Construisons une intelligence artificielle en papier 

📣​ Avant de commencer

Nous allons jouer ensemble à un jeu appelé Hexapawn. Pourquoi ce nom ? « Hexa » signifie six et « pawn » pion en anglais. Ce jeu a été inventé en 1962 aux États-Unis par Martin Gardner, un vulgarisateur scientifique. Son but : montrer comment une machine peut apprendre à gagner, en s’améliorant progressivement. C’est une technique d’intelligence artificielle que l’on appelle le « machine learning » : littéralement, la machine apprend ! Alors, prêt/e à créer ta propre IA ? 

Que vas-tu faire dans cette expérience ?

Pour ce jeu, nous allons créer une « machine » sous la forme de boîtes puis nous l’entraînerons à devenir imbattable. Ton terrain de jeu sera composé d’un plateau de 3x3 cases, 3 pions pour toi, 3 pions pour la machine que tu vas affronter, et enfin 24 boîtes contenant des jetons. 

Chacune de ces boîtes représente une situation possible du jeu à chaque tour et le jeton que tu y piocheras définira le coup joué par l’IA. Tu vas voir, c’est très facile ! Petit à petit, tu découvriras son fonctionnement… et verras qu’elle apprend en jouant contre toi !

🛠️ Le matériel dont tu as besoin

Tu peux fabriquer toi-même tout le matériel dont tu as besoin grâce à nos patrons. 
Télécharge et imprime notre document

• 3 pions « humain » et 3 pions « IA »
• Un plateau de 3x3 cases
• 19 petites boîtes à découper, plier et coller
• 43 jetons de 4 types différents (19 avec 1 flèche >, 17 avec 2 flèches >>, 6 avec 3 flèches >>> et 1 avec 4 flèches >>>>)
• Des feuilles de papier A4 si possible légèrement cartonné pour imprimer les patrons, des ciseaux, de la colle, une imprimante.

Prépare le jeu

1. Fabrique le matériel de jeu :

• Imprime notre document, idéalement sur du papier légèrement cartonné
• Découpe les pions, le plateau et les jetons
• Prépare les boîtes : découpe sur les traits pleins, plie sur les lignes en pointillé et colle les languettes

2. Dispose ton plateau de 3x3 cases sur la table
3. Place à l’intérieur de chaque boîte un jeton pour chacune des flèches (>, >>, >>> ou >>>>) présente sur l’étiquette correspondante.
4. Place au jeu !

⏱️ Temps de préparation : environ 60 minutes

⚙️​ Les règles du jeu

Le but du jeu

Un joueur peut remporter la partie de 3 façons :

• il mange tous les pions de l’adversaire ;
• l'un de ses pions atteint la ligne de départ de son adversaire ;
• il bloque l'adversaire, qui ne peut plus avancer.  

La mise en place du jeu

Place les trois pions « humain » (les tiens !) sur la ligne devant toi ; et les 3 pions de l'IA sur la ligne du haut.

Le déplacement et la capture des pions

À chaque tour, le joueur peut soit avancer l’un de ses pions, soit capturer un pion adverse.

• Pour avancer : un pion peut avancer uniquement vers l'avant et tout droit, jamais en diagonale, et à condition que la case soit vide.
• Pour capturer : un pion peut capturer un pion adverse en se déplaçant d'une case en diagonale, jamais tout droit. Il se place alors sur la case du pion « mangé », qui est défaussé.

🚀 À toi de jouer !

1. Joue le premier coup de la partie : c’est toujours l’humain - donc toi ! - qui commence. Déplace l’un de tes 3 pions d’une case vers l’avant, tout droit.
    
2. Sélectionne la boîte dont le schéma correspond à la situation du jeu (cherche bien sur les deux faces des boîtes si tu ne trouves pas !). Secoue-la pour mélanger les jetons, ouvre-la et pioche au hasard un jeton. Pose-le sur sa boîte (il n’y retournera qu’à la fin de la manche).
    
3. Fais maintenant jouer l’IA : déplace l’un de ses pions comme indiqué sur l’étiquette, suis le sens de la flèche correspondant au jeton que tu as pioché. S’il se place sur une case occupée par l’un de tes pions, il le mange, donc défausse-le.

4. Continue à jouer à tour de rôle jusqu'à ce que l'une des 3 conditions de victoire présentée dans les règles du jeu soit remplie.

   Cas particulier : s’il n’y a plus aucun jeton dans la boîte correspondant à la disposition du jeu, alors l’IA perd immédiatement, par forfait ! En effet, cela signifie que quel que soit le coup qu’elle aurait pu jouer, celui-ci l’aurait menée à la défaite.

5. Fais apprendre à l'IA, à la fin de partie.

• Si l’IA a perdu, retire du jeu le tout dernier jeton utilisé, celui qui a conduit à sa défaite lors de son dernier tour, et replace les autres jetons dans leur boîte d’origine.
• Si l’IA a gagné, remets tous les jetons dans leur boîte d’origine.

6. Rejoue plusieurs parties à la suite sur le même principe (étapes 1 à 5).

   Au fur et à mesure des parties, l'IA apprend de ses erreurs. À force d'éliminer les jetons qui l'ont menée à la défaite, il ne reste plus dans les boîtes que les coups gagnants... et elle finit par te battre !

📑 En résumé

• L’IA joue aléatoirement (au hasard), contrairement à toi qui suis une tactique.
• Quand l’IA remporte une partie, il n’y a rien à modifier puisque qu’elle a atteint l’objectif que nous lui avons fixé : gagner ! Tous les jetons sont remis dans leurs boîtes comme au début de la partie.
• Quand l’IA perd, elle n’atteint pas cet objectif. Il faut donc la corriger pour qu’elle « apprenne », en l’empêchant de jouer le coup qui l’a fait perdre. Le jeton qui l’a fait perdre est retiré du jeu.
• Une IA informatique suit le même fonctionnement que cette IA de papier, mais plus rapidement et avec plus d’étapes. C’est ce qu’on appelle du « machine learning » !

💡 L’explication scientifique

Qu’est-ce qu’un algorithme ? En quoi l’IA d’Hexapawn en suit-elle un ?

Un algorithme, c’est un peu comme une recette de cuisine ! Pour faire un gâteau, tu suis une série d'instructions : ajouter la farine, ajouter le beurre, mélanger les ingrédients, les mettre au four et attendre. En suivant ces étapes dans le bon ordre, tu atteins l'objectif recherché : un gâteau réussi.

L'IA d'Hexapawn te permet de voir un algorithme en action. Pendant une partie, tu joues le rôle d'un ordinateur qui exécute un algorithme, sans réfléchir : tu suis des instructions précises pour faire jouer l'IA, manipuler les boîtes, retirer ou laisser les jetons selon qu'elle perde ou gagne, dans un objectif : lui apprendre à gagner !

Qu'est-ce que le « machine learning » ?

Une intelligence artificielle (IA) est un système informatique qui imite certaines capacités humaines, comme reconnaître des paroles, des images, recommander des vidéos, écrire, mais aussi jouer à Hexapawn !

Les IA ont pour point commun de traiter une quantité importante d’informations pour apprendre à être efficaces sur une tâche spécifique. Pour cela, la plupart d’entre elles utilisent ce qu'on appelle le « machine learning », qui désigne les méthodes d’apprentissage d’une machine.

Mais cette méthode ne passe pas nécessairement par un ordinateur. En jouant à Hexapawn, l’IA a appris de ses erreurs sur le principe du « machine learning » sans aucun programme informatique, simplement avec du papier et avec tes mains !

Comment l'IA apprend-elle en jouant à Hexapawn ?

Imagine qu’une partie d’Hexapawn est représentée par un arbre, chaque coup possible par une branche. Les victoires ou défaites de l’IA sont les feuilles. Quand l'IA perd et que tu retires le dernier jeton utilisé pour réaliser l'apprentissage, tu coupes la branche qui contient une feuille « défaite ».

En répétant ces actions sur plusieurs parties, tu coupes petit à petit les branches qui mènent à des défaites, et, au fur et à mesure des parties, il ne reste donc que les feuilles « victoires ». Si tu joues suffisamment de parties contre l’IA, elle finira par ne jamais perdre !

Pour aller plus loin

Une autre intelligence artificielle, appelée MENACE, fonctionne de la même façon que l'IA d’Hexapawn. Elle est quant à elle capable d’apprendre à jouer au morpion. Elle est aussi constituée d'une boîte par situation du jeu, de jetons à l’intérieur. Mais, comme le morpion est plus compliqué qu’Hexapawn, pour y jouer, il faut pas moins de... 304 boîtes !