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Retrouvez les machines, consoles et jeux réunis dans l’exposition, qui ont fait l’histoire vidéoludique de ces 40 dernières années.

1950 : l’ordinateur devient joueur

par Loïc Petitgirard.


Un ordinateur peut-il penser ? Dès les années 1940, alors que les premiers ordinateurs sont en cours d’élaboration, les pionniers de l’informatique se posent déjà la question, les premiers d’entre eux étant Alan Turing (1912-1954) et John von Neumann (1903-1957). Cette question a suscité de nombreux développements philosophiques. Mais en ces débuts de l’histoire de l’ordinateur, l’heure est au développement technique et matériel des machines. Et c’est une question légèrement différente qui va guider les recherches pour éviter l’écueil des discussions infinies : l’ordinateur peut-il jouer ?

Le jeu se présente comme un bon moyen de tester les ordinateurs et de confronter l’homme à la machine. Ce dont bénéficiera le jeu vidéo, in fine. En d’autres termes, le jeu montre une voie pour le développement de l’intelligence artificielle qui fait aujourd’hui une partie du succès des jeux informatiques : des jeux classiques, comme les échecs, dans lesquels l’homme ne peut plus rivaliser avec la machine, aux PNJ (personnages non jouables), qui simulent un comportement calibré pour orienter ou tromper le joueur humain, en passant par l’adversaire numérique des Beat Them All.


Jouer aux dames

L’histoire retient que le premier jeu informatique abouti fut un jeu de dames : c’est l’œuvre de Christopher Strachey (1916-1975), qui réalisa la première version complète de son programme le 30 juillet 1951. Conçu pour l’ordinateur Manchester-Ferranti Mark I, avec un système de visualisation du plateau de jeu sur tube cathodique, il s’agit donc du premier « jeu vidéo » de l’Histoire au sens contemporain du terme (c’est-à-dire un jeu informatique).

Le cheminement de son inventeur et l’évolution ultérieure du jeu illustrent à la fois les parcours (nécessairement) atypiques des pionniers des jeux pour ordinateurs, et les enjeux et difficultés liés à la création de ces jeux dans les années 1950. Strachey a en effet été formé à la recherche en physique au prestigieux King’s College de Cambridge, avant d’intégrer la division Recherche de la Standard Telephone and Cables. Il a travaillé à la conception des tubes électroniques pour le radar. En 1950, il enseigne la physique dans une école londonienne. Un profil qui rappelle celui de beaucoup de pionniers du jeu vidéo, comme les inventeurs du « jeu sur tube cathodique » et qui n’a rien d’un hasard : le jeu vidéo hérite de la filière électronique et ses débuts croisent la recherche en physique, en mathématiques et en logique.

C’est par l’intermédiaire d’un ami que Strachey entre en contact, en 1950, avec le NPL (National Physics Laboratory), le laboratoire national de physique qui a construit le premier ordinateur d’après le projet, daté de 1945, du génial Alan Turing : l’Automatic Computing Engine (ACE). Mais, trop ambitieux, le projet s’est mué en un prototype simplifié, le Pilot-ACE, opérationnel en mai 1950.

Sur cette machine primitive, Strachey s’est pris l’idée de développer un programme pour jouer aux dames. Il était certainement inspiré par la littérature scientifique et de vulgarisation de l’année 1950, avec de nombreux articles consacrés aux « machines à jouer » ou à la « théorie des échecs, des dames et autres morpions ».

Lors des premiers essais, Strachey a rapidement perçu les limites des capacités de mémoire du Pilot-ACE qui restreignent ses capacités à jouer aux dames en un temps raisonnable : quelques milliers d’octets (Ko) de mémoire et une capacité de calcul de l’ordre de dix additions par seconde sont largement insuffisants ! En outre, un ordinateur en 1950 est un instrument en perpétuel développement, ce qui oblige à modifier sans cesse le code de programmation. Strachey s’oriente alors vers une machine plus « stable », issue d’un projet de l’université de Manchester qu’il découvre en juin 1951. Strachey s’enquiert auprès de Turing, qu’il connaît par ailleurs, du manuel de programmation de la Manchester Mark I que Turing a lui-même élaboré. La machine affiche des capacités de mémoire plus importantes que le Pilot-ACE et une vitesse de calcul cinq à dix fois supérieure. Le jeu de dames voit le jour, en discussion avec Turing et à l’écoute de ses suggestions d’améliorations, pour aboutir à un programme jouable avec une visualisation du plateau de jeu sur écran (à tube cathodique).

C’est à la fois un exploit technique et un événement dans l’histoire du jeu vidéo. Exploit car pour réaliser le jeu, Strachey a conçu le programme le plus long jamais imaginé à l’époque : mille instructions (ce qui prête à sourire aux regards des programmes actuels qui comptent plusieurs millions de lignes de code). Les historiens considèrent même qu’il s’agit là d’un tour de force. Le physicien gagne en légitimité, la National Research and Developpement Corporation lui ouvre ses portes, et Strachey quitte son poste d’enseignant à la Harrow School en 1952. Étincelle qui marque enfin le début d’une brillante carrière d’informaticien, unanimement reconnu pour ces travaux sur la programmation.


Les pionniers du jeu d’échecs à l’ordinateur : Turing, von Neumann, Shannon


Strachey excellait en programmation, mais il n’est qu’un des maillons du succès des jeux informatiques. Il faut resituer ses travaux dans le contexte des programmes de recherche en matière d’informatique. Strachey bénéficie à la fois des machines et des théories conçues par quelques scientifiques hors normes, dont un qui hante cette première réussite : Alan Turing. Il exerce une sorte de tutelle intellectuelle sur les premiers projets britanniques en informatique, qu’ils soient ludiques ou sérieux. Nous n’en mentionnerons que deux autres ici, Claude Shannon (1916-2001) et John von Neumann, deux mathématiciens-physiciens américains. Chacun de ces trois scientifiques a apporté une pierre à l’édification du jeu informatique et, au-delà, de l’intelligence artificielle.


Alan Turing et l’intelligence des machines


Illustration de ses réflexions sur les ordinateurs et leurs capacités, Turing a publié un texte emblématique dans la revue Mind en 1950, souvent considéré comme le premier jalon des recherches sur l’intelligence artificielle. C’est en effet Turing qui a transformé la question mal posée « une machine peut-elle penser ? » en une problématique de recherche qui deviendra un point de référence pour l’intelligence artificielle : « Peut-on simuler un comportement intelligent (humain) avec une machine ? » Turing répond par un test (appelé depuis Test de Turing) dont le protocole expérimental met en concurrence homme et machine.
Un interrogateur communique par écrit à deux entités A et B. Il ne sait pas de A ou de B lequel est un ordinateur. Il pose des questions dans l’objectif de démasquer l’ordinateur (c’est-à-dire distinguer l’intelligence humaine et la machine). Il reçoit les réponses et évalue la probabilité que A et B soient humains ou non. Si l’ordinateur, à travers ses réponses écrites, ne peut pas être distingué d’un être humain, on peut affirmer que l’ordinateur pense. Être intelligent, selon cette proposition de Turing, c’est donc tromper l’interrogateur, simuler un comportement « inattendu » : c’est en quelque sorte être capable de jouer et de brouiller les pistes.

En 1950, Turing a déjà une expérience et une réflexion avancées sur le sujet. On sait que très tôt, probablement dès 1941, il a perçu le problème du jeu d’échecs comme prometteur pour explorer l’« intelligence » des machines. Ici, l’« intelligence » est à prendre au sens de la meilleure décision possible dans des circonstances identifiées. Et il ne faut pas oublier qu’il est un des fondateurs des principes de l’ordinateur et de son architecture.


La Théorie des jeux


Von Neumann partage avec lui cette paternité, et l’Histoire a d’ailleurs retenu son nom au détriment de celui de Turing : aujourd’hui encore, l’architecture de l’ordinateur est baptisée « architecture von Neumann ». Mais l’influence de von Neumann sur la question des jeux dépasse cet aspect-là, car il est aussi l’un des fondateurs de ce que l’on appelle la « Théorie des jeux » ! Son ouvrage La Théorie des jeux et le comportement économique, écrit avec Oscar Morgenstern en 1944, fait œuvre de définition mathématique du jeu, appliqué aux acteurs économiques. Cette théorie des jeux a valeur générale, s’attachant à étudier mathématiquement différents type de jeux : jeu à deux joueurs ou plus, itératifs, à information complète (comme les échecs) ou incomplète (poker), etc. L’ouvrage de 1944 fait entrer le jeu dans l’économie en cherchant à définir quelles sont les stratégies que l’on peut qualifier de « rationnelles » dans la compétition entre acteurs économiques. La portée de ces travaux est donc mathématique, économique et philosophique, en invoquant les questions de la décision et la rationalité. Ce qui n’a pas manqué de susciter des travaux mathématiques nombreux comme des réflexions sur les jeux de stratégie et les jeux de guerre : rappelons que les années 1950 sont celles de la confrontation à deux joueurs Bloc Est vs. Bloc Ouest, autrement appelée Guerre froide.


Shannon et le jeu d’échecs


La Théorie des jeux s’immisce dans les articles de 1949-1950 s’intéressant à la question du jeu d’échecs. Dans Programming a Computer for Playing Chess, Claude Shannon explique tout d’abord que si le sujet n’est pas d’une importance pratique capitale, il est intéressant d’un point de vue théorique, car la résolution du problème du jeu est un moyen d’attaquer d’autres problèmes fondamentaux : la réalisation de filtres, d’égaliseurs, le routage de communications téléphoniques, le calcul mathématique symbolique, etc. Autant de problèmes insolubles dans la pratique en 1950, car trop complexes et nécessitant une part d’« intelligence », à l’image du jeu d’échecs. Shannon spécifie ainsi l’intérêt particulier du jeu d’échecs : c’est un jeu dont les mécanismes et le but sont parfaitement définis et suffisamment simples ; c’est un jeu qui demande de « réfléchir » pour bien jouer ; c’est un jeu à information complète, chaque joueur ayant connaissance de tous les mouvements passés et présents de l’adversaire. Sur ces bases, il invoque la Théorie des jeux (de von Neumann et Morgenstern) pour caractériser encore plus précisément ce jeu. Toute configuration des pièces du jeu est nécessairement un de ces trois cas de figure :

1. Une position gagnante pour les blancs (c’est-à-dire que les blancs peuvent gagner quelque soit la défense des noirs).

2. Une position de match nul. Les blancs peuvent forcer un match nul quelque soit le jeu des noirs et vice-versa. Si les deux adversaires jouent correctement, l’issue du jeu est le match nul.

3. Une position gagnante pour les noirs.


Il est donc prouvé mathématiquement qu’il existe une issue au jeu. Tout l’intérêt du jeu provient du fait qu’il n’existe pas de méthode pratique pour savoir dans quelle catégorie – 1, 2 ou 3 – une position de jeu doit être rangée.

Passées ces considérations générales, l’intérêt de l’article de Shannon réside dans les perspectives de définition des stratégies de jeu opérables par la machine. Shannon distingue les stratégies de type A – la recherche par le calcul des combinaisons possibles de coups (à profondeur, c’est-à-dire à nombre de tours de jeu fixé) – et celles de type B – qui vise l’évaluation des évolutions les plus plausibles des successions de coups. Le type A est la stratégie opérée par les programmes de « force brute », le type B celle des programmes de sélection. Un jeu d’échecs informatique associe les deux stratégies. Les jeux les plus performants à l’heure actuelle privilégient la stratégie A. Dans cette distinction se cache peut-être l’influence d’un quatrième scientifique américain, Norbert Wiener (1894-1964), qui dans son ouvrage Cybernétique, de 1948, avait évoqué en quelques paragraphes la possibilité de développer des programmes de jeu avec des évaluations des stratégies de recherche. Dans tous les cas, dans l’esprit de ces quelques pionniers, unanimement reconnus et si influents, le jeu d’échecs est clairement intronisé comme jeu « exemplaire » pour la recherche sur les ordinateurs.



Jouer aux échecs : la British Connection

Nous l’avons vu, les deux premiers expérimentateurs de jeux de stratégies informatiques, Christopher Strachey et Alan Turing, travaillent en Grande-Bretagne. C’est en 1950 que le premier prend connaissance, à travers la littérature « grand public », de ces questions débattues entre autres par Claude Shannon. De son côté, Turing phosphore depuis 1947 sur un programme de jeu, mais faute de machines opérationnelles, il se contente de tester les hypothèses et les algorithmes avec un crayon et du papier, utilisant son cerveau comme « ordinateur ».


L’esquisse du jeu de dames de Strachey va donc trouver naturellement un écho favorable chez Turing. Ce dernier poursuit son projet de jeu d’échecs avec les principes novateurs qu’il imagine. C’est le programme Turochamp (parce que co-écrit avec le mathématicien anglais David Champernowne), mais qu’il n’a pas pu achever. La spécificité du Turochamp est de ne pas faire de recherches systématiques sur l’ensemble des combinaisons possibles, mais de procéder heuristiquement selon des principes généraux édictés par Turing. Le programme était pensé pour jouer une partie d’échec complète.

Tirant parti de cette émulation dans le laboratoire de Manchester, un troisième personnage va réaliser le premier jeu d’échecs jouable : il s’agit de Dietrich Prinz. D’origine allemande, il émigre en Angleterre en 1935 et travaille chez Ferranti en 1947. Sous l’influence de Turing, il achève son programme de jeu en novembre 1951. La différence avec le projet de Turing est claire : ce n’est pas une partie complète que l’ordinateur joue, mais une partie « à deux coups du mat », c’est-à-dire deux coups avant l’issue gagnante de la partie. Dans ce cas, la machine recherche les combinaisons de manière exhaustive et opère efficacement. On est encore loin du programme rêvé, et c’est la puissance de calcul brute de la machine, plus qu’une quelconque « intelligence », qui est sollicitée.

Après ces épisodes très expérimentaux, et très limités du fait de la puissance des machines, les pionniers laissent le champ à d’autres groupes qui tentent de mettre au point le joueur d’échecs informatique. Inutile de rechercher l’exhaustivité dans la présentation des projets de jeux d’échecs. Nous en retiendrons trois, emblématiques, tous réalisés outre-Atlantique.

Aux États-Unis, en effet, le premier programme d’intelligence artificielle est un jeu d’échecs. Il a été écrit en 1952 par Arthur Samuel (1901-1990) chez IBM, pour l’ordinateur IBM 701. Il s’est inspiré du programme de Strachey, lequel avait annoncé ses principes de travail dans une conférence au Canada. Samuel partage avec Strachey et bien d’autres un parcours qui le conduit de la recherche sur les systèmes radar et les tubes électroniques à la programmation sur les systèmes informatiques.

L’IBM 701 était alors le premier ordinateur construit par IBM. Opérant dix mille additions par seconde, il était déjà bien supérieur aux machines dont disposaient les pionniers. Samuel a perfectionné le jeu pendant plusieurs années, cumulant des propositions originales comme l’introduction d’un programme d’apprentissage par la machine : l’ordinateur peut apprendre en jouant contre lui-même, offrant ainsi une première démonstration des concepts de l’intelligence artificielle. Dans les années 1970, le programme acquiert le statut d’un bon joueur amateur.

Au MIT (Massachusetts Institute of Technology), temple de la recherche en informatique, c’est Alex Bernstein qui programme un jeu d’échecs complet en 1957, sur un ordinateur IBM 704. Ce programme est considéré comme le premier jeu abouti, la machine réalisant des analyses des positions et des coups plausibles, évaluant les défenses, cela en quelques minutes. Il faut dire que l’IBM 704 est significativement amélioré par rapport à son prédécesseur, le 701 : il dispose d’une mémoire plus importante et peut effectuer quarante mille opérations à la seconde. Il a le niveau d’un « amateur passable », selon les observateurs de l’époque.

Enfin, autre lieu, autre contexte, c’est sous l’œil bienveillant de John von Neumann que la machine Maniac I (Mathematical Analyzer Numerical Integrator and Computer), au Laboratoire de Los Alamo (le temple de la recherche en physique nucléaire pour le développement des armes atomiques depuis le projet Manhattan), accueille un programme de jeu d’échecs simplifié : un échiquier de six cases par six et un jeu sans les fous. En 1956, la machine, qui peut calculer et anticiper sur quatre coups, a joué quelques parties contre des humains, rivalisant avec des joueurs de niveau débutant.



Oxo


Face à ce qui fait figure de programme de recherche sur plusieurs années, il nous faut mentionner un autre jeu informatique, œuvre du britannique Alexander S. Douglas (1921- 2010). Il s’agit d’une version graphique du morpion, programmé en 1952 à l’université de Cambridge. Il porte le nom Oxo (rond-croix-rond du jeu de morpion).
S’il est réalisé en marge de l’histoire que nous avons présentée, il n’en reste pas moins clairement le produit des mêmes tendances. Tout d’abord parce que Douglas entre à l’université de Cambridge en 1950 pour faire ses travaux de thèse auprès du physicien Hartree. Sa thèse nécessite de concevoir des programmes informatiques spécifiques au calcul des problèmes issus de la physique. Chercheur en physique, chercheur en informatique : la frontière n’existe pas vraiment à ce moment-là. C’est pour cette raison que Douglas va concevoir Oxo, qui n’a qu’un point commun avec sa thèse : l’ordinateur Edsac (Electronic Delay Storage Automatic Calculator). Edsac est un des premiers ordinateurs au monde. Il a été conçu en 1949 selon les préconisations de von Neumann. La machine réalise six cents opérations par seconde (peu de choses au regard des milliards d’opérations réalisées chaque seconde par votre PC). Une machine gigantesque à la fiabilité toute relative, comme le sont les premiers ordinateurs. Mais c’est bien sur cet ordinateur que Douglas calcule les positions de l’électron du physicien et les coups à jouer au morpion. Le jeu est visualisé sur un tube cathodique où les neuf cases sont représentées. Un joueur sélectionne la case dans laquelle il veut inscrire une croix ou un rond grâce à un cadran de téléphone (les cases sont numérotées de 1 à 9).

Oxo a une vertu : c’est le jeu le plus simple à imaginer et à réaliser pour un duel avec l’ordinateur. Avec son interface graphique, il pourrait faire figure lui aussi de premier jeu vidéo informatique. Son défaut est probablement celui de n’être qu’un jeu peu intéressant en comparaison du jeu d’échecs dans la recherche de l’intelligence artificielle. Le petit nombre de combinaisons possibles dans le jeu de morpion le place à la portée de calcul du très archaïque Edsac : difficile de parler d’une quelconque intelligence artificielle dans ce cas.

Mais si Oxo a un charme particulier, c’est celui de sa démesure : un programme si simple, rudimentaire, pour une machine à la fois imposante par sa taille, fragile par ses composants et très peu performante ! Oxo est en quelque sorte un objet de démonstration de la capacité de ces mastodontes à être programmés, ce qui sera la clé de leur succès.


A travers ces multiples projets et réalisations de jeux informatiques, c’est à la fois l’histoire du jeu et l’histoire de l’ordinateur qui s’écrivent. Les projets se font à l’interface de la recherche scientifique en physique et en mathématiques, du développement de l’électronique et des machines à calculer (les ordinateurs). Strachey, von Neumann, Turing ou Douglas sont tous présents à ce carrefour. Tout se déroule dans un lieu unique, le laboratoire scientifique, où seront élaborés et perfectionnés les ordinateurs qui sont avant tout, à l’époque, des instruments scientifiques.

Ces recherches sont teintées d’un certain optimisme et marquées par de grandes ambitions. L’aventure de la programmation du jeu d’échecs informatique en est une très bonne illustration.
On espère réaliser la machine « intelligente », la machine qui apprend, celle qui peut rivaliser avec l’homme. Samuel le résume ainsi en 1960 : « Programmer les ordinateurs pour jouer n’est qu’une étape dans le développement d’une compréhension des méthodes qui doivent être employées pour simuler un comportement intelligent sur une machine. » En 1965, Herbert Simon, un des pionniers de l’intelligence artificielle, déclarait encore : « Les machines seront capables de faire, dans les vingt ans, tout travail réalisable par un être humain. »
Les résultats ne sont pas à la hauteur des attentes, mais un cap a été franchi en 1997 lorsque Deep Blue (machine conçue par IBM) a battu Gary Kasparov : l’ordinateur est capable de battre le meilleur joueur humain aux échecs. D’une certaine manière, une partie du programme de recherche s’est réalisé, mais il faut toutefois nuancer cette annonce : c’est la force de calcul qui l’a emporté sur l’homme. Même l’ordinateur le plus puissant ne peut tenir que quelques minutes avec d’être démasqué dans un test de Turing. Le jeu a été, et reste, un adjuvant du développement de l’intelligence artificielle.


Maître de conférences au Cnam, Loïc Petitgirard est l’un des trois commissaires de l’exposition MuseoGames.


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2 commentaires

  1. Bel article, très intéressant.

    Mais toujours cette référence au match de 1997 entre Kasparov et Deep Blue… Sans parler de trucage du match, la défaite du champion du monde de l’époque était très suspecte aux yeux de bien des grands-maîtres, et la plupart d’entre eux s’accorde à dire que la machine d’I.B.M. était encore loin de surpasser les meilleurs joueurs de l’époque.

    Aujourd’hui, en revanche, il est clair que les humains ne rivalisent plus avec les ordinateurs, en tout cas aux cadences de jeu habituelles.

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