git.sesse.net Git - stockfish/blob - 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) 2015-2019 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 ^ FileDBB, QueenSide, QueenSide,
  83     CenterFiles, CenterFiles,
  84     KingSide, KingSide, KingSide ^ FileEBB
  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(-62,-81), S(-53,-56), S(-12,-30), S( -4,-14), S(  3,  8), S( 13, 15), // Knights
 106       S( 22, 23), S( 28, 27), S( 33, 33) },
 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(18, 7), S(44, 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(62, 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(51, 38)
 141   };
 142
 143   // PassedRank[Rank] contains a bonus according to the rank of a passed pawn
 144   constexpr Score PassedRank[RANK_NB] = {
 145     S(0, 0), S(5, 18), S(12, 23), S(10, 31), S(57, 62), S(163, 167), S(271, 250)
 146   };
 147
 148   // PassedFile[File] contains a bonus according to the file of a passed pawn
 149   constexpr Score PassedFile[FILE_NB] = {
 150     S( -1,  7), S( 0,  9), S(-9, -8), S(-30,-14),
 151     S(-30,-14), S(-9, -8), S( 0,  9), S( -1,  7)
 152   };
 153
 154   // Assorted bonuses and penalties
 155   constexpr Score BishopPawns        = S(  3,  7);
 156   constexpr Score CloseEnemies       = S(  8,  0);
 157   constexpr Score CorneredBishop     = S( 50, 50);
 158   constexpr Score Hanging            = S( 69, 36);
 159   constexpr Score KingProtector      = S(  7,  8);
 160   constexpr Score KnightOnQueen      = S( 16, 12);
 161   constexpr Score LongDiagonalBishop = S( 45,  0);
 162   constexpr Score MinorBehindPawn    = S( 18,  3);
 163   constexpr Score PawnlessFlank      = S( 17, 95);
 164   constexpr Score RestrictedPiece    = S(  7,  7);
 165   constexpr Score RookOnPawn         = S( 10, 32);
 166   constexpr Score SliderOnQueen      = S( 59, 18);
 167   constexpr Score ThreatByKing       = S( 24, 89);
 168   constexpr Score ThreatByPawnPush   = S( 48, 39);
 169   constexpr Score ThreatByRank       = S( 13,  0);
 170   constexpr Score ThreatBySafePawn   = S(173, 94);
 171   constexpr Score TrappedRook        = S( 96,  4);
 172   constexpr Score WeakQueen          = S( 49, 15);
 173   constexpr Score WeakUnopposedPawn  = S( 12, 23);
 174
 175 #undef S
 176
 177   // Evaluation class computes and stores attacks tables and other working data
 178   template<Tracing T>
 179   class Evaluation {
 180
 181   public:
 182     Evaluation() = delete;
 183     explicit Evaluation(const Position& p) : pos(p) {}
 184     Evaluation& operator=(const Evaluation&) = delete;
 185     Value value();
 186
 187   private:
 188     template<Color Us> void initialize();
 189     template<Color Us, PieceType Pt> Score pieces();
 190     template<Color Us> Score king() const;
 191     template<Color Us> Score threats() const;
 192     template<Color Us> Score passed() const;
 193     template<Color Us> Score space() const;
 194     ScaleFactor scale_factor(Value eg) const;
 195     Score initiative(Value eg) const;
 196
 197     const Position& pos;
 198     Material::Entry* me;
 199     Pawns::Entry* pe;
 200     Bitboard mobilityArea[COLOR_NB];
 201     Score mobility[COLOR_NB] = { SCORE_ZERO, SCORE_ZERO };
 202
 203     // attackedBy[color][piece type] is a bitboard representing all squares
 204     // attacked by a given color and piece type. Special "piece types" which
 205     // is also calculated is ALL_PIECES.
 206     Bitboard attackedBy[COLOR_NB][PIECE_TYPE_NB];
 207
 208     // attackedBy2[color] are the squares attacked by 2 pieces of a given color,
 209     // possibly via x-ray or by one pawn and one piece. Diagonal x-ray through
 210     // pawn or squares attacked by 2 pawns are not explicitly added.
 211     Bitboard attackedBy2[COLOR_NB];
 212
 213     // kingRing[color] are the squares adjacent to the king, plus (only for a
 214     // king on its first rank) the squares two ranks in front. For instance,
 215     // if black's king is on g8, kingRing[BLACK] is f8, h8, f7, g7, h7, f6, g6
 216     // and h6. It is set to 0 when king safety evaluation is skipped.
 217     Bitboard kingRing[COLOR_NB];
 218
 219     // kingAttackersCount[color] is the number of pieces of the given color
 220     // which attack a square in the kingRing of the enemy king.
 221     int kingAttackersCount[COLOR_NB];
 222
 223     // kingAttackersWeight[color] is the sum of the "weights" of the pieces of
 224     // the given color which attack a square in the kingRing of the enemy king.
 225     // The weights of the individual piece types are given by the elements in
 226     // the KingAttackWeights array.
 227     int kingAttackersWeight[COLOR_NB];
 228
 229     // kingAttacksCount[color] is the number of attacks by the given color to
 230     // squares directly adjacent to the enemy king. Pieces which attack more
 231     // than one square are counted multiple times. For instance, if there is
 232     // a white knight on g5 and black's king is on g8, this white knight adds 2
 233     // to kingAttacksCount[WHITE].
 234     int kingAttacksCount[COLOR_NB];
 235   };
 236
 237
 238   // Evaluation::initialize() computes king and pawn attacks, and the king ring
 239   // bitboard for a given color. This is done at the beginning of the evaluation.
 240   template<Tracing T> template<Color Us>
 241   void Evaluation<T>::initialize() {
 242
 243     constexpr Color     Them = (Us == WHITE ? BLACK : WHITE);
 244     constexpr Direction Up   = (Us == WHITE ? NORTH : SOUTH);
 245     constexpr Direction Down = (Us == WHITE ? SOUTH : NORTH);
 246     constexpr Bitboard LowRanks = (Us == WHITE ? Rank2BB | Rank3BB: Rank7BB | Rank6BB);
 247
 248     // Find our pawns that are blocked or on the first two ranks
 249     Bitboard b = pos.pieces(Us, PAWN) & (shift<Down>(pos.pieces()) | LowRanks);
 250
 251     // Squares occupied by those pawns, by our king or queen, or controlled by enemy pawns
 252     // are excluded from the mobility area.
 253     mobilityArea[Us] = ~(b | pos.pieces(Us, KING, QUEEN) | pe->pawn_attacks(Them));
 254
 255     // Initialise attackedBy bitboards for kings and pawns
 256     attackedBy[Us][KING] = pos.attacks_from<KING>(pos.square<KING>(Us));
 257     attackedBy[Us][PAWN] = pe->pawn_attacks(Us);
 258     attackedBy[Us][ALL_PIECES] = attackedBy[Us][KING] | attackedBy[Us][PAWN];
 259     attackedBy2[Us]            = attackedBy[Us][KING] & attackedBy[Us][PAWN];
 260
 261     kingRing[Us] = kingAttackersCount[Them] = 0;
 262
 263     // Init our king safety tables only if we are going to use them
 264     if (pos.non_pawn_material(Them) >= RookValueMg + KnightValueMg)
 265     {
 266         kingRing[Us] = attackedBy[Us][KING];
 267         if (relative_rank(Us, pos.square<KING>(Us)) == RANK_1)
 268             kingRing[Us] |= shift<Up>(kingRing[Us]);
 269
 270         if (file_of(pos.square<KING>(Us)) == FILE_H)
 271             kingRing[Us] |= shift<WEST>(kingRing[Us]);
 272
 273         else if (file_of(pos.square<KING>(Us)) == FILE_A)
 274             kingRing[Us] |= shift<EAST>(kingRing[Us]);
 275
 276         kingAttackersCount[Them] = popcount(kingRing[Us] & pe->pawn_attacks(Them));
 277         kingRing[Us] &= ~double_pawn_attacks_bb<Us>(pos.pieces(Us, PAWN));
 278         kingAttacksCount[Them] = kingAttackersWeight[Them] = 0;
 279     }
 280   }
 281
 282
 283   // Evaluation::pieces() scores pieces of a given color and type
 284   template<Tracing T> template<Color Us, PieceType Pt>
 285   Score Evaluation<T>::pieces() {
 286
 287     constexpr Color     Them = (Us == WHITE ? BLACK : WHITE);
 288     constexpr Direction Down = (Us == WHITE ? SOUTH : NORTH);
 289     constexpr Bitboard OutpostRanks = (Us == WHITE ? Rank4BB | Rank5BB | Rank6BB
 290                                                    : Rank5BB | Rank4BB | Rank3BB);
 291     const Square* pl = pos.squares<Pt>(Us);
 292
 293     Bitboard b, bb;
 294     Square s;
 295     Score score = SCORE_ZERO;
 296
 297     attackedBy[Us][Pt] = 0;
 298
 299     while ((s = *pl++) != SQ_NONE)
 300     {
 301         // Find attacked squares, including x-ray attacks for bishops and rooks
 302         b = Pt == BISHOP ? attacks_bb<BISHOP>(s, pos.pieces() ^ pos.pieces(QUEEN))
 303           : Pt ==   ROOK ? attacks_bb<  ROOK>(s, pos.pieces() ^ pos.pieces(QUEEN) ^ pos.pieces(Us, ROOK))
 304                          : pos.attacks_from<Pt>(s);
 305
 306         if (pos.blockers_for_king(Us) & s)
 307             b &= LineBB[pos.square<KING>(Us)][s];
 308
 309         attackedBy2[Us] |= attackedBy[Us][ALL_PIECES] & b;
 310         attackedBy[Us][Pt] |= b;
 311         attackedBy[Us][ALL_PIECES] |= b;
 312
 313         if (b & kingRing[Them])
 314         {
 315             kingAttackersCount[Us]++;
 316             kingAttackersWeight[Us] += KingAttackWeights[Pt];
 317             kingAttacksCount[Us] += popcount(b & attackedBy[Them][KING]);
 318         }
 319
 320         int mob = popcount(b & mobilityArea[Us]);
 321
 322         mobility[Us] += MobilityBonus[Pt - 2][mob];
 323
 324         if (Pt == BISHOP || Pt == KNIGHT)
 325         {
 326             // Bonus if piece is on an outpost square or can reach one
 327             bb = OutpostRanks & ~pe->pawn_attacks_span(Them);
 328             if (bb & s)
 329                 score += Outpost[Pt == BISHOP][bool(attackedBy[Us][PAWN] & s)] * 2;
 330
 331             else if (bb &= b & ~pos.pieces(Us))
 332                 score += Outpost[Pt == BISHOP][bool(attackedBy[Us][PAWN] & bb)];
 333
 334             // Knight and Bishop bonus for being right behind a pawn
 335             if (shift<Down>(pos.pieces(PAWN)) & s)
 336                 score += MinorBehindPawn;
 337
 338             // Penalty if the piece is far from the king
 339             score -= KingProtector * distance(s, pos.square<KING>(Us));
 340
 341             if (Pt == BISHOP)
 342             {
 343                 // Penalty according to number of pawns on the same color square as the
 344                 // bishop, bigger when the center files are blocked with pawns.
 345                 Bitboard blocked = pos.pieces(Us, PAWN) & shift<Down>(pos.pieces());
 346
 347                 score -= BishopPawns * pe->pawns_on_same_color_squares(Us, s)
 348                                      * (1 + popcount(blocked & CenterFiles));
 349
 350                 // Bonus for bishop on a long diagonal which can "see" both center squares
 351                 if (more_than_one(attacks_bb<BISHOP>(s, pos.pieces(PAWN)) & Center))
 352                     score += LongDiagonalBishop;
 353             }
 354
 355             // An important Chess960 pattern: A cornered bishop blocked by a friendly
 356             // pawn diagonally in front of it is a very serious problem, especially
 357             // when that pawn is also blocked.
 358             if (   Pt == BISHOP
 359                 && pos.is_chess960()
 360                 && (s == relative_square(Us, SQ_A1) || s == relative_square(Us, SQ_H1)))
 361             {
 362                 Direction d = pawn_push(Us) + (file_of(s) == FILE_A ? EAST : WEST);
 363                 if (pos.piece_on(s + d) == make_piece(Us, PAWN))
 364                     score -= !pos.empty(s + d + pawn_push(Us))                ? CorneredBishop * 4
 365                             : pos.piece_on(s + d + d) == make_piece(Us, PAWN) ? CorneredBishop * 2
 366                                                                               : CorneredBishop;
 367             }
 368         }
 369
 370         if (Pt == ROOK)
 371         {
 372             // Bonus for aligning rook with enemy pawns on the same rank/file
 373             if (relative_rank(Us, s) >= RANK_5)
 374                 score += RookOnPawn * popcount(pos.pieces(Them, PAWN) & PseudoAttacks[ROOK][s]);
 375
 376             // Bonus for rook on an open or semi-open file
 377             if (pe->semiopen_file(Us, file_of(s)))
 378                 score += RookOnFile[bool(pe->semiopen_file(Them, file_of(s)))];
 379
 380             // Penalty when trapped by the king, even more if the king cannot castle
 381             else if (mob <= 3)
 382             {
 383                 File kf = file_of(pos.square<KING>(Us));
 384                 if ((kf < FILE_E) == (file_of(s) < kf))
 385                     score -= (TrappedRook - make_score(mob * 22, 0)) * (1 + !pos.castling_rights(Us));
 386             }
 387         }
 388
 389         if (Pt == QUEEN)
 390         {
 391             // Penalty if any relative pin or discovered attack against the queen
 392             Bitboard queenPinners;
 393             if (pos.slider_blockers(pos.pieces(Them, ROOK, BISHOP), s, queenPinners))
 394                 score -= WeakQueen;
 395         }
 396     }
 397     if (T)
 398         Trace::add(Pt, Us, score);
 399
 400     return score;
 401   }
 402
 403
 404   // Evaluation::king() assigns bonuses and penalties to a king of a given color
 405   template<Tracing T> template<Color Us>
 406   Score Evaluation<T>::king() const {
 407
 408     constexpr Color    Them = (Us == WHITE ? BLACK : WHITE);
 409     constexpr Bitboard Camp = (Us == WHITE ? AllSquares ^ Rank6BB ^ Rank7BB ^ Rank8BB
 410                                            : AllSquares ^ Rank1BB ^ Rank2BB ^ Rank3BB);
 411
 412     const Square ksq = pos.square<KING>(Us);
 413     Bitboard kingFlank, weak, b, b1, b2, safe, unsafeChecks;
 414
 415     // King shelter and enemy pawns storm
 416     Score score = pe->king_safety<Us>(pos);
 417
 418     // Find the squares that opponent attacks in our king flank, and the squares
 419     // which are attacked twice in that flank.
 420     kingFlank = KingFlank[file_of(ksq)];
 421     b1 = attackedBy[Them][ALL_PIECES] & kingFlank & Camp;
 422     b2 = b1 & attackedBy2[Them];
 423
 424     int tropism = popcount(b1) + popcount(b2);
 425
 426     // Main king safety evaluation
 427     if (kingAttackersCount[Them] > 1 - pos.count<QUEEN>(Them))
 428     {
 429         int kingDanger = 0;
 430         unsafeChecks = 0;
 431
 432         // Attacked squares defended at most once by our queen or king
 433         weak =  attackedBy[Them][ALL_PIECES]
 434               & ~attackedBy2[Us]
 435               & (~attackedBy[Us][ALL_PIECES] | attackedBy[Us][KING] | attackedBy[Us][QUEEN]);
 436
 437         // Analyse the safe enemy's checks which are possible on next move
 438         safe  = ~pos.pieces(Them);
 439         safe &= ~attackedBy[Us][ALL_PIECES] | (weak & attackedBy2[Them]);
 440
 441         b1 = attacks_bb<ROOK  >(ksq, pos.pieces() ^ pos.pieces(Us, QUEEN));
 442         b2 = attacks_bb<BISHOP>(ksq, pos.pieces() ^ pos.pieces(Us, QUEEN));
 443
 444         // Enemy queen safe checks
 445         if ((b1 | b2) & attackedBy[Them][QUEEN] & safe & ~attackedBy[Us][QUEEN])
 446             kingDanger += QueenSafeCheck;
 447
 448         b1 &= attackedBy[Them][ROOK];
 449         b2 &= attackedBy[Them][BISHOP];
 450
 451         // Enemy rooks checks
 452         if (b1 & safe)
 453             kingDanger += RookSafeCheck;
 454         else
 455             unsafeChecks |= b1;
 456
 457         // Enemy bishops checks
 458         if (b2 & safe)
 459             kingDanger += BishopSafeCheck;
 460         else
 461             unsafeChecks |= b2;
 462
 463         // Enemy knights checks
 464         b = pos.attacks_from<KNIGHT>(ksq) & attackedBy[Them][KNIGHT];
 465         if (b & safe)
 466             kingDanger += KnightSafeCheck;
 467         else
 468             unsafeChecks |= b;
 469
 470         // Unsafe or occupied checking squares will also be considered, as long as
 471         // the square is in the attacker's mobility area.
 472         unsafeChecks &= mobilityArea[Them];
 473
 474         kingDanger +=        kingAttackersCount[Them] * kingAttackersWeight[Them]
 475                      +  69 * kingAttacksCount[Them]
 476                      + 185 * popcount(kingRing[Us] & weak)
 477                      + 150 * popcount(pos.blockers_for_king(Us) | unsafeChecks)
 478                      +       tropism * tropism / 4
 479                      - 873 * !pos.count<QUEEN>(Them)
 480                      -   6 * mg_value(score) / 8
 481                      +       mg_value(mobility[Them] - mobility[Us])
 482                      -   30;
 483
 484         // Transform the kingDanger units into a Score, and subtract it from the evaluation
 485         if (kingDanger > 0)
 486             score -= make_score(kingDanger * kingDanger / 4096, kingDanger / 16);
 487     }
 488
 489     // Penalty when our king is on a pawnless flank
 490     if (!(pos.pieces(PAWN) & kingFlank))
 491         score -= PawnlessFlank;
 492
 493     // King tropism bonus, to anticipate slow motion attacks on our king
 494     score -= CloseEnemies * tropism;
 495
 496     if (T)
 497         Trace::add(KING, Us, score);
 498
 499     return score;
 500   }
 501
 502
 503   // Evaluation::threats() assigns bonuses according to the types of the
 504   // attacking and the attacked pieces.
 505   template<Tracing T> template<Color Us>
 506   Score Evaluation<T>::threats() const {
 507
 508     constexpr Color     Them     = (Us == WHITE ? BLACK   : WHITE);
 509     constexpr Direction Up       = (Us == WHITE ? NORTH   : SOUTH);
 510     constexpr Bitboard  TRank3BB = (Us == WHITE ? Rank3BB : Rank6BB);
 511
 512     Bitboard b, weak, defended, nonPawnEnemies, stronglyProtected, safe, restricted;
 513     Score score = SCORE_ZERO;
 514
 515     // Non-pawn enemies
 516     nonPawnEnemies = pos.pieces(Them) & ~pos.pieces(Them, PAWN);
 517
 518     // Squares strongly protected by the enemy, either because they defend the
 519     // square with a pawn, or because they defend the square twice and we don't.
 520     stronglyProtected =  attackedBy[Them][PAWN]
 521                        | (attackedBy2[Them] & ~attackedBy2[Us]);
 522
 523     // Non-pawn enemies, strongly protected
 524     defended = nonPawnEnemies & stronglyProtected;
 525
 526     // Enemies not strongly protected and under our attack
 527     weak = pos.pieces(Them) & ~stronglyProtected & attackedBy[Us][ALL_PIECES];
 528
 529     // Safe or protected squares
 530     safe = ~attackedBy[Them][ALL_PIECES] | attackedBy[Us][ALL_PIECES];
 531
 532     // Bonus according to the kind of attacking pieces
 533     if (defended | weak)
 534     {
 535         b = (defended | weak) & (attackedBy[Us][KNIGHT] | attackedBy[Us][BISHOP]);
 536         while (b)
 537         {
 538             Square s = pop_lsb(&b);
 539             score += ThreatByMinor[type_of(pos.piece_on(s))];
 540             if (type_of(pos.piece_on(s)) != PAWN)
 541                 score += ThreatByRank * (int)relative_rank(Them, s);
 542         }
 543
 544         b = weak & attackedBy[Us][ROOK];
 545         while (b)
 546         {
 547             Square s = pop_lsb(&b);
 548             score += ThreatByRook[type_of(pos.piece_on(s))];
 549             if (type_of(pos.piece_on(s)) != PAWN)
 550                 score += ThreatByRank * (int)relative_rank(Them, s);
 551         }
 552
 553         if (weak & attackedBy[Us][KING])
 554             score += ThreatByKing;
 555
 556         b =  ~attackedBy[Them][ALL_PIECES]
 557            | (nonPawnEnemies & attackedBy2[Us]);
 558         score += Hanging * popcount(weak & b);
 559     }
 560
 561     // Bonus for restricting their piece moves
 562     restricted =   attackedBy[Them][ALL_PIECES]
 563                 & ~stronglyProtected
 564                 &  attackedBy[Us][ALL_PIECES];
 565     score += RestrictedPiece * popcount(restricted);
 566
 567     // Bonus for enemy unopposed weak pawns
 568     if (pos.pieces(Us, ROOK, QUEEN))
 569         score += WeakUnopposedPawn * pe->weak_unopposed(Them);
 570
 571     // Find squares where our pawns can push on the next move
 572     b  = shift<Up>(pos.pieces(Us, PAWN)) & ~pos.pieces();
 573     b |= shift<Up>(b & TRank3BB) & ~pos.pieces();
 574
 575     // Keep only the squares which are relatively safe
 576     b &= ~attackedBy[Them][PAWN] & safe;
 577
 578     // Bonus for safe pawn threats on the next move
 579     b = pawn_attacks_bb<Us>(b) & pos.pieces(Them);
 580     score += ThreatByPawnPush * popcount(b);
 581
 582     // Our safe or protected pawns
 583     b = pos.pieces(Us, PAWN) & safe;
 584
 585     b = pawn_attacks_bb<Us>(b) & nonPawnEnemies;
 586     score += ThreatBySafePawn * popcount(b);
 587
 588     // Bonus for threats on the next moves against enemy queen
 589     if (pos.count<QUEEN>(Them) == 1)
 590     {
 591         Square s = pos.square<QUEEN>(Them);
 592         safe = mobilityArea[Us] & ~stronglyProtected;
 593
 594         b = attackedBy[Us][KNIGHT] & pos.attacks_from<KNIGHT>(s);
 595
 596         score += KnightOnQueen * popcount(b & safe);
 597
 598         b =  (attackedBy[Us][BISHOP] & pos.attacks_from<BISHOP>(s))
 599            | (attackedBy[Us][ROOK  ] & pos.attacks_from<ROOK  >(s));
 600
 601         score += SliderOnQueen * popcount(b & safe & attackedBy2[Us]);
 602     }
 603
 604     if (T)
 605         Trace::add(THREAT, Us, score);
 606
 607     return score;
 608   }
 609
 610   // Evaluation::passed() evaluates the passed pawns and candidate passed
 611   // pawns of the given color.
 612
 613   template<Tracing T> template<Color Us>
 614   Score Evaluation<T>::passed() const {
 615
 616     constexpr Color     Them = (Us == WHITE ? BLACK : WHITE);
 617     constexpr Direction Up   = (Us == WHITE ? NORTH : SOUTH);
 618
 619     auto king_proximity = [&](Color c, Square s) {
 620       return std::min(distance(pos.square<KING>(c), s), 5);
 621     };
 622
 623     Bitboard b, bb, squaresToQueen, defendedSquares, unsafeSquares;
 624     Score score = SCORE_ZERO;
 625
 626     b = pe->passed_pawns(Us);
 627
 628     while (b)
 629     {
 630         Square s = pop_lsb(&b);
 631
 632         assert(!(pos.pieces(Them, PAWN) & forward_file_bb(Us, s + Up)));
 633
 634         int r = relative_rank(Us, s);
 635
 636         Score bonus = PassedRank[r];
 637
 638         if (r > RANK_3)
 639         {
 640             int w = (r-2) * (r-2) + 2;
 641             Square blockSq = s + Up;
 642
 643             // Adjust bonus based on the king's proximity
 644             bonus += make_score(0, (  king_proximity(Them, blockSq) * 5
 645                                     - king_proximity(Us,   blockSq) * 2) * w);
 646
 647             // If blockSq is not the queening square then consider also a second push
 648             if (r != RANK_7)
 649                 bonus -= make_score(0, king_proximity(Us, blockSq + Up) * w);
 650
 651             // If the pawn is free to advance, then increase the bonus
 652             if (pos.empty(blockSq))
 653             {
 654                 // If there is a rook or queen attacking/defending the pawn from behind,
 655                 // consider all the squaresToQueen. Otherwise consider only the squares
 656                 // in the pawn's path attacked or occupied by the enemy.
 657                 defendedSquares = unsafeSquares = squaresToQueen = forward_file_bb(Us, s);
 658
 659                 bb = forward_file_bb(Them, s) & pos.pieces(ROOK, QUEEN) & pos.attacks_from<ROOK>(s);
 660
 661                 if (!(pos.pieces(Us) & bb))
 662                     defendedSquares &= attackedBy[Us][ALL_PIECES];
 663
 664                 if (!(pos.pieces(Them) & bb))
 665                     unsafeSquares &= attackedBy[Them][ALL_PIECES] | pos.pieces(Them);
 666
 667                 // If there aren't any enemy attacks, assign a big bonus. Otherwise
 668                 // assign a smaller bonus if the block square isn't attacked.
 669                 int k = !unsafeSquares ? 20 : !(unsafeSquares & blockSq) ? 9 : 0;
 670
 671                 // If the path to the queen is fully defended, assign a big bonus.
 672                 // Otherwise assign a smaller bonus if the block square is defended.
 673                 if (defendedSquares == squaresToQueen)
 674                     k += 6;
 675
 676                 else if (defendedSquares & blockSq)
 677                     k += 4;
 678
 679                 bonus += make_score(k * w, k * w);
 680             }
 681         } // rank > RANK_3
 682
 683         // Scale down bonus for candidate passers which need more than one
 684         // pawn push to become passed, or have a pawn in front of them.
 685         if (   !pos.pawn_passed(Us, s + Up)
 686             || (pos.pieces(PAWN) & forward_file_bb(Us, s)))
 687             bonus = bonus / 2;
 688
 689         score += bonus + PassedFile[file_of(s)];
 690     }
 691
 692     if (T)
 693         Trace::add(PASSED, Us, score);
 694
 695     return score;
 696   }
 697
 698
 699   // Evaluation::space() computes the space evaluation for a given side. The
 700   // space evaluation is a simple bonus based on the number of safe squares
 701   // available for minor pieces on the central four files on ranks 2--4. Safe
 702   // squares one, two or three squares behind a friendly pawn are counted
 703   // twice. Finally, the space bonus is multiplied by a weight. The aim is to
 704   // improve play on game opening.
 705
 706   template<Tracing T> template<Color Us>
 707   Score Evaluation<T>::space() const {
 708
 709     if (pos.non_pawn_material() < SpaceThreshold)
 710         return SCORE_ZERO;
 711
 712     constexpr Color Them = (Us == WHITE ? BLACK : WHITE);
 713     constexpr Bitboard SpaceMask =
 714       Us == WHITE ? CenterFiles & (Rank2BB | Rank3BB | Rank4BB)
 715                   : CenterFiles & (Rank7BB | Rank6BB | Rank5BB);
 716
 717     // Find the available squares for our pieces inside the area defined by SpaceMask
 718     Bitboard safe =   SpaceMask
 719                    & ~pos.pieces(Us, PAWN)
 720                    & ~attackedBy[Them][PAWN];
 721
 722     // Find all squares which are at most three squares behind some friendly pawn
 723     Bitboard behind = pos.pieces(Us, PAWN);
 724     behind |= (Us == WHITE ? behind >>  8 : behind <<  8);
 725     behind |= (Us == WHITE ? behind >> 16 : behind << 16);
 726
 727     int bonus = popcount(safe) + popcount(behind & safe);
 728     int weight = pos.count<ALL_PIECES>(Us) - 2 * pe->open_files();
 729
 730     Score score = make_score(bonus * weight * weight / 16, 0);
 731
 732     if (T)
 733         Trace::add(SPACE, Us, score);
 734
 735     return score;
 736   }
 737
 738
 739   // Evaluation::initiative() computes the initiative correction value
 740   // for the position. It is a second order bonus/malus based on the
 741   // known attacking/defending status of the players.
 742
 743   template<Tracing T>
 744   Score Evaluation<T>::initiative(Value eg) const {
 745
 746     int outflanking =  distance<File>(pos.square<KING>(WHITE), pos.square<KING>(BLACK))
 747                      - distance<Rank>(pos.square<KING>(WHITE), pos.square<KING>(BLACK));
 748
 749     bool pawnsOnBothFlanks =   (pos.pieces(PAWN) & QueenSide)
 750                             && (pos.pieces(PAWN) & KingSide);
 751
 752     // Compute the initiative bonus for the attacking side
 753     int complexity =   8 * pe->pawn_asymmetry()
 754                     + 12 * pos.count<PAWN>()
 755                     + 12 * outflanking
 756                     + 16 * pawnsOnBothFlanks
 757                     + 48 * !pos.non_pawn_material()
 758                     -118 ;
 759
 760     // Now apply the bonus: note that we find the attacking side by extracting
 761     // the sign of the endgame value, and that we carefully cap the bonus so
 762     // that the endgame score will never change sign after the bonus.
 763     int v = ((eg > 0) - (eg < 0)) * std::max(complexity, -abs(eg));
 764
 765     if (T)
 766         Trace::add(INITIATIVE, make_score(0, v));
 767
 768     return make_score(0, v);
 769   }
 770
 771
 772   // Evaluation::scale_factor() computes the scale factor for the winning side
 773
 774   template<Tracing T>
 775   ScaleFactor Evaluation<T>::scale_factor(Value eg) const {
 776
 777     Color strongSide = eg > VALUE_DRAW ? WHITE : BLACK;
 778     int sf = me->scale_factor(pos, strongSide);
 779
 780     // If scale is not already specific, scale down the endgame via general heuristics
 781     if (sf == SCALE_FACTOR_NORMAL)
 782     {
 783         if (   pos.opposite_bishops()
 784             && pos.non_pawn_material(WHITE) == BishopValueMg
 785             && pos.non_pawn_material(BLACK) == BishopValueMg)
 786             sf = 8 + 4 * pe->pawn_asymmetry();
 787         else
 788             sf = std::min(40 + (pos.opposite_bishops() ? 2 : 7) * pos.count<PAWN>(strongSide), sf);
 789
 790     }
 791
 792     return ScaleFactor(sf);
 793   }
 794
 795
 796   // Evaluation::value() is the main function of the class. It computes the various
 797   // parts of the evaluation and returns the value of the position from the point
 798   // of view of the side to move.
 799
 800   template<Tracing T>
 801   Value Evaluation<T>::value() {
 802
 803     assert(!pos.checkers());
 804
 805     // Probe the material hash table
 806     me = Material::probe(pos);
 807
 808     // If we have a specialized evaluation function for the current material
 809     // configuration, call it and return.
 810     if (me->specialized_eval_exists())
 811         return me->evaluate(pos);
 812
 813     // Initialize score by reading the incrementally updated scores included in
 814     // the position object (material + piece square tables) and the material
 815     // imbalance. Score is computed internally from the white point of view.
 816     Score score = pos.psq_score() + me->imbalance() + pos.this_thread()->contempt;
 817
 818     // Probe the pawn hash table
 819     pe = Pawns::probe(pos);
 820     score += pe->pawn_score(WHITE) - pe->pawn_score(BLACK);
 821
 822     // Early exit if score is high
 823     Value v = (mg_value(score) + eg_value(score)) / 2;
 824     if (abs(v) > LazyThreshold)
 825        return pos.side_to_move() == WHITE ? v : -v;
 826
 827     // Main evaluation begins here
 828
 829     initialize<WHITE>();
 830     initialize<BLACK>();
 831
 832     // Pieces should be evaluated first (populate attack tables)
 833     score +=  pieces<WHITE, KNIGHT>() - pieces<BLACK, KNIGHT>()
 834             + pieces<WHITE, BISHOP>() - pieces<BLACK, BISHOP>()
 835             + pieces<WHITE, ROOK  >() - pieces<BLACK, ROOK  >()
 836             + pieces<WHITE, QUEEN >() - pieces<BLACK, QUEEN >();
 837
 838     score += mobility[WHITE] - mobility[BLACK];
 839
 840     score +=  king<   WHITE>() - king<   BLACK>()
 841             + threats<WHITE>() - threats<BLACK>()
 842             + passed< WHITE>() - passed< BLACK>()
 843             + space<  WHITE>() - space<  BLACK>();
 844
 845     score += initiative(eg_value(score));
 846
 847     // Interpolate between a middlegame and a (scaled by 'sf') endgame score
 848     ScaleFactor sf = scale_factor(eg_value(score));
 849     v =  mg_value(score) * int(me->game_phase())
 850        + eg_value(score) * int(PHASE_MIDGAME - me->game_phase()) * sf / SCALE_FACTOR_NORMAL;
 851
 852     v /= int(PHASE_MIDGAME);
 853
 854     // In case of tracing add all remaining individual evaluation terms
 855     if (T)
 856     {
 857         Trace::add(MATERIAL, pos.psq_score());
 858         Trace::add(IMBALANCE, me->imbalance());
 859         Trace::add(PAWN, pe->pawn_score(WHITE), pe->pawn_score(BLACK));
 860         Trace::add(MOBILITY, mobility[WHITE], mobility[BLACK]);
 861         Trace::add(TOTAL, score);
 862     }
 863
 864     return  (pos.side_to_move() == WHITE ? v : -v) // Side to move point of view
 865            + Eval::Tempo;
 866   }
 867
 868 } // namespace
 869
 870
 871 /// evaluate() is the evaluator for the outer world. It returns a static
 872 /// evaluation of the position from the point of view of the side to move.
 873
 874 Value Eval::evaluate(const Position& pos) {
 875   return Evaluation<NO_TRACE>(pos).value();
 876 }
 877
 878
 879 /// trace() is like evaluate(), but instead of returning a value, it returns
 880 /// a string (suitable for outputting to stdout) that contains the detailed
 881 /// descriptions and values of each evaluation term. Useful for debugging.
 882
 883 std::string Eval::trace(const Position& pos) {
 884
 885   std::memset(scores, 0, sizeof(scores));
 886
 887   pos.this_thread()->contempt = SCORE_ZERO; // Reset any dynamic contempt
 888
 889   Value v = Evaluation<TRACE>(pos).value();
 890
 891   v = pos.side_to_move() == WHITE ? v : -v; // Trace scores are from white's point of view
 892
 893   std::stringstream ss;
 894   ss << std::showpoint << std::noshowpos << std::fixed << std::setprecision(2)
 895      << "     Term    |    White    |    Black    |    Total   \n"
 896      << "             |   MG    EG  |   MG    EG  |   MG    EG \n"
 897      << " ------------+-------------+-------------+------------\n"
 898      << "    Material | " << Term(MATERIAL)
 899      << "   Imbalance | " << Term(IMBALANCE)
 900      << "  Initiative | " << Term(INITIATIVE)
 901      << "       Pawns | " << Term(PAWN)
 902      << "     Knights | " << Term(KNIGHT)
 903      << "     Bishops | " << Term(BISHOP)
 904      << "       Rooks | " << Term(ROOK)
 905      << "      Queens | " << Term(QUEEN)
 906      << "    Mobility | " << Term(MOBILITY)
 907      << " King safety | " << Term(KING)
 908      << "     Threats | " << Term(THREAT)
 909      << "      Passed | " << Term(PASSED)
 910      << "       Space | " << Term(SPACE)
 911      << " ------------+-------------+-------------+------------\n"
 912      << "       Total | " << Term(TOTAL);
 913
 914   ss << "\nTotal evaluation: " << to_cp(v) << " (white side)\n";
 915
 916   return ss.str();
 917 }