ca70f2d0a684529ab3b4b9c3bea9642f0f3883c4
[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(-2, -1), S( 1,  5), S( 4, 11), // Queens
123       S(  7, 17), S( 10, 23), S(13, 29), S(16, 34), S(18, 38), S(20, 40),
124       S( 22, 41), S( 23, 41), S(24, 41), S(25, 41), S(25, 41), S(25, 41),
125       S( 25, 41), S( 25, 41), S(25, 41), S(25, 41), S(25, 41), S(25, 41),
126       S( 25, 41), S( 25, 41), S(25, 41), S(25, 41) }
127   };
128
129   // Outpost[PieceType][Square] contains bonuses for knights and bishops outposts,
130   // indexed by piece type and square (from white's point of view).
131   const Value Outpost[][SQUARE_NB] = {
132   {// A     B     C     D     E     F     G     H
133     V(0), V(0), V(0), V(0), V(0), V(0), V(0), V(0), // Knights
134     V(0), V(0), V(0), V(0), V(0), V(0), V(0), V(0),
135     V(0), V(0), V(4), V(8), V(8), V(4), V(0), V(0),
136     V(0), V(4),V(17),V(26),V(26),V(17), V(4), V(0),
137     V(0), V(8),V(26),V(35),V(35),V(26), V(8), V(0),
138     V(0), V(4),V(17),V(17),V(17),V(17), V(4), V(0) },
139   {
140     V(0), V(0), V(0), V(0), V(0), V(0), V(0), V(0), // Bishops
141     V(0), V(0), V(0), V(0), V(0), V(0), V(0), V(0),
142     V(0), V(0), V(5), V(5), V(5), V(5), V(0), V(0),
143     V(0), V(5),V(10),V(10),V(10),V(10), V(5), V(0),
144     V(0),V(10),V(21),V(21),V(21),V(21),V(10), V(0),
145     V(0), V(5), V(8), V(8), V(8), V(8), V(5), V(0) }
146   };
147
148   // Threat[attacking][attacked] contains bonuses according to which piece
149   // type attacks which one.
150   const Score Threat[][PIECE_TYPE_NB] = {
151     { S(0, 0), S( 7, 39), S(24, 49), S(24, 49), S(41,100), S(41,100) }, // Minor
152     { S(0, 0), S(15, 39), S(15, 45), S(15, 45), S(15, 45), S(24, 49) }  // Major
153   };
154
155   // ThreatenedByPawn[PieceType] contains a penalty according to which piece
156   // type is attacked by an enemy pawn.
157   const Score ThreatenedByPawn[] = {
158     S(0, 0), S(0, 0), S(56, 70), S(56, 70), S(76, 99), S(86, 118)
159   };
160
161   #undef S
162
163   const Score Tempo            = make_score(24, 11);
164   const Score RookOn7th        = make_score(11, 20);
165   const Score RookOnPawn       = make_score(10, 28);
166   const Score RookOpenFile     = make_score(43, 21);
167   const Score RookSemiopenFile = make_score(19, 10);
168   const Score BishopPawns      = make_score( 8, 12);
169   const Score KnightPawns      = make_score( 8,  4);
170   const Score MinorBehindPawn  = make_score(16,  0);
171   const Score UndefendedMinor  = make_score(25, 10);
172   const Score TrappedRook      = make_score(90,  0);
173   const Score Unstoppable      = make_score( 0, 20);
174
175   // Penalty for a bishop on a1/h1 (a8/h8 for black) which is trapped by
176   // a friendly pawn on b2/g2 (b7/g7 for black). This can obviously only
177   // happen in Chess960 games.
178   const Score TrappedBishopA1H1 = make_score(50, 50);
179
180   // SpaceMask[Color] contains the area of the board which is considered
181   // by the space evaluation. In the middlegame, each side is given a bonus
182   // based on how many squares inside this area are safe and available for
183   // friendly minor pieces.
184   const Bitboard SpaceMask[] = {
185     (FileCBB | FileDBB | FileEBB | FileFBB) & (Rank2BB | Rank3BB | Rank4BB),
186     (FileCBB | FileDBB | FileEBB | FileFBB) & (Rank7BB | Rank6BB | Rank5BB)
187   };
188
189   // King danger constants and variables. The king danger scores are taken
190   // from KingDanger[]. Various little "meta-bonuses" measuring the strength
191   // of the enemy attack are added up into an integer, which is used as an
192   // index to KingDanger[].
193   //
194   // KingAttackWeights[PieceType] contains king attack weights by piece type
195   const int KingAttackWeights[] = { 0, 0, 2, 2, 3, 5 };
196
197   // Bonuses for enemy's safe checks
198   const int QueenContactCheck = 24;
199   const int RookContactCheck  = 16;
200   const int QueenCheck        = 12;
201   const int RookCheck         = 8;
202   const int BishopCheck       = 2;
203   const int KnightCheck       = 3;
204
205   // KingDanger[Color][attackUnits] contains the actual king danger weighted
206   // scores, indexed by color and by a calculated integer number.
207   Score KingDanger[COLOR_NB][128];
208
209   // Function prototypes
210   template<bool Trace>
211   Value do_evaluate(const Position& pos);
212
213   template<Color Us>
214   void init_eval_info(const Position& pos, EvalInfo& ei);
215
216   template<Color Us, bool Trace>
217   Score evaluate_pieces(const Position& pos, EvalInfo& ei, Score* mobility);
218
219   template<Color Us, bool Trace>
220   Score evaluate_king(const Position& pos, const EvalInfo& ei);
221
222   template<Color Us, bool Trace>
223   Score evaluate_threats(const Position& pos, const EvalInfo& ei);
224
225   template<Color Us, bool Trace>
226   Score evaluate_passed_pawns(const Position& pos, const EvalInfo& ei);
227
228   template<Color Us>
229   int evaluate_space(const Position& pos, const EvalInfo& ei);
230
231   Score evaluate_unstoppable_pawns(const Position& pos, Color us, const EvalInfo& ei);
232
233   Value interpolate(const Score& v, Phase ph, ScaleFactor sf);
234   Score apply_weight(Score v, const Weight& w);
235   Weight weight_option(const std::string& mgOpt, const std::string& egOpt, Score internalWeight);
236 }
237
238
239 namespace Eval {
240
241   /// evaluate() is the main evaluation function. It always computes two
242   /// values, an endgame score and a middlegame score, and interpolates
243   /// between them based on the remaining material.
244
245   Value evaluate(const Position& pos) {
246     return do_evaluate<false>(pos);
247   }
248
249
250   /// trace() is like evaluate(), but instead of returning a value, it returns
251   /// a string (suitable for outputting to stdout) that contains the detailed
252   /// descriptions and values of each evaluation term. It's mainly used for
253   /// debugging.
254   std::string trace(const Position& pos) {
255     return Tracing::do_trace(pos);
256   }
257
258
259   /// init() computes evaluation weights from the corresponding UCI parameters
260   /// and setup king tables.
261
262   void init() {
263
264     Weights[Mobility]       = weight_option("Mobility (Midgame)", "Mobility (Endgame)", WeightsInternal[Mobility]);
265     Weights[PawnStructure]  = weight_option("Pawn Structure (Midgame)", "Pawn Structure (Endgame)", WeightsInternal[PawnStructure]);
266     Weights[PassedPawns]    = weight_option("Passed Pawns (Midgame)", "Passed Pawns (Endgame)", WeightsInternal[PassedPawns]);
267     Weights[Space]          = weight_option("Space", "Space", WeightsInternal[Space]);
268     Weights[KingDangerUs]   = weight_option("Cowardice", "Cowardice", WeightsInternal[KingDangerUs]);
269     Weights[KingDangerThem] = weight_option("Aggressiveness", "Aggressiveness", WeightsInternal[KingDangerThem]);
270
271     const int MaxSlope = 30;
272     const int Peak = 1280;
273
274     for (int t = 0, i = 1; i < 100; ++i)
275     {
276         t = std::min(Peak, std::min(int(0.4 * i * i), t + MaxSlope));
277
278         KingDanger[1][i] = apply_weight(make_score(t, 0), Weights[KingDangerUs]);
279         KingDanger[0][i] = apply_weight(make_score(t, 0), Weights[KingDangerThem]);
280     }
281   }
282
283 } // namespace Eval
284
285
286 namespace {
287
288 template<bool Trace>
289 Value do_evaluate(const Position& pos) {
290
291   assert(!pos.checkers());
292
293   EvalInfo ei;
294   Score score, mobility[2] = { SCORE_ZERO, SCORE_ZERO };
295   Thread* thisThread = pos.this_thread();
296
297   // Initialize score by reading the incrementally updated scores included
298   // in the position object (material + piece square tables) and adding a
299   // Tempo bonus. Score is computed from the point of view of white.
300   score = pos.psq_score() + (pos.side_to_move() == WHITE ? Tempo : -Tempo);
301
302   // Probe the material hash table
303   ei.mi = Material::probe(pos, thisThread->materialTable, thisThread->endgames);
304   score += ei.mi->material_value();
305
306   // If we have a specialized evaluation function for the current material
307   // configuration, call it and return.
308   if (ei.mi->specialized_eval_exists())
309       return ei.mi->evaluate(pos);
310
311   // Probe the pawn hash table
312   ei.pi = Pawns::probe(pos, thisThread->pawnsTable);
313   score += apply_weight(ei.pi->pawns_value(), Weights[PawnStructure]);
314
315   // Initialize attack and king safety bitboards
316   init_eval_info<WHITE>(pos, ei);
317   init_eval_info<BLACK>(pos, ei);
318
319   // Evaluate pieces and mobility
320   score +=  evaluate_pieces<WHITE, Trace>(pos, ei, mobility)
321           - evaluate_pieces<BLACK, Trace>(pos, ei, mobility);
322
323   score += apply_weight(mobility[WHITE] - mobility[BLACK], Weights[Mobility]);
324
325   // Evaluate kings after all other pieces because we need complete attack
326   // information when computing the king safety evaluation.
327   score +=  evaluate_king<WHITE, Trace>(pos, ei)
328           - evaluate_king<BLACK, Trace>(pos, ei);
329
330   // Evaluate tactical threats, we need full attack information including king
331   score +=  evaluate_threats<WHITE, Trace>(pos, ei)
332           - evaluate_threats<BLACK, Trace>(pos, ei);
333
334   // Evaluate passed pawns, we need full attack information including king
335   score +=  evaluate_passed_pawns<WHITE, Trace>(pos, ei)
336           - evaluate_passed_pawns<BLACK, Trace>(pos, ei);
337
338   // If one side has only a king, score for potential unstoppable pawns
339   if (!pos.non_pawn_material(WHITE) || !pos.non_pawn_material(BLACK))
340       score +=  evaluate_unstoppable_pawns(pos, WHITE, ei)
341               - evaluate_unstoppable_pawns(pos, BLACK, ei);
342
343   // Evaluate space for both sides, only in middlegame
344   if (ei.mi->space_weight())
345   {
346       int s = evaluate_space<WHITE>(pos, ei) - evaluate_space<BLACK>(pos, ei);
347       score += apply_weight(s * ei.mi->space_weight(), Weights[Space]);
348   }
349
350   // Scale winning side if position is more drawish than it appears
351   ScaleFactor sf = eg_value(score) > VALUE_DRAW ? ei.mi->scale_factor(pos, WHITE)
352                                                 : ei.mi->scale_factor(pos, BLACK);
353
354   // If we don't already have an unusual scale factor, check for opposite
355   // colored bishop endgames, and use a lower scale for those.
356   if (    ei.mi->game_phase() < PHASE_MIDGAME
357       &&  pos.opposite_bishops()
358       && (sf == SCALE_FACTOR_NORMAL || sf == SCALE_FACTOR_ONEPAWN))
359   {
360       // Ignoring any pawns, do both sides only have a single bishop and no
361       // other pieces?
362       if (   pos.non_pawn_material(WHITE) == BishopValueMg
363           && pos.non_pawn_material(BLACK) == BishopValueMg)
364       {
365           // Check for KBP vs KB with only a single pawn that is almost
366           // certainly a draw or at least two pawns.
367           bool one_pawn = (pos.count<PAWN>(WHITE) + pos.count<PAWN>(BLACK) == 1);
368           sf = one_pawn ? ScaleFactor(8) : ScaleFactor(32);
369       }
370       else
371           // Endgame with opposite-colored bishops, but also other pieces. Still
372           // a bit drawish, but not as drawish as with only the two bishops.
373            sf = ScaleFactor(50 * sf / SCALE_FACTOR_NORMAL);
374   }
375
376   Value v = interpolate(score, ei.mi->game_phase(), sf);
377
378   // In case of tracing add all single evaluation contributions for both white and black
379   if (Trace)
380   {
381       Tracing::add_term(Tracing::PST, pos.psq_score());
382       Tracing::add_term(Tracing::IMBALANCE, ei.mi->material_value());
383       Tracing::add_term(PAWN, ei.pi->pawns_value());
384       Score w = ei.mi->space_weight() * evaluate_space<WHITE>(pos, ei);
385       Score b = ei.mi->space_weight() * evaluate_space<BLACK>(pos, ei);
386       Tracing::add_term(Tracing::SPACE, apply_weight(w, Weights[Space]), apply_weight(b, Weights[Space]));
387       Tracing::add_term(Tracing::TOTAL, score);
388       Tracing::ei = ei;
389       Tracing::sf = sf;
390   }
391
392   return pos.side_to_move() == WHITE ? v : -v;
393 }
394
395
396   // init_eval_info() initializes king bitboards for given color adding
397   // pawn attacks. To be done at the beginning of the evaluation.
398
399   template<Color Us>
400   void init_eval_info(const Position& pos, EvalInfo& ei) {
401
402     const Color  Them = (Us == WHITE ? BLACK : WHITE);
403     const Square Down = (Us == WHITE ? DELTA_S : DELTA_N);
404
405     ei.pinnedPieces[Us] = pos.pinned_pieces(Us);
406
407     Bitboard b = ei.attackedBy[Them][KING] = pos.attacks_from<KING>(pos.king_square(Them));
408     ei.attackedBy[Us][PAWN] = ei.pi->pawn_attacks(Us);
409
410     // Init king safety tables only if we are going to use them
411     if (pos.count<QUEEN>(Us) && pos.non_pawn_material(Us) > QueenValueMg + PawnValueMg)
412     {
413         ei.kingRing[Them] = b | shift_bb<Down>(b);
414         b &= ei.attackedBy[Us][PAWN];
415         ei.kingAttackersCount[Us] = b ? popcount<Max15>(b) : 0;
416         ei.kingAdjacentZoneAttacksCount[Us] = ei.kingAttackersWeight[Us] = 0;
417     }
418     else
419         ei.kingRing[Them] = ei.kingAttackersCount[Us] = 0;
420   }
421
422
423   // evaluate_outposts() evaluates bishop and knight outpost squares
424
425   template<PieceType Pt, Color Us>
426   Score evaluate_outposts(const Position& pos, EvalInfo& ei, Square s) {
427
428     const Color Them = (Us == WHITE ? BLACK : WHITE);
429
430     assert (Pt == BISHOP || Pt == KNIGHT);
431
432     // Initial bonus based on square
433     Value bonus = Outpost[Pt == BISHOP][relative_square(Us, s)];
434
435     // Increase bonus if supported by pawn, especially if the opponent has
436     // no minor piece which can trade with the outpost piece.
437     if (bonus && (ei.attackedBy[Us][PAWN] & s))
438     {
439         if (   !pos.pieces(Them, KNIGHT)
440             && !(squares_of_color(s) & pos.pieces(Them, BISHOP)))
441             bonus += bonus + bonus / 2;
442         else
443             bonus += bonus / 2;
444     }
445
446     return make_score(bonus, bonus);
447   }
448
449
450   // evaluate_pieces() assigns bonuses and penalties to the pieces of a given color
451
452   template<PieceType Pt, Color Us, bool Trace>
453   Score evaluate_pieces(const Position& pos, EvalInfo& ei, Score* mobility, Bitboard mobilityArea) {
454
455     Bitboard b;
456     Square s;
457     Score score = SCORE_ZERO;
458
459     const Color Them = (Us == WHITE ? BLACK : WHITE);
460     const Square* pl = pos.list<Pt>(Us);
461
462     ei.attackedBy[Us][Pt] = 0;
463
464     while ((s = *pl++) != SQ_NONE)
465     {
466         // Find attacked squares, including x-ray attacks for bishops and rooks
467         b = Pt == BISHOP ? attacks_bb<BISHOP>(s, pos.pieces() ^ pos.pieces(Us, QUEEN))
468           : Pt ==   ROOK ? attacks_bb<  ROOK>(s, pos.pieces() ^ pos.pieces(Us, ROOK, QUEEN))
469                          : pos.attacks_from<Pt>(s);
470
471         if (ei.pinnedPieces[Us] & s)
472             b &= LineBB[pos.king_square(Us)][s];
473
474         ei.attackedBy[Us][Pt] |= b;
475
476         if (b & ei.kingRing[Them])
477         {
478             ei.kingAttackersCount[Us]++;
479             ei.kingAttackersWeight[Us] += KingAttackWeights[Pt];
480             Bitboard bb = b & ei.attackedBy[Them][KING];
481             if (bb)
482                 ei.kingAdjacentZoneAttacksCount[Us] += popcount<Max15>(bb);
483         }
484
485         int mob = Pt != QUEEN ? popcount<Max15>(b & mobilityArea)
486                               : popcount<Full >(b & mobilityArea);
487
488         mobility[Us] += MobilityBonus[Pt][mob];
489
490         // Decrease score if we are attacked by an enemy pawn. The remaining part
491         // of threat evaluation must be done later when we have full attack info.
492         if (ei.attackedBy[Them][PAWN] & s)
493             score -= ThreatenedByPawn[Pt];
494
495         if (Pt == BISHOP || Pt == KNIGHT)
496         {
497             // Penalty for bishop with same colored pawns
498             if (Pt == BISHOP)
499                 score -= BishopPawns * ei.pi->pawns_on_same_color_squares(Us, s);
500
501             // Penalty for knight when there are few enemy pawns
502             if (Pt == KNIGHT)
503                 score -= KnightPawns * std::max(5 - pos.count<PAWN>(Them), 0);
504
505             // Bishop and knight outposts squares
506             if (!(pos.pieces(Them, PAWN) & pawn_attack_span(Us, s)))
507                 score += evaluate_outposts<Pt, Us>(pos, ei, s);
508
509             // Bishop or knight behind a pawn
510             if (    relative_rank(Us, s) < RANK_5
511                 && (pos.pieces(PAWN) & (s + pawn_push(Us))))
512                 score += MinorBehindPawn;
513         }
514
515         if (Pt == ROOK)
516         {
517             // Rook on 7th rank and enemy king trapped on 8th
518             if (   relative_rank(Us, s) == RANK_7
519                 && relative_rank(Us, pos.king_square(Them)) == RANK_8)
520                 score += RookOn7th;
521
522             // Rook piece attacking enemy pawns on the same rank/file
523             if (relative_rank(Us, s) >= RANK_5)
524             {
525                 Bitboard pawns = pos.pieces(Them, PAWN) & PseudoAttacks[ROOK][s];
526                 if (pawns)
527                     score += popcount<Max15>(pawns) * RookOnPawn;
528             }
529
530             // Give a bonus for a rook on a open or semi-open file
531             if (ei.pi->semiopen(Us, file_of(s)))
532                 score += ei.pi->semiopen(Them, file_of(s)) ? RookOpenFile : RookSemiopenFile;
533
534             if (mob > 3 || ei.pi->semiopen(Us, file_of(s)))
535                 continue;
536
537             Square ksq = pos.king_square(Us);
538
539             // Penalize rooks which are trapped by a king. Penalize more if the
540             // king has lost its castling capability.
541             if (   ((file_of(ksq) < FILE_E) == (file_of(s) < file_of(ksq)))
542                 && (rank_of(ksq) == rank_of(s) || relative_rank(Us, ksq) == RANK_1)
543                 && !ei.pi->semiopen_on_side(Us, file_of(ksq), file_of(ksq) < FILE_E))
544                 score -= (TrappedRook - make_score(mob * 8, 0)) * (pos.can_castle(Us) ? 1 : 2);
545         }
546
547         // An important Chess960 pattern: A cornered bishop blocked by a friendly
548         // pawn diagonally in front of it is a very serious problem, especially
549         // when that pawn is also blocked.
550         if (   Pt == BISHOP
551             && pos.is_chess960()
552             && (s == relative_square(Us, SQ_A1) || s == relative_square(Us, SQ_H1)))
553         {
554             Square d = pawn_push(Us) + (file_of(s) == FILE_A ? DELTA_E : DELTA_W);
555             if (pos.piece_on(s + d) == make_piece(Us, PAWN))
556                 score -= !pos.empty(s + d + pawn_push(Us))                ? TrappedBishopA1H1 * 4
557                         : pos.piece_on(s + d + d) == make_piece(Us, PAWN) ? TrappedBishopA1H1 * 2
558                                                                           : TrappedBishopA1H1;
559         }
560     }
561
562     if (Trace)
563         Tracing::terms[Us][Pt] = score;
564
565     return score;
566   }
567
568
569   // evaluate_pieces() assigns bonuses and penalties to all the
570   // pieces of a given color.
571
572   template<Color Us, bool Trace>
573   Score evaluate_pieces(const Position& pos, EvalInfo& ei, Score* mobility) {
574
575     const Color Them = (Us == WHITE ? BLACK : WHITE);
576
577     // Do not include in mobility squares protected by enemy pawns or occupied by our pieces
578     const Bitboard mobilityArea = ~(ei.attackedBy[Them][PAWN] | pos.pieces(Us, PAWN, KING));
579
580     Score score =  evaluate_pieces<KNIGHT, Us, Trace>(pos, ei, mobility, mobilityArea)
581                  + evaluate_pieces<BISHOP, Us, Trace>(pos, ei, mobility, mobilityArea)
582                  + evaluate_pieces<ROOK,   Us, Trace>(pos, ei, mobility, mobilityArea)
583                  + evaluate_pieces<QUEEN,  Us, Trace>(pos, ei, mobility, mobilityArea);
584
585     // Sum up all attacked squares (updated in evaluate_pieces)
586     ei.attackedBy[Us][ALL_PIECES] =  ei.attackedBy[Us][PAWN]   | ei.attackedBy[Us][KNIGHT]
587                                    | ei.attackedBy[Us][BISHOP] | ei.attackedBy[Us][ROOK]
588                                    | ei.attackedBy[Us][QUEEN]  | ei.attackedBy[Us][KING];
589     if (Trace)
590         Tracing::terms[Us][Tracing::MOBILITY] = apply_weight(mobility[Us], Weights[Mobility]);
591
592     return score;
593   }
594
595
596   // evaluate_king() assigns bonuses and penalties to a king of a given color
597
598   template<Color Us, bool Trace>
599   Score evaluate_king(const Position& pos, const EvalInfo& ei) {
600
601     const Color Them = (Us == WHITE ? BLACK : WHITE);
602
603     Bitboard undefended, b, b1, b2, safe;
604     int attackUnits;
605     const Square ksq = pos.king_square(Us);
606
607     // King shelter and enemy pawns storm
608     Score score = ei.pi->king_safety<Us>(pos, ksq);
609
610     // Main king safety evaluation
611     if (ei.kingAttackersCount[Them])
612     {
613         // Find the attacked squares around the king which have no defenders
614         // apart from the king itself
615         undefended =  ei.attackedBy[Them][ALL_PIECES]
616                     & ei.attackedBy[Us][KING]
617                     & ~(  ei.attackedBy[Us][PAWN]   | ei.attackedBy[Us][KNIGHT]
618                         | ei.attackedBy[Us][BISHOP] | ei.attackedBy[Us][ROOK]
619                         | ei.attackedBy[Us][QUEEN]);
620
621         // Initialize the 'attackUnits' variable, which is used later on as an
622         // index to the KingDanger[] array. The initial value is based on the
623         // number and types of the enemy's attacking pieces, the number of
624         // attacked and undefended squares around our king and the quality of
625         // the pawn shelter (current 'score' value).
626         attackUnits =  std::min(20, (ei.kingAttackersCount[Them] * ei.kingAttackersWeight[Them]) / 2)
627                      + 3 * (ei.kingAdjacentZoneAttacksCount[Them] + popcount<Max15>(undefended))
628                      + 2 * (ei.pinnedPieces[Us] != 0)
629                      - mg_value(score) / 32;
630
631         // Analyse the enemy's safe queen contact checks. Firstly, find the
632         // undefended squares around the king that are attacked by the enemy's
633         // queen...
634         b = undefended & ei.attackedBy[Them][QUEEN] & ~pos.pieces(Them);
635         if (b)
636         {
637             // ...and then remove squares not supported by another enemy piece
638             b &= (  ei.attackedBy[Them][PAWN]   | ei.attackedBy[Them][KNIGHT]
639                   | ei.attackedBy[Them][BISHOP] | ei.attackedBy[Them][ROOK]);
640
641             if (b)
642                 attackUnits +=  QueenContactCheck
643                               * popcount<Max15>(b)
644                               * (Them == pos.side_to_move() ? 2 : 1);
645         }
646
647         // Analyse the enemy's safe rook contact checks. Firstly, find the
648         // undefended squares around the king that are attacked by the enemy's
649         // rooks...
650         b = undefended & ei.attackedBy[Them][ROOK] & ~pos.pieces(Them);
651
652         // Consider only squares where the enemy's rook gives check
653         b &= PseudoAttacks[ROOK][ksq];
654
655         if (b)
656         {
657             // ...and then remove squares not supported by another enemy piece
658             b &= (  ei.attackedBy[Them][PAWN]   | ei.attackedBy[Them][KNIGHT]
659                   | ei.attackedBy[Them][BISHOP] | ei.attackedBy[Them][QUEEN]);
660
661             if (b)
662                 attackUnits +=  RookContactCheck
663                               * popcount<Max15>(b)
664                               * (Them == pos.side_to_move() ? 2 : 1);
665         }
666
667         // Analyse the enemy's safe distance checks for sliders and knights
668         safe = ~(pos.pieces(Them) | ei.attackedBy[Us][ALL_PIECES]);
669
670         b1 = pos.attacks_from<ROOK>(ksq) & safe;
671         b2 = pos.attacks_from<BISHOP>(ksq) & safe;
672
673         // Enemy queen safe checks
674         b = (b1 | b2) & ei.attackedBy[Them][QUEEN];
675         if (b)
676             attackUnits += QueenCheck * popcount<Max15>(b);
677
678         // Enemy rooks safe checks
679         b = b1 & ei.attackedBy[Them][ROOK];
680         if (b)
681             attackUnits += RookCheck * popcount<Max15>(b);
682
683         // Enemy bishops safe checks
684         b = b2 & ei.attackedBy[Them][BISHOP];
685         if (b)
686             attackUnits += BishopCheck * popcount<Max15>(b);
687
688         // Enemy knights safe checks
689         b = pos.attacks_from<KNIGHT>(ksq) & ei.attackedBy[Them][KNIGHT] & safe;
690         if (b)
691             attackUnits += KnightCheck * popcount<Max15>(b);
692
693         // To index KingDanger[] attackUnits must be in [0, 99] range
694         attackUnits = std::min(99, std::max(0, attackUnits));
695
696         // Finally, extract the king danger score from the KingDanger[]
697         // array and subtract the score from evaluation.
698         score -= KingDanger[Us == Search::RootColor][attackUnits];
699     }
700
701     if (Trace)
702         Tracing::terms[Us][KING] = score;
703
704     return score;
705   }
706
707
708   // evaluate_threats() assigns bonuses according to the type of attacking piece
709   // and the type of attacked one.
710
711   template<Color Us, bool Trace>
712   Score evaluate_threats(const Position& pos, const EvalInfo& ei) {
713
714     const Color Them = (Us == WHITE ? BLACK : WHITE);
715
716     Bitboard b, undefendedMinors, weakEnemies;
717     Score score = SCORE_ZERO;
718
719     // Undefended minors get penalized even if they are not under attack
720     undefendedMinors =  pos.pieces(Them, BISHOP, KNIGHT)
721                       & ~ei.attackedBy[Them][ALL_PIECES];
722
723     if (undefendedMinors)
724         score += UndefendedMinor;
725
726     // Enemy pieces not defended by a pawn and under our attack
727     weakEnemies =  pos.pieces(Them)
728                  & ~ei.attackedBy[Them][PAWN]
729                  & ei.attackedBy[Us][ALL_PIECES];
730
731     // Add a bonus according if the attacking pieces are minor or major
732     if (weakEnemies)
733     {
734         b = weakEnemies & (ei.attackedBy[Us][KNIGHT] | ei.attackedBy[Us][BISHOP]);
735         if (b)
736             score += Threat[0][type_of(pos.piece_on(lsb(b)))];
737
738         b = weakEnemies & (ei.attackedBy[Us][ROOK] | ei.attackedBy[Us][QUEEN]);
739         if (b)
740             score += Threat[1][type_of(pos.piece_on(lsb(b)))];
741     }
742
743     if (Trace)
744         Tracing::terms[Us][Tracing::THREAT] = score;
745
746     return score;
747   }
748
749
750   // evaluate_passed_pawns() evaluates the passed pawns of the given color
751
752   template<Color Us, bool Trace>
753   Score evaluate_passed_pawns(const Position& pos, const EvalInfo& ei) {
754
755     const Color Them = (Us == WHITE ? BLACK : WHITE);
756
757     Bitboard b, squaresToQueen, defendedSquares, unsafeSquares, supportingPawns;
758     Score score = SCORE_ZERO;
759
760     b = ei.pi->passed_pawns(Us);
761
762     while (b)
763     {
764         Square s = pop_lsb(&b);
765
766         assert(pos.pawn_passed(Us, s));
767
768         int r = int(relative_rank(Us, s) - RANK_2);
769         int rr = r * (r - 1);
770
771         // Base bonus based on rank
772         Value mbonus = Value(17 * rr);
773         Value ebonus = Value(7 * (rr + r + 1));
774
775         if (rr)
776         {
777             Square blockSq = s + pawn_push(Us);
778
779             // Adjust bonus based on the king's proximity
780             ebonus +=  Value(square_distance(pos.king_square(Them), blockSq) * 5 * rr)
781                      - Value(square_distance(pos.king_square(Us  ), blockSq) * 2 * rr);
782
783             // If blockSq is not the queening square then consider also a second push
784             if (relative_rank(Us, blockSq) != RANK_8)
785                 ebonus -= Value(rr * square_distance(pos.king_square(Us), blockSq + pawn_push(Us)));
786
787             // If the pawn is free to advance, then increase the bonus
788             if (pos.empty(blockSq))
789             {
790                 squaresToQueen = forward_bb(Us, s);
791
792                 // If there is an enemy rook or queen attacking the pawn from behind,
793                 // add all X-ray attacks by the rook or queen. Otherwise consider only
794                 // the squares in the pawn's path attacked or occupied by the enemy.
795                 if (    unlikely(forward_bb(Them, s) & pos.pieces(Them, ROOK, QUEEN))
796                     && (forward_bb(Them, s) & pos.pieces(Them, ROOK, QUEEN) & pos.attacks_from<ROOK>(s)))
797                     unsafeSquares = squaresToQueen;
798                 else
799                     unsafeSquares = squaresToQueen & (ei.attackedBy[Them][ALL_PIECES] | pos.pieces(Them));
800
801                 if (    unlikely(forward_bb(Them, s) & pos.pieces(Us, ROOK, QUEEN))
802                     && (forward_bb(Them, s) & pos.pieces(Us, ROOK, QUEEN) & pos.attacks_from<ROOK>(s)))
803                     defendedSquares = squaresToQueen;
804                 else
805                     defendedSquares = squaresToQueen & ei.attackedBy[Us][ALL_PIECES];
806
807                 // If there aren't any enemy attacks, then assign a huge bonus.
808                 // The bonus will be a bit smaller if at least the block square
809                 // isn't attacked, otherwise assign the smallest possible bonus.
810                 int k = !unsafeSquares ? 15 : !(unsafeSquares & blockSq) ? 9 : 3;
811
812                 // Assign a big bonus if the path to the queen is fully defended,
813                 // otherwise assign a bit less of a bonus if at least the block
814                 // square is defended.
815                 if (defendedSquares == squaresToQueen)
816                     k += 6;
817
818                 else if (defendedSquares & blockSq)
819                     k += (unsafeSquares & defendedSquares) == unsafeSquares ? 4 : 2;
820
821                 mbonus += Value(k * rr), ebonus += Value(k * rr);
822             }
823         } // rr != 0
824
825         // Increase the bonus if the passed pawn is supported by a friendly pawn
826         // on the same rank and a bit smaller if it's on the previous rank.
827         supportingPawns = pos.pieces(Us, PAWN) & adjacent_files_bb(file_of(s));
828         if (supportingPawns & rank_bb(s))
829             ebonus += Value(r * 20);
830
831         else if (supportingPawns & rank_bb(s - pawn_push(Us)))
832             ebonus += Value(r * 12);
833
834         // Rook pawns are a special case: They are sometimes worse, and
835         // sometimes better than other passed pawns. It is difficult to find
836         // good rules for determining whether they are good or bad. For now,
837         // we try the following: Increase the value for rook pawns if the
838         // other side has no pieces apart from a knight, and decrease the
839         // value if the other side has a rook or queen.
840         if (file_of(s) == FILE_A || file_of(s) == FILE_H)
841         {
842             if (pos.non_pawn_material(Them) <= KnightValueMg)
843                 ebonus += ebonus / 4;
844
845             else if (pos.pieces(Them, ROOK, QUEEN))
846                 ebonus -= ebonus / 4;
847         }
848
849         if (pos.count<PAWN>(Us) < pos.count<PAWN>(Them))
850             ebonus += ebonus / 4;
851
852         score += make_score(mbonus, ebonus);
853     }
854
855     if (Trace)
856         Tracing::terms[Us][Tracing::PASSED] = apply_weight(score, Weights[PassedPawns]);
857
858     // Add the scores to the middlegame and endgame eval
859     return apply_weight(score, Weights[PassedPawns]);
860   }
861
862
863   // evaluate_unstoppable_pawns() scores the most advanced among the passed and
864   // candidate pawns. In case opponent has no pieces but pawns, this is somewhat
865   // related to the possibility that pawns are unstoppable.
866
867   Score evaluate_unstoppable_pawns(const Position& pos, Color us, const EvalInfo& ei) {
868
869     Bitboard b = ei.pi->passed_pawns(us) | ei.pi->candidate_pawns(us);
870
871     if (!b || pos.non_pawn_material(~us))
872         return SCORE_ZERO;
873
874     return Unstoppable * int(relative_rank(us, frontmost_sq(us, b)));
875   }
876
877
878   // evaluate_space() computes the space evaluation for a given side. The
879   // space evaluation is a simple bonus based on the number of safe squares
880   // available for minor pieces on the central four files on ranks 2--4. Safe
881   // squares one, two or three squares behind a friendly pawn are counted
882   // twice. Finally, the space bonus is scaled by a weight taken from the
883   // material hash table. The aim is to improve play on game opening.
884   template<Color Us>
885   int evaluate_space(const Position& pos, const EvalInfo& ei) {
886
887     const Color Them = (Us == WHITE ? BLACK : WHITE);
888
889     // Find the safe squares for our pieces inside the area defined by
890     // SpaceMask[]. A square is unsafe if it is attacked by an enemy
891     // pawn, or if it is undefended and attacked by an enemy piece.
892     Bitboard safe =   SpaceMask[Us]
893                    & ~pos.pieces(Us, PAWN)
894                    & ~ei.attackedBy[Them][PAWN]
895                    & (ei.attackedBy[Us][ALL_PIECES] | ~ei.attackedBy[Them][ALL_PIECES]);
896
897     // Find all squares which are at most three squares behind some friendly pawn
898     Bitboard behind = pos.pieces(Us, PAWN);
899     behind |= (Us == WHITE ? behind >>  8 : behind <<  8);
900     behind |= (Us == WHITE ? behind >> 16 : behind << 16);
901
902     // Since SpaceMask[Us] is fully on our half of the board
903     assert(unsigned(safe >> (Us == WHITE ? 32 : 0)) == 0);
904
905     // Count safe + (behind & safe) with a single popcount
906     return popcount<Full>((Us == WHITE ? safe << 32 : safe >> 32) | (behind & safe));
907   }
908
909
910   // interpolate() interpolates between a middlegame and an endgame score,
911   // based on game phase. It also scales the return value by a ScaleFactor array.
912
913   Value interpolate(const Score& v, Phase ph, ScaleFactor sf) {
914
915     assert(-VALUE_INFINITE < mg_value(v) && mg_value(v) < VALUE_INFINITE);
916     assert(-VALUE_INFINITE < eg_value(v) && eg_value(v) < VALUE_INFINITE);
917     assert(PHASE_ENDGAME <= ph && ph <= PHASE_MIDGAME);
918
919     int eg = (eg_value(v) * int(sf)) / SCALE_FACTOR_NORMAL;
920     return Value((mg_value(v) * int(ph) + eg * int(PHASE_MIDGAME - ph)) / PHASE_MIDGAME);
921   }
922
923   // apply_weight() weights score v by score w trying to prevent overflow
924   Score apply_weight(Score v, const Weight& w) {
925
926     return make_score(mg_value(v) * w.mg / 256, eg_value(v) * w.eg / 256);
927   }
928
929   // weight_option() computes the value of an evaluation weight, by combining
930   // two UCI-configurable weights (midgame and endgame) with an internal weight.
931
932   Weight weight_option(const std::string& mgOpt, const std::string& egOpt, Score internalWeight) {
933
934     Weight w = { Options[mgOpt] * mg_value(internalWeight) / 100,
935                  Options[egOpt] * eg_value(internalWeight) / 100 };
936     return w;
937   }
938
939
940   // Tracing function definitions
941
942   double Tracing::to_cp(Value v) { return double(v) / PawnValueEg; }
943
944   void Tracing::add_term(int idx, Score wScore, Score bScore) {
945
946     terms[WHITE][idx] = wScore;
947     terms[BLACK][idx] = bScore;
948   }
949
950   void Tracing::format_row(std::stringstream& ss, const char* name, int idx) {
951
952     Score wScore = terms[WHITE][idx];
953     Score bScore = terms[BLACK][idx];
954
955     switch (idx) {
956     case PST: case IMBALANCE: case PAWN: case TOTAL:
957         ss << std::setw(20) << name << " |   ---   --- |   ---   --- | "
958            << std::setw(5)  << to_cp(mg_value(wScore - bScore)) << " "
959            << std::setw(5)  << to_cp(eg_value(wScore - bScore)) << " \n";
960         break;
961     default:
962         ss << std::setw(20) << name << " | " << std::noshowpos
963            << std::setw(5)  << to_cp(mg_value(wScore)) << " "
964            << std::setw(5)  << to_cp(eg_value(wScore)) << " | "
965            << std::setw(5)  << to_cp(mg_value(bScore)) << " "
966            << std::setw(5)  << to_cp(eg_value(bScore)) << " | "
967            << std::setw(5)  << to_cp(mg_value(wScore - bScore)) << " "
968            << std::setw(5)  << to_cp(eg_value(wScore - bScore)) << " \n";
969     }
970   }
971
972   std::string Tracing::do_trace(const Position& pos) {
973
974     std::memset(terms, 0, sizeof(terms));
975
976     Value v = do_evaluate<true>(pos);
977     v = pos.side_to_move() == WHITE ? v : -v; // White's point of view
978
979     std::stringstream ss;
980     ss << std::showpoint << std::noshowpos << std::fixed << std::setprecision(2)
981        << "           Eval term |    White    |    Black    |    Total    \n"
982        << "                     |   MG    EG  |   MG    EG  |   MG    EG  \n"
983        << "---------------------+-------------+-------------+-------------\n";
984
985     format_row(ss, "Material, PST, Tempo", PST);
986     format_row(ss, "Material imbalance", IMBALANCE);
987     format_row(ss, "Pawns", PAWN);
988     format_row(ss, "Knights", KNIGHT);
989     format_row(ss, "Bishops", BISHOP);
990     format_row(ss, "Rooks", ROOK);
991     format_row(ss, "Queens", QUEEN);
992     format_row(ss, "Mobility", MOBILITY);
993     format_row(ss, "King safety", KING);
994     format_row(ss, "Threats", THREAT);
995     format_row(ss, "Passed pawns", PASSED);
996     format_row(ss, "Space", SPACE);
997
998     ss << "---------------------+-------------+-------------+-------------\n";
999     format_row(ss, "Total", TOTAL);
1000
1001     ss << "\nTotal Evaluation: " << to_cp(v) << " (white side)\n";
1002
1003     return ss.str();
1004   }
1005 }