Add a penalty for low mobility pieces
[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(-35,-30), S(-22,-20), 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(-22,-27), S( -8,-13), 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(-17,-33), S(-11,-16), 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(-12,-20), S( -8,-13), 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   const Score LowMobPenalty    = make_score(40, 20);
175
176   // Penalty for a bishop on a1/h1 (a8/h8 for black) which is trapped by
177   // a friendly pawn on b2/g2 (b7/g7 for black). This can obviously only
178   // happen in Chess960 games.
179   const Score TrappedBishopA1H1 = make_score(50, 50);
180
181   // SpaceMask[Color] contains the area of the board which is considered
182   // by the space evaluation. In the middlegame, each side is given a bonus
183   // based on how many squares inside this area are safe and available for
184   // friendly minor pieces.
185   const Bitboard SpaceMask[] = {
186     (FileCBB | FileDBB | FileEBB | FileFBB) & (Rank2BB | Rank3BB | Rank4BB),
187     (FileCBB | FileDBB | FileEBB | FileFBB) & (Rank7BB | Rank6BB | Rank5BB)
188   };
189
190   const Bitboard EdgeBB = Rank1BB | Rank8BB | FileABB | FileHBB;
191
192   // King danger constants and variables. The king danger scores are taken
193   // from KingDanger[]. Various little "meta-bonuses" measuring the strength
194   // of the enemy attack are added up into an integer, which is used as an
195   // index to KingDanger[].
196   //
197   // KingAttackWeights[PieceType] contains king attack weights by piece type
198   const int KingAttackWeights[] = { 0, 0, 2, 2, 3, 5 };
199
200   // Bonuses for enemy's safe checks
201   const int QueenContactCheck = 24;
202   const int RookContactCheck  = 16;
203   const int QueenCheck        = 12;
204   const int RookCheck         = 8;
205   const int BishopCheck       = 2;
206   const int KnightCheck       = 3;
207
208   // KingDanger[Color][attackUnits] contains the actual king danger weighted
209   // scores, indexed by color and by a calculated integer number.
210   Score KingDanger[COLOR_NB][128];
211
212   // Function prototypes
213   template<bool Trace>
214   Value do_evaluate(const Position& pos);
215
216   template<Color Us>
217   void init_eval_info(const Position& pos, EvalInfo& ei);
218
219   template<bool Trace>
220   Score evaluate_pieces(const Position& pos, EvalInfo& ei, Score* mobility);
221
222   template<Color Us, bool Trace>
223   Score evaluate_king(const Position& pos, const EvalInfo& ei);
224
225   template<Color Us, bool Trace>
226   Score evaluate_threats(const Position& pos, const EvalInfo& ei);
227
228   template<Color Us, bool Trace>
229   Score evaluate_passed_pawns(const Position& pos, const EvalInfo& ei);
230
231   template<Color Us>
232   int evaluate_space(const Position& pos, const EvalInfo& ei);
233
234   Score evaluate_unstoppable_pawns(const Position& pos, Color us, const EvalInfo& ei);
235
236   Value interpolate(const Score& v, Phase ph, ScaleFactor sf);
237   Score apply_weight(Score v, const Weight& w);
238   Weight weight_option(const std::string& mgOpt, const std::string& egOpt, Score internalWeight);
239 }
240
241
242 namespace Eval {
243
244   /// evaluate() is the main evaluation function. It always computes two
245   /// values, an endgame score and a middlegame score, and interpolates
246   /// between them based on the remaining material.
247
248   Value evaluate(const Position& pos) {
249     return do_evaluate<false>(pos);
250   }
251
252
253   /// trace() is like evaluate(), but instead of returning a value, it returns
254   /// a string (suitable for outputting to stdout) that contains the detailed
255   /// descriptions and values of each evaluation term. It's mainly used for
256   /// debugging.
257   std::string trace(const Position& pos) {
258     return Tracing::do_trace(pos);
259   }
260
261
262   /// init() computes evaluation weights from the corresponding UCI parameters
263   /// and setup king tables.
264
265   void init() {
266
267     Weights[Mobility]       = weight_option("Mobility (Midgame)", "Mobility (Endgame)", WeightsInternal[Mobility]);
268     Weights[PawnStructure]  = weight_option("Pawn Structure (Midgame)", "Pawn Structure (Endgame)", WeightsInternal[PawnStructure]);
269     Weights[PassedPawns]    = weight_option("Passed Pawns (Midgame)", "Passed Pawns (Endgame)", WeightsInternal[PassedPawns]);
270     Weights[Space]          = weight_option("Space", "Space", WeightsInternal[Space]);
271     Weights[KingDangerUs]   = weight_option("Cowardice", "Cowardice", WeightsInternal[KingDangerUs]);
272     Weights[KingDangerThem] = weight_option("Aggressiveness", "Aggressiveness", WeightsInternal[KingDangerThem]);
273
274     const int MaxSlope = 30;
275     const int Peak = 1280;
276
277     for (int t = 0, i = 1; i < 100; ++i)
278     {
279         t = std::min(Peak, std::min(int(0.4 * i * i), t + MaxSlope));
280
281         KingDanger[1][i] = apply_weight(make_score(t, 0), Weights[KingDangerUs]);
282         KingDanger[0][i] = apply_weight(make_score(t, 0), Weights[KingDangerThem]);
283     }
284   }
285
286 } // namespace Eval
287
288
289 namespace {
290
291 template<bool Trace>
292 Value do_evaluate(const Position& pos) {
293
294   assert(!pos.checkers());
295
296   EvalInfo ei;
297   Score score, mobility[2] = { SCORE_ZERO, SCORE_ZERO };
298   Thread* thisThread = pos.this_thread();
299
300   // Initialize score by reading the incrementally updated scores included
301   // in the position object (material + piece square tables) and adding a
302   // Tempo bonus. Score is computed from the point of view of white.
303   score = pos.psq_score() + (pos.side_to_move() == WHITE ? Tempo : -Tempo);
304
305   // Probe the material hash table
306   ei.mi = Material::probe(pos, thisThread->materialTable, thisThread->endgames);
307   score += ei.mi->material_value();
308
309   // If we have a specialized evaluation function for the current material
310   // configuration, call it and return.
311   if (ei.mi->specialized_eval_exists())
312       return ei.mi->evaluate(pos);
313
314   // Probe the pawn hash table
315   ei.pi = Pawns::probe(pos, thisThread->pawnsTable);
316   score += apply_weight(ei.pi->pawns_value(), Weights[PawnStructure]);
317
318   // Initialize attack and king safety bitboards
319   init_eval_info<WHITE>(pos, ei);
320   init_eval_info<BLACK>(pos, ei);
321
322   // Evaluate pieces and mobility
323   score += evaluate_pieces<Trace>(pos, ei, mobility);
324
325   score += apply_weight(mobility[WHITE] - mobility[BLACK], Weights[Mobility]);
326
327   // Evaluate kings after all other pieces because we need complete attack
328   // information when computing the king safety evaluation.
329   score +=  evaluate_king<WHITE, Trace>(pos, ei)
330           - evaluate_king<BLACK, Trace>(pos, ei);
331
332   // Evaluate tactical threats, we need full attack information including king
333   score +=  evaluate_threats<WHITE, Trace>(pos, ei)
334           - evaluate_threats<BLACK, Trace>(pos, ei);
335
336   // Evaluate passed pawns, we need full attack information including king
337   score +=  evaluate_passed_pawns<WHITE, Trace>(pos, ei)
338           - evaluate_passed_pawns<BLACK, Trace>(pos, ei);
339
340   // If one side has only a king, score for potential unstoppable pawns
341   if (!pos.non_pawn_material(WHITE) || !pos.non_pawn_material(BLACK))
342       score +=  evaluate_unstoppable_pawns(pos, WHITE, ei)
343               - evaluate_unstoppable_pawns(pos, BLACK, ei);
344
345   // Evaluate space for both sides, only in middlegame
346   if (ei.mi->space_weight())
347   {
348       int s = evaluate_space<WHITE>(pos, ei) - evaluate_space<BLACK>(pos, ei);
349       score += apply_weight(s * ei.mi->space_weight(), Weights[Space]);
350   }
351
352   // Scale winning side if position is more drawish than it appears
353   ScaleFactor sf = eg_value(score) > VALUE_DRAW ? ei.mi->scale_factor(pos, WHITE)
354                                                 : ei.mi->scale_factor(pos, BLACK);
355
356   // If we don't already have an unusual scale factor, check for opposite
357   // colored bishop endgames, and use a lower scale for those.
358   if (    ei.mi->game_phase() < PHASE_MIDGAME
359       &&  pos.opposite_bishops()
360       && (sf == SCALE_FACTOR_NORMAL || sf == SCALE_FACTOR_ONEPAWN))
361   {
362       // Ignoring any pawns, do both sides only have a single bishop and no
363       // other pieces?
364       if (   pos.non_pawn_material(WHITE) == BishopValueMg
365           && pos.non_pawn_material(BLACK) == BishopValueMg)
366       {
367           // Check for KBP vs KB with only a single pawn that is almost
368           // certainly a draw or at least two pawns.
369           bool one_pawn = (pos.count<PAWN>(WHITE) + pos.count<PAWN>(BLACK) == 1);
370           sf = one_pawn ? ScaleFactor(8) : ScaleFactor(32);
371       }
372       else
373           // Endgame with opposite-colored bishops, but also other pieces. Still
374           // a bit drawish, but not as drawish as with only the two bishops.
375            sf = ScaleFactor(50 * sf / SCALE_FACTOR_NORMAL);
376   }
377
378   Value v = interpolate(score, ei.mi->game_phase(), sf);
379
380   // In case of tracing add all single evaluation contributions for both white and black
381   if (Trace)
382   {
383       Tracing::add_term(Tracing::PST, pos.psq_score());
384       Tracing::add_term(Tracing::IMBALANCE, ei.mi->material_value());
385       Tracing::add_term(PAWN, ei.pi->pawns_value());
386       Score w = ei.mi->space_weight() * evaluate_space<WHITE>(pos, ei);
387       Score b = ei.mi->space_weight() * evaluate_space<BLACK>(pos, ei);
388       Tracing::add_term(Tracing::SPACE, apply_weight(w, Weights[Space]), apply_weight(b, Weights[Space]));
389       Tracing::add_term(Tracing::TOTAL, score);
390       Tracing::ei = ei;
391       Tracing::sf = sf;
392   }
393
394   return pos.side_to_move() == WHITE ? v : -v;
395 }
396
397
398   // init_eval_info() initializes king bitboards for given color adding
399   // pawn attacks. To be done at the beginning of the evaluation.
400
401   template<Color Us>
402   void init_eval_info(const Position& pos, EvalInfo& ei) {
403
404     const Color  Them = (Us == WHITE ? BLACK : WHITE);
405     const Square Down = (Us == WHITE ? DELTA_S : DELTA_N);
406
407     ei.pinnedPieces[Us] = pos.pinned_pieces(Us);
408
409     Bitboard b = ei.attackedBy[Them][KING] = pos.attacks_from<KING>(pos.king_square(Them));
410     ei.attackedBy[Us][PAWN] = ei.pi->pawn_attacks(Us);
411
412     // Init king safety tables only if we are going to use them
413     if (pos.count<QUEEN>(Us) && pos.non_pawn_material(Us) > QueenValueMg + PawnValueMg)
414     {
415         ei.kingRing[Them] = b | shift_bb<Down>(b);
416         b &= ei.attackedBy[Us][PAWN];
417         ei.kingAttackersCount[Us] = b ? popcount<Max15>(b) : 0;
418         ei.kingAdjacentZoneAttacksCount[Us] = ei.kingAttackersWeight[Us] = 0;
419     }
420     else
421         ei.kingRing[Them] = ei.kingAttackersCount[Us] = 0;
422   }
423
424
425   // evaluate_outposts() evaluates bishop and knight outpost squares
426
427   template<PieceType Pt, Color Us>
428   Score evaluate_outposts(const Position& pos, EvalInfo& ei, Square s) {
429
430     const Color Them = (Us == WHITE ? BLACK : WHITE);
431
432     assert (Pt == BISHOP || Pt == KNIGHT);
433
434     // Initial bonus based on square
435     Value bonus = Outpost[Pt == BISHOP][relative_square(Us, s)];
436
437     // Increase bonus if supported by pawn, especially if the opponent has
438     // no minor piece which can trade with the outpost piece.
439     if (bonus && (ei.attackedBy[Us][PAWN] & s))
440     {
441         if (   !pos.pieces(Them, KNIGHT)
442             && !(squares_of_color(s) & pos.pieces(Them, BISHOP)))
443             bonus += bonus + bonus / 2;
444         else
445             bonus += bonus / 2;
446     }
447
448     return make_score(bonus, bonus);
449   }
450
451
452   // evaluate_pieces() assigns bonuses and penalties to the pieces of a given color
453
454   template<PieceType Pt, Color Us, bool Trace>
455   Score evaluate_pieces(const Position& pos, EvalInfo& ei, Score* mobility, Bitboard mobilityArea) {
456
457     Bitboard b;
458     Square s;
459     Score score = SCORE_ZERO;
460
461     const Color Them = (Us == WHITE ? BLACK : WHITE);
462     const Square* pl = pos.list<Pt>(Us);
463
464     ei.attackedBy[Us][Pt] = 0;
465
466     while ((s = *pl++) != SQ_NONE)
467     {
468         // Find attacked squares, including x-ray attacks for bishops and rooks
469         b = Pt == BISHOP ? attacks_bb<BISHOP>(s, pos.pieces() ^ pos.pieces(Us, QUEEN))
470           : Pt ==   ROOK ? attacks_bb<  ROOK>(s, pos.pieces() ^ pos.pieces(Us, ROOK, QUEEN))
471                          : pos.attacks_from<Pt>(s);
472
473         if (ei.pinnedPieces[Us] & s)
474             b &= LineBB[pos.king_square(Us)][s];
475
476         ei.attackedBy[Us][Pt] |= b;
477
478         if (b & ei.kingRing[Them])
479         {
480             ei.kingAttackersCount[Us]++;
481             ei.kingAttackersWeight[Us] += KingAttackWeights[Pt];
482             Bitboard bb = b & ei.attackedBy[Them][KING];
483             if (bb)
484                 ei.kingAdjacentZoneAttacksCount[Us] += popcount<Max15>(bb);
485         }
486
487         if (Pt == QUEEN)
488             b &= ~(  ei.attackedBy[Them][KNIGHT]
489                    | ei.attackedBy[Them][BISHOP]
490                    | ei.attackedBy[Them][ROOK]);
491
492         int mob = Pt != QUEEN ? popcount<Max15>(b & mobilityArea)
493                               : popcount<Full >(b & mobilityArea);
494
495         mobility[Us] += MobilityBonus[Pt][mob];
496
497         if (mob <= 1 && (EdgeBB & s))
498             score -= LowMobPenalty;
499
500         // Decrease score if we are attacked by an enemy pawn. The remaining part
501         // of threat evaluation must be done later when we have full attack info.
502         if (ei.attackedBy[Them][PAWN] & s)
503             score -= ThreatenedByPawn[Pt];
504
505         if (Pt == BISHOP || Pt == KNIGHT)
506         {
507             // Penalty for bishop with same colored pawns
508             if (Pt == BISHOP)
509                 score -= BishopPawns * ei.pi->pawns_on_same_color_squares(Us, s);
510
511             // Penalty for knight when there are few enemy pawns
512             if (Pt == KNIGHT)
513                 score -= KnightPawns * std::max(5 - pos.count<PAWN>(Them), 0);
514
515             // Bishop and knight outposts squares
516             if (!(pos.pieces(Them, PAWN) & pawn_attack_span(Us, s)))
517                 score += evaluate_outposts<Pt, Us>(pos, ei, s);
518
519             // Bishop or knight behind a pawn
520             if (    relative_rank(Us, s) < RANK_5
521                 && (pos.pieces(PAWN) & (s + pawn_push(Us))))
522                 score += MinorBehindPawn;
523         }
524
525         if (Pt == ROOK)
526         {
527             // Rook on 7th rank and enemy king trapped on 8th
528             if (   relative_rank(Us, s) == RANK_7
529                 && relative_rank(Us, pos.king_square(Them)) == RANK_8)
530                 score += RookOn7th;
531
532             // Rook piece attacking enemy pawns on the same rank/file
533             if (relative_rank(Us, s) >= RANK_5)
534             {
535                 Bitboard pawns = pos.pieces(Them, PAWN) & PseudoAttacks[ROOK][s];
536                 if (pawns)
537                     score += popcount<Max15>(pawns) * RookOnPawn;
538             }
539
540             // Give a bonus for a rook on a open or semi-open file
541             if (ei.pi->semiopen(Us, file_of(s)))
542                 score += ei.pi->semiopen(Them, file_of(s)) ? RookOpenFile : RookSemiopenFile;
543
544             if (mob > 3 || ei.pi->semiopen(Us, file_of(s)))
545                 continue;
546
547             Square ksq = pos.king_square(Us);
548
549             // Penalize rooks which are trapped by a king. Penalize more if the
550             // king has lost its castling capability.
551             if (   ((file_of(ksq) < FILE_E) == (file_of(s) < file_of(ksq)))
552                 && (rank_of(ksq) == rank_of(s) || relative_rank(Us, ksq) == RANK_1)
553                 && !ei.pi->semiopen_on_side(Us, file_of(ksq), file_of(ksq) < FILE_E))
554                 score -= (TrappedRook - make_score(mob * 8, 0)) * (pos.can_castle(Us) ? 1 : 2);
555         }
556
557         // An important Chess960 pattern: A cornered bishop blocked by a friendly
558         // pawn diagonally in front of it is a very serious problem, especially
559         // when that pawn is also blocked.
560         if (   Pt == BISHOP
561             && pos.is_chess960()
562             && (s == relative_square(Us, SQ_A1) || s == relative_square(Us, SQ_H1)))
563         {
564             Square d = pawn_push(Us) + (file_of(s) == FILE_A ? DELTA_E : DELTA_W);
565             if (pos.piece_on(s + d) == make_piece(Us, PAWN))
566                 score -= !pos.empty(s + d + pawn_push(Us))                ? TrappedBishopA1H1 * 4
567                         : pos.piece_on(s + d + d) == make_piece(Us, PAWN) ? TrappedBishopA1H1 * 2
568                                                                           : TrappedBishopA1H1;
569         }
570     }
571
572     if (Trace)
573         Tracing::terms[Us][Pt] = score;
574
575     return score;
576   }
577
578
579   // evaluate_pieces() assigns bonuses and penalties to all the pieces of both colors
580
581   template<bool Trace>
582   Score evaluate_pieces(const Position& pos, EvalInfo& ei, Score* mobility) {
583
584     // Do not include in mobility squares protected by enemy pawns or occupied by our pieces
585     const Bitboard whiteMobilityArea = ~(ei.attackedBy[BLACK][PAWN] | pos.pieces(WHITE, PAWN, KING));
586     const Bitboard blackMobilityArea = ~(ei.attackedBy[WHITE][PAWN] | pos.pieces(BLACK, PAWN, KING));
587
588     Score score;
589
590     score  =  evaluate_pieces<KNIGHT, WHITE, Trace>(pos, ei, mobility, whiteMobilityArea)
591             - evaluate_pieces<KNIGHT, BLACK, Trace>(pos, ei, mobility, blackMobilityArea);
592     score +=  evaluate_pieces<BISHOP, WHITE, Trace>(pos, ei, mobility, whiteMobilityArea)
593             - evaluate_pieces<BISHOP, BLACK, Trace>(pos, ei, mobility, blackMobilityArea);
594     score +=  evaluate_pieces<  ROOK, WHITE, Trace>(pos, ei, mobility, whiteMobilityArea)
595             - evaluate_pieces<  ROOK, BLACK, Trace>(pos, ei, mobility, blackMobilityArea);
596     score +=  evaluate_pieces< QUEEN, WHITE, Trace>(pos, ei, mobility, whiteMobilityArea)
597             - evaluate_pieces< QUEEN, BLACK, Trace>(pos, ei, mobility, blackMobilityArea);
598
599     // Sum up all attacked squares (updated in evaluate_pieces)
600     ei.attackedBy[WHITE][ALL_PIECES] =  ei.attackedBy[WHITE][PAWN]   | ei.attackedBy[WHITE][KNIGHT]
601                                       | ei.attackedBy[WHITE][BISHOP] | ei.attackedBy[WHITE][ROOK]
602                                       | ei.attackedBy[WHITE][QUEEN]  | ei.attackedBy[WHITE][KING];
603
604     ei.attackedBy[BLACK][ALL_PIECES] =  ei.attackedBy[BLACK][PAWN]   | ei.attackedBy[BLACK][KNIGHT]
605                                       | ei.attackedBy[BLACK][BISHOP] | ei.attackedBy[BLACK][ROOK]
606                                       | ei.attackedBy[BLACK][QUEEN]  | ei.attackedBy[BLACK][KING];
607     if (Trace)
608     {
609         Tracing::terms[WHITE][Tracing::MOBILITY] = apply_weight(mobility[WHITE], Weights[Mobility]);
610         Tracing::terms[BLACK][Tracing::MOBILITY] = apply_weight(mobility[BLACK], Weights[Mobility]);
611     }
612
613     return score;
614   }
615
616
617   // evaluate_king() assigns bonuses and penalties to a king of a given color
618
619   template<Color Us, bool Trace>
620   Score evaluate_king(const Position& pos, const EvalInfo& ei) {
621
622     const Color Them = (Us == WHITE ? BLACK : WHITE);
623
624     Bitboard undefended, b, b1, b2, safe;
625     int attackUnits;
626     const Square ksq = pos.king_square(Us);
627
628     // King shelter and enemy pawns storm
629     Score score = ei.pi->king_safety<Us>(pos, ksq);
630
631     // Main king safety evaluation
632     if (ei.kingAttackersCount[Them])
633     {
634         // Find the attacked squares around the king which have no defenders
635         // apart from the king itself
636         undefended =  ei.attackedBy[Them][ALL_PIECES]
637                     & ei.attackedBy[Us][KING]
638                     & ~(  ei.attackedBy[Us][PAWN]   | ei.attackedBy[Us][KNIGHT]
639                         | ei.attackedBy[Us][BISHOP] | ei.attackedBy[Us][ROOK]
640                         | ei.attackedBy[Us][QUEEN]);
641
642         // Initialize the 'attackUnits' variable, which is used later on as an
643         // index to the KingDanger[] array. The initial value is based on the
644         // number and types of the enemy's attacking pieces, the number of
645         // attacked and undefended squares around our king and the quality of
646         // the pawn shelter (current 'score' value).
647         attackUnits =  std::min(20, (ei.kingAttackersCount[Them] * ei.kingAttackersWeight[Them]) / 2)
648                      + 3 * (ei.kingAdjacentZoneAttacksCount[Them] + popcount<Max15>(undefended))
649                      + 2 * (ei.pinnedPieces[Us] != 0)
650                      - mg_value(score) / 32;
651
652         // Analyse the enemy's safe queen contact checks. Firstly, find the
653         // undefended squares around the king that are attacked by the enemy's
654         // queen...
655         b = undefended & ei.attackedBy[Them][QUEEN] & ~pos.pieces(Them);
656         if (b)
657         {
658             // ...and then remove squares not supported by another enemy piece
659             b &= (  ei.attackedBy[Them][PAWN]   | ei.attackedBy[Them][KNIGHT]
660                   | ei.attackedBy[Them][BISHOP] | ei.attackedBy[Them][ROOK]);
661
662             if (b)
663                 attackUnits +=  QueenContactCheck
664                               * popcount<Max15>(b)
665                               * (Them == pos.side_to_move() ? 2 : 1);
666         }
667
668         // Analyse the enemy's safe rook contact checks. Firstly, find the
669         // undefended squares around the king that are attacked by the enemy's
670         // rooks...
671         b = undefended & ei.attackedBy[Them][ROOK] & ~pos.pieces(Them);
672
673         // Consider only squares where the enemy's rook gives check
674         b &= PseudoAttacks[ROOK][ksq];
675
676         if (b)
677         {
678             // ...and then remove squares not supported by another enemy piece
679             b &= (  ei.attackedBy[Them][PAWN]   | ei.attackedBy[Them][KNIGHT]
680                   | ei.attackedBy[Them][BISHOP] | ei.attackedBy[Them][QUEEN]);
681
682             if (b)
683                 attackUnits +=  RookContactCheck
684                               * popcount<Max15>(b)
685                               * (Them == pos.side_to_move() ? 2 : 1);
686         }
687
688         // Analyse the enemy's safe distance checks for sliders and knights
689         safe = ~(pos.pieces(Them) | ei.attackedBy[Us][ALL_PIECES]);
690
691         b1 = pos.attacks_from<ROOK>(ksq) & safe;
692         b2 = pos.attacks_from<BISHOP>(ksq) & safe;
693
694         // Enemy queen safe checks
695         b = (b1 | b2) & ei.attackedBy[Them][QUEEN];
696         if (b)
697             attackUnits += QueenCheck * popcount<Max15>(b);
698
699         // Enemy rooks safe checks
700         b = b1 & ei.attackedBy[Them][ROOK];
701         if (b)
702             attackUnits += RookCheck * popcount<Max15>(b);
703
704         // Enemy bishops safe checks
705         b = b2 & ei.attackedBy[Them][BISHOP];
706         if (b)
707             attackUnits += BishopCheck * popcount<Max15>(b);
708
709         // Enemy knights safe checks
710         b = pos.attacks_from<KNIGHT>(ksq) & ei.attackedBy[Them][KNIGHT] & safe;
711         if (b)
712             attackUnits += KnightCheck * popcount<Max15>(b);
713
714         // To index KingDanger[] attackUnits must be in [0, 99] range
715         attackUnits = std::min(99, std::max(0, attackUnits));
716
717         // Finally, extract the king danger score from the KingDanger[]
718         // array and subtract the score from evaluation.
719         score -= KingDanger[Us == Search::RootColor][attackUnits];
720     }
721
722     if (Trace)
723         Tracing::terms[Us][KING] = score;
724
725     return score;
726   }
727
728
729   // evaluate_threats() assigns bonuses according to the type of attacking piece
730   // and the type of attacked one.
731
732   template<Color Us, bool Trace>
733   Score evaluate_threats(const Position& pos, const EvalInfo& ei) {
734
735     const Color Them = (Us == WHITE ? BLACK : WHITE);
736
737     Bitboard b, undefendedMinors, weakEnemies;
738     Score score = SCORE_ZERO;
739
740     // Undefended minors get penalized even if they are not under attack
741     undefendedMinors =  pos.pieces(Them, BISHOP, KNIGHT)
742                       & ~ei.attackedBy[Them][ALL_PIECES];
743
744     if (undefendedMinors)
745         score += UndefendedMinor;
746
747     // Enemy pieces not defended by a pawn and under our attack
748     weakEnemies =  pos.pieces(Them)
749                  & ~ei.attackedBy[Them][PAWN]
750                  & ei.attackedBy[Us][ALL_PIECES];
751
752     // Add a bonus according if the attacking pieces are minor or major
753     if (weakEnemies)
754     {
755         b = weakEnemies & (ei.attackedBy[Us][KNIGHT] | ei.attackedBy[Us][BISHOP]);
756         if (b)
757             score += Threat[0][type_of(pos.piece_on(lsb(b)))];
758
759         b = weakEnemies & (ei.attackedBy[Us][ROOK] | ei.attackedBy[Us][QUEEN]);
760         if (b)
761             score += Threat[1][type_of(pos.piece_on(lsb(b)))];
762     }
763
764     if (Trace)
765         Tracing::terms[Us][Tracing::THREAT] = score;
766
767     return score;
768   }
769
770
771   // evaluate_passed_pawns() evaluates the passed pawns of the given color
772
773   template<Color Us, bool Trace>
774   Score evaluate_passed_pawns(const Position& pos, const EvalInfo& ei) {
775
776     const Color Them = (Us == WHITE ? BLACK : WHITE);
777
778     Bitboard b, squaresToQueen, defendedSquares, unsafeSquares, supportingPawns;
779     Score score = SCORE_ZERO;
780
781     b = ei.pi->passed_pawns(Us);
782
783     while (b)
784     {
785         Square s = pop_lsb(&b);
786
787         assert(pos.pawn_passed(Us, s));
788
789         int r = int(relative_rank(Us, s) - RANK_2);
790         int rr = r * (r - 1);
791
792         // Base bonus based on rank
793         Value mbonus = Value(17 * rr);
794         Value ebonus = Value(7 * (rr + r + 1));
795
796         if (rr)
797         {
798             Square blockSq = s + pawn_push(Us);
799
800             // Adjust bonus based on the king's proximity
801             ebonus +=  Value(square_distance(pos.king_square(Them), blockSq) * 5 * rr)
802                      - Value(square_distance(pos.king_square(Us  ), blockSq) * 2 * rr);
803
804             // If blockSq is not the queening square then consider also a second push
805             if (relative_rank(Us, blockSq) != RANK_8)
806                 ebonus -= Value(rr * square_distance(pos.king_square(Us), blockSq + pawn_push(Us)));
807
808             // If the pawn is free to advance, then increase the bonus
809             if (pos.empty(blockSq))
810             {
811                 squaresToQueen = forward_bb(Us, s);
812
813                 // If there is an enemy rook or queen attacking the pawn from behind,
814                 // add all X-ray attacks by the rook or queen. Otherwise consider only
815                 // the squares in the pawn's path attacked or occupied by the enemy.
816                 if (    unlikely(forward_bb(Them, s) & pos.pieces(Them, ROOK, QUEEN))
817                     && (forward_bb(Them, s) & pos.pieces(Them, ROOK, QUEEN) & pos.attacks_from<ROOK>(s)))
818                     unsafeSquares = squaresToQueen;
819                 else
820                     unsafeSquares = squaresToQueen & (ei.attackedBy[Them][ALL_PIECES] | pos.pieces(Them));
821
822                 if (    unlikely(forward_bb(Them, s) & pos.pieces(Us, ROOK, QUEEN))
823                     && (forward_bb(Them, s) & pos.pieces(Us, ROOK, QUEEN) & pos.attacks_from<ROOK>(s)))
824                     defendedSquares = squaresToQueen;
825                 else
826                     defendedSquares = squaresToQueen & ei.attackedBy[Us][ALL_PIECES];
827
828                 // If there aren't any enemy attacks, then assign a huge bonus.
829                 // The bonus will be a bit smaller if at least the block square
830                 // isn't attacked, otherwise assign the smallest possible bonus.
831                 int k = !unsafeSquares ? 15 : !(unsafeSquares & blockSq) ? 9 : 3;
832
833                 // Assign a big bonus if the path to the queen is fully defended,
834                 // otherwise assign a bit less of a bonus if at least the block
835                 // square is defended.
836                 if (defendedSquares == squaresToQueen)
837                     k += 6;
838
839                 else if (defendedSquares & blockSq)
840                     k += (unsafeSquares & defendedSquares) == unsafeSquares ? 4 : 2;
841
842                 mbonus += Value(k * rr), ebonus += Value(k * rr);
843             }
844         } // rr != 0
845
846         // Increase the bonus if the passed pawn is supported by a friendly pawn
847         // on the same rank and a bit smaller if it's on the previous rank.
848         supportingPawns = pos.pieces(Us, PAWN) & adjacent_files_bb(file_of(s));
849         if (supportingPawns & rank_bb(s))
850             ebonus += Value(r * 20);
851
852         else if (supportingPawns & rank_bb(s - pawn_push(Us)))
853             ebonus += Value(r * 12);
854
855         // Rook pawns are a special case: They are sometimes worse, and
856         // sometimes better than other passed pawns. It is difficult to find
857         // good rules for determining whether they are good or bad. For now,
858         // we try the following: Increase the value for rook pawns if the
859         // other side has no pieces apart from a knight, and decrease the
860         // value if the other side has a rook or queen.
861         if (file_of(s) == FILE_A || file_of(s) == FILE_H)
862         {
863             if (pos.non_pawn_material(Them) <= KnightValueMg)
864                 ebonus += ebonus / 4;
865
866             else if (pos.pieces(Them, ROOK, QUEEN))
867                 ebonus -= ebonus / 4;
868         }
869
870         if (pos.count<PAWN>(Us) < pos.count<PAWN>(Them))
871             ebonus += ebonus / 4;
872
873         score += make_score(mbonus, ebonus);
874     }
875
876     if (Trace)
877         Tracing::terms[Us][Tracing::PASSED] = apply_weight(score, Weights[PassedPawns]);
878
879     // Add the scores to the middlegame and endgame eval
880     return apply_weight(score, Weights[PassedPawns]);
881   }
882
883
884   // evaluate_unstoppable_pawns() scores the most advanced among the passed and
885   // candidate pawns. In case opponent has no pieces but pawns, this is somewhat
886   // related to the possibility that pawns are unstoppable.
887
888   Score evaluate_unstoppable_pawns(const Position& pos, Color us, const EvalInfo& ei) {
889
890     Bitboard b = ei.pi->passed_pawns(us) | ei.pi->candidate_pawns(us);
891
892     if (!b || pos.non_pawn_material(~us))
893         return SCORE_ZERO;
894
895     return Unstoppable * int(relative_rank(us, frontmost_sq(us, b)));
896   }
897
898
899   // evaluate_space() computes the space evaluation for a given side. The
900   // space evaluation is a simple bonus based on the number of safe squares
901   // available for minor pieces on the central four files on ranks 2--4. Safe
902   // squares one, two or three squares behind a friendly pawn are counted
903   // twice. Finally, the space bonus is scaled by a weight taken from the
904   // material hash table. The aim is to improve play on game opening.
905   template<Color Us>
906   int evaluate_space(const Position& pos, const EvalInfo& ei) {
907
908     const Color Them = (Us == WHITE ? BLACK : WHITE);
909
910     // Find the safe squares for our pieces inside the area defined by
911     // SpaceMask[]. A square is unsafe if it is attacked by an enemy
912     // pawn, or if it is undefended and attacked by an enemy piece.
913     Bitboard safe =   SpaceMask[Us]
914                    & ~pos.pieces(Us, PAWN)
915                    & ~ei.attackedBy[Them][PAWN]
916                    & (ei.attackedBy[Us][ALL_PIECES] | ~ei.attackedBy[Them][ALL_PIECES]);
917
918     // Find all squares which are at most three squares behind some friendly pawn
919     Bitboard behind = pos.pieces(Us, PAWN);
920     behind |= (Us == WHITE ? behind >>  8 : behind <<  8);
921     behind |= (Us == WHITE ? behind >> 16 : behind << 16);
922
923     // Since SpaceMask[Us] is fully on our half of the board
924     assert(unsigned(safe >> (Us == WHITE ? 32 : 0)) == 0);
925
926     // Count safe + (behind & safe) with a single popcount
927     return popcount<Full>((Us == WHITE ? safe << 32 : safe >> 32) | (behind & safe));
928   }
929
930
931   // interpolate() interpolates between a middlegame and an endgame score,
932   // based on game phase. It also scales the return value by a ScaleFactor array.
933
934   Value interpolate(const Score& v, Phase ph, ScaleFactor sf) {
935
936     assert(-VALUE_INFINITE < mg_value(v) && mg_value(v) < VALUE_INFINITE);
937     assert(-VALUE_INFINITE < eg_value(v) && eg_value(v) < VALUE_INFINITE);
938     assert(PHASE_ENDGAME <= ph && ph <= PHASE_MIDGAME);
939
940     int eg = (eg_value(v) * int(sf)) / SCALE_FACTOR_NORMAL;
941     return Value((mg_value(v) * int(ph) + eg * int(PHASE_MIDGAME - ph)) / PHASE_MIDGAME);
942   }
943
944   // apply_weight() weights score v by score w trying to prevent overflow
945   Score apply_weight(Score v, const Weight& w) {
946
947     return make_score(mg_value(v) * w.mg / 256, eg_value(v) * w.eg / 256);
948   }
949
950   // weight_option() computes the value of an evaluation weight, by combining
951   // two UCI-configurable weights (midgame and endgame) with an internal weight.
952
953   Weight weight_option(const std::string& mgOpt, const std::string& egOpt, Score internalWeight) {
954
955     Weight w = { Options[mgOpt] * mg_value(internalWeight) / 100,
956                  Options[egOpt] * eg_value(internalWeight) / 100 };
957     return w;
958   }
959
960
961   // Tracing function definitions
962
963   double Tracing::to_cp(Value v) { return double(v) / PawnValueEg; }
964
965   void Tracing::add_term(int idx, Score wScore, Score bScore) {
966
967     terms[WHITE][idx] = wScore;
968     terms[BLACK][idx] = bScore;
969   }
970
971   void Tracing::format_row(std::stringstream& ss, const char* name, int idx) {
972
973     Score wScore = terms[WHITE][idx];
974     Score bScore = terms[BLACK][idx];
975
976     switch (idx) {
977     case PST: case IMBALANCE: case PAWN: case TOTAL:
978         ss << std::setw(20) << name << " |   ---   --- |   ---   --- | "
979            << std::setw(5)  << to_cp(mg_value(wScore - bScore)) << " "
980            << std::setw(5)  << to_cp(eg_value(wScore - bScore)) << " \n";
981         break;
982     default:
983         ss << std::setw(20) << name << " | " << std::noshowpos
984            << std::setw(5)  << to_cp(mg_value(wScore)) << " "
985            << std::setw(5)  << to_cp(eg_value(wScore)) << " | "
986            << std::setw(5)  << to_cp(mg_value(bScore)) << " "
987            << std::setw(5)  << to_cp(eg_value(bScore)) << " | "
988            << std::setw(5)  << to_cp(mg_value(wScore - bScore)) << " "
989            << std::setw(5)  << to_cp(eg_value(wScore - bScore)) << " \n";
990     }
991   }
992
993   std::string Tracing::do_trace(const Position& pos) {
994
995     std::memset(terms, 0, sizeof(terms));
996
997     Value v = do_evaluate<true>(pos);
998     v = pos.side_to_move() == WHITE ? v : -v; // White's point of view
999
1000     std::stringstream ss;
1001     ss << std::showpoint << std::noshowpos << std::fixed << std::setprecision(2)
1002        << "           Eval term |    White    |    Black    |    Total    \n"
1003        << "                     |   MG    EG  |   MG    EG  |   MG    EG  \n"
1004        << "---------------------+-------------+-------------+-------------\n";
1005
1006     format_row(ss, "Material, PST, Tempo", PST);
1007     format_row(ss, "Material imbalance", IMBALANCE);
1008     format_row(ss, "Pawns", PAWN);
1009     format_row(ss, "Knights", KNIGHT);
1010     format_row(ss, "Bishops", BISHOP);
1011     format_row(ss, "Rooks", ROOK);
1012     format_row(ss, "Queens", QUEEN);
1013     format_row(ss, "Mobility", MOBILITY);
1014     format_row(ss, "King safety", KING);
1015     format_row(ss, "Threats", THREAT);
1016     format_row(ss, "Passed pawns", PASSED);
1017     format_row(ss, "Space", SPACE);
1018
1019     ss << "---------------------+-------------+-------------+-------------\n";
1020     format_row(ss, "Total", TOTAL);
1021
1022     ss << "\nTotal Evaluation: " << to_cp(v) << " (white side)\n";
1023
1024     return ss.str();
1025   }
1026 }