Move LowMobPenalty into psq/mobility tables
[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) 2008-2014 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   // Struct EvalInfo contains various information computed and collected
35   // by the evaluation functions.
36   struct EvalInfo {
37
38     // Pointers to material and pawn hash table entries
39     Material::Entry* mi;
40     Pawns::Entry* pi;
41
42     // attackedBy[color][piece type] is a bitboard representing all squares
43     // attacked by a given color and piece type, attackedBy[color][ALL_PIECES]
44     // contains all squares attacked by the given color.
45     Bitboard attackedBy[COLOR_NB][PIECE_TYPE_NB];
46
47     // kingRing[color] is the zone around the king which is considered
48     // by the king safety evaluation. This consists of the squares directly
49     // adjacent to the king, and the three (or two, for a king on an edge file)
50     // squares two ranks in front of the king. For instance, if black's king
51     // is on g8, kingRing[BLACK] is a bitboard containing the squares f8, h8,
52     // f7, g7, h7, f6, g6 and h6.
53     Bitboard kingRing[COLOR_NB];
54
55     // kingAttackersCount[color] is the number of pieces of the given color
56     // which attack a square in the kingRing of the enemy king.
57     int kingAttackersCount[COLOR_NB];
58
59     // kingAttackersWeight[color] is the sum of the "weight" of the pieces of the
60     // given color which attack a square in the kingRing of the enemy king. The
61     // weights of the individual piece types are given by the variables
62     // QueenAttackWeight, RookAttackWeight, BishopAttackWeight and
63     // KnightAttackWeight in evaluate.cpp
64     int kingAttackersWeight[COLOR_NB];
65
66     // kingAdjacentZoneAttacksCount[color] is the number of attacks to squares
67     // directly adjacent to the king of the given color. Pieces which attack
68     // more than one square are counted multiple times. For instance, if black's
69     // king is on g8 and there's a white knight on g5, this knight adds
70     // 2 to kingAdjacentZoneAttacksCount[BLACK].
71     int kingAdjacentZoneAttacksCount[COLOR_NB];
72
73     Bitboard pinnedPieces[COLOR_NB];
74   };
75
76   namespace Tracing {
77
78     enum Terms { // First 8 entries are for PieceType
79       PST = 8, IMBALANCE, MOBILITY, THREAT, PASSED, SPACE, TOTAL, TERMS_NB
80     };
81
82     Score terms[COLOR_NB][TERMS_NB];
83     EvalInfo ei;
84     ScaleFactor sf;
85
86     double to_cp(Value v);
87     void add_term(int idx, Score term_w, Score term_b = SCORE_ZERO);
88     void format_row(std::stringstream& ss, const char* name, int idx);
89     std::string do_trace(const Position& pos);
90   }
91
92   // Evaluation weights, initialized from UCI options
93   enum { Mobility, PawnStructure, PassedPawns, Space, KingDangerUs, KingDangerThem };
94   struct Weight { int mg, eg; } Weights[6];
95
96   typedef Value V;
97   #define S(mg, eg) make_score(mg, eg)
98
99   // Internal evaluation weights. These are applied on top of the evaluation
100   // weights read from UCI parameters. The purpose is to be able to change
101   // the evaluation weights while keeping the default values of the UCI
102   // parameters at 100, which looks prettier.
103   //
104   // Values modified by Joona Kiiski
105   const Score WeightsInternal[] = {
106     S(289, 344), S(233, 201), S(221, 273), S(46, 0), S(271, 0), S(307, 0)
107   };
108
109   // MobilityBonus[PieceType][attacked] contains bonuses for middle and end
110   // game, indexed by piece type and number of attacked squares not occupied by
111   // friendly pieces.
112   const Score MobilityBonus[][32] = {
113     {}, {},
114     { S(-65,-50), S(-42,-30), S(-9,-10), S( 3,  0), S(15, 10), S(27, 20), // Knights
115       S( 37, 28), S( 42, 31), S(44, 33) },
116     { S(-52,-47), S(-28,-23), S( 6,  1), S(20, 15), S(34, 29), S(48, 43), // Bishops
117       S( 60, 55), S( 68, 63), S(74, 68), S(77, 72), S(80, 75), S(82, 77),
118       S( 84, 79), S( 86, 81) },
119     { S(-47,-53), S(-31,-26), S(-5,  0), S( 1, 16), S( 7, 32), S(13, 48), // Rooks
120       S( 18, 64), S( 22, 80), S(26, 96), S(29,109), S(31,115), S(33,119),
121       S( 35,122), S( 36,123), S(37,124) },
122     { S(-42,-40), S(-28,-23), S(-5, -7), S( 0,  0), S( 6, 10), S(11, 19), // Queens
123       S( 13, 29), S( 18, 38), S(20, 40), S(21, 41), S(22, 41), S(22, 41),
124       S( 22, 41), S( 23, 41), S(24, 41), S(25, 41), S(25, 41), S(25, 41),
125       S( 25, 41), S( 25, 41), S(25, 41), S(25, 41), S(25, 41), S(25, 41),
126       S( 25, 41), S( 25, 41), S(25, 41), S(25, 41) }
127   };
128
129   // Outpost[PieceType][Square] contains bonuses for knights and bishops outposts,
130   // indexed by piece type and square (from white's point of view).
131   const Value Outpost[][SQUARE_NB] = {
132   {// A     B     C     D     E     F     G     H
133     V(0), V(0), V(0), V(0), V(0), V(0), V(0), V(0), // Knights
134     V(0), V(0), V(0), V(0), V(0), V(0), V(0), V(0),
135     V(0), V(0), V(4), V(8), V(8), V(4), V(0), V(0),
136     V(0), V(4),V(17),V(26),V(26),V(17), V(4), V(0),
137     V(0), V(8),V(26),V(35),V(35),V(26), V(8), V(0),
138     V(0), V(4),V(17),V(17),V(17),V(17), V(4), V(0) },
139   {
140     V(0), V(0), V(0), V(0), V(0), V(0), V(0), V(0), // Bishops
141     V(0), V(0), V(0), V(0), V(0), V(0), V(0), V(0),
142     V(0), V(0), V(5), V(5), V(5), V(5), V(0), V(0),
143     V(0), V(5),V(10),V(10),V(10),V(10), V(5), V(0),
144     V(0),V(10),V(21),V(21),V(21),V(21),V(10), V(0),
145     V(0), V(5), V(8), V(8), V(8), V(8), V(5), V(0) }
146   };
147
148   // Threat[attacking][attacked] contains bonuses according to which piece
149   // type attacks which one.
150   const Score Threat[][PIECE_TYPE_NB] = {
151     { S(0, 0), S( 7, 39), S(24, 49), S(24, 49), S(41,100), S(41,100) }, // Minor
152     { S(0, 0), S(15, 39), S(15, 45), S(15, 45), S(15, 45), S(24, 49) }  // Major
153   };
154
155   // ThreatenedByPawn[PieceType] contains a penalty according to which piece
156   // type is attacked by an enemy pawn.
157   const Score ThreatenedByPawn[] = {
158     S(0, 0), S(0, 0), S(56, 70), S(56, 70), S(76, 99), S(86, 118)
159   };
160
161   #undef S
162
163   const Score Tempo            = make_score(24, 11);
164   const Score RookOn7th        = make_score(11, 20);
165   const Score RookOnPawn       = make_score(10, 28);
166   const Score RookOpenFile     = make_score(43, 21);
167   const Score RookSemiopenFile = make_score(19, 10);
168   const Score BishopPawns      = make_score( 8, 12);
169   const Score KnightPawns      = make_score( 8,  4);
170   const Score MinorBehindPawn  = make_score(16,  0);
171   const Score UndefendedMinor  = make_score(25, 10);
172   const Score TrappedRook      = make_score(90,  0);
173   const Score Unstoppable      = make_score( 0, 20);
174
175   // Penalty for a bishop on a1/h1 (a8/h8 for black) which is trapped by
176   // a friendly pawn on b2/g2 (b7/g7 for black). This can obviously only
177   // happen in Chess960 games.
178   const Score TrappedBishopA1H1 = make_score(50, 50);
179
180   // SpaceMask[Color] contains the area of the board which is considered
181   // by the space evaluation. In the middlegame, each side is given a bonus
182   // based on how many squares inside this area are safe and available for
183   // friendly minor pieces.
184   const Bitboard SpaceMask[] = {
185     (FileCBB | FileDBB | FileEBB | FileFBB) & (Rank2BB | Rank3BB | Rank4BB),
186     (FileCBB | FileDBB | FileEBB | FileFBB) & (Rank7BB | Rank6BB | Rank5BB)
187   };
188
189   // King danger constants and variables. The king danger scores are taken
190   // from KingDanger[]. Various little "meta-bonuses" measuring the strength
191   // of the enemy attack are added up into an integer, which is used as an
192   // index to KingDanger[].
193   //
194   // KingAttackWeights[PieceType] contains king attack weights by piece type
195   const int KingAttackWeights[] = { 0, 0, 2, 2, 3, 5 };
196
197   // Bonuses for enemy's safe checks
198   const int QueenContactCheck = 24;
199   const int RookContactCheck  = 16;
200   const int QueenCheck        = 12;
201   const int RookCheck         = 8;
202   const int BishopCheck       = 2;
203   const int KnightCheck       = 3;
204
205   // KingDanger[Color][attackUnits] contains the actual king danger weighted
206   // scores, indexed by color and by a calculated integer number.
207   Score KingDanger[COLOR_NB][128];
208
209   // Function prototypes
210   template<bool Trace>
211   Value do_evaluate(const Position& pos);
212
213   template<Color Us>
214   void init_eval_info(const Position& pos, EvalInfo& ei);
215
216   template<PieceType Pt, Color Us, bool Trace>
217   Score evaluate_pieces(const Position& pos, EvalInfo& ei, Score* mobility, Bitboard* mobilityArea);
218
219   template<Color Us, bool Trace>
220   Score evaluate_king(const Position& pos, const EvalInfo& ei);
221
222   template<Color Us, bool Trace>
223   Score evaluate_threats(const Position& pos, const EvalInfo& ei);
224
225   template<Color Us, bool Trace>
226   Score evaluate_passed_pawns(const Position& pos, const EvalInfo& ei);
227
228   template<Color Us>
229   int evaluate_space(const Position& pos, const EvalInfo& ei);
230
231   Score evaluate_unstoppable_pawns(const Position& pos, Color us, const EvalInfo& ei);
232
233   Value interpolate(const Score& v, Phase ph, ScaleFactor sf);
234   Score apply_weight(Score v, const Weight& w);
235   Weight weight_option(const std::string& mgOpt, const std::string& egOpt, Score internalWeight);
236 }
237
238
239 namespace Eval {
240
241   /// evaluate() is the main evaluation function. It always computes two
242   /// values, an endgame score and a middlegame score, and interpolates
243   /// between them based on the remaining material.
244
245   Value evaluate(const Position& pos) {
246     return do_evaluate<false>(pos);
247   }
248
249
250   /// trace() is like evaluate(), but instead of returning a value, it returns
251   /// a string (suitable for outputting to stdout) that contains the detailed
252   /// descriptions and values of each evaluation term. It's mainly used for
253   /// debugging.
254   std::string trace(const Position& pos) {
255     return Tracing::do_trace(pos);
256   }
257
258
259   /// init() computes evaluation weights from the corresponding UCI parameters
260   /// and setup king tables.
261
262   void init() {
263
264     Weights[Mobility]       = weight_option("Mobility (Midgame)", "Mobility (Endgame)", WeightsInternal[Mobility]);
265     Weights[PawnStructure]  = weight_option("Pawn Structure (Midgame)", "Pawn Structure (Endgame)", WeightsInternal[PawnStructure]);
266     Weights[PassedPawns]    = weight_option("Passed Pawns (Midgame)", "Passed Pawns (Endgame)", WeightsInternal[PassedPawns]);
267     Weights[Space]          = weight_option("Space", "Space", WeightsInternal[Space]);
268     Weights[KingDangerUs]   = weight_option("Cowardice", "Cowardice", WeightsInternal[KingDangerUs]);
269     Weights[KingDangerThem] = weight_option("Aggressiveness", "Aggressiveness", WeightsInternal[KingDangerThem]);
270
271     const int MaxSlope = 30;
272     const int Peak = 1280;
273
274     for (int t = 0, i = 1; i < 100; ++i)
275     {
276         t = std::min(Peak, std::min(int(0.4 * i * i), t + MaxSlope));
277
278         KingDanger[1][i] = apply_weight(make_score(t, 0), Weights[KingDangerUs]);
279         KingDanger[0][i] = apply_weight(make_score(t, 0), Weights[KingDangerThem]);
280     }
281   }
282
283 } // namespace Eval
284
285
286 namespace {
287
288 template<bool Trace>
289 Value do_evaluate(const Position& pos) {
290
291   assert(!pos.checkers());
292
293   EvalInfo ei;
294   Score score, mobility[2] = { SCORE_ZERO, SCORE_ZERO };
295   Thread* thisThread = pos.this_thread();
296
297   // Initialize score by reading the incrementally updated scores included
298   // in the position object (material + piece square tables) and adding a
299   // Tempo bonus. Score is computed from the point of view of white.
300   score = pos.psq_score() + (pos.side_to_move() == WHITE ? Tempo : -Tempo);
301
302   // Probe the material hash table
303   ei.mi = Material::probe(pos, thisThread->materialTable, thisThread->endgames);
304   score += ei.mi->material_value();
305
306   // If we have a specialized evaluation function for the current material
307   // configuration, call it and return.
308   if (ei.mi->specialized_eval_exists())
309       return ei.mi->evaluate(pos);
310
311   // Probe the pawn hash table
312   ei.pi = Pawns::probe(pos, thisThread->pawnsTable);
313   score += apply_weight(ei.pi->pawns_value(), Weights[PawnStructure]);
314
315   // Initialize attack and king safety bitboards
316   init_eval_info<WHITE>(pos, ei);
317   init_eval_info<BLACK>(pos, ei);
318
319   ei.attackedBy[WHITE][ALL_PIECES] |= ei.attackedBy[WHITE][KING];
320   ei.attackedBy[BLACK][ALL_PIECES] |= ei.attackedBy[BLACK][KING];
321
322   // Do not include in mobility squares protected by enemy pawns or occupied by our pieces
323   Bitboard mobilityArea[] = { ~(ei.attackedBy[BLACK][PAWN] | pos.pieces(WHITE, PAWN, KING)),
324                               ~(ei.attackedBy[WHITE][PAWN] | pos.pieces(BLACK, PAWN, KING)) };
325
326   // Evaluate pieces and mobility
327   score += evaluate_pieces<KNIGHT, WHITE, Trace>(pos, ei, mobility, mobilityArea);
328   score += apply_weight(mobility[WHITE] - mobility[BLACK], Weights[Mobility]);
329
330   // Evaluate kings after all other pieces because we need complete attack
331   // information when computing the king safety evaluation.
332   score +=  evaluate_king<WHITE, Trace>(pos, ei)
333           - evaluate_king<BLACK, Trace>(pos, ei);
334
335   // Evaluate tactical threats, we need full attack information including king
336   score +=  evaluate_threats<WHITE, Trace>(pos, ei)
337           - evaluate_threats<BLACK, Trace>(pos, ei);
338
339   // Evaluate passed pawns, we need full attack information including king
340   score +=  evaluate_passed_pawns<WHITE, Trace>(pos, ei)
341           - evaluate_passed_pawns<BLACK, Trace>(pos, ei);
342
343   // If one side has only a king, score for potential unstoppable pawns
344   if (!pos.non_pawn_material(WHITE) || !pos.non_pawn_material(BLACK))
345       score +=  evaluate_unstoppable_pawns(pos, WHITE, ei)
346               - evaluate_unstoppable_pawns(pos, BLACK, ei);
347
348   // Evaluate space for both sides, only in middlegame
349   if (ei.mi->space_weight())
350   {
351       int s = evaluate_space<WHITE>(pos, ei) - evaluate_space<BLACK>(pos, ei);
352       score += apply_weight(s * ei.mi->space_weight(), Weights[Space]);
353   }
354
355   // Scale winning side if position is more drawish than it appears
356   ScaleFactor sf = eg_value(score) > VALUE_DRAW ? ei.mi->scale_factor(pos, WHITE)
357                                                 : ei.mi->scale_factor(pos, BLACK);
358
359   // If we don't already have an unusual scale factor, check for opposite
360   // colored bishop endgames, and use a lower scale for those.
361   if (    ei.mi->game_phase() < PHASE_MIDGAME
362       &&  pos.opposite_bishops()
363       && (sf == SCALE_FACTOR_NORMAL || sf == SCALE_FACTOR_ONEPAWN))
364   {
365       // Ignoring any pawns, do both sides only have a single bishop and no
366       // other pieces?
367       if (   pos.non_pawn_material(WHITE) == BishopValueMg
368           && pos.non_pawn_material(BLACK) == BishopValueMg)
369       {
370           // Check for KBP vs KB with only a single pawn that is almost
371           // certainly a draw or at least two pawns.
372           bool one_pawn = (pos.count<PAWN>(WHITE) + pos.count<PAWN>(BLACK) == 1);
373           sf = one_pawn ? ScaleFactor(8) : ScaleFactor(32);
374       }
375       else
376           // Endgame with opposite-colored bishops, but also other pieces. Still
377           // a bit drawish, but not as drawish as with only the two bishops.
378            sf = ScaleFactor(50 * sf / SCALE_FACTOR_NORMAL);
379   }
380
381   Value v = interpolate(score, ei.mi->game_phase(), sf);
382
383   // In case of tracing add all single evaluation contributions for both white and black
384   if (Trace)
385   {
386       Tracing::add_term(Tracing::PST, pos.psq_score());
387       Tracing::add_term(Tracing::IMBALANCE, ei.mi->material_value());
388       Tracing::add_term(PAWN, ei.pi->pawns_value());
389       Tracing::add_term(Tracing::MOBILITY, apply_weight(mobility[WHITE], Weights[Mobility])
390                                          , apply_weight(mobility[BLACK], Weights[Mobility]));
391       Score w = ei.mi->space_weight() * evaluate_space<WHITE>(pos, ei);
392       Score b = ei.mi->space_weight() * evaluate_space<BLACK>(pos, ei);
393       Tracing::add_term(Tracing::SPACE, apply_weight(w, Weights[Space]), apply_weight(b, Weights[Space]));
394       Tracing::add_term(Tracing::TOTAL, score);
395       Tracing::ei = ei;
396       Tracing::sf = sf;
397   }
398
399   return pos.side_to_move() == WHITE ? v : -v;
400 }
401
402
403   // init_eval_info() initializes king bitboards for given color adding
404   // pawn attacks. To be done at the beginning of the evaluation.
405
406   template<Color Us>
407   void init_eval_info(const Position& pos, EvalInfo& ei) {
408
409     const Color  Them = (Us == WHITE ? BLACK : WHITE);
410     const Square Down = (Us == WHITE ? DELTA_S : DELTA_N);
411
412     ei.pinnedPieces[Us] = pos.pinned_pieces(Us);
413
414     Bitboard b = ei.attackedBy[Them][KING] = pos.attacks_from<KING>(pos.king_square(Them));
415     ei.attackedBy[Us][ALL_PIECES] = ei.attackedBy[Us][PAWN] = ei.pi->pawn_attacks(Us);
416
417     // Init king safety tables only if we are going to use them
418     if (pos.count<QUEEN>(Us) && pos.non_pawn_material(Us) > QueenValueMg + PawnValueMg)
419     {
420         ei.kingRing[Them] = b | shift_bb<Down>(b);
421         b &= ei.attackedBy[Us][PAWN];
422         ei.kingAttackersCount[Us] = b ? popcount<Max15>(b) : 0;
423         ei.kingAdjacentZoneAttacksCount[Us] = ei.kingAttackersWeight[Us] = 0;
424     }
425     else
426         ei.kingRing[Them] = ei.kingAttackersCount[Us] = 0;
427   }
428
429
430   // evaluate_outposts() evaluates bishop and knight outpost squares
431
432   template<PieceType Pt, Color Us>
433   Score evaluate_outposts(const Position& pos, EvalInfo& ei, Square s) {
434
435     const Color Them = (Us == WHITE ? BLACK : WHITE);
436
437     assert (Pt == BISHOP || Pt == KNIGHT);
438
439     // Initial bonus based on square
440     Value bonus = Outpost[Pt == BISHOP][relative_square(Us, s)];
441
442     // Increase bonus if supported by pawn, especially if the opponent has
443     // no minor piece which can trade with the outpost piece.
444     if (bonus && (ei.attackedBy[Us][PAWN] & s))
445     {
446         if (   !pos.pieces(Them, KNIGHT)
447             && !(squares_of_color(s) & pos.pieces(Them, BISHOP)))
448             bonus += bonus + bonus / 2;
449         else
450             bonus += bonus / 2;
451     }
452
453     return make_score(bonus, bonus);
454   }
455
456
457   // evaluate_pieces() assigns bonuses and penalties to the pieces of a given color
458
459   template<PieceType Pt, Color Us, bool Trace>
460   Score evaluate_pieces(const Position& pos, EvalInfo& ei, Score* mobility, Bitboard* mobilityArea) {
461
462     Bitboard b;
463     Square s;
464     Score score = SCORE_ZERO;
465
466     const Color Them = (Us == WHITE ? BLACK : WHITE);
467     const Square* pl = pos.list<Pt>(Us);
468
469     ei.attackedBy[Us][Pt] = 0;
470
471     while ((s = *pl++) != SQ_NONE)
472     {
473         // Find attacked squares, including x-ray attacks for bishops and rooks
474         b = Pt == BISHOP ? attacks_bb<BISHOP>(s, pos.pieces() ^ pos.pieces(Us, QUEEN))
475           : Pt ==   ROOK ? attacks_bb<  ROOK>(s, pos.pieces() ^ pos.pieces(Us, ROOK, QUEEN))
476                          : pos.attacks_from<Pt>(s);
477
478         if (ei.pinnedPieces[Us] & s)
479             b &= LineBB[pos.king_square(Us)][s];
480
481         ei.attackedBy[Us][ALL_PIECES] |= ei.attackedBy[Us][Pt] |= b;
482
483         if (b & ei.kingRing[Them])
484         {
485             ei.kingAttackersCount[Us]++;
486             ei.kingAttackersWeight[Us] += KingAttackWeights[Pt];
487             Bitboard bb = b & ei.attackedBy[Them][KING];
488             if (bb)
489                 ei.kingAdjacentZoneAttacksCount[Us] += popcount<Max15>(bb);
490         }
491
492         if (Pt == QUEEN)
493             b &= ~(  ei.attackedBy[Them][KNIGHT]
494                    | ei.attackedBy[Them][BISHOP]
495                    | ei.attackedBy[Them][ROOK]);
496
497         int mob = Pt != QUEEN ? popcount<Max15>(b & mobilityArea[Us])
498                               : popcount<Full >(b & mobilityArea[Us]);
499
500         mobility[Us] += MobilityBonus[Pt][mob];
501
502         // Decrease score if we are attacked by an enemy pawn. The remaining part
503         // of threat evaluation must be done later when we have full attack info.
504         if (ei.attackedBy[Them][PAWN] & s)
505             score -= ThreatenedByPawn[Pt];
506
507         if (Pt == BISHOP || Pt == KNIGHT)
508         {
509             // Penalty for bishop with same colored pawns
510             if (Pt == BISHOP)
511                 score -= BishopPawns * ei.pi->pawns_on_same_color_squares(Us, s);
512
513             // Penalty for knight when there are few enemy pawns
514             if (Pt == KNIGHT)
515                 score -= KnightPawns * std::max(5 - pos.count<PAWN>(Them), 0);
516
517             // Bishop and knight outposts squares
518             if (!(pos.pieces(Them, PAWN) & pawn_attack_span(Us, s)))
519                 score += evaluate_outposts<Pt, Us>(pos, ei, s);
520
521             // Bishop or knight behind a pawn
522             if (    relative_rank(Us, s) < RANK_5
523                 && (pos.pieces(PAWN) & (s + pawn_push(Us))))
524                 score += MinorBehindPawn;
525         }
526
527         if (Pt == ROOK)
528         {
529             // Rook on 7th rank and enemy king trapped on 8th
530             if (   relative_rank(Us, s) == RANK_7
531                 && relative_rank(Us, pos.king_square(Them)) == RANK_8)
532                 score += RookOn7th;
533
534             // Rook piece attacking enemy pawns on the same rank/file
535             if (relative_rank(Us, s) >= RANK_5)
536             {
537                 Bitboard pawns = pos.pieces(Them, PAWN) & PseudoAttacks[ROOK][s];
538                 if (pawns)
539                     score += popcount<Max15>(pawns) * RookOnPawn;
540             }
541
542             // Give a bonus for a rook on a open or semi-open file
543             if (ei.pi->semiopen(Us, file_of(s)))
544                 score += ei.pi->semiopen(Them, file_of(s)) ? RookOpenFile : RookSemiopenFile;
545
546             if (mob > 3 || ei.pi->semiopen(Us, file_of(s)))
547                 continue;
548
549             Square ksq = pos.king_square(Us);
550
551             // Penalize rooks which are trapped by a king. Penalize more if the
552             // king has lost its castling capability.
553             if (   ((file_of(ksq) < FILE_E) == (file_of(s) < file_of(ksq)))
554                 && (rank_of(ksq) == rank_of(s) || relative_rank(Us, ksq) == RANK_1)
555                 && !ei.pi->semiopen_on_side(Us, file_of(ksq), file_of(ksq) < FILE_E))
556                 score -= (TrappedRook - make_score(mob * 8, 0)) * (pos.can_castle(Us) ? 1 : 2);
557         }
558
559         // An important Chess960 pattern: A cornered bishop blocked by a friendly
560         // pawn diagonally in front of it is a very serious problem, especially
561         // when that pawn is also blocked.
562         if (   Pt == BISHOP
563             && pos.is_chess960()
564             && (s == relative_square(Us, SQ_A1) || s == relative_square(Us, SQ_H1)))
565         {
566             Square d = pawn_push(Us) + (file_of(s) == FILE_A ? DELTA_E : DELTA_W);
567             if (pos.piece_on(s + d) == make_piece(Us, PAWN))
568                 score -= !pos.empty(s + d + pawn_push(Us))                ? TrappedBishopA1H1 * 4
569                         : pos.piece_on(s + d + d) == make_piece(Us, PAWN) ? TrappedBishopA1H1 * 2
570                                                                           : TrappedBishopA1H1;
571         }
572     }
573
574     if (Trace)
575         Tracing::terms[Us][Pt] = score;
576
577     const PieceType NextPt = (Us == WHITE ? Pt : PieceType(Pt + 1));
578
579     return score - evaluate_pieces<NextPt, Them, Trace>(pos, ei, mobility, mobilityArea);
580   }
581
582   template<>
583   Score evaluate_pieces<KING, WHITE, false>(const Position&, EvalInfo&, Score*, Bitboard*) { return SCORE_ZERO; }
584   template<>
585   Score evaluate_pieces<KING, WHITE,  true>(const Position&, EvalInfo&, Score*, Bitboard*) { return SCORE_ZERO; }
586
587
588   // evaluate_king() assigns bonuses and penalties to a king of a given color
589
590   template<Color Us, bool Trace>
591   Score evaluate_king(const Position& pos, const EvalInfo& ei) {
592
593     const Color Them = (Us == WHITE ? BLACK : WHITE);
594
595     Bitboard undefended, b, b1, b2, safe;
596     int attackUnits;
597     const Square ksq = pos.king_square(Us);
598
599     // King shelter and enemy pawns storm
600     Score score = ei.pi->king_safety<Us>(pos, ksq);
601
602     // Main king safety evaluation
603     if (ei.kingAttackersCount[Them])
604     {
605         // Find the attacked squares around the king which have no defenders
606         // apart from the king itself
607         undefended =  ei.attackedBy[Them][ALL_PIECES]
608                     & ei.attackedBy[Us][KING]
609                     & ~(  ei.attackedBy[Us][PAWN]   | ei.attackedBy[Us][KNIGHT]
610                         | ei.attackedBy[Us][BISHOP] | ei.attackedBy[Us][ROOK]
611                         | ei.attackedBy[Us][QUEEN]);
612
613         // Initialize the 'attackUnits' variable, which is used later on as an
614         // index to the KingDanger[] array. The initial value is based on the
615         // number and types of the enemy's attacking pieces, the number of
616         // attacked and undefended squares around our king and the quality of
617         // the pawn shelter (current 'score' value).
618         attackUnits =  std::min(20, (ei.kingAttackersCount[Them] * ei.kingAttackersWeight[Them]) / 2)
619                      + 3 * (ei.kingAdjacentZoneAttacksCount[Them] + popcount<Max15>(undefended))
620                      + 2 * (ei.pinnedPieces[Us] != 0)
621                      - mg_value(score) / 32;
622
623         // Analyse the enemy's safe queen contact checks. Firstly, find the
624         // undefended squares around the king that are attacked by the enemy's
625         // queen...
626         b = undefended & ei.attackedBy[Them][QUEEN] & ~pos.pieces(Them);
627         if (b)
628         {
629             // ...and then remove squares not supported by another enemy piece
630             b &= (  ei.attackedBy[Them][PAWN]   | ei.attackedBy[Them][KNIGHT]
631                   | ei.attackedBy[Them][BISHOP] | ei.attackedBy[Them][ROOK]);
632
633             if (b)
634                 attackUnits +=  QueenContactCheck
635                               * popcount<Max15>(b)
636                               * (Them == pos.side_to_move() ? 2 : 1);
637         }
638
639         // Analyse the enemy's safe rook contact checks. Firstly, find the
640         // undefended squares around the king that are attacked by the enemy's
641         // rooks...
642         b = undefended & ei.attackedBy[Them][ROOK] & ~pos.pieces(Them);
643
644         // Consider only squares where the enemy's rook gives check
645         b &= PseudoAttacks[ROOK][ksq];
646
647         if (b)
648         {
649             // ...and then remove squares not supported by another enemy piece
650             b &= (  ei.attackedBy[Them][PAWN]   | ei.attackedBy[Them][KNIGHT]
651                   | ei.attackedBy[Them][BISHOP] | ei.attackedBy[Them][QUEEN]);
652
653             if (b)
654                 attackUnits +=  RookContactCheck
655                               * popcount<Max15>(b)
656                               * (Them == pos.side_to_move() ? 2 : 1);
657         }
658
659         // Analyse the enemy's safe distance checks for sliders and knights
660         safe = ~(pos.pieces(Them) | ei.attackedBy[Us][ALL_PIECES]);
661
662         b1 = pos.attacks_from<ROOK>(ksq) & safe;
663         b2 = pos.attacks_from<BISHOP>(ksq) & safe;
664
665         // Enemy queen safe checks
666         b = (b1 | b2) & ei.attackedBy[Them][QUEEN];
667         if (b)
668             attackUnits += QueenCheck * popcount<Max15>(b);
669
670         // Enemy rooks safe checks
671         b = b1 & ei.attackedBy[Them][ROOK];
672         if (b)
673             attackUnits += RookCheck * popcount<Max15>(b);
674
675         // Enemy bishops safe checks
676         b = b2 & ei.attackedBy[Them][BISHOP];
677         if (b)
678             attackUnits += BishopCheck * popcount<Max15>(b);
679
680         // Enemy knights safe checks
681         b = pos.attacks_from<KNIGHT>(ksq) & ei.attackedBy[Them][KNIGHT] & safe;
682         if (b)
683             attackUnits += KnightCheck * popcount<Max15>(b);
684
685         // To index KingDanger[] attackUnits must be in [0, 99] range
686         attackUnits = std::min(99, std::max(0, attackUnits));
687
688         // Finally, extract the king danger score from the KingDanger[]
689         // array and subtract the score from evaluation.
690         score -= KingDanger[Us == Search::RootColor][attackUnits];
691     }
692
693     if (Trace)
694         Tracing::terms[Us][KING] = score;
695
696     return score;
697   }
698
699
700   // evaluate_threats() assigns bonuses according to the type of attacking piece
701   // and the type of attacked one.
702
703   template<Color Us, bool Trace>
704   Score evaluate_threats(const Position& pos, const EvalInfo& ei) {
705
706     const Color Them = (Us == WHITE ? BLACK : WHITE);
707
708     Bitboard b, undefendedMinors, weakEnemies;
709     Score score = SCORE_ZERO;
710
711     // Undefended minors get penalized even if they are not under attack
712     undefendedMinors =  pos.pieces(Them, BISHOP, KNIGHT)
713                       & ~ei.attackedBy[Them][ALL_PIECES];
714
715     if (undefendedMinors)
716         score += UndefendedMinor;
717
718     // Enemy pieces not defended by a pawn and under our attack
719     weakEnemies =  pos.pieces(Them)
720                  & ~ei.attackedBy[Them][PAWN]
721                  & ei.attackedBy[Us][ALL_PIECES];
722
723     // Add a bonus according if the attacking pieces are minor or major
724     if (weakEnemies)
725     {
726         b = weakEnemies & (ei.attackedBy[Us][KNIGHT] | ei.attackedBy[Us][BISHOP]);
727         if (b)
728             score += Threat[0][type_of(pos.piece_on(lsb(b)))];
729
730         b = weakEnemies & (ei.attackedBy[Us][ROOK] | ei.attackedBy[Us][QUEEN]);
731         if (b)
732             score += Threat[1][type_of(pos.piece_on(lsb(b)))];
733     }
734
735     if (Trace)
736         Tracing::terms[Us][Tracing::THREAT] = score;
737
738     return score;
739   }
740
741
742   // evaluate_passed_pawns() evaluates the passed pawns of the given color
743
744   template<Color Us, bool Trace>
745   Score evaluate_passed_pawns(const Position& pos, const EvalInfo& ei) {
746
747     const Color Them = (Us == WHITE ? BLACK : WHITE);
748
749     Bitboard b, squaresToQueen, defendedSquares, unsafeSquares, supportingPawns;
750     Score score = SCORE_ZERO;
751
752     b = ei.pi->passed_pawns(Us);
753
754     while (b)
755     {
756         Square s = pop_lsb(&b);
757
758         assert(pos.pawn_passed(Us, s));
759
760         int r = int(relative_rank(Us, s) - RANK_2);
761         int rr = r * (r - 1);
762
763         // Base bonus based on rank
764         Value mbonus = Value(17 * rr);
765         Value ebonus = Value(7 * (rr + r + 1));
766
767         if (rr)
768         {
769             Square blockSq = s + pawn_push(Us);
770
771             // Adjust bonus based on the king's proximity
772             ebonus +=  Value(square_distance(pos.king_square(Them), blockSq) * 5 * rr)
773                      - Value(square_distance(pos.king_square(Us  ), blockSq) * 2 * rr);
774
775             // If blockSq is not the queening square then consider also a second push
776             if (relative_rank(Us, blockSq) != RANK_8)
777                 ebonus -= Value(rr * square_distance(pos.king_square(Us), blockSq + pawn_push(Us)));
778
779             // If the pawn is free to advance, then increase the bonus
780             if (pos.empty(blockSq))
781             {
782                 squaresToQueen = forward_bb(Us, s);
783
784                 // If there is an enemy rook or queen attacking the pawn from behind,
785                 // add all X-ray attacks by the rook or queen. Otherwise consider only
786                 // the squares in the pawn's path attacked or occupied by the enemy.
787                 if (    unlikely(forward_bb(Them, s) & pos.pieces(Them, ROOK, QUEEN))
788                     && (forward_bb(Them, s) & pos.pieces(Them, ROOK, QUEEN) & pos.attacks_from<ROOK>(s)))
789                     unsafeSquares = squaresToQueen;
790                 else
791                     unsafeSquares = squaresToQueen & (ei.attackedBy[Them][ALL_PIECES] | pos.pieces(Them));
792
793                 if (    unlikely(forward_bb(Them, s) & pos.pieces(Us, ROOK, QUEEN))
794                     && (forward_bb(Them, s) & pos.pieces(Us, ROOK, QUEEN) & pos.attacks_from<ROOK>(s)))
795                     defendedSquares = squaresToQueen;
796                 else
797                     defendedSquares = squaresToQueen & ei.attackedBy[Us][ALL_PIECES];
798
799                 // If there aren't any enemy attacks, then assign a huge bonus.
800                 // The bonus will be a bit smaller if at least the block square
801                 // isn't attacked, otherwise assign the smallest possible bonus.
802                 int k = !unsafeSquares ? 15 : !(unsafeSquares & blockSq) ? 9 : 3;
803
804                 // Assign a big bonus if the path to the queen is fully defended,
805                 // otherwise assign a bit less of a bonus if at least the block
806                 // square is defended.
807                 if (defendedSquares == squaresToQueen)
808                     k += 6;
809
810                 else if (defendedSquares & blockSq)
811                     k += (unsafeSquares & defendedSquares) == unsafeSquares ? 4 : 2;
812
813                 mbonus += Value(k * rr), ebonus += Value(k * rr);
814             }
815         } // rr != 0
816
817         // Increase the bonus if the passed pawn is supported by a friendly pawn
818         // on the same rank and a bit smaller if it's on the previous rank.
819         supportingPawns = pos.pieces(Us, PAWN) & adjacent_files_bb(file_of(s));
820         if (supportingPawns & rank_bb(s))
821             ebonus += Value(r * 20);
822
823         else if (supportingPawns & rank_bb(s - pawn_push(Us)))
824             ebonus += Value(r * 12);
825
826         // Rook pawns are a special case: They are sometimes worse, and
827         // sometimes better than other passed pawns. It is difficult to find
828         // good rules for determining whether they are good or bad. For now,
829         // we try the following: Increase the value for rook pawns if the
830         // other side has no pieces apart from a knight, and decrease the
831         // value if the other side has a rook or queen.
832         if (file_of(s) == FILE_A || file_of(s) == FILE_H)
833         {
834             if (pos.non_pawn_material(Them) <= KnightValueMg)
835                 ebonus += ebonus / 4;
836
837             else if (pos.pieces(Them, ROOK, QUEEN))
838                 ebonus -= ebonus / 4;
839         }
840
841         if (pos.count<PAWN>(Us) < pos.count<PAWN>(Them))
842             ebonus += ebonus / 4;
843
844         score += make_score(mbonus, ebonus);
845     }
846
847     if (Trace)
848         Tracing::terms[Us][Tracing::PASSED] = apply_weight(score, Weights[PassedPawns]);
849
850     // Add the scores to the middlegame and endgame eval
851     return apply_weight(score, Weights[PassedPawns]);
852   }
853
854
855   // evaluate_unstoppable_pawns() scores the most advanced among the passed and
856   // candidate pawns. In case opponent has no pieces but pawns, this is somewhat
857   // related to the possibility that pawns are unstoppable.
858
859   Score evaluate_unstoppable_pawns(const Position& pos, Color us, const EvalInfo& ei) {
860
861     Bitboard b = ei.pi->passed_pawns(us) | ei.pi->candidate_pawns(us);
862
863     if (!b || pos.non_pawn_material(~us))
864         return SCORE_ZERO;
865
866     return Unstoppable * int(relative_rank(us, frontmost_sq(us, b)));
867   }
868
869
870   // evaluate_space() computes the space evaluation for a given side. The
871   // space evaluation is a simple bonus based on the number of safe squares
872   // available for minor pieces on the central four files on ranks 2--4. Safe
873   // squares one, two or three squares behind a friendly pawn are counted
874   // twice. Finally, the space bonus is scaled by a weight taken from the
875   // material hash table. The aim is to improve play on game opening.
876   template<Color Us>
877   int evaluate_space(const Position& pos, const EvalInfo& ei) {
878
879     const Color Them = (Us == WHITE ? BLACK : WHITE);
880
881     // Find the safe squares for our pieces inside the area defined by
882     // SpaceMask[]. A square is unsafe if it is attacked by an enemy
883     // pawn, or if it is undefended and attacked by an enemy piece.
884     Bitboard safe =   SpaceMask[Us]
885                    & ~pos.pieces(Us, PAWN)
886                    & ~ei.attackedBy[Them][PAWN]
887                    & (ei.attackedBy[Us][ALL_PIECES] | ~ei.attackedBy[Them][ALL_PIECES]);
888
889     // Find all squares which are at most three squares behind some friendly pawn
890     Bitboard behind = pos.pieces(Us, PAWN);
891     behind |= (Us == WHITE ? behind >>  8 : behind <<  8);
892     behind |= (Us == WHITE ? behind >> 16 : behind << 16);
893
894     // Since SpaceMask[Us] is fully on our half of the board
895     assert(unsigned(safe >> (Us == WHITE ? 32 : 0)) == 0);
896
897     // Count safe + (behind & safe) with a single popcount
898     return popcount<Full>((Us == WHITE ? safe << 32 : safe >> 32) | (behind & safe));
899   }
900
901
902   // interpolate() interpolates between a middlegame and an endgame score,
903   // based on game phase. It also scales the return value by a ScaleFactor array.
904
905   Value interpolate(const Score& v, Phase ph, ScaleFactor sf) {
906
907     assert(-VALUE_INFINITE < mg_value(v) && mg_value(v) < VALUE_INFINITE);
908     assert(-VALUE_INFINITE < eg_value(v) && eg_value(v) < VALUE_INFINITE);
909     assert(PHASE_ENDGAME <= ph && ph <= PHASE_MIDGAME);
910
911     int eg = (eg_value(v) * int(sf)) / SCALE_FACTOR_NORMAL;
912     return Value((mg_value(v) * int(ph) + eg * int(PHASE_MIDGAME - ph)) / PHASE_MIDGAME);
913   }
914
915   // apply_weight() weights score v by score w trying to prevent overflow
916   Score apply_weight(Score v, const Weight& w) {
917
918     return make_score(mg_value(v) * w.mg / 256, eg_value(v) * w.eg / 256);
919   }
920
921   // weight_option() computes the value of an evaluation weight, by combining
922   // two UCI-configurable weights (midgame and endgame) with an internal weight.
923
924   Weight weight_option(const std::string& mgOpt, const std::string& egOpt, Score internalWeight) {
925
926     Weight w = { Options[mgOpt] * mg_value(internalWeight) / 100,
927                  Options[egOpt] * eg_value(internalWeight) / 100 };
928     return w;
929   }
930
931
932   // Tracing function definitions
933
934   double Tracing::to_cp(Value v) { return double(v) / PawnValueEg; }
935
936   void Tracing::add_term(int idx, Score wScore, Score bScore) {
937
938     terms[WHITE][idx] = wScore;
939     terms[BLACK][idx] = bScore;
940   }
941
942   void Tracing::format_row(std::stringstream& ss, const char* name, int idx) {
943
944     Score wScore = terms[WHITE][idx];
945     Score bScore = terms[BLACK][idx];
946
947     switch (idx) {
948     case PST: case IMBALANCE: case PAWN: case TOTAL:
949         ss << std::setw(20) << name << " |   ---   --- |   ---   --- | "
950            << std::setw(5)  << to_cp(mg_value(wScore - bScore)) << " "
951            << std::setw(5)  << to_cp(eg_value(wScore - bScore)) << " \n";
952         break;
953     default:
954         ss << std::setw(20) << name << " | " << std::noshowpos
955            << std::setw(5)  << to_cp(mg_value(wScore)) << " "
956            << std::setw(5)  << to_cp(eg_value(wScore)) << " | "
957            << std::setw(5)  << to_cp(mg_value(bScore)) << " "
958            << std::setw(5)  << to_cp(eg_value(bScore)) << " | "
959            << std::setw(5)  << to_cp(mg_value(wScore - bScore)) << " "
960            << std::setw(5)  << to_cp(eg_value(wScore - bScore)) << " \n";
961     }
962   }
963
964   std::string Tracing::do_trace(const Position& pos) {
965
966     std::memset(terms, 0, sizeof(terms));
967
968     Value v = do_evaluate<true>(pos);
969     v = pos.side_to_move() == WHITE ? v : -v; // White's point of view
970
971     std::stringstream ss;
972     ss << std::showpoint << std::noshowpos << std::fixed << std::setprecision(2)
973        << "           Eval term |    White    |    Black    |    Total    \n"
974        << "                     |   MG    EG  |   MG    EG  |   MG    EG  \n"
975        << "---------------------+-------------+-------------+-------------\n";
976
977     format_row(ss, "Material, PST, Tempo", PST);
978     format_row(ss, "Material imbalance", IMBALANCE);
979     format_row(ss, "Pawns", PAWN);
980     format_row(ss, "Knights", KNIGHT);
981     format_row(ss, "Bishops", BISHOP);
982     format_row(ss, "Rooks", ROOK);
983     format_row(ss, "Queens", QUEEN);
984     format_row(ss, "Mobility", MOBILITY);
985     format_row(ss, "King safety", KING);
986     format_row(ss, "Threats", THREAT);
987     format_row(ss, "Passed pawns", PASSED);
988     format_row(ss, "Space", SPACE);
989
990     ss << "---------------------+-------------+-------------+-------------\n";
991     format_row(ss, "Total", TOTAL);
992
993     ss << "\nTotal Evaluation: " << to_cp(v) << " (white side)\n";
994
995     return ss.str();
996   }
997 }