Tuned values after 505k games
[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) 2008-2015 Marco Costalba, Joona Kiiski, Tord Romstad
5   Copyright (C) 2015-2018 Marco Costalba, Joona Kiiski, Gary Linscott, Tord Romstad
6
7   Stockfish is free software: you can redistribute it and/or modify
8   it under the terms of the GNU General Public License as published by
9   the Free Software Foundation, either version 3 of the License, or
10   (at your option) any later version.
11
12   Stockfish is distributed in the hope that it will be useful,
13   but WITHOUT ANY WARRANTY; without even the implied warranty of
14   MERCHANTABILITY or FITNESS FOR A PARTICULAR PURPOSE.  See the
15   GNU General Public License for more details.
16
17   You should have received a copy of the GNU General Public License
18   along with this program.  If not, see <http://www.gnu.org/licenses/>.
19 */
20
21 #include <algorithm>
22 #include <cassert>
23 #include <cstring>   // For std::memset
24 #include <iomanip>
25 #include <sstream>
26
27 #include "bitboard.h"
28 #include "evaluate.h"
29 #include "material.h"
30 #include "pawns.h"
31 #include "thread.h"
32
33 namespace Trace {
34
35   enum Tracing { NO_TRACE, TRACE };
36
37   enum Term { // The first 8 entries are reserved for PieceType
38     MATERIAL = 8, IMBALANCE, MOBILITY, THREAT, PASSED, SPACE, INITIATIVE, TOTAL, TERM_NB
39   };
40
41   Score scores[TERM_NB][COLOR_NB];
42
43   double to_cp(Value v) { return double(v) / PawnValueEg; }
44
45   void add(int idx, Color c, Score s) {
46     scores[idx][c] = s;
47   }
48
49   void add(int idx, Score w, Score b = SCORE_ZERO) {
50     scores[idx][WHITE] = w;
51     scores[idx][BLACK] = b;
52   }
53
54   std::ostream& operator<<(std::ostream& os, Score s) {
55     os << std::setw(5) << to_cp(mg_value(s)) << " "
56        << std::setw(5) << to_cp(eg_value(s));
57     return os;
58   }
59
60   std::ostream& operator<<(std::ostream& os, Term t) {
61
62     if (t == MATERIAL || t == IMBALANCE || t == INITIATIVE || t == TOTAL)
63         os << " ----  ----"    << " | " << " ----  ----";
64     else
65         os << scores[t][WHITE] << " | " << scores[t][BLACK];
66
67     os << " | " << scores[t][WHITE] - scores[t][BLACK] << "\n";
68     return os;
69   }
70 }
71
72 using namespace Trace;
73
74 namespace {
75
76   constexpr Bitboard QueenSide   = FileABB | FileBBB | FileCBB | FileDBB;
77   constexpr Bitboard CenterFiles = FileCBB | FileDBB | FileEBB | FileFBB;
78   constexpr Bitboard KingSide    = FileEBB | FileFBB | FileGBB | FileHBB;
79   constexpr Bitboard Center      = (FileDBB | FileEBB) & (Rank4BB | Rank5BB);
80
81   constexpr Bitboard KingFlank[FILE_NB] = {
82     QueenSide,   QueenSide, QueenSide,
83     CenterFiles, CenterFiles,
84     KingSide,    KingSide,  KingSide
85   };
86
87   // Threshold for lazy and space evaluation
88   constexpr Value LazyThreshold  = Value(1500);
89   constexpr Value SpaceThreshold = Value(12222);
90
91   // KingAttackWeights[PieceType] contains king attack weights by piece type
92   constexpr int KingAttackWeights[PIECE_TYPE_NB] = { 0, 0, 77, 55, 44, 10 };
93
94   // Penalties for enemy's safe checks
95   constexpr int QueenSafeCheck  = 780;
96   constexpr int RookSafeCheck   = 880;
97   constexpr int BishopSafeCheck = 435;
98   constexpr int KnightSafeCheck = 790;
99
100 #define S(mg, eg) make_score(mg, eg)
101
102   // MobilityBonus[PieceType-2][attacked] contains bonuses for middle and end game,
103   // indexed by piece type and number of attacked squares in the mobility area.
104   constexpr Score MobilityBonus[][32] = {
105     { S(-75,-76), S(-57,-54), S( -9,-28), S( -2,-10), S(  6,  5), S( 14, 12), // Knights
106       S( 22, 26), S( 29, 29), S( 36, 29) },
107     { S(-48,-59), S(-20,-23), S( 16, -3), S( 26, 13), S( 38, 24), S( 51, 42), // Bishops
108       S( 55, 54), S( 63, 57), S( 63, 65), S( 68, 73), S( 81, 78), S( 81, 86),
109       S( 91, 88), S( 98, 97) },
110     { S(-58,-76), S(-27,-18), S(-15, 28), S(-10, 55), S( -5, 69), S( -2, 82), // Rooks
111       S(  9,112), S( 16,118), S( 30,132), S( 29,142), S( 32,155), S( 38,165),
112       S( 46,166), S( 48,169), S( 58,171) },
113     { S(-39,-36), S(-21,-15), S(  3,  8), S(  3, 18), S( 14, 34), S( 22, 54), // Queens
114       S( 28, 61), S( 41, 73), S( 43, 79), S( 48, 92), S( 56, 94), S( 60,104),
115       S( 60,113), S( 66,120), S( 67,123), S( 70,126), S( 71,133), S( 73,136),
116       S( 79,140), S( 88,143), S( 88,148), S( 99,166), S(102,170), S(102,175),
117       S(106,184), S(109,191), S(113,206), S(116,212) }
118   };
119
120   // Outpost[knight/bishop][supported by pawn] contains bonuses for minor
121   // pieces if they occupy or can reach an outpost square, bigger if that
122   // square is supported by a pawn.
123   constexpr Score Outpost[][2] = {
124     { S(22, 6), S(36,12) }, // Knight
125     { S( 9, 2), S(15, 5) }  // Bishop
126   };
127
128   // RookOnFile[semiopen/open] contains bonuses for each rook when there is
129   // no (friendly) pawn on the rook file.
130   constexpr Score RookOnFile[] = { S(20, 7), S(45, 20) };
131
132   // ThreatByMinor/ByRook[attacked PieceType] contains bonuses according to
133   // which piece type attacks which one. Attacks on lesser pieces which are
134   // pawn-defended are not considered.
135   constexpr Score ThreatByMinor[PIECE_TYPE_NB] = {
136     S(0, 0), S(0, 31), S(39, 42), S(57, 44), S(68, 112), S(47, 120)
137   };
138
139   constexpr Score ThreatByRook[PIECE_TYPE_NB] = {
140     S(0, 0), S(0, 24), S(38, 71), S(38, 61), S(0, 38), S(36, 38)
141   };
142
143   // ThreatByKing[on one/on many] contains bonuses for king attacks on
144   // pawns or pieces which are not pawn-defended.
145   constexpr Score ThreatByKing[] = { S(25, 57), S(4, 139) };
146
147   // PassedRank[Rank] contains a bonus according to the rank of a passed pawn
148   constexpr Score PassedRank[RANK_NB] = {
149     S(0, 0), S(7, 10), S(7, 26), S(14, 31), S(42, 63), S(178, 167), S(279, 244)
150   };
151
152   // PassedFile[File] contains a bonus according to the file of a passed pawn
153   constexpr Score PassedFile[FILE_NB] = {
154     S( 17,  6), S(-4,  7), S( 2,-12), S(-17,-14),
155     S(-17,-14), S( 2,-12), S(-4,  7), S( 17,  6)
156   };
157
158   // PassedDanger[Rank] contains a term to weight the passed score
159   constexpr int PassedDanger[RANK_NB] = { 0, 0, 0, 3, 6, 12, 21 };
160
161   // KingProtector[PieceType-2] contains a penalty according to distance from king
162   constexpr Score KingProtector[] = { S(3, 5), S(5, 3), S(3, 0), S(0, -2) };
163
164   // Assorted bonuses and penalties
165   constexpr Score BishopPawns        = S(  3,  5);
166   constexpr Score CloseEnemies       = S(  8,  0);
167   constexpr Score Connectivity       = S(  3,  1);
168   constexpr Score CorneredBishop     = S( 50, 50);
169   constexpr Score Hanging            = S( 52, 30);
170   constexpr Score HinderPassedPawn   = S(  5,  2);
171   constexpr Score KnightOnQueen      = S( 21, 11);
172   constexpr Score LongDiagonalBishop = S( 22,  0);
173   constexpr Score MinorBehindPawn    = S( 16,  0);
174   constexpr Score Overload           = S( 10,  5);
175   constexpr Score PawnlessFlank      = S( 20, 80);
176   constexpr Score RookOnPawn         = S(  8, 24);
177   constexpr Score SliderOnQueen      = S( 42, 21);
178   constexpr Score ThreatByPawnPush   = S( 49, 30);
179   constexpr Score ThreatByRank       = S( 16,  3);
180   constexpr Score ThreatBySafePawn   = S(186,140);
181   constexpr Score TrappedRook        = S( 92,  0);
182   constexpr Score WeakQueen          = S( 50, 10);
183   constexpr Score WeakUnopposedPawn  = S( 14, 19);
184
185 #undef S
186
187   // Evaluation class computes and stores attacks tables and other working data
188   template<Tracing T>
189   class Evaluation {
190
191   public:
192     Evaluation() = delete;
193     explicit Evaluation(const Position& p) : pos(p) {}
194     Evaluation& operator=(const Evaluation&) = delete;
195     Value value();
196
197   private:
198     template<Color Us> void initialize();
199     template<Color Us, PieceType Pt> Score pieces();
200     template<Color Us> Score king() const;
201     template<Color Us> Score threats() const;
202     template<Color Us> Score passed() const;
203     template<Color Us> Score space() const;
204     ScaleFactor scale_factor(Value eg) const;
205     Score initiative(Value eg) const;
206
207     const Position& pos;
208     Material::Entry* me;
209     Pawns::Entry* pe;
210     Bitboard mobilityArea[COLOR_NB];
211     Score mobility[COLOR_NB] = { SCORE_ZERO, SCORE_ZERO };
212
213     // attackedBy[color][piece type] is a bitboard representing all squares
214     // attacked by a given color and piece type. Special "piece types" which
215     // is also calculated is ALL_PIECES.
216     Bitboard attackedBy[COLOR_NB][PIECE_TYPE_NB];
217
218     // attackedBy2[color] are the squares attacked by 2 pieces of a given color,
219     // possibly via x-ray or by one pawn and one piece. Diagonal x-ray through
220     // pawn or squares attacked by 2 pawns are not explicitly added.
221     Bitboard attackedBy2[COLOR_NB];
222
223     // kingRing[color] are the squares adjacent to the king, plus (only for a
224     // king on its first rank) the squares two ranks in front. For instance,
225     // if black's king is on g8, kingRing[BLACK] is f8, h8, f7, g7, h7, f6, g6
226     // and h6. It is set to 0 when king safety evaluation is skipped.
227     Bitboard kingRing[COLOR_NB];
228
229     // kingAttackersCount[color] is the number of pieces of the given color
230     // which attack a square in the kingRing of the enemy king.
231     int kingAttackersCount[COLOR_NB];
232
233     // kingAttackersWeight[color] is the sum of the "weights" of the pieces of
234     // the given color which attack a square in the kingRing of the enemy king.
235     // The weights of the individual piece types are given by the elements in
236     // the KingAttackWeights array.
237     int kingAttackersWeight[COLOR_NB];
238
239     // kingAttacksCount[color] is the number of attacks by the given color to
240     // squares directly adjacent to the enemy king. Pieces which attack more
241     // than one square are counted multiple times. For instance, if there is
242     // a white knight on g5 and black's king is on g8, this white knight adds 2
243     // to kingAttacksCount[WHITE].
244     int kingAttacksCount[COLOR_NB];
245   };
246
247
248   // Evaluation::initialize() computes king and pawn attacks, and the king ring
249   // bitboard for a given color. This is done at the beginning of the evaluation.
250   template<Tracing T> template<Color Us>
251   void Evaluation<T>::initialize() {
252
253     constexpr Color     Them = (Us == WHITE ? BLACK : WHITE);
254     constexpr Direction Up   = (Us == WHITE ? NORTH : SOUTH);
255     constexpr Direction Down = (Us == WHITE ? SOUTH : NORTH);
256     constexpr Bitboard LowRanks = (Us == WHITE ? Rank2BB | Rank3BB: Rank7BB | Rank6BB);
257
258     // Find our pawns that are blocked or on the first two ranks
259     Bitboard b = pos.pieces(Us, PAWN) & (shift<Down>(pos.pieces()) | LowRanks);
260
261     // Squares occupied by those pawns, by our king or queen, or controlled by enemy pawns
262     // are excluded from the mobility area.
263     mobilityArea[Us] = ~(b | pos.pieces(Us, KING, QUEEN) | pe->pawn_attacks(Them));
264
265     // Initialise attackedBy bitboards for kings and pawns
266     attackedBy[Us][KING] = pos.attacks_from<KING>(pos.square<KING>(Us));
267     attackedBy[Us][PAWN] = pe->pawn_attacks(Us);
268     attackedBy[Us][ALL_PIECES] = attackedBy[Us][KING] | attackedBy[Us][PAWN];
269     attackedBy2[Us]            = attackedBy[Us][KING] & attackedBy[Us][PAWN];
270
271     // Init our king safety tables only if we are going to use them
272     if (pos.non_pawn_material(Them) >= RookValueMg + KnightValueMg)
273     {
274         kingRing[Us] = attackedBy[Us][KING];
275         if (relative_rank(Us, pos.square<KING>(Us)) == RANK_1)
276             kingRing[Us] |= shift<Up>(kingRing[Us]);
277
278         if (file_of(pos.square<KING>(Us)) == FILE_H)
279             kingRing[Us] |= shift<WEST>(kingRing[Us]);
280
281         else if (file_of(pos.square<KING>(Us)) == FILE_A)
282             kingRing[Us] |= shift<EAST>(kingRing[Us]);
283
284         kingAttackersCount[Them] = popcount(kingRing[Us] & pe->pawn_attacks(Them));
285         kingAttacksCount[Them] = kingAttackersWeight[Them] = 0;
286     }
287     else
288         kingRing[Us] = kingAttackersCount[Them] = 0;
289   }
290
291
292   // Evaluation::pieces() scores pieces of a given color and type
293   template<Tracing T> template<Color Us, PieceType Pt>
294   Score Evaluation<T>::pieces() {
295
296     constexpr Color     Them = (Us == WHITE ? BLACK : WHITE);
297     constexpr Direction Down = (Us == WHITE ? SOUTH : NORTH);
298     constexpr Bitboard OutpostRanks = (Us == WHITE ? Rank4BB | Rank5BB | Rank6BB
299                                                    : Rank5BB | Rank4BB | Rank3BB);
300     const Square* pl = pos.squares<Pt>(Us);
301
302     Bitboard b, bb;
303     Square s;
304     Score score = SCORE_ZERO;
305
306     attackedBy[Us][Pt] = 0;
307
308     while ((s = *pl++) != SQ_NONE)
309     {
310         // Find attacked squares, including x-ray attacks for bishops and rooks
311         b = Pt == BISHOP ? attacks_bb<BISHOP>(s, pos.pieces() ^ pos.pieces(QUEEN))
312           : Pt ==   ROOK ? attacks_bb<  ROOK>(s, pos.pieces() ^ pos.pieces(QUEEN) ^ pos.pieces(Us, ROOK))
313                          : pos.attacks_from<Pt>(s);
314
315         if (pos.blockers_for_king(Us) & s)
316             b &= LineBB[pos.square<KING>(Us)][s];
317
318         attackedBy2[Us] |= attackedBy[Us][ALL_PIECES] & b;
319         attackedBy[Us][Pt] |= b;
320         attackedBy[Us][ALL_PIECES] |= b;
321
322         if (b & kingRing[Them])
323         {
324             kingAttackersCount[Us]++;
325             kingAttackersWeight[Us] += KingAttackWeights[Pt];
326             kingAttacksCount[Us] += popcount(b & attackedBy[Them][KING]);
327         }
328
329         int mob = popcount(b & mobilityArea[Us]);
330
331         mobility[Us] += MobilityBonus[Pt - 2][mob];
332
333         // Penalty if the piece is far from the king
334         score -= KingProtector[Pt - 2] * distance(s, pos.square<KING>(Us));
335
336         if (Pt == BISHOP || Pt == KNIGHT)
337         {
338             // Bonus if piece is on an outpost square or can reach one
339             bb = OutpostRanks & ~pe->pawn_attacks_span(Them);
340             if (bb & s)
341                 score += Outpost[Pt == BISHOP][bool(attackedBy[Us][PAWN] & s)] * 2;
342
343             else if (bb &= b & ~pos.pieces(Us))
344                 score += Outpost[Pt == BISHOP][bool(attackedBy[Us][PAWN] & bb)];
345
346             // Bonus when behind a pawn
347             if (    relative_rank(Us, s) < RANK_5
348                 && (pos.pieces(PAWN) & (s + pawn_push(Us))))
349                 score += MinorBehindPawn;
350
351             if (Pt == BISHOP)
352             {
353                 // Penalty according to number of pawns on the same color square as the
354                 // bishop, bigger when the center files are blocked with pawns.
355                 Bitboard blocked = pos.pieces(Us, PAWN) & shift<Down>(pos.pieces());
356
357                 score -= BishopPawns * pe->pawns_on_same_color_squares(Us, s)
358                                      * (1 + popcount(blocked & CenterFiles));
359
360                 // Bonus for bishop on a long diagonal which can "see" both center squares
361                 if (more_than_one(Center & (attacks_bb<BISHOP>(s, pos.pieces(PAWN)) | s)))
362                     score += LongDiagonalBishop;
363             }
364
365             // An important Chess960 pattern: A cornered bishop blocked by a friendly
366             // pawn diagonally in front of it is a very serious problem, especially
367             // when that pawn is also blocked.
368             if (   Pt == BISHOP
369                 && pos.is_chess960()
370                 && (s == relative_square(Us, SQ_A1) || s == relative_square(Us, SQ_H1)))
371             {
372                 Direction d = pawn_push(Us) + (file_of(s) == FILE_A ? EAST : WEST);
373                 if (pos.piece_on(s + d) == make_piece(Us, PAWN))
374                     score -= !pos.empty(s + d + pawn_push(Us))                ? CorneredBishop * 4
375                             : pos.piece_on(s + d + d) == make_piece(Us, PAWN) ? CorneredBishop * 2
376                                                                               : CorneredBishop;
377             }
378         }
379
380         if (Pt == ROOK)
381         {
382             // Bonus for aligning rook with enemy pawns on the same rank/file
383             if (relative_rank(Us, s) >= RANK_5)
384                 score += RookOnPawn * popcount(pos.pieces(Them, PAWN) & PseudoAttacks[ROOK][s]);
385
386             // Bonus for rook on an open or semi-open file
387             if (pe->semiopen_file(Us, file_of(s)))
388                 score += RookOnFile[bool(pe->semiopen_file(Them, file_of(s)))];
389
390             // Penalty when trapped by the king, even more if the king cannot castle
391             else if (mob <= 3)
392             {
393                 File kf = file_of(pos.square<KING>(Us));
394                 if ((kf < FILE_E) == (file_of(s) < kf))
395                     score -= (TrappedRook - make_score(mob * 22, 0)) * (1 + !pos.can_castle(Us));
396             }
397         }
398
399         if (Pt == QUEEN)
400         {
401             // Penalty if any relative pin or discovered attack against the queen
402             Bitboard queenPinners;
403             if (pos.slider_blockers(pos.pieces(Them, ROOK, BISHOP), s, queenPinners))
404                 score -= WeakQueen;
405         }
406     }
407     if (T)
408         Trace::add(Pt, Us, score);
409
410     return score;
411   }
412
413
414   // Evaluation::king() assigns bonuses and penalties to a king of a given color
415   template<Tracing T> template<Color Us>
416   Score Evaluation<T>::king() const {
417
418     constexpr Color    Them = (Us == WHITE ? BLACK : WHITE);
419     constexpr Bitboard Camp = (Us == WHITE ? AllSquares ^ Rank6BB ^ Rank7BB ^ Rank8BB
420                                            : AllSquares ^ Rank1BB ^ Rank2BB ^ Rank3BB);
421
422     const Square ksq = pos.square<KING>(Us);
423     Bitboard weak, b, b1, b2, safe, unsafeChecks;
424
425     // King shelter and enemy pawns storm
426     Score score = pe->king_safety<Us>(pos, ksq);
427
428     // Main king safety evaluation
429     if (kingAttackersCount[Them] > 1 - pos.count<QUEEN>(Them))
430     {
431         int kingDanger = -mg_value(score);
432         unsafeChecks = 0;
433
434         // Attacked squares defended at most once by our queen or king
435         weak =  attackedBy[Them][ALL_PIECES]
436               & ~attackedBy2[Us]
437               & (~attackedBy[Us][ALL_PIECES] | attackedBy[Us][KING] | attackedBy[Us][QUEEN]);
438
439         // Analyse the safe enemy's checks which are possible on next move
440         safe  = ~pos.pieces(Them);
441         safe &= ~attackedBy[Us][ALL_PIECES] | (weak & attackedBy2[Them]);
442
443         b1 = attacks_bb<ROOK  >(ksq, pos.pieces() ^ pos.pieces(Us, QUEEN));
444         b2 = attacks_bb<BISHOP>(ksq, pos.pieces() ^ pos.pieces(Us, QUEEN));
445
446         // Enemy queen safe checks
447         if ((b1 | b2) & attackedBy[Them][QUEEN] & safe & ~attackedBy[Us][QUEEN])
448             kingDanger += QueenSafeCheck;
449
450         b1 &= attackedBy[Them][ROOK];
451         b2 &= attackedBy[Them][BISHOP];
452
453         // Enemy rooks checks
454         if (b1 & safe)
455             kingDanger += RookSafeCheck;
456         else
457             unsafeChecks |= b1;
458
459         // Enemy bishops checks
460         if (b2 & safe)
461             kingDanger += BishopSafeCheck;
462         else
463             unsafeChecks |= b2;
464
465         // Enemy knights checks
466         b = pos.attacks_from<KNIGHT>(ksq) & attackedBy[Them][KNIGHT];
467         if (b & safe)
468             kingDanger += KnightSafeCheck;
469         else
470             unsafeChecks |= b;
471
472         // Unsafe or occupied checking squares will also be considered, as long as
473         // the square is in the attacker's mobility area.
474         unsafeChecks &= mobilityArea[Them];
475
476         kingDanger +=        kingAttackersCount[Them] * kingAttackersWeight[Them]
477                      + 64  * kingAttacksCount[Them]
478                      + 182 * popcount(kingRing[Us] & weak)
479                      + 128 * popcount(pos.blockers_for_king(Us) | unsafeChecks)
480                      - 857 * !pos.count<QUEEN>(Them)
481                      +  31 ;
482
483         // Transform the kingDanger units into a Score, and subtract it from the evaluation
484         if (kingDanger > 0)
485         {
486             int mobilityDanger = mg_value(mobility[Them] - mobility[Us]);
487             kingDanger = std::max(0, kingDanger + mobilityDanger);
488             score -= make_score(kingDanger * kingDanger / 4096, kingDanger / 16);
489         }
490     }
491
492     Bitboard kf = KingFlank[file_of(ksq)];
493
494     // Penalty when our king is on a pawnless flank
495     if (!(pos.pieces(PAWN) & kf))
496         score -= PawnlessFlank;
497
498     // Find the squares that opponent attacks in our king flank, and the squares
499     // which are attacked twice in that flank but not defended by our pawns.
500     b1 = attackedBy[Them][ALL_PIECES] & kf & Camp;
501     b2 = b1 & attackedBy2[Them] & ~attackedBy[Us][PAWN];
502
503     // King tropism, to anticipate slow motion attacks on our king
504     score -= CloseEnemies * (popcount(b1) + popcount(b2));
505
506     if (T)
507         Trace::add(KING, Us, score);
508
509     return score;
510   }
511
512
513   // Evaluation::threats() assigns bonuses according to the types of the
514   // attacking and the attacked pieces.
515   template<Tracing T> template<Color Us>
516   Score Evaluation<T>::threats() const {
517
518     constexpr Color     Them     = (Us == WHITE ? BLACK   : WHITE);
519     constexpr Direction Up       = (Us == WHITE ? NORTH   : SOUTH);
520     constexpr Bitboard  TRank3BB = (Us == WHITE ? Rank3BB : Rank6BB);
521
522     Bitboard b, weak, defended, nonPawnEnemies, stronglyProtected, safeThreats;
523     Score score = SCORE_ZERO;
524
525     // Non-pawn enemies
526     nonPawnEnemies = pos.pieces(Them) ^ pos.pieces(Them, PAWN);
527
528     // Squares strongly protected by the enemy, either because they defend the
529     // square with a pawn, or because they defend the square twice and we don't.
530     stronglyProtected =  attackedBy[Them][PAWN]
531                        | (attackedBy2[Them] & ~attackedBy2[Us]);
532
533     // Non-pawn enemies, strongly protected
534     defended = nonPawnEnemies & stronglyProtected;
535
536     // Enemies not strongly protected and under our attack
537     weak = pos.pieces(Them) & ~stronglyProtected & attackedBy[Us][ALL_PIECES];
538
539     // Bonus according to the kind of attacking pieces
540     if (defended | weak)
541     {
542         b = (defended | weak) & (attackedBy[Us][KNIGHT] | attackedBy[Us][BISHOP]);
543         while (b)
544         {
545             Square s = pop_lsb(&b);
546             score += ThreatByMinor[type_of(pos.piece_on(s))];
547             if (type_of(pos.piece_on(s)) != PAWN)
548                 score += ThreatByRank * (int)relative_rank(Them, s);
549         }
550
551         b = (pos.pieces(Them, QUEEN) | weak) & attackedBy[Us][ROOK];
552         while (b)
553         {
554             Square s = pop_lsb(&b);
555             score += ThreatByRook[type_of(pos.piece_on(s))];
556             if (type_of(pos.piece_on(s)) != PAWN)
557                 score += ThreatByRank * (int)relative_rank(Them, s);
558         }
559
560         b = weak & attackedBy[Us][KING];
561         if (b)
562             score += ThreatByKing[more_than_one(b)];
563
564         score += Hanging * popcount(weak & ~attackedBy[Them][ALL_PIECES]);
565
566         // Bonus for overload (non-pawn enemies attacked and defended exactly once)
567         b =  nonPawnEnemies
568            & attackedBy[Us][ALL_PIECES]   & ~attackedBy2[Us]
569            & attackedBy[Them][ALL_PIECES] & ~attackedBy2[Them];
570         score += Overload * popcount(b);
571     }
572
573     // Bonus for enemy unopposed weak pawns
574     if (pos.pieces(Us, ROOK, QUEEN))
575         score += WeakUnopposedPawn * pe->weak_unopposed(Them);
576
577     // Our safe or protected pawns
578     b =   pos.pieces(Us, PAWN)
579        & (~attackedBy[Them][ALL_PIECES] | attackedBy[Us][ALL_PIECES]);
580
581     safeThreats = pawn_attacks_bb<Us>(b) & nonPawnEnemies;
582     score += ThreatBySafePawn * popcount(safeThreats);
583
584     // Find squares where our pawns can push on the next move
585     b  = shift<Up>(pos.pieces(Us, PAWN)) & ~pos.pieces();
586     b |= shift<Up>(b & TRank3BB) & ~pos.pieces();
587
588     // Keep only the squares which are not completely unsafe
589     b &= ~attackedBy[Them][PAWN]
590         & (attackedBy[Us][ALL_PIECES] | ~attackedBy[Them][ALL_PIECES]);
591
592     // Bonus for safe pawn threats on the next move
593     b =   pawn_attacks_bb<Us>(b)
594        &  pos.pieces(Them)
595        & ~attackedBy[Us][PAWN];
596
597     score += ThreatByPawnPush * popcount(b);
598
599     // Bonus for threats on the next moves against enemy queen
600     if (pos.count<QUEEN>(Them) == 1)
601     {
602         Square s = pos.square<QUEEN>(Them);
603         safeThreats = mobilityArea[Us] & ~stronglyProtected;
604
605         b = attackedBy[Us][KNIGHT] & pos.attacks_from<KNIGHT>(s);
606
607         score += KnightOnQueen * popcount(b & safeThreats);
608
609         b =  (attackedBy[Us][BISHOP] & pos.attacks_from<BISHOP>(s))
610            | (attackedBy[Us][ROOK  ] & pos.attacks_from<ROOK  >(s));
611
612         score += SliderOnQueen * popcount(b & safeThreats & attackedBy2[Us]);
613     }
614
615     // Connectivity: ensure that knights, bishops, rooks, and queens are protected
616     b = (pos.pieces(Us) ^ pos.pieces(Us, PAWN, KING)) & attackedBy[Us][ALL_PIECES];
617     score += Connectivity * popcount(b);
618
619     if (T)
620         Trace::add(THREAT, Us, score);
621
622     return score;
623   }
624
625   // Evaluation::passed() evaluates the passed pawns and candidate passed
626   // pawns of the given color.
627
628   template<Tracing T> template<Color Us>
629   Score Evaluation<T>::passed() const {
630
631     constexpr Color     Them = (Us == WHITE ? BLACK : WHITE);
632     constexpr Direction Up   = (Us == WHITE ? NORTH : SOUTH);
633
634     auto king_proximity = [&](Color c, Square s) {
635       return std::min(distance(pos.square<KING>(c), s), 5);
636     };
637
638     Bitboard b, bb, squaresToQueen, defendedSquares, unsafeSquares;
639     Score score = SCORE_ZERO;
640
641     b = pe->passed_pawns(Us);
642
643     while (b)
644     {
645         Square s = pop_lsb(&b);
646
647         assert(!(pos.pieces(Them, PAWN) & forward_file_bb(Us, s + Up)));
648
649         bb = forward_file_bb(Us, s) & (attackedBy[Them][ALL_PIECES] | pos.pieces(Them));
650         score -= HinderPassedPawn * popcount(bb);
651
652         int r = relative_rank(Us, s);
653         int w = PassedDanger[r];
654
655         Score bonus = PassedRank[r];
656
657         if (w)
658         {
659             Square blockSq = s + Up;
660
661             // Adjust bonus based on the king's proximity
662             bonus += make_score(0, (  king_proximity(Them, blockSq) * 5
663                                     - king_proximity(Us,   blockSq) * 2) * w);
664
665             // If blockSq is not the queening square then consider also a second push
666             if (r != RANK_7)
667                 bonus -= make_score(0, king_proximity(Us, blockSq + Up) * w);
668
669             // If the pawn is free to advance, then increase the bonus
670             if (pos.empty(blockSq))
671             {
672                 // If there is a rook or queen attacking/defending the pawn from behind,
673                 // consider all the squaresToQueen. Otherwise consider only the squares
674                 // in the pawn's path attacked or occupied by the enemy.
675                 defendedSquares = unsafeSquares = squaresToQueen = forward_file_bb(Us, s);
676
677                 bb = forward_file_bb(Them, s) & pos.pieces(ROOK, QUEEN) & pos.attacks_from<ROOK>(s);
678
679                 if (!(pos.pieces(Us) & bb))
680                     defendedSquares &= attackedBy[Us][ALL_PIECES];
681
682                 if (!(pos.pieces(Them) & bb))
683                     unsafeSquares &= attackedBy[Them][ALL_PIECES] | pos.pieces(Them);
684
685                 // If there aren't any enemy attacks, assign a big bonus. Otherwise
686                 // assign a smaller bonus if the block square isn't attacked.
687                 int k = !unsafeSquares ? 20 : !(unsafeSquares & blockSq) ? 9 : 0;
688
689                 // If the path to the queen is fully defended, assign a big bonus.
690                 // Otherwise assign a smaller bonus if the block square is defended.
691                 if (defendedSquares == squaresToQueen)
692                     k += 6;
693
694                 else if (defendedSquares & blockSq)
695                     k += 4;
696
697                 bonus += make_score(k * w, k * w);
698             }
699             else if (pos.pieces(Us) & blockSq)
700                 bonus += make_score(w + r * 2, w + r * 2);
701         } // w != 0
702
703         // Scale down bonus for candidate passers which need more than one
704         // pawn push to become passed, or have a pawn in front of them.
705         if (   !pos.pawn_passed(Us, s + Up)
706             || (pos.pieces(PAWN) & forward_file_bb(Us, s)))
707             bonus = bonus / 2;
708
709         score += bonus + PassedFile[file_of(s)];
710     }
711
712     if (T)
713         Trace::add(PASSED, Us, score);
714
715     return score;
716   }
717
718
719   // Evaluation::space() computes the space evaluation for a given side. The
720   // space evaluation is a simple bonus based on the number of safe squares
721   // available for minor pieces on the central four files on ranks 2--4. Safe
722   // squares one, two or three squares behind a friendly pawn are counted
723   // twice. Finally, the space bonus is multiplied by a weight. The aim is to
724   // improve play on game opening.
725
726   template<Tracing T> template<Color Us>
727   Score Evaluation<T>::space() const {
728
729     constexpr Color Them = (Us == WHITE ? BLACK : WHITE);
730     constexpr Bitboard SpaceMask =
731       Us == WHITE ? CenterFiles & (Rank2BB | Rank3BB | Rank4BB)
732                   : CenterFiles & (Rank7BB | Rank6BB | Rank5BB);
733
734     if (pos.non_pawn_material() < SpaceThreshold)
735         return SCORE_ZERO;
736
737     // Find the available squares for our pieces inside the area defined by SpaceMask
738     Bitboard safe =   SpaceMask
739                    & ~pos.pieces(Us, PAWN)
740                    & ~attackedBy[Them][PAWN];
741
742     // Find all squares which are at most three squares behind some friendly pawn
743     Bitboard behind = pos.pieces(Us, PAWN);
744     behind |= (Us == WHITE ? behind >>  8 : behind <<  8);
745     behind |= (Us == WHITE ? behind >> 16 : behind << 16);
746
747     int bonus = popcount(safe) + popcount(behind & safe);
748     int weight = pos.count<ALL_PIECES>(Us) - 2 * pe->open_files();
749
750     Score score = make_score(bonus * weight * weight / 16, 0);
751
752     if (T)
753         Trace::add(SPACE, Us, score);
754
755     return score;
756   }
757
758
759   // Evaluation::initiative() computes the initiative correction value
760   // for the position. It is a second order bonus/malus based on the
761   // known attacking/defending status of the players.
762
763   template<Tracing T>
764   Score Evaluation<T>::initiative(Value eg) const {
765
766     int outflanking =  distance<File>(pos.square<KING>(WHITE), pos.square<KING>(BLACK))
767                      - distance<Rank>(pos.square<KING>(WHITE), pos.square<KING>(BLACK));
768
769     bool pawnsOnBothFlanks =   (pos.pieces(PAWN) & QueenSide)
770                             && (pos.pieces(PAWN) & KingSide);
771
772     // Compute the initiative bonus for the attacking side
773     int complexity =   8 * outflanking
774                     +  8 * pe->pawn_asymmetry()
775                     + 12 * pos.count<PAWN>()
776                     + 16 * pawnsOnBothFlanks
777                     + 48 * !pos.non_pawn_material()
778                     -136 ;
779
780     // Now apply the bonus: note that we find the attacking side by extracting
781     // the sign of the endgame value, and that we carefully cap the bonus so
782     // that the endgame score will never change sign after the bonus.
783     int v = ((eg > 0) - (eg < 0)) * std::max(complexity, -abs(eg));
784
785     if (T)
786         Trace::add(INITIATIVE, make_score(0, v));
787
788     return make_score(0, v);
789   }
790
791
792   // Evaluation::scale_factor() computes the scale factor for the winning side
793
794   template<Tracing T>
795   ScaleFactor Evaluation<T>::scale_factor(Value eg) const {
796
797     Color strongSide = eg > VALUE_DRAW ? WHITE : BLACK;
798     int sf = me->scale_factor(pos, strongSide);
799
800     // If scale is not already specific, scale down the endgame via general heuristics
801     if (sf == SCALE_FACTOR_NORMAL)
802     {
803         if (   pos.opposite_bishops()
804             && pos.non_pawn_material(WHITE) == BishopValueMg
805             && pos.non_pawn_material(BLACK) == BishopValueMg)
806             sf = 31;
807         else
808             sf = std::min(40 + (pos.opposite_bishops() ? 2 : 7) * pos.count<PAWN>(strongSide), sf);
809     }
810
811     return ScaleFactor(sf);
812   }
813
814
815   // Evaluation::value() is the main function of the class. It computes the various
816   // parts of the evaluation and returns the value of the position from the point
817   // of view of the side to move.
818
819   template<Tracing T>
820   Value Evaluation<T>::value() {
821
822     assert(!pos.checkers());
823
824     // Probe the material hash table
825     me = Material::probe(pos);
826
827     // If we have a specialized evaluation function for the current material
828     // configuration, call it and return.
829     if (me->specialized_eval_exists())
830         return me->evaluate(pos);
831
832     // Initialize score by reading the incrementally updated scores included in
833     // the position object (material + piece square tables) and the material
834     // imbalance. Score is computed internally from the white point of view.
835     Score score = pos.psq_score() + me->imbalance() + pos.this_thread()->contempt;
836
837     // Probe the pawn hash table
838     pe = Pawns::probe(pos);
839     score += pe->pawn_score(WHITE) - pe->pawn_score(BLACK);
840
841     // Early exit if score is high
842     Value v = (mg_value(score) + eg_value(score)) / 2;
843     if (abs(v) > LazyThreshold)
844        return pos.side_to_move() == WHITE ? v : -v;
845
846     // Main evaluation begins here
847
848     initialize<WHITE>();
849     initialize<BLACK>();
850
851     // Pieces should be evaluated first (populate attack tables)
852     score +=  pieces<WHITE, KNIGHT>() - pieces<BLACK, KNIGHT>()
853             + pieces<WHITE, BISHOP>() - pieces<BLACK, BISHOP>()
854             + pieces<WHITE, ROOK  >() - pieces<BLACK, ROOK  >()
855             + pieces<WHITE, QUEEN >() - pieces<BLACK, QUEEN >();
856
857     score += mobility[WHITE] - mobility[BLACK];
858
859     score +=  king<   WHITE>() - king<   BLACK>()
860             + threats<WHITE>() - threats<BLACK>()
861             + passed< WHITE>() - passed< BLACK>()
862             + space<  WHITE>() - space<  BLACK>();
863
864     score += initiative(eg_value(score));
865
866     // Interpolate between a middlegame and a (scaled by 'sf') endgame score
867     ScaleFactor sf = scale_factor(eg_value(score));
868     v =  mg_value(score) * int(me->game_phase())
869        + eg_value(score) * int(PHASE_MIDGAME - me->game_phase()) * sf / SCALE_FACTOR_NORMAL;
870
871     v /= int(PHASE_MIDGAME);
872
873     // In case of tracing add all remaining individual evaluation terms
874     if (T)
875     {
876         Trace::add(MATERIAL, pos.psq_score());
877         Trace::add(IMBALANCE, me->imbalance());
878         Trace::add(PAWN, pe->pawn_score(WHITE), pe->pawn_score(BLACK));
879         Trace::add(MOBILITY, mobility[WHITE], mobility[BLACK]);
880         Trace::add(TOTAL, score);
881     }
882
883     return  (pos.side_to_move() == WHITE ? v : -v) // Side to move point of view
884            + Eval::Tempo;
885   }
886
887 } // namespace
888
889
890 /// evaluate() is the evaluator for the outer world. It returns a static
891 /// evaluation of the position from the point of view of the side to move.
892
893 Value Eval::evaluate(const Position& pos) {
894   return Evaluation<NO_TRACE>(pos).value();
895 }
896
897
898 /// trace() is like evaluate(), but instead of returning a value, it returns
899 /// a string (suitable for outputting to stdout) that contains the detailed
900 /// descriptions and values of each evaluation term. Useful for debugging.
901
902 std::string Eval::trace(const Position& pos) {
903
904   std::memset(scores, 0, sizeof(scores));
905
906   pos.this_thread()->contempt = SCORE_ZERO; // Reset any dynamic contempt
907
908   Value v = Evaluation<TRACE>(pos).value();
909
910   v = pos.side_to_move() == WHITE ? v : -v; // Trace scores are from white's point of view
911
912   std::stringstream ss;
913   ss << std::showpoint << std::noshowpos << std::fixed << std::setprecision(2)
914      << "     Term    |    White    |    Black    |    Total   \n"
915      << "             |   MG    EG  |   MG    EG  |   MG    EG \n"
916      << " ------------+-------------+-------------+------------\n"
917      << "    Material | " << Term(MATERIAL)
918      << "   Imbalance | " << Term(IMBALANCE)
919      << "  Initiative | " << Term(INITIATIVE)
920      << "       Pawns | " << Term(PAWN)
921      << "     Knights | " << Term(KNIGHT)
922      << "     Bishops | " << Term(BISHOP)
923      << "       Rooks | " << Term(ROOK)
924      << "      Queens | " << Term(QUEEN)
925      << "    Mobility | " << Term(MOBILITY)
926      << " King safety | " << Term(KING)
927      << "     Threats | " << Term(THREAT)
928      << "      Passed | " << Term(PASSED)
929      << "       Space | " << Term(SPACE)
930      << " ------------+-------------+-------------+------------\n"
931      << "       Total | " << Term(TOTAL);
932
933   ss << "\nTotal evaluation: " << to_cp(v) << " (white side)\n";
934
935   return ss.str();
936 }