מד כושר

מד כושר הוא שיטה מקובלת לדירוג של שחקני שחמט, המבוססת על מודל סטטיסטי פשוט ויציב, והמנוהלת על ידי התאחדות השחמט העולמית (פיד"ה). לפי שיטה זו, לכל שחמטאי פעיל יש דירוג מספרי, המעודכן באופן קבוע לפי הניצחונות וההפסדים שלו במשחקים תחרותיים, באופן הלוקח בחשבון גם את רמתם של היריבים שמולם שיחק: ניצחון נגד שחקן חזק מקנה יותר נקודות מניצחון נגד שחקן חלש ממנו.
ציון מד הכושר אמור לשקף את יכולתו של השחמטאי בדרך של חיזוי התוצאות שלו, ולענות על השאלה כיצד צפוי להסתיים דו-קרב בין שני שחקנים, אף אם מעולם לא שיחקו זה כנגד זה. הסולם הוא לוגריתמי - שחקנים בעלי ציוני מד כושר  ו-  אמורים (בתוחלת) לחלק ביניהם את הנקודות במשחק ביחס של  ל-. לדוגמה, דו-קרב בן 11 משחקים בין שני שחקנים שהפרש מד הכושר שלהם 400 נקודות, אמור (בתוחלת) להסתיים בתוצאה 10:1, ואילו הפרש של 32 נקודות אמור (שוב, בתוחלת) להסתיים בתוצאה של 6:5.
את השיטה פיתח הפיזיקאי והשחמטאי ארפד אלו בשנות ה-50 של המאה ה-20, והיא אומצה על ידי פיד"ה, לאחר שינויים והתאמות, ב-1970. מלבד בשחמט, השיטה משמשת לדירוג שחקנים וקבוצות גם בכמה ענפי ספורט אחרים.

היסטוריה ותיאור המודל

הצורך בדירוג השחמטאים הרואים עצמם מועמדים לתואר הוכר מאז שהוחל בקיום תחרויות על הזכות להתמודד בדו-קרב עם אלוף העולם בשחמט. מאז ראשית המאה ה-20, הדירוג נקבע על-פי הישגי השחקנים בתחרויות, בדרך של צבירת ניקוד על ניצחונות. הקביעה כמה נקודות יש להעניק לכל הישג היא שרירותית, וארגוני השחמט השונים השתמשו בשיטות שונות. בפדרציית השחמט של ארצות הברית (USCF) הייתה מקובלת "שיטת Harkness", המבוססת על אותו עיקרון.
בשנות ה-50 של המאה ה-20 פיתח הפיזיקאי והשחמטאי ארפד אלו, בשיתוף עם ה-USCF, שיטה סטטיסטית עקבית לדירוג השחקנים. העבודה התבססה על רעיונות שהציגו הסטטיסטיקאים ראלף בראדלי ומ. טרי ב-1952.
השיטה מבוססת על ההנחה שלכל שחקן יש "כושר אמיתי", שאינו ידוע ואינו ניתן למדידה ישירה; הכושר האמיתי עשוי להשתנות עם הזמן, אך הוא אינו משתנה במהירות. אם הניצחון במשחק היה נקבע באופן ישיר על ידי הכושר האמיתי של שני היריבים, אפשר היה למדוד את ציוני הכושר האמיתי בקלות. בפועל, מניח המודל של אלו, מגריל השחקן מעין "כושר רגעי" בכל משחק, והשחקן בעל הכושר הרגעי הגבוה יותר - מנצח. הכושר הרגעי תלוי בכושר האמיתי, אך הוא עשוי להיות נמוך או גבוה ממנו. מד הכושר מתעדכן באופן שוטף על-פי הישגי השחמטאי, הנקבעים על-פי ציוני מד הכושר הרגעיים שלו במשחקים השונים. אלו, בתורם, נקבעים על ידי מד הכושר האמיתי, גם אם בזה לא ניתן לצפות באופן ישיר. על ידי עדכון מד הכושר באופן מתאים (כפי שיוסבר בהמשך), אמורים הניצחונות וההפסדים להצטבר באופן כזה שמד הכושר יהיה אומד חסר הטיה של ציון הכושר האמיתי.
כדי לפשט את המודל שלו, אלו אינו מנסה לחזות את הסיכוי לניצחון או לתיקו, אלא מודד רק את הנקודות הנצברות במשחק. מנקודת מבט זו, תיקו נחשב כחצי ניצחון וחצי הפסד, ורק מספר הניצחונות (הכולל מחצית ממספר תוצאות התיקו) קובע.
בעבודתו המקורית, הציע אלו שהכושר הרגעי מתפלג התפלגות נורמלית, שהערך הממוצע שלה שווה לכושר האמיתי, וסטיית התקן מכוילת באופן כזה שהפרש של 200 נקודות יביא לחלוקה צפויה של הנקודות במשחק ביחס של 3:1. ה-USCF אימץ את המודל ב-1960, ובחר את הערך 1500 כציון הממוצע של שחקן רשום במועדון.
אם הכושר הרגעי מתפלג נורמלית, אז ההפרש בין שני ציוני כושר רגעי (של שני שחקנים יריבים) אמור גם הוא להיות בעל התפלגות נורמלית. מדידות שנעשו לאורך זמן, הראו שהנחה זו אינה תואמת את המציאות. מסיבה זו, ובעקבות ניתוח תאורטי, תוקנה ההנחה לכך שהציון הרגעי מתפלג לפי התפלגות הערך הקיצוני (שהיא ההתפלגות של הערך המקסימלי של משתנים מקריים רבים). פירושה של הנחה זו הוא שבדרך-כלל ציון הכושר הרגעי נמוך במעט מציון הכושר האמיתי, אך מפעם לפעם הוא גבוה ממנו במידה משמעותית. מכאן נובע, מתמטית, שההפרש בין הציונים הרגעיים מתפלג לוגיסטית - דבר המקנה לשחקנים חלשים סיכוי גבוה יותר מזה שנותן להם המודל הקודם (משום שהזנבות של ההתפלגות הלוגיסטית דועכים כמו , ולא כמו בהתפלגות נורמלית שקצב הדעיכה שלה, , מהיר בהרבה).
ב-1970 אימץ פיד"ה את השיטה המתוקנת. אלו עצמו כתב על השיטה ואופניה השונים את הספר 'דירוג שחקני שחמט, עבר ועתיד', שפורסם ב-1978.

משמעות הציון

כאמור לעיל, ההפרש בין ציוני הכושר הרגעיים של שני מתחרים, שציון הכושר האמיתי שלהם  ו- , מתפלג לוגיסטית, סביב ההפרש . מן הנוסחאות המתארות את ההתפלגות הלוגיסטית אפשר לחשב שכל נקודה אמורה להיות מחולקת בין שני הצדדים ביחס של .
על-פי ה-USCF, לאמן אמור להיות דירוג של 2200–2400, ואמן בינלאומי, דירוג 2400 ומעלה. הפרש של 200 נקודות פירושו שדו-קרב בן 8 משחקים אמור להסתיים בתוצאה החריגה 6:2. בדרך כלל הפער בין מתמודדים בתחרויות אינו מגיע לרמה כזו.

אתחול

היום מקובל לאתחל את הדירוג ההתחלתי של שחקן בוגר ל-1600 נקודות, בעוד הדירוג ההתחלתי של שחקן מתחת לגיל 14 הוא 1200 נקודות.
אדם אינו יכול לרדת אל מתחת ל-1200 ואחרי שהוא עוקף את ה-1400 אינו יכול לרדת מתחת לזה.

אופן העדכון

לאחר תחרות, מעדכנים את מד הכושר של כל משתתף. העדכון תלוי בעיקר ב"מקדם המהירות" K: מקדם גבוה מאפשר לעדכן את הדירוג במהירות, ומקדם נמוך שומר יותר על יציבותו. מקובל להשתמש בערך K=32 לשחקנים חלשים ופחות מנוסים, ובערך K=16 לאמנים ולשחקנים ותיקים. את המקדם הזה מכפילים בהפרש שבין הציון בפועל, לציון הצפוי. זהו תיקון סביר, משום שעבור שחקן שביצועיו עולים על אלו שחוזה מד הכושר שלו, סביר שמד הכושר נמוך מציון הכושר האמיתי (הנוכחי) שלו, ולהפך.
כיוון שהניקוד הצפוי לשחקן A המתמודד נגד שחקן B מנוגד לזה הצפוי לשחקן B המתמודד נגד A (סכום הנקודות הוא 1), אפשר לראות במודל העדכון מעין העברה של נקודות מן המפסיד למנצח בכל משחק.
כדי למשוך שחקנים להשתתפות בתחרויות חזקות (ובניגוד למודל המתמטי הטהור), מוסיפה פיד"ה בונוס למשתתפים בעלי מד כושר נמוך מ-2300, עבור תחרויות שמד הכושר הממוצע שלהן מעל 2250.

סטיית התקן

אלו הניח שלכל השחקנים אותה סטיית תקן, כלומר, שפיזור הציונים הרגעיים סביב לציון האמיתי, אינו תלוי בשחקן. הנחה זו מפשטת את הניתוח המתמטי ואת החישובים, אך היא אינה הכרחית (משום שכח החישוב הדרוש לעדכון סטיות תקן אישיות נמצא בהישג יד), וגם אינה נכונה (ידוע שיש שחקנים הנוטים יותר להתעלות או לשגות באופן קיצוני ביחס לרמתם הממוצעת, ויש כאלו הנוטים להיות יציבים יותר). עם זאת, שילוב של סטיות תקן שונות במודל יביא לכך ששחקן המפסיד במשחק מול שחקן בעל אותו מד כושר, יאבד נקודות במספר השונה ממספר הנקודות שיריבו יזכה בהן. המומחים חוששים שבמקרה כזה, תתעורר תחושה של חוסר-צדק או אפליה מכוונת, ומעדיפים בשל כך להיצמד למודל הפשוט והפחות מדויק.