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use crate::position::{Position, X_BAR};
pub trait InputsGen {
/// The number of inputs for the neural network.
const NUM_INPUTS: usize;
/// Fill the given slice with the neural net inputs for a single position.
/// The slice is expected to have a length of `NUM_INPUTS`.
///
/// This is the only method that needs to be implemented.
fn fill_inputs(&self, pos: &Position, inputs: &mut [f32]);
/// The neural net inputs for a single position.
///
/// The length of the returned vector matches `NUM_INPUTS`.
fn inputs_for_single(&self, pos: &Position) -> Vec<f32> {
self.inputs_for_all(&[*pos])
}
/// A single vector with neural net inputs for all positions. This is useful for batch evaluation.
///
/// The length of the returned vector is `NUM_INPUTS * positions.len()`.
fn inputs_for_all(&self, positions: &[Position]) -> Vec<f32> {
let mut vec: Vec<f32> = vec![0.; Self::NUM_INPUTS * positions.len()];
// Instead of initializing the vector with zeros, the following would be faster.
// But let's avoid unsafe code for now.
// let mut vec: Vec<f32> = Vec::with_capacity(Self::NUM_INPUTS * positions.len());
// unsafe {
// vec.set_len(vec.capacity());
// }
vec.chunks_exact_mut(Self::NUM_INPUTS)
.zip(positions)
.rev()
.for_each(|(slice, pos)| {
self.fill_inputs(pos, slice);
});
vec
}
}
/// Inputs for one pip. One entry for every legal number of checkers (-15 to 15).
///
/// Custom format, probably same as GnuBG
/// For ideas see https://stackoverflow.com/questions/32428237/board-encoding-in-tesauros-td-gammon
const TD_INPUTS: [[f32; 4]; 31] = [
[0.; 4], // opponent checkers (-15)
[0.; 4], // opponent checkers (-14)
[0.; 4],
[0.; 4],
[0.; 4],
[0.; 4],
[0.; 4],
[0.; 4],
[0.; 4],
[0.; 4],
[0.; 4],
[0.; 4],
[0.; 4],
[0.; 4],
[0.; 4], // opponent checker (-1)
[0.; 4], // no checker
[1., 0., 0., 0.], // own checker (1)
[0., 1., 0., 0.], // own checkers (2)
[0., 0., 1., 0.],
[0., 0., 1., 1.],
[0., 0., 1., 2.],
[0., 0., 1., 3.],
[0., 0., 1., 4.],
[0., 0., 1., 5.],
[0., 0., 1., 6.],
[0., 0., 1., 7.],
[0., 0., 1., 8.],
[0., 0., 1., 9.],
[0., 0., 1., 10.],
[0., 0., 1., 11.],
[0., 0., 1., 12.], // own checkers (15)
];
/// 4 inputs representing a single pip from the point of view of one player.
#[inline]
fn td_inputs(number_of_checkers: isize) -> &'static [f32; 4] {
// We need to add `15` to `pip` to make sure that the index is non negative.
let array_index = (number_of_checkers + 15) as usize;
// Using a lookup table for the 31 different cases (-15 to 15) is much faster than for example a match statement.
TD_INPUTS
.get(array_index)
.expect("number of pips needs to be between -15 and 15")
}
/// Copies TD inputs for all pips into the given slice.
/// The function usually casts 'i8' into 'isize'; for the opponent it's multiplied by '-1'.
#[inline(always)]
fn fill_td_inputs_with_function(inputs: &mut [f32], pips: &[i8], f: fn(&i8) -> isize) {
pips.iter().map(f).enumerate().rev().for_each(|(index, p)| {
let start = 4 * index;
inputs[start..start + 4].copy_from_slice(td_inputs(p));
});
}
/// Copies TD inputs for all pips of player `x` into the give slice.
#[inline(always)]
fn fill_x_td_inputs(inputs: &mut [f32], pips: &[i8]) {
fill_td_inputs_with_function(inputs, pips, |&p| p as isize)
}
/// Copies TD inputs for all pips of the opponent `o` into the given slice.
#[inline(always)]
fn fill_o_td_inputs(inputs: &mut [f32], pips: &[i8]) {
fill_td_inputs_with_function(inputs, pips, |&p| -(p as isize))
}
pub struct ContactInputsGen {}
/// The slice indices for the inputs
mod contact {
pub const X_OFF: usize = 0;
pub const O_OFF: usize = X_OFF + 1;
pub const X_BAR_PIPS: usize = O_OFF + 1;
pub const X_PIPS: usize = X_BAR_PIPS + 4;
pub const O_PIPS: usize = X_PIPS + 24 * 4;
}
impl InputsGen for ContactInputsGen {
const NUM_INPUTS: usize = 202;
fn fill_inputs(&self, pos: &Position, inputs: &mut [f32]) {
use contact::*;
// Help the compiler to check less bounds by giving exact size
let inputs = <&mut [f32; Self::NUM_INPUTS]>::try_from(inputs).unwrap();
inputs[X_OFF] = pos.x_off() as f32;
inputs[O_OFF] = pos.o_off() as f32;
// The inputs for the own player `x`
// In an earlier implementation we messed up the order of the inputs
// If one day there will be more inputs, streamline the next few lines:
inputs[X_BAR_PIPS..X_PIPS].copy_from_slice(td_inputs(pos.pips[X_BAR] as isize));
fill_x_td_inputs(&mut inputs[X_PIPS..O_PIPS], &pos.pips[1..X_BAR]);
// The inputs for the opponent `o`.
fill_o_td_inputs(&mut inputs[O_PIPS..Self::NUM_INPUTS], &pos.pips[0..X_BAR]);
}
}
pub struct RaceInputsGen {}
/// The slice indices for the inputs
mod race {
pub const X_OFF: usize = 0;
pub const O_OFF: usize = X_OFF + 1;
pub const X_PIPS: usize = O_OFF + 1;
pub const O_PIPS: usize = X_PIPS + 23 * 4;
}
impl InputsGen for RaceInputsGen {
const NUM_INPUTS: usize = 186;
fn fill_inputs(&self, pos: &Position, inputs: &mut [f32]) {
use race::*;
// Help the compiler to check less bounds by giving exact size
let inputs = <&mut [f32; Self::NUM_INPUTS]>::try_from(inputs).unwrap();
inputs[X_OFF] = pos.x_off() as f32;
inputs[O_OFF] = pos.o_off() as f32;
// The inputs for the own player `x`. No checkers on bar or on 24 during race.
fill_x_td_inputs(&mut inputs[X_PIPS..O_PIPS], &pos.pips[1..24]);
// The inputs for the opponent `o`. No checkers on bar or on 1 during race.
fill_o_td_inputs(&mut inputs[O_PIPS..Self::NUM_INPUTS], &pos.pips[2..X_BAR]);
}
}
#[cfg(test)]
mod input_tests {
use crate::inputs::td_inputs;
#[test]
fn test_td_inputs() {
for pip in -15..16 {
let inputs = td_inputs(pip);
// Check input one
if pip == 1 {
assert_eq!(inputs[0], 1.0);
} else {
assert_eq!(inputs[0], 0.0);
}
// Check input two
if pip == 2 {
assert_eq!(inputs[1], 1.0);
} else {
assert_eq!(inputs[1], 0.0);
}
// Check input three
if pip > 2 {
assert_eq!(inputs[2], 1.0);
} else {
assert_eq!(inputs[2], 0.0);
}
// Check input four
if pip > 2 {
assert_eq!(inputs[3], pip as f32 - 3.0);
} else {
assert_eq!(inputs[3], 0.0);
}
}
}
}
#[cfg(test)]
mod contact_tests {
use crate::inputs::{ContactInputsGen, InputsGen};
use crate::pos;
use crate::position::O_BAR;
#[test]
fn contact_cvs_line() {
let pos = pos!(x 1:1, 2:2, 3:3, 4:4, 5:5; o 24:1, O_BAR: 1);
let inputs_gen = ContactInputsGen {};
let inputs = inputs_gen
.inputs_for_single(&pos)
.iter()
.map(|x| x.to_string())
.collect::<Vec<_>>()
.join(";");
let inputs_switched = inputs_gen
.inputs_for_single(&pos.sides_switched())
.iter()
.map(|x| x.to_string())
.collect::<Vec<_>>()
.join(";");
assert_eq!(
inputs,
"0;13;0;0;0;0;1;0;0;0;0;1;0;0;0;0;1;0;0;0;1;1;0;0;1;2;0;0;0;0;0;0;0;0;0;0;0;0;0;0;0;0;0;0;0;0;0;0;0;0;0;0;0;0;0;0;0;0;0;0;0;0;0;0;0;0;0;0;0;0;0;0;0;0;0;0;0;0;0;0;0;0;0;0;0;0;0;0;0;0;0;0;0;0;0;0;0;0;0;0;0;0;1;0;0;0;0;0;0;0;0;0;0;0;0;0;0;0;0;0;0;0;0;0;0;0;0;0;0;0;0;0;0;0;0;0;0;0;0;0;0;0;0;0;0;0;0;0;0;0;0;0;0;0;0;0;0;0;0;0;0;0;0;0;0;0;0;0;0;0;0;0;0;0;0;0;0;0;0;0;0;0;0;0;0;0;0;0;0;0;0;0;0;0;0;0;0;0;1;0;0;0"
);
assert_eq!(
inputs_switched,
"13;0;1;0;0;0;1;0;0;0;0;0;0;0;0;0;0;0;0;0;0;0;0;0;0;0;0;0;0;0;0;0;0;0;0;0;0;0;0;0;0;0;0;0;0;0;0;0;0;0;0;0;0;0;0;0;0;0;0;0;0;0;0;0;0;0;0;0;0;0;0;0;0;0;0;0;0;0;0;0;0;0;0;0;0;0;0;0;0;0;0;0;0;0;0;0;0;0;0;0;0;0;0;0;0;0;0;0;0;0;0;0;0;0;0;0;0;0;0;0;0;0;0;0;0;0;0;0;0;0;0;0;0;0;0;0;0;0;0;0;0;0;0;0;0;0;0;0;0;0;0;0;0;0;0;0;0;0;0;0;0;0;0;0;0;0;0;0;0;0;0;0;0;0;0;0;0;0;0;0;0;0;0;0;1;2;0;0;1;1;0;0;1;0;0;1;0;0;1;0;0;0"
);
}
}
#[cfg(test)]
mod race_tests {
use crate::inputs::{InputsGen, RaceInputsGen};
use crate::pos;
#[test]
fn race_cvs_line() {
let pos = pos!(x 1:1, 2:2, 3:3, 4:4, 5:5; o 24:1);
let inputs_gen = RaceInputsGen {};
let inputs = inputs_gen
.inputs_for_single(&pos)
.iter()
.map(|x| x.to_string())
.collect::<Vec<_>>()
.join(";");
let inputs_switched = inputs_gen
.inputs_for_single(&pos.sides_switched())
.iter()
.map(|x| x.to_string())
.collect::<Vec<_>>()
.join(";");
assert_eq!(
inputs,
"0;14;1;0;0;0;0;1;0;0;0;0;1;0;0;0;1;1;0;0;1;2;0;0;0;0;0;0;0;0;0;0;0;0;0;0;0;0;0;0;0;0;0;0;0;0;0;0;0;0;0;0;0;0;0;0;0;0;0;0;0;0;0;0;0;0;0;0;0;0;0;0;0;0;0;0;0;0;0;0;0;0;0;0;0;0;0;0;0;0;0;0;0;0;0;0;0;0;0;0;0;0;0;0;0;0;0;0;0;0;0;0;0;0;0;0;0;0;0;0;0;0;0;0;0;0;0;0;0;0;0;0;0;0;0;0;0;0;0;0;0;0;0;0;0;0;0;0;0;0;0;0;0;0;0;0;0;0;0;0;0;0;0;0;0;0;0;0;0;0;0;0;0;0;0;0;0;0;0;0;0;0;1;0;0;0"
);
assert_eq!(
inputs_switched,
"14;0;1;0;0;0;0;0;0;0;0;0;0;0;0;0;0;0;0;0;0;0;0;0;0;0;0;0;0;0;0;0;0;0;0;0;0;0;0;0;0;0;0;0;0;0;0;0;0;0;0;0;0;0;0;0;0;0;0;0;0;0;0;0;0;0;0;0;0;0;0;0;0;0;0;0;0;0;0;0;0;0;0;0;0;0;0;0;0;0;0;0;0;0;0;0;0;0;0;0;0;0;0;0;0;0;0;0;0;0;0;0;0;0;0;0;0;0;0;0;0;0;0;0;0;0;0;0;0;0;0;0;0;0;0;0;0;0;0;0;0;0;0;0;0;0;0;0;0;0;0;0;0;0;0;0;0;0;0;0;0;0;0;0;0;0;0;0;1;2;0;0;1;1;0;0;1;0;0;1;0;0;1;0;0;0"
);
}
}