1958. The present study develops a set of tools from the fields of game theory and systems theory that can be used to describe and critically compare musical indeterminacy and the associated practices and aesthetic positions from the perspectives of both music analysis and discourse analysis, presented in a historiographical and systematic manner using numerous case studies from the music after 1950 (including David Tudor, Sylvano Bussotti, Henri Pousseur, Iannis Xenakis, Vinko Globokar, Cornelius Cardew, Christian Wolff, Robert Rauschenberg, George Brecht, Selten gehörte Musik, John Zorn and Hans Wüthrich). These aesthetic practices imply metaphors of liberation (‘liberating play’) on the one hand, and ‘steering mechanisms disguised as games’ on the other, as identified in critical studies on Game Design in McKenzie Wark's Gamer Theory or Mary Flanagan's Critical Play. In addition to its innovative methodology, this thesis opens up numerous new sources and builds a bridge to current applications of games and game theory in composition, improvisation, performance and music research

SpoookyJS. Ein multiagentenbasiertes JavaScript-Framework zur flexiblen Implementation digitaler browserbasierter Brettspiele und spielübergreifender künstlicher Intelligenz

Künstliche Intelligenz in digitalen Spielen ist zumeist Anwendungsdomäne komplexer spielspezifischer Softwarelösungen mangelnder Erweiterbarkeit. Die vorliegende Arbeit beschäftigt sich mit der Konzeption und Realisierung des JavaScript-Frameworks SpoookyJS, das die vereinfachte Erstellung browserbasierter digitaler Brettspiele ermöglicht. Entwickelt als Multiagentensystem, bietet SpoookyJS künstliche Gegner in den umgesetzten Spielen und fungiert als Test- und Entwicklungsumgebung für die Forschung um spielübergreifende artifizielle Entscheidungsfindung