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