15fce527e902b26749a41accaaa6b406ebe9a7ab
[stockfish] / src / evaluate.cpp
1 /*
2   Stockfish, a UCI chess playing engine derived from Glaurung 2.1
3   Copyright (C) 2004-2008 Tord Romstad (Glaurung author)
4   Copyright (C) 2008-2013 Marco Costalba, Joona Kiiski, Tord Romstad
5
6   Stockfish is free software: you can redistribute it and/or modify
7   it under the terms of the GNU General Public License as published by
8   the Free Software Foundation, either version 3 of the License, or
9   (at your option) any later version.
10
11   Stockfish is distributed in the hope that it will be useful,
12   but WITHOUT ANY WARRANTY; without even the implied warranty of
13   MERCHANTABILITY or FITNESS FOR A PARTICULAR PURPOSE.  See the
14   GNU General Public License for more details.
15
16   You should have received a copy of the GNU General Public License
17   along with this program.  If not, see <http://www.gnu.org/licenses/>.
18 */
19
20 #include <cassert>
21 #include <iomanip>
22 #include <sstream>
23 #include <algorithm>
24
25 #include "bitcount.h"
26 #include "evaluate.h"
27 #include "material.h"
28 #include "pawns.h"
29 #include "thread.h"
30 #include "ucioption.h"
31
32 namespace {
33
34   enum ExtendedPieceType { // Used for tracing
35     PST = 8, IMBALANCE, MOBILITY, THREAT, PASSED, SPACE, TOTAL
36   };
37
38   namespace Tracing {
39
40     Score scores[COLOR_NB][TOTAL + 1];
41     std::stringstream stream;
42
43     void add(int idx, Score term_w, Score term_b = SCORE_ZERO);
44     void row(const char* name, int idx);
45     std::string do_trace(const Position& pos);
46   }
47
48   // Struct EvalInfo contains various information computed and collected
49   // by the evaluation functions.
50   struct EvalInfo {
51
52     // Pointers to material and pawn hash table entries
53     Material::Entry* mi;
54     Pawns::Entry* pi;
55
56     // attackedBy[color][piece type] is a bitboard representing all squares
57     // attacked by a given color and piece type, attackedBy[color][ALL_PIECES]
58     // contains all squares attacked by the given color.
59     Bitboard attackedBy[COLOR_NB][PIECE_TYPE_NB];
60
61     // kingRing[color] is the zone around the king which is considered
62     // by the king safety evaluation. This consists of the squares directly
63     // adjacent to the king, and the three (or two, for a king on an edge file)
64     // squares two ranks in front of the king. For instance, if black's king
65     // is on g8, kingRing[BLACK] is a bitboard containing the squares f8, h8,
66     // f7, g7, h7, f6, g6 and h6.
67     Bitboard kingRing[COLOR_NB];
68
69     // kingAttackersCount[color] is the number of pieces of the given color
70     // which attack a square in the kingRing of the enemy king.
71     int kingAttackersCount[COLOR_NB];
72
73     // kingAttackersWeight[color] is the sum of the "weight" of the pieces of the
74     // given color which attack a square in the kingRing of the enemy king. The
75     // weights of the individual piece types are given by the variables
76     // QueenAttackWeight, RookAttackWeight, BishopAttackWeight and
77     // KnightAttackWeight in evaluate.cpp
78     int kingAttackersWeight[COLOR_NB];
79
80     // kingAdjacentZoneAttacksCount[color] is the number of attacks to squares
81     // directly adjacent to the king of the given color. Pieces which attack
82     // more than one square are counted multiple times. For instance, if black's
83     // king is on g8 and there's a white knight on g5, this knight adds
84     // 2 to kingAdjacentZoneAttacksCount[BLACK].
85     int kingAdjacentZoneAttacksCount[COLOR_NB];
86
87     Bitboard pinnedPieces[COLOR_NB];
88   };
89
90   // Evaluation grain size, must be a power of 2
91   const int GrainSize = 4;
92
93   // Evaluation weights, initialized from UCI options
94   enum { Mobility, PawnStructure, PassedPawns, Space, KingDangerUs, KingDangerThem };
95   Score Weights[6];
96
97   typedef Value V;
98   #define S(mg, eg) make_score(mg, eg)
99
100   // Internal evaluation weights. These are applied on top of the evaluation
101   // weights read from UCI parameters. The purpose is to be able to change
102   // the evaluation weights while keeping the default values of the UCI
103   // parameters at 100, which looks prettier.
104   //
105   // Values modified by Joona Kiiski
106   const Score WeightsInternal[] = {
107       S(289, 344), S(233, 201), S(221, 273), S(46, 0), S(271, 0), S(307, 0)
108   };
109
110   // MobilityBonus[PieceType][attacked] contains bonuses for middle and end
111   // game, indexed by piece type and number of attacked squares not occupied by
112   // friendly pieces.
113   const Score MobilityBonus[][32] = {
114      {}, {},
115      { S(-35,-30), S(-22,-20), S(-9,-10), S( 3,  0), S(15, 10), S(27, 20), // Knights
116        S( 37, 28), S( 42, 31), S(44, 33) },
117      { S(-22,-27), S( -8,-13), S( 6,  1), S(20, 15), S(34, 29), S(48, 43), // Bishops
118        S( 60, 55), S( 68, 63), S(74, 68), S(77, 72), S(80, 75), S(82, 77),
119        S( 84, 79), S( 86, 81) },
120      { S(-17,-33), S(-11,-16), S(-5,  0), S( 1, 16), S( 7, 32), S(13, 48), // Rooks
121        S( 18, 64), S( 22, 80), S(26, 96), S(29,109), S(31,115), S(33,119),
122        S( 35,122), S( 36,123), S(37,124) },
123      { S(-12,-20), S( -8,-13), S(-5, -7), S(-2, -1), S( 1,  5), S( 4, 11), // Queens
124        S(  7, 17), S( 10, 23), S(13, 29), S(16, 34), S(18, 38), S(20, 40),
125        S( 22, 41), S( 23, 41), S(24, 41), S(25, 41), S(25, 41), S(25, 41),
126        S( 25, 41), S( 25, 41), S(25, 41), S(25, 41), S(25, 41), S(25, 41),
127        S( 25, 41), S( 25, 41), S(25, 41), S(25, 41) }
128   };
129
130   // Outpost[PieceType][Square] contains bonuses for knights and bishops outposts,
131   // indexed by piece type and square (from white's point of view).
132   const Value Outpost[][SQUARE_NB] = {
133   {
134   //  A     B     C     D     E     F     G     H
135     V(0), V(0), V(0), V(0), V(0), V(0), V(0), V(0), // Knights
136     V(0), V(0), V(0), V(0), V(0), V(0), V(0), V(0),
137     V(0), V(0), V(4), V(8), V(8), V(4), V(0), V(0),
138     V(0), V(4),V(17),V(26),V(26),V(17), V(4), V(0),
139     V(0), V(8),V(26),V(35),V(35),V(26), V(8), V(0),
140     V(0), V(4),V(17),V(17),V(17),V(17), V(4), V(0) },
141   {
142     V(0), V(0), V(0), V(0), V(0), V(0), V(0), V(0), // Bishops
143     V(0), V(0), V(0), V(0), V(0), V(0), V(0), V(0),
144     V(0), V(0), V(5), V(5), V(5), V(5), V(0), V(0),
145     V(0), V(5),V(10),V(10),V(10),V(10), V(5), V(0),
146     V(0),V(10),V(21),V(21),V(21),V(21),V(10), V(0),
147     V(0), V(5), V(8), V(8), V(8), V(8), V(5), V(0) }
148   };
149
150   // Threat[attacking][attacked] contains bonuses according to which piece
151   // type attacks which one.
152   const Score Threat[][PIECE_TYPE_NB] = {
153     {}, {},
154     { S(0, 0), S( 7, 39), S( 0,  0), S(24, 49), S(41,100), S(41,100) }, // KNIGHT
155     { S(0, 0), S( 7, 39), S(24, 49), S( 0,  0), S(41,100), S(41,100) }, // BISHOP
156     { S(0, 0), S( 0, 22), S(15, 49), S(15, 49), S( 0,  0), S(24, 49) }, // ROOK
157     { S(0, 0), S(15, 39), S(15, 39), S(15, 39), S(15, 39), S( 0,  0) }  // QUEEN
158   };
159
160   // ThreatenedByPawn[PieceType] contains a penalty according to which piece
161   // type is attacked by an enemy pawn.
162   const Score ThreatenedByPawn[] = {
163     S(0, 0), S(0, 0), S(56, 70), S(56, 70), S(76, 99), S(86, 118)
164   };
165
166   #undef S
167
168   const Score Tempo            = make_score(24, 11);
169   const Score BishopPin        = make_score(66, 11);
170   const Score RookOn7th        = make_score(11, 20);
171   const Score QueenOn7th       = make_score( 3,  8);
172   const Score RookOnPawn       = make_score(10, 28);
173   const Score QueenOnPawn      = make_score( 4, 20);
174   const Score RookOpenFile     = make_score(43, 21);
175   const Score RookSemiopenFile = make_score(19, 10);
176   const Score BishopPawns      = make_score( 8, 12);
177   const Score KnightPawns      = make_score( 8,  4);
178   const Score MinorBehindPawn  = make_score(16,  0);
179   const Score UndefendedMinor  = make_score(25, 10);
180   const Score TrappedRook      = make_score(90,  0);
181   const Score Unstoppable      = make_score( 0, 20);
182
183   // Penalty for a bishop on a1/h1 (a8/h8 for black) which is trapped by
184   // a friendly pawn on b2/g2 (b7/g7 for black). This can obviously only
185   // happen in Chess960 games.
186   const Score TrappedBishopA1H1 = make_score(50, 50);
187
188   // The SpaceMask[Color] contains the area of the board which is considered
189   // by the space evaluation. In the middle game, each side is given a bonus
190   // based on how many squares inside this area are safe and available for
191   // friendly minor pieces.
192   const Bitboard SpaceMask[] = {
193     (FileCBB | FileDBB | FileEBB | FileFBB) & (Rank2BB | Rank3BB | Rank4BB),
194     (FileCBB | FileDBB | FileEBB | FileFBB) & (Rank7BB | Rank6BB | Rank5BB)
195   };
196
197   // King danger constants and variables. The king danger scores are taken
198   // from the KingDanger[]. Various little "meta-bonuses" measuring
199   // the strength of the enemy attack are added up into an integer, which
200   // is used as an index to KingDanger[].
201   //
202   // KingAttackWeights[PieceType] contains king attack weights by piece type
203   const int KingAttackWeights[] = { 0, 0, 2, 2, 3, 5 };
204
205   // Bonuses for enemy's safe checks
206   const int QueenContactCheck = 24;
207   const int RookContactCheck  = 16;
208   const int QueenCheck        = 12;
209   const int RookCheck         = 8;
210   const int BishopCheck       = 2;
211   const int KnightCheck       = 3;
212
213   // KingExposed[Square] contains penalties based on the position of the
214   // defending king, indexed by king's square (from white's point of view).
215   const int KingExposed[] = {
216      2,  0,  2,  5,  5,  2,  0,  2,
217      2,  2,  4,  8,  8,  4,  2,  2,
218      7, 10, 12, 12, 12, 12, 10,  7,
219     15, 15, 15, 15, 15, 15, 15, 15,
220     15, 15, 15, 15, 15, 15, 15, 15,
221     15, 15, 15, 15, 15, 15, 15, 15,
222     15, 15, 15, 15, 15, 15, 15, 15,
223     15, 15, 15, 15, 15, 15, 15, 15
224   };
225
226   // KingDanger[Color][attackUnits] contains the actual king danger weighted
227   // scores, indexed by color and by a calculated integer number.
228   Score KingDanger[COLOR_NB][128];
229
230   // Function prototypes
231   template<bool Trace>
232   Value do_evaluate(const Position& pos);
233
234   template<Color Us>
235   void init_eval_info(const Position& pos, EvalInfo& ei);
236
237   template<Color Us, bool Trace>
238   Score evaluate_pieces_of_color(const Position& pos, EvalInfo& ei, Score* mobility);
239
240   template<Color Us, bool Trace>
241   Score evaluate_king(const Position& pos, const EvalInfo& ei);
242
243   template<Color Us, bool Trace>
244   Score evaluate_threats(const Position& pos, const EvalInfo& ei);
245
246   template<Color Us, bool Trace>
247   Score evaluate_passed_pawns(const Position& pos, const EvalInfo& ei);
248
249   template<Color Us>
250   int evaluate_space(const Position& pos, const EvalInfo& ei);
251
252   Score evaluate_unstoppable_pawns(const Position& pos, Color us, const EvalInfo& ei);
253
254   Value interpolate(const Score& v, Phase ph, ScaleFactor sf);
255   Score apply_weight(Score v, Score w);
256   Score weight_option(const std::string& mgOpt, const std::string& egOpt, Score internalWeight);
257   double to_cp(Value v);
258 }
259
260
261 namespace Eval {
262
263   /// evaluate() is the main evaluation function. It always computes two
264   /// values, an endgame score and a middle game score, and interpolates
265   /// between them based on the remaining material.
266
267   Value evaluate(const Position& pos) {
268     return do_evaluate<false>(pos);
269   }
270
271
272   /// trace() is like evaluate(), but instead of returning a value, it returns
273   /// a string (suitable for outputting to stdout) that contains the detailed
274   /// descriptions and values of each evaluation term. It's mainly used for
275   /// debugging.
276   std::string trace(const Position& pos) {
277     return Tracing::do_trace(pos);
278   }
279
280
281   /// init() computes evaluation weights from the corresponding UCI parameters
282   /// and setup king tables.
283
284   void init() {
285
286     Weights[Mobility]       = weight_option("Mobility (Midgame)", "Mobility (Endgame)", WeightsInternal[Mobility]);
287     Weights[PawnStructure]  = weight_option("Pawn Structure (Midgame)", "Pawn Structure (Endgame)", WeightsInternal[PawnStructure]);
288     Weights[PassedPawns]    = weight_option("Passed Pawns (Midgame)", "Passed Pawns (Endgame)", WeightsInternal[PassedPawns]);
289     Weights[Space]          = weight_option("Space", "Space", WeightsInternal[Space]);
290     Weights[KingDangerUs]   = weight_option("Cowardice", "Cowardice", WeightsInternal[KingDangerUs]);
291     Weights[KingDangerThem] = weight_option("Aggressiveness", "Aggressiveness", WeightsInternal[KingDangerThem]);
292
293     const int MaxSlope = 30;
294     const int Peak = 1280;
295
296     for (int t = 0, i = 1; i < 100; ++i)
297     {
298         t = std::min(Peak, std::min(int(0.4 * i * i), t + MaxSlope));
299
300         KingDanger[1][i] = apply_weight(make_score(t, 0), Weights[KingDangerUs]);
301         KingDanger[0][i] = apply_weight(make_score(t, 0), Weights[KingDangerThem]);
302     }
303   }
304
305 } // namespace Eval
306
307
308 namespace {
309
310 template<bool Trace>
311 Value do_evaluate(const Position& pos) {
312
313   assert(!pos.checkers());
314
315   EvalInfo ei;
316   Score score, mobility[2] = { SCORE_ZERO, SCORE_ZERO };
317   Thread* th = pos.this_thread();
318
319   // Initialize score by reading the incrementally updated scores included
320   // in the position object (material + piece square tables) and adding a
321   // Tempo bonus. Score is computed from the point of view of white.
322   score = pos.psq_score() + (pos.side_to_move() == WHITE ? Tempo : -Tempo);
323
324   // Probe the material hash table
325   ei.mi = Material::probe(pos, th->materialTable, th->endgames);
326   score += ei.mi->material_value();
327
328   // If we have a specialized evaluation function for the current material
329   // configuration, call it and return.
330   if (ei.mi->specialized_eval_exists())
331       return ei.mi->evaluate(pos);
332
333   // Probe the pawn hash table
334   ei.pi = Pawns::probe(pos, th->pawnsTable);
335   score += apply_weight(ei.pi->pawns_value(), Weights[PawnStructure]);
336
337   // Initialize attack and king safety bitboards
338   init_eval_info<WHITE>(pos, ei);
339   init_eval_info<BLACK>(pos, ei);
340
341   // Evaluate pieces and mobility
342   score +=  evaluate_pieces_of_color<WHITE, Trace>(pos, ei, mobility)
343           - evaluate_pieces_of_color<BLACK, Trace>(pos, ei, mobility);
344
345   score += apply_weight(mobility[WHITE] - mobility[BLACK], Weights[Mobility]);
346
347   // Evaluate kings after all other pieces because we need complete attack
348   // information when computing the king safety evaluation.
349   score +=  evaluate_king<WHITE, Trace>(pos, ei)
350           - evaluate_king<BLACK, Trace>(pos, ei);
351
352   // Evaluate tactical threats, we need full attack information including king
353   score +=  evaluate_threats<WHITE, Trace>(pos, ei)
354           - evaluate_threats<BLACK, Trace>(pos, ei);
355
356   // Evaluate passed pawns, we need full attack information including king
357   score +=  evaluate_passed_pawns<WHITE, Trace>(pos, ei)
358           - evaluate_passed_pawns<BLACK, Trace>(pos, ei);
359
360   // If one side has only a king, score for potential unstoppable pawns
361   if (!pos.non_pawn_material(WHITE) || !pos.non_pawn_material(BLACK))
362       score +=  evaluate_unstoppable_pawns(pos, WHITE, ei)
363               - evaluate_unstoppable_pawns(pos, BLACK, ei);
364
365   // Evaluate space for both sides, only in middle-game.
366   if (ei.mi->space_weight())
367   {
368       int s = evaluate_space<WHITE>(pos, ei) - evaluate_space<BLACK>(pos, ei);
369       score += apply_weight(s * ei.mi->space_weight(), Weights[Space]);
370   }
371
372   // Scale winning side if position is more drawish that what it appears
373   ScaleFactor sf = eg_value(score) > VALUE_DRAW ? ei.mi->scale_factor(pos, WHITE)
374                                                 : ei.mi->scale_factor(pos, BLACK);
375
376   // If we don't already have an unusual scale factor, check for opposite
377   // colored bishop endgames, and use a lower scale for those.
378   if (   ei.mi->game_phase() < PHASE_MIDGAME
379       && pos.opposite_bishops()
380       && sf == SCALE_FACTOR_NORMAL)
381   {
382       // Ignoring any pawns, do both sides only have a single bishop and no
383       // other pieces ?
384       if (   pos.non_pawn_material(WHITE) == BishopValueMg
385           && pos.non_pawn_material(BLACK) == BishopValueMg)
386       {
387           // Check for KBP vs KB with only a single pawn that is almost
388           // certainly a draw or at least two pawns.
389           bool one_pawn = (pos.count<PAWN>(WHITE) + pos.count<PAWN>(BLACK) == 1);
390           sf = one_pawn ? ScaleFactor(8) : ScaleFactor(32);
391       }
392       else
393           // Endgame with opposite-colored bishops, but also other pieces. Still
394           // a bit drawish, but not as drawish as with only the two bishops.
395            sf = ScaleFactor(50);
396   }
397
398   Value v = interpolate(score, ei.mi->game_phase(), sf);
399
400   // In case of tracing add all single evaluation contributions for both white and black
401   if (Trace)
402   {
403       Tracing::add(PST, pos.psq_score());
404       Tracing::add(IMBALANCE, ei.mi->material_value());
405       Tracing::add(PAWN, ei.pi->pawns_value());
406       Score w = ei.mi->space_weight() * evaluate_space<WHITE>(pos, ei);
407       Score b = ei.mi->space_weight() * evaluate_space<BLACK>(pos, ei);
408       Tracing::add(SPACE, apply_weight(w, Weights[Space]), apply_weight(b, Weights[Space]));
409       Tracing::add(TOTAL, score);
410       Tracing::stream << "\nScaling: " << std::noshowpos
411                       << std::setw(6) << 100.0 * ei.mi->game_phase() / 128.0 << "% MG, "
412                       << std::setw(6) << 100.0 * (1.0 - ei.mi->game_phase() / 128.0) << "% * "
413                       << std::setw(6) << (100.0 * sf) / SCALE_FACTOR_NORMAL << "% EG.\n"
414                       << "Total evaluation: " << to_cp(v);
415   }
416
417   return pos.side_to_move() == WHITE ? v : -v;
418 }
419
420
421   // init_eval_info() initializes king bitboards for given color adding
422   // pawn attacks. To be done at the beginning of the evaluation.
423
424   template<Color Us>
425   void init_eval_info(const Position& pos, EvalInfo& ei) {
426
427     const Color  Them = (Us == WHITE ? BLACK : WHITE);
428     const Square Down = (Us == WHITE ? DELTA_S : DELTA_N);
429
430     ei.pinnedPieces[Us] = pos.pinned_pieces(Us);
431
432     Bitboard b = ei.attackedBy[Them][KING] = pos.attacks_from<KING>(pos.king_square(Them));
433     ei.attackedBy[Us][PAWN] = ei.pi->pawn_attacks(Us);
434
435     // Init king safety tables only if we are going to use them
436     if (pos.count<QUEEN>(Us) && pos.non_pawn_material(Us) > QueenValueMg + PawnValueMg)
437     {
438         ei.kingRing[Them] = b | shift_bb<Down>(b);
439         b &= ei.attackedBy[Us][PAWN];
440         ei.kingAttackersCount[Us] = b ? popcount<Max15>(b) / 2 : 0;
441         ei.kingAdjacentZoneAttacksCount[Us] = ei.kingAttackersWeight[Us] = 0;
442     }
443     else
444         ei.kingRing[Them] = ei.kingAttackersCount[Us] = 0;
445   }
446
447
448   // evaluate_outposts() evaluates bishop and knight outpost squares
449
450   template<PieceType Piece, Color Us>
451   Score evaluate_outposts(const Position& pos, EvalInfo& ei, Square s) {
452
453     const Color Them = (Us == WHITE ? BLACK : WHITE);
454
455     assert (Piece == BISHOP || Piece == KNIGHT);
456
457     // Initial bonus based on square
458     Value bonus = Outpost[Piece == BISHOP][relative_square(Us, s)];
459
460     // Increase bonus if supported by pawn, especially if the opponent has
461     // no minor piece which can exchange the outpost piece.
462     if (bonus && (ei.attackedBy[Us][PAWN] & s))
463     {
464         if (   !pos.pieces(Them, KNIGHT)
465             && !(squares_of_color(s) & pos.pieces(Them, BISHOP)))
466             bonus += bonus + bonus / 2;
467         else
468             bonus += bonus / 2;
469     }
470
471     return make_score(bonus, bonus);
472   }
473
474
475   // evaluate_pieces() assigns bonuses and penalties to the pieces of a given color
476
477   template<PieceType Piece, Color Us, bool Trace>
478   Score evaluate_pieces(const Position& pos, EvalInfo& ei, Score* mobility, Bitboard mobilityArea) {
479
480     Bitboard b;
481     Square s;
482     Score score = SCORE_ZERO;
483
484     const Color Them = (Us == WHITE ? BLACK : WHITE);
485     const Square* pl = pos.list<Piece>(Us);
486
487     ei.attackedBy[Us][Piece] = 0;
488
489     while ((s = *pl++) != SQ_NONE)
490     {
491         // Find attacked squares, including x-ray attacks for bishops and rooks
492         b = Piece == BISHOP ? attacks_bb<BISHOP>(s, pos.pieces() ^ pos.pieces(Us, QUEEN))
493           : Piece ==   ROOK ? attacks_bb<  ROOK>(s, pos.pieces() ^ pos.pieces(Us, ROOK, QUEEN))
494                             : pos.attacks_from<Piece>(s);
495
496         if (ei.pinnedPieces[Us] & s)
497             b &= LineBB[pos.king_square(Us)][s];
498
499         ei.attackedBy[Us][Piece] |= b;
500
501         if (b & ei.kingRing[Them])
502         {
503             ei.kingAttackersCount[Us]++;
504             ei.kingAttackersWeight[Us] += KingAttackWeights[Piece];
505             Bitboard bb = b & ei.attackedBy[Them][KING];
506             if (bb)
507                 ei.kingAdjacentZoneAttacksCount[Us] += popcount<Max15>(bb);
508         }
509
510         int mob = Piece != QUEEN ? popcount<Max15>(b & mobilityArea)
511                                  : popcount<Full >(b & mobilityArea);
512
513         mobility[Us] += MobilityBonus[Piece][mob];
514
515         // Decrease score if we are attacked by an enemy pawn. The remaining part
516         // of threat evaluation must be done later when we have full attack info.
517         if (ei.attackedBy[Them][PAWN] & s)
518             score -= ThreatenedByPawn[Piece];
519
520         // Otherwise give a bonus if we are a bishop and can pin a piece or can
521         // give a discovered check through an x-ray attack.
522         else if (    Piece == BISHOP
523                  && (PseudoAttacks[Piece][pos.king_square(Them)] & s)
524                  && !more_than_one(BetweenBB[s][pos.king_square(Them)] & pos.pieces()))
525                  score += BishopPin;
526
527         // Penalty for bishop with same coloured pawns
528         if (Piece == BISHOP)
529             score -= BishopPawns * ei.pi->pawns_on_same_color_squares(Us, s);
530
531         // Penalty for knight when there are few enemy pawns
532         if (Piece == KNIGHT)
533             score -= KnightPawns * std::max(5 - pos.count<PAWN>(Them), 0);
534
535         if (Piece == BISHOP || Piece == KNIGHT)
536         {
537             // Bishop and knight outposts squares
538             if (!(pos.pieces(Them, PAWN) & pawn_attack_span(Us, s)))
539                 score += evaluate_outposts<Piece, Us>(pos, ei, s);
540
541             // Bishop or knight behind a pawn
542             if (    relative_rank(Us, s) < RANK_5
543                 && (pos.pieces(PAWN) & (s + pawn_push(Us))))
544                 score += MinorBehindPawn;
545         }
546
547         if (  (Piece == ROOK || Piece == QUEEN)
548             && relative_rank(Us, s) >= RANK_5)
549         {
550             // Major piece on 7th rank and enemy king trapped on 8th
551             if (   relative_rank(Us, s) == RANK_7
552                 && relative_rank(Us, pos.king_square(Them)) == RANK_8)
553                 score += Piece == ROOK ? RookOn7th : QueenOn7th;
554
555             // Major piece attacking enemy pawns on the same rank/file
556             Bitboard pawns = pos.pieces(Them, PAWN) & PseudoAttacks[ROOK][s];
557             if (pawns)
558                 score += popcount<Max15>(pawns) * (Piece == ROOK ? RookOnPawn : QueenOnPawn);
559         }
560
561         // Special extra evaluation for rooks
562         if (Piece == ROOK)
563         {
564             // Give a bonus for a rook on a open or semi-open file
565             if (ei.pi->semiopen(Us, file_of(s)))
566                 score += ei.pi->semiopen(Them, file_of(s)) ? RookOpenFile : RookSemiopenFile;
567
568             if (mob > 3 || ei.pi->semiopen(Us, file_of(s)))
569                 continue;
570
571             Square ksq = pos.king_square(Us);
572
573             // Penalize rooks which are trapped by a king. Penalize more if the
574             // king has lost its castling capability.
575             if (   ((file_of(ksq) < FILE_E) == (file_of(s) < file_of(ksq)))
576                 && (rank_of(ksq) == rank_of(s) || relative_rank(Us, ksq) == RANK_1)
577                 && !ei.pi->semiopen_on_side(Us, file_of(ksq), file_of(ksq) < FILE_E))
578                 score -= (TrappedRook - make_score(mob * 8, 0)) * (pos.can_castle(Us) ? 1 : 2);
579         }
580
581         // An important Chess960 pattern: A cornered bishop blocked by a friendly
582         // pawn diagonally in front of it is a very serious problem, especially
583         // when that pawn is also blocked.
584         if (   Piece == BISHOP
585             && pos.is_chess960()
586             && (s == relative_square(Us, SQ_A1) || s == relative_square(Us, SQ_H1)))
587         {
588             const enum Piece P = make_piece(Us, PAWN);
589             Square d = pawn_push(Us) + (file_of(s) == FILE_A ? DELTA_E : DELTA_W);
590             if (pos.piece_on(s + d) == P)
591                 score -= !pos.empty(s + d + pawn_push(Us)) ? TrappedBishopA1H1 * 4
592                         : pos.piece_on(s + d + d) == P     ? TrappedBishopA1H1 * 2
593                                                            : TrappedBishopA1H1;
594         }
595     }
596
597     if (Trace)
598         Tracing::scores[Us][Piece] = score;
599
600     return score;
601   }
602
603
604   // evaluate_pieces_of_color() assigns bonuses and penalties to all the
605   // pieces of a given color.
606
607   template<Color Us, bool Trace>
608   Score evaluate_pieces_of_color(const Position& pos, EvalInfo& ei, Score* mobility) {
609
610     const Color Them = (Us == WHITE ? BLACK : WHITE);
611
612     // Do not include in mobility squares protected by enemy pawns or occupied by our pieces
613     const Bitboard mobilityArea = ~(ei.attackedBy[Them][PAWN] | pos.pieces(Us, PAWN, KING));
614
615     Score score =  evaluate_pieces<KNIGHT, Us, Trace>(pos, ei, mobility, mobilityArea)
616                  + evaluate_pieces<BISHOP, Us, Trace>(pos, ei, mobility, mobilityArea)
617                  + evaluate_pieces<ROOK,   Us, Trace>(pos, ei, mobility, mobilityArea)
618                  + evaluate_pieces<QUEEN,  Us, Trace>(pos, ei, mobility, mobilityArea);
619
620     // Sum up all attacked squares (updated in evaluate_pieces)
621     ei.attackedBy[Us][ALL_PIECES] =  ei.attackedBy[Us][PAWN]   | ei.attackedBy[Us][KNIGHT]
622                                    | ei.attackedBy[Us][BISHOP] | ei.attackedBy[Us][ROOK]
623                                    | ei.attackedBy[Us][QUEEN]  | ei.attackedBy[Us][KING];
624     if (Trace)
625         Tracing::scores[Us][MOBILITY] = apply_weight(mobility[Us], Weights[Mobility]);
626
627     return score;
628   }
629
630
631   // evaluate_king() assigns bonuses and penalties to a king of a given color
632
633   template<Color Us, bool Trace>
634   Score evaluate_king(const Position& pos, const EvalInfo& ei) {
635
636     const Color Them = (Us == WHITE ? BLACK : WHITE);
637
638     Bitboard undefended, b, b1, b2, safe;
639     int attackUnits;
640     const Square ksq = pos.king_square(Us);
641
642     // King shelter and enemy pawns storm
643     Score score = ei.pi->king_safety<Us>(pos, ksq);
644
645     // Main king safety evaluation
646     if (   ei.kingAttackersCount[Them] >= 2
647         && ei.kingAdjacentZoneAttacksCount[Them])
648     {
649         // Find the attacked squares around the king which have no defenders
650         // apart from the king itself
651         undefended =  ei.attackedBy[Them][ALL_PIECES]
652                     & ei.attackedBy[Us][KING]
653                     & ~(  ei.attackedBy[Us][PAWN]   | ei.attackedBy[Us][KNIGHT]
654                         | ei.attackedBy[Us][BISHOP] | ei.attackedBy[Us][ROOK]
655                         | ei.attackedBy[Us][QUEEN]);
656
657         // Initialize the 'attackUnits' variable, which is used later on as an
658         // index to the KingDanger[] array. The initial value is based on the
659         // number and types of the enemy's attacking pieces, the number of
660         // attacked and undefended squares around our king, the square of the
661         // king, and the quality of the pawn shelter.
662         attackUnits =  std::min(20, (ei.kingAttackersCount[Them] * ei.kingAttackersWeight[Them]) / 2)
663                      + 3 * (ei.kingAdjacentZoneAttacksCount[Them] + popcount<Max15>(undefended))
664                      + KingExposed[relative_square(Us, ksq)]
665                      - mg_value(score) / 32;
666
667         // Analyse the enemy's safe queen contact checks. Firstly, find the
668         // undefended squares around the king that are attacked by the enemy's
669         // queen...
670         b = undefended & ei.attackedBy[Them][QUEEN] & ~pos.pieces(Them);
671         if (b)
672         {
673             // ...and then remove squares not supported by another enemy piece
674             b &= (  ei.attackedBy[Them][PAWN]   | ei.attackedBy[Them][KNIGHT]
675                   | ei.attackedBy[Them][BISHOP] | ei.attackedBy[Them][ROOK]);
676             if (b)
677                 attackUnits +=  QueenContactCheck
678                               * popcount<Max15>(b)
679                               * (Them == pos.side_to_move() ? 2 : 1);
680         }
681
682         // Analyse the enemy's safe rook contact checks. Firstly, find the
683         // undefended squares around the king that are attacked by the enemy's
684         // rooks...
685         b = undefended & ei.attackedBy[Them][ROOK] & ~pos.pieces(Them);
686
687         // Consider only squares where the enemy's rook gives check
688         b &= PseudoAttacks[ROOK][ksq];
689
690         if (b)
691         {
692             // ...and then remove squares not supported by another enemy piece
693             b &= (  ei.attackedBy[Them][PAWN]   | ei.attackedBy[Them][KNIGHT]
694                   | ei.attackedBy[Them][BISHOP] | ei.attackedBy[Them][QUEEN]);
695             if (b)
696                 attackUnits +=  RookContactCheck
697                               * popcount<Max15>(b)
698                               * (Them == pos.side_to_move() ? 2 : 1);
699         }
700
701         // Analyse the enemy's safe distance checks for sliders and knights
702         safe = ~(pos.pieces(Them) | ei.attackedBy[Us][ALL_PIECES]);
703
704         b1 = pos.attacks_from<ROOK>(ksq) & safe;
705         b2 = pos.attacks_from<BISHOP>(ksq) & safe;
706
707         // Enemy queen safe checks
708         b = (b1 | b2) & ei.attackedBy[Them][QUEEN];
709         if (b)
710             attackUnits += QueenCheck * popcount<Max15>(b);
711
712         // Enemy rooks safe checks
713         b = b1 & ei.attackedBy[Them][ROOK];
714         if (b)
715             attackUnits += RookCheck * popcount<Max15>(b);
716
717         // Enemy bishops safe checks
718         b = b2 & ei.attackedBy[Them][BISHOP];
719         if (b)
720             attackUnits += BishopCheck * popcount<Max15>(b);
721
722         // Enemy knights safe checks
723         b = pos.attacks_from<KNIGHT>(ksq) & ei.attackedBy[Them][KNIGHT] & safe;
724         if (b)
725             attackUnits += KnightCheck * popcount<Max15>(b);
726
727         // To index KingDanger[] attackUnits must be in [0, 99] range
728         attackUnits = std::min(99, std::max(0, attackUnits));
729
730         // Finally, extract the king danger score from the KingDanger[]
731         // array and subtract the score from evaluation.
732         score -= KingDanger[Us == Search::RootColor][attackUnits];
733     }
734
735     if (Trace)
736         Tracing::scores[Us][KING] = score;
737
738     return score;
739   }
740
741
742   // evaluate_threats() assigns bonuses according to the type of attacking piece
743   // and the type of attacked one.
744
745   template<Color Us, bool Trace>
746   Score evaluate_threats(const Position& pos, const EvalInfo& ei) {
747
748     const Color Them = (Us == WHITE ? BLACK : WHITE);
749
750     Bitboard b, undefendedMinors, weakEnemies;
751     Score score = SCORE_ZERO;
752
753     // Undefended minors get penalized even if they are not under attack
754     undefendedMinors =  pos.pieces(Them, BISHOP, KNIGHT)
755                       & ~ei.attackedBy[Them][ALL_PIECES];
756
757     if (undefendedMinors)
758         score += UndefendedMinor;
759
760     // Enemy pieces not defended by a pawn and under our attack
761     weakEnemies =  pos.pieces(Them)
762                  & ~ei.attackedBy[Them][PAWN]
763                  & ei.attackedBy[Us][ALL_PIECES];
764
765     // Add bonus according to type of attacked enemy piece and to the
766     // type of attacking piece, from knights to queens. Kings are not
767     // considered because they are already handled in king evaluation.
768     if (weakEnemies)
769         for (PieceType pt1 = KNIGHT; pt1 < KING; ++pt1)
770         {
771             b = ei.attackedBy[Us][pt1] & weakEnemies;
772             if (b)
773                 for (PieceType pt2 = PAWN; pt2 < KING; ++pt2)
774                     if (b & pos.pieces(pt2))
775                         score += Threat[pt1][pt2];
776         }
777
778     if (Trace)
779         Tracing::scores[Us][THREAT] = score;
780
781     return score;
782   }
783
784
785   // evaluate_passed_pawns() evaluates the passed pawns of the given color
786
787   template<Color Us, bool Trace>
788   Score evaluate_passed_pawns(const Position& pos, const EvalInfo& ei) {
789
790     const Color Them = (Us == WHITE ? BLACK : WHITE);
791
792     Bitboard b, squaresToQueen, defendedSquares, unsafeSquares, supportingPawns;
793     Score score = SCORE_ZERO;
794
795     b = ei.pi->passed_pawns(Us);
796
797     while (b)
798     {
799         Square s = pop_lsb(&b);
800
801         assert(pos.pawn_passed(Us, s));
802
803         int r = int(relative_rank(Us, s) - RANK_2);
804         int rr = r * (r - 1);
805
806         // Base bonus based on rank
807         Value mbonus = Value(17 * rr);
808         Value ebonus = Value(7 * (rr + r + 1));
809
810         if (rr)
811         {
812             Square blockSq = s + pawn_push(Us);
813
814             // Adjust bonus based on the king's proximity
815             ebonus +=  Value(square_distance(pos.king_square(Them), blockSq) * 5 * rr)
816                      - Value(square_distance(pos.king_square(Us  ), blockSq) * 2 * rr);
817
818             // If blockSq is not the queening square then consider also a second push
819             if (relative_rank(Us, blockSq) != RANK_8)
820                 ebonus -= Value(square_distance(pos.king_square(Us), blockSq + pawn_push(Us)) * rr);
821
822             // If the pawn is free to advance, then increase the bonus
823             if (pos.empty(blockSq))
824             {
825                 squaresToQueen = forward_bb(Us, s);
826
827                 // If there is an enemy rook or queen attacking the pawn from behind,
828                 // add all X-ray attacks by the rook or queen. Otherwise consider only
829                 // the squares in the pawn's path attacked or occupied by the enemy.
830                 if (    unlikely(forward_bb(Them, s) & pos.pieces(Them, ROOK, QUEEN))
831                     && (forward_bb(Them, s) & pos.pieces(Them, ROOK, QUEEN) & pos.attacks_from<ROOK>(s)))
832                     unsafeSquares = squaresToQueen;
833                 else
834                     unsafeSquares = squaresToQueen & (ei.attackedBy[Them][ALL_PIECES] | pos.pieces(Them));
835
836                 if (    unlikely(forward_bb(Them, s) & pos.pieces(Us, ROOK, QUEEN))
837                     && (forward_bb(Them, s) & pos.pieces(Us, ROOK, QUEEN) & pos.attacks_from<ROOK>(s)))
838                     defendedSquares = squaresToQueen;
839                 else
840                     defendedSquares = squaresToQueen & ei.attackedBy[Us][ALL_PIECES];
841
842                 // If there aren't any enemy attacks, then assign a huge bonus.
843                 // The bonus will be a bit smaller if at least the block square
844                 // isn't attacked, otherwise assign the smallest possible bonus.
845                 int k = !unsafeSquares ? 15 : !(unsafeSquares & blockSq) ? 9 : 3;
846
847                 // Assign a big bonus if the path to the queen is fully defended,
848                 // otherwise assign a bit less of a bonus if at least the block
849                 // square is defended.
850                 if (defendedSquares == squaresToQueen)
851                     k += 6;
852
853                 else if (defendedSquares & blockSq)
854                     k += (unsafeSquares & defendedSquares) == unsafeSquares ? 4 : 2;
855
856                 mbonus += Value(k * rr), ebonus += Value(k * rr);
857             }
858         } // rr != 0
859
860         // Increase the bonus if the passed pawn is supported by a friendly pawn
861         // on the same rank and a bit smaller if it's on the previous rank.
862         supportingPawns = pos.pieces(Us, PAWN) & adjacent_files_bb(file_of(s));
863         if (supportingPawns & rank_bb(s))
864             ebonus += Value(r * 20);
865
866         else if (supportingPawns & rank_bb(s - pawn_push(Us)))
867             ebonus += Value(r * 12);
868
869         // Rook pawns are a special case: They are sometimes worse, and
870         // sometimes better than other passed pawns. It is difficult to find
871         // good rules for determining whether they are good or bad. For now,
872         // we try the following: Increase the value for rook pawns if the
873         // other side has no pieces apart from a knight, and decrease the
874         // value if the other side has a rook or queen.
875         if (file_of(s) == FILE_A || file_of(s) == FILE_H)
876         {
877             if (pos.non_pawn_material(Them) <= KnightValueMg)
878                 ebonus += ebonus / 4;
879
880             else if (pos.pieces(Them, ROOK, QUEEN))
881                 ebonus -= ebonus / 4;
882         }
883
884         if (pos.count<PAWN>(Us) < pos.count<PAWN>(Them))
885             ebonus += ebonus / 4;
886
887         score += make_score(mbonus, ebonus);
888
889     }
890
891     if (Trace)
892         Tracing::scores[Us][PASSED] = apply_weight(score, Weights[PassedPawns]);
893
894     // Add the scores to the middle game and endgame eval
895     return apply_weight(score, Weights[PassedPawns]);
896   }
897
898
899   // evaluate_unstoppable_pawns() scores the most advanced among the passed and
900   // candidate pawns. In case opponent has no pieces but pawns, this is somewhat
901   // related to the possibility that pawns are unstoppable.
902
903   Score evaluate_unstoppable_pawns(const Position& pos, Color us, const EvalInfo& ei) {
904
905     Bitboard b = ei.pi->passed_pawns(us) | ei.pi->candidate_pawns(us);
906
907     if (!b || pos.non_pawn_material(~us))
908         return SCORE_ZERO;
909
910     return Unstoppable * int(relative_rank(us, frontmost_sq(us, b)));
911   }
912
913
914   // evaluate_space() computes the space evaluation for a given side. The
915   // space evaluation is a simple bonus based on the number of safe squares
916   // available for minor pieces on the central four files on ranks 2--4. Safe
917   // squares one, two or three squares behind a friendly pawn are counted
918   // twice. Finally, the space bonus is scaled by a weight taken from the
919   // material hash table. The aim is to improve play on game opening.
920   template<Color Us>
921   int evaluate_space(const Position& pos, const EvalInfo& ei) {
922
923     const Color Them = (Us == WHITE ? BLACK : WHITE);
924
925     // Find the safe squares for our pieces inside the area defined by
926     // SpaceMask[]. A square is unsafe if it is attacked by an enemy
927     // pawn, or if it is undefended and attacked by an enemy piece.
928     Bitboard safe =   SpaceMask[Us]
929                    & ~pos.pieces(Us, PAWN)
930                    & ~ei.attackedBy[Them][PAWN]
931                    & (ei.attackedBy[Us][ALL_PIECES] | ~ei.attackedBy[Them][ALL_PIECES]);
932
933     // Find all squares which are at most three squares behind some friendly pawn
934     Bitboard behind = pos.pieces(Us, PAWN);
935     behind |= (Us == WHITE ? behind >>  8 : behind <<  8);
936     behind |= (Us == WHITE ? behind >> 16 : behind << 16);
937
938     // Since SpaceMask[Us] is fully on our half of the board
939     assert(unsigned(safe >> (Us == WHITE ? 32 : 0)) == 0);
940
941     // Count safe + (behind & safe) with a single popcount
942     return popcount<Full>((Us == WHITE ? safe << 32 : safe >> 32) | (behind & safe));
943   }
944
945
946   // interpolate() interpolates between a middle game and an endgame score,
947   // based on game phase. It also scales the return value by a ScaleFactor array.
948
949   Value interpolate(const Score& v, Phase ph, ScaleFactor sf) {
950
951     assert(mg_value(v) > -VALUE_INFINITE && mg_value(v) < VALUE_INFINITE);
952     assert(eg_value(v) > -VALUE_INFINITE && eg_value(v) < VALUE_INFINITE);
953     assert(ph >= PHASE_ENDGAME && ph <= PHASE_MIDGAME);
954
955     int e = (eg_value(v) * int(sf)) / SCALE_FACTOR_NORMAL;
956     int r = (mg_value(v) * int(ph) + e * int(PHASE_MIDGAME - ph)) / PHASE_MIDGAME;
957     return Value((r / GrainSize) * GrainSize); // Sign independent
958   }
959
960   // apply_weight() weights score v by score w trying to prevent overflow
961   Score apply_weight(Score v, Score w) {
962     return make_score((int(mg_value(v)) * mg_value(w)) / 0x100,
963                       (int(eg_value(v)) * eg_value(w)) / 0x100);
964   }
965
966   // weight_option() computes the value of an evaluation weight, by combining
967   // two UCI-configurable weights (midgame and endgame) with an internal weight.
968
969   Score weight_option(const std::string& mgOpt, const std::string& egOpt, Score internalWeight) {
970
971     // Scale option value from 100 to 256
972     int mg = Options[mgOpt] * 256 / 100;
973     int eg = Options[egOpt] * 256 / 100;
974
975     return apply_weight(make_score(mg, eg), internalWeight);
976   }
977
978
979   // Tracing functions definitions
980
981   double to_cp(Value v) { return double(v) / double(PawnValueMg); }
982
983   void Tracing::add(int idx, Score wScore, Score bScore) {
984
985     scores[WHITE][idx] = wScore;
986     scores[BLACK][idx] = bScore;
987   }
988
989   void Tracing::row(const char* name, int idx) {
990
991     Score wScore = scores[WHITE][idx];
992     Score bScore = scores[BLACK][idx];
993
994     switch (idx) {
995     case PST: case IMBALANCE: case PAWN: case TOTAL:
996         stream << std::setw(20) << name << " |   ---   --- |   ---   --- | "
997                << std::setw(6)  << to_cp(mg_value(wScore)) << " "
998                << std::setw(6)  << to_cp(eg_value(wScore)) << " \n";
999         break;
1000     default:
1001         stream << std::setw(20) << name << " | " << std::noshowpos
1002                << std::setw(5)  << to_cp(mg_value(wScore)) << " "
1003                << std::setw(5)  << to_cp(eg_value(wScore)) << " | "
1004                << std::setw(5)  << to_cp(mg_value(bScore)) << " "
1005                << std::setw(5)  << to_cp(eg_value(bScore)) << " | "
1006                << std::showpos
1007                << std::setw(6)  << to_cp(mg_value(wScore - bScore)) << " "
1008                << std::setw(6)  << to_cp(eg_value(wScore - bScore)) << " \n";
1009     }
1010   }
1011
1012   std::string Tracing::do_trace(const Position& pos) {
1013
1014     stream.str("");
1015     stream << std::showpoint << std::showpos << std::fixed << std::setprecision(2);
1016     std::memset(scores, 0, 2 * (TOTAL + 1) * sizeof(Score));
1017
1018     do_evaluate<true>(pos);
1019
1020     std::string totals = stream.str();
1021     stream.str("");
1022
1023     stream << std::setw(21) << "Eval term " << "|    White    |    Black    |     Total     \n"
1024                     <<             "                     |   MG    EG  |   MG    EG  |   MG     EG   \n"
1025                     <<             "---------------------+-------------+-------------+---------------\n";
1026
1027     row("Material, PST, Tempo", PST);
1028     row("Material imbalance", IMBALANCE);
1029     row("Pawns", PAWN);
1030     row("Knights", KNIGHT);
1031     row("Bishops", BISHOP);
1032     row("Rooks", ROOK);
1033     row("Queens", QUEEN);
1034     row("Mobility", MOBILITY);
1035     row("King safety", KING);
1036     row("Threats", THREAT);
1037     row("Passed pawns", PASSED);
1038     row("Space", SPACE);
1039
1040     stream <<             "---------------------+-------------+-------------+---------------\n";
1041     row("Total", TOTAL);
1042     stream << totals;
1043
1044     return stream.str();
1045   }
1046 }