]> git.sesse.net Git - stockfish/blob - src/evaluate.cpp
Small cleanups (march 2021)
[stockfish] / src / evaluate.cpp
1 /*
2   Stockfish, a UCI chess playing engine derived from Glaurung 2.1
3   Copyright (C) 2004-2021 The Stockfish developers (see AUTHORS file)
4
5   Stockfish is free software: you can redistribute it and/or modify
6   it under the terms of the GNU General Public License as published by
7   the Free Software Foundation, either version 3 of the License, or
8   (at your option) any later version.
9
10   Stockfish is distributed in the hope that it will be useful,
11   but WITHOUT ANY WARRANTY; without even the implied warranty of
12   MERCHANTABILITY or FITNESS FOR A PARTICULAR PURPOSE.  See the
13   GNU General Public License for more details.
14
15   You should have received a copy of the GNU General Public License
16   along with this program.  If not, see <http://www.gnu.org/licenses/>.
17 */
18
19 #include <algorithm>
20 #include <cassert>
21 #include <cstdlib>
22 #include <cstring>   // For std::memset
23 #include <fstream>
24 #include <iomanip>
25 #include <sstream>
26 #include <iostream>
27 #include <streambuf>
28 #include <vector>
29
30 #include "bitboard.h"
31 #include "evaluate.h"
32 #include "material.h"
33 #include "misc.h"
34 #include "pawns.h"
35 #include "thread.h"
36 #include "uci.h"
37 #include "incbin/incbin.h"
38
39
40 // Macro to embed the default efficiently updatable neural network (NNUE) file
41 // data in the engine binary (using incbin.h, by Dale Weiler).
42 // This macro invocation will declare the following three variables
43 //     const unsigned char        gEmbeddedNNUEData[];  // a pointer to the embedded data
44 //     const unsigned char *const gEmbeddedNNUEEnd;     // a marker to the end
45 //     const unsigned int         gEmbeddedNNUESize;    // the size of the embedded file
46 // Note that this does not work in Microsoft Visual Studio.
47 #if !defined(_MSC_VER) && !defined(NNUE_EMBEDDING_OFF)
48   INCBIN(EmbeddedNNUE, EvalFileDefaultName);
49 #else
50   const unsigned char        gEmbeddedNNUEData[1] = {0x0};
51   const unsigned char *const gEmbeddedNNUEEnd = &gEmbeddedNNUEData[1];
52   const unsigned int         gEmbeddedNNUESize = 1;
53 #endif
54
55
56 using namespace std;
57
58 namespace Stockfish {
59
60 namespace Eval {
61
62   bool useNNUE;
63   string eval_file_loaded = "None";
64
65   /// NNUE::init() tries to load a NNUE network at startup time, or when the engine
66   /// receives a UCI command "setoption name EvalFile value nn-[a-z0-9]{12}.nnue"
67   /// The name of the NNUE network is always retrieved from the EvalFile option.
68   /// We search the given network in three locations: internally (the default
69   /// network may be embedded in the binary), in the active working directory and
70   /// in the engine directory. Distro packagers may define the DEFAULT_NNUE_DIRECTORY
71   /// variable to have the engine search in a special directory in their distro.
72
73   void NNUE::init() {
74
75     useNNUE = Options["Use NNUE"];
76     if (!useNNUE)
77         return;
78
79     string eval_file = string(Options["EvalFile"]);
80
81     #if defined(DEFAULT_NNUE_DIRECTORY)
82     #define stringify2(x) #x
83     #define stringify(x) stringify2(x)
84     vector<string> dirs = { "<internal>" , "" , CommandLine::binaryDirectory , stringify(DEFAULT_NNUE_DIRECTORY) };
85     #else
86     vector<string> dirs = { "<internal>" , "" , CommandLine::binaryDirectory };
87     #endif
88
89     for (string directory : dirs)
90         if (eval_file_loaded != eval_file)
91         {
92             if (directory != "<internal>")
93             {
94                 ifstream stream(directory + eval_file, ios::binary);
95                 if (load_eval(eval_file, stream))
96                     eval_file_loaded = eval_file;
97             }
98
99             if (directory == "<internal>" && eval_file == EvalFileDefaultName)
100             {
101                 // C++ way to prepare a buffer for a memory stream
102                 class MemoryBuffer : public basic_streambuf<char> {
103                     public: MemoryBuffer(char* p, size_t n) { setg(p, p, p + n); setp(p, p + n); }
104                 };
105
106                 MemoryBuffer buffer(const_cast<char*>(reinterpret_cast<const char*>(gEmbeddedNNUEData)),
107                                     size_t(gEmbeddedNNUESize));
108
109                 istream stream(&buffer);
110                 if (load_eval(eval_file, stream))
111                     eval_file_loaded = eval_file;
112             }
113         }
114   }
115
116   /// NNUE::verify() verifies that the last net used was loaded successfully
117   void NNUE::verify() {
118
119     string eval_file = string(Options["EvalFile"]);
120
121     if (useNNUE && eval_file_loaded != eval_file)
122     {
123         UCI::OptionsMap defaults;
124         UCI::init(defaults);
125
126         string msg1 = "If the UCI option \"Use NNUE\" is set to true, network evaluation parameters compatible with the engine must be available.";
127         string msg2 = "The option is set to true, but the network file " + eval_file + " was not loaded successfully.";
128         string msg3 = "The UCI option EvalFile might need to specify the full path, including the directory name, to the network file.";
129         string msg4 = "The default net can be downloaded from: https://tests.stockfishchess.org/api/nn/" + string(defaults["EvalFile"]);
130         string msg5 = "The engine will be terminated now.";
131
132         sync_cout << "info string ERROR: " << msg1 << sync_endl;
133         sync_cout << "info string ERROR: " << msg2 << sync_endl;
134         sync_cout << "info string ERROR: " << msg3 << sync_endl;
135         sync_cout << "info string ERROR: " << msg4 << sync_endl;
136         sync_cout << "info string ERROR: " << msg5 << sync_endl;
137
138         exit(EXIT_FAILURE);
139     }
140
141     if (useNNUE)
142         sync_cout << "info string NNUE evaluation using " << eval_file << " enabled" << sync_endl;
143     else
144         sync_cout << "info string classical evaluation enabled" << sync_endl;
145   }
146 }
147
148 namespace Trace {
149
150   enum Tracing { NO_TRACE, TRACE };
151
152   enum Term { // The first 8 entries are reserved for PieceType
153     MATERIAL = 8, IMBALANCE, MOBILITY, THREAT, PASSED, SPACE, WINNABLE, TOTAL, TERM_NB
154   };
155
156   Score scores[TERM_NB][COLOR_NB];
157
158   double to_cp(Value v) { return double(v) / PawnValueEg; }
159
160   void add(int idx, Color c, Score s) {
161     scores[idx][c] = s;
162   }
163
164   void add(int idx, Score w, Score b = SCORE_ZERO) {
165     scores[idx][WHITE] = w;
166     scores[idx][BLACK] = b;
167   }
168
169   std::ostream& operator<<(std::ostream& os, Score s) {
170     os << std::setw(5) << to_cp(mg_value(s)) << " "
171        << std::setw(5) << to_cp(eg_value(s));
172     return os;
173   }
174
175   std::ostream& operator<<(std::ostream& os, Term t) {
176
177     if (t == MATERIAL || t == IMBALANCE || t == WINNABLE || t == TOTAL)
178         os << " ----  ----"    << " | " << " ----  ----";
179     else
180         os << scores[t][WHITE] << " | " << scores[t][BLACK];
181
182     os << " | " << scores[t][WHITE] - scores[t][BLACK] << "\n";
183     return os;
184   }
185 }
186
187 using namespace Trace;
188
189 namespace {
190
191   // Threshold for lazy and space evaluation
192   constexpr Value LazyThreshold1 =  Value(1565);
193   constexpr Value LazyThreshold2 =  Value(1102);
194   constexpr Value SpaceThreshold = Value(11551);
195   constexpr Value NNUEThreshold1 =   Value(682);
196   constexpr Value NNUEThreshold2 =   Value(176);
197
198   // KingAttackWeights[PieceType] contains king attack weights by piece type
199   constexpr int KingAttackWeights[PIECE_TYPE_NB] = { 0, 0, 81, 52, 44, 10 };
200
201   // SafeCheck[PieceType][single/multiple] contains safe check bonus by piece type,
202   // higher if multiple safe checks are possible for that piece type.
203   constexpr int SafeCheck[][2] = {
204       {}, {}, {803, 1292}, {639, 974}, {1087, 1878}, {759, 1132}
205   };
206
207 #define S(mg, eg) make_score(mg, eg)
208
209   // MobilityBonus[PieceType-2][attacked] contains bonuses for middle and end game,
210   // indexed by piece type and number of attacked squares in the mobility area.
211   constexpr Score MobilityBonus[][32] = {
212     { S(-62,-79), S(-53,-57), S(-12,-31), S( -3,-17), S(  3,  7), S( 12, 13), // Knight
213       S( 21, 16), S( 28, 21), S( 37, 26) },
214     { S(-47,-59), S(-20,-25), S( 14, -8), S( 29, 12), S( 39, 21), S( 53, 40), // Bishop
215       S( 53, 56), S( 60, 58), S( 62, 65), S( 69, 72), S( 78, 78), S( 83, 87),
216       S( 91, 88), S( 96, 98) },
217     { S(-60,-82), S(-24,-15), S(  0, 17) ,S(  3, 43), S(  4, 72), S( 14,100), // Rook
218       S( 20,102), S( 30,122), S( 41,133), S(41 ,139), S( 41,153), S( 45,160),
219       S( 57,165), S( 58,170), S( 67,175) },
220     { S(-29,-49), S(-16,-29), S( -8, -8), S( -8, 17), S( 18, 39), S( 25, 54), // Queen
221       S( 23, 59), S( 37, 73), S( 41, 76), S( 54, 95), S( 65, 95) ,S( 68,101),
222       S( 69,124), S( 70,128), S( 70,132), S( 70,133) ,S( 71,136), S( 72,140),
223       S( 74,147), S( 76,149), S( 90,153), S(104,169), S(105,171), S(106,171),
224       S(112,178), S(114,185), S(114,187), S(119,221) }
225   };
226
227   // BishopPawns[distance from edge] contains a file-dependent penalty for pawns on
228   // squares of the same color as our bishop.
229   constexpr Score BishopPawns[int(FILE_NB) / 2] = {
230     S(3, 8), S(3, 9), S(2, 8), S(3, 8)
231   };
232
233   // KingProtector[knight/bishop] contains penalty for each distance unit to own king
234   constexpr Score KingProtector[] = { S(8, 9), S(6, 9) };
235
236   // Outpost[knight/bishop] contains bonuses for each knight or bishop occupying a
237   // pawn protected square on rank 4 to 6 which is also safe from a pawn attack.
238   constexpr Score Outpost[] = { S(57, 38), S(31, 24) };
239
240   // PassedRank[Rank] contains a bonus according to the rank of a passed pawn
241   constexpr Score PassedRank[RANK_NB] = {
242     S(0, 0), S(7, 27), S(16, 32), S(17, 40), S(64, 71), S(170, 174), S(278, 262)
243   };
244
245   constexpr Score RookOnClosedFile = S(10, 5);
246   constexpr Score RookOnOpenFile[] = { S(19, 6), S(47, 26) };
247
248   // ThreatByMinor/ByRook[attacked PieceType] contains bonuses according to
249   // which piece type attacks which one. Attacks on lesser pieces which are
250   // pawn-defended are not considered.
251   constexpr Score ThreatByMinor[PIECE_TYPE_NB] = {
252     S(0, 0), S(5, 32), S(55, 41), S(77, 56), S(89, 119), S(79, 162)
253   };
254
255   constexpr Score ThreatByRook[PIECE_TYPE_NB] = {
256     S(0, 0), S(3, 44), S(37, 68), S(42, 60), S(0, 39), S(58, 43)
257   };
258
259   // Assorted bonuses and penalties
260   constexpr Score UncontestedOutpost  = S(  1, 10);
261   constexpr Score BishopOnKingRing    = S( 24,  0);
262   constexpr Score BishopXRayPawns     = S(  4,  5);
263   constexpr Score CorneredBishop      = S( 50, 50);
264   constexpr Score FlankAttacks        = S(  8,  0);
265   constexpr Score Hanging             = S( 69, 36);
266   constexpr Score KnightOnQueen       = S( 16, 11);
267   constexpr Score LongDiagonalBishop  = S( 45,  0);
268   constexpr Score MinorBehindPawn     = S( 18,  3);
269   constexpr Score PassedFile          = S( 11,  8);
270   constexpr Score PawnlessFlank       = S( 17, 95);
271   constexpr Score ReachableOutpost    = S( 31, 22);
272   constexpr Score RestrictedPiece     = S(  7,  7);
273   constexpr Score RookOnKingRing      = S( 16,  0);
274   constexpr Score SliderOnQueen       = S( 60, 18);
275   constexpr Score ThreatByKing        = S( 24, 89);
276   constexpr Score ThreatByPawnPush    = S( 48, 39);
277   constexpr Score ThreatBySafePawn    = S(173, 94);
278   constexpr Score TrappedRook         = S( 55, 13);
279   constexpr Score WeakQueenProtection = S( 14,  0);
280   constexpr Score WeakQueen           = S( 56, 15);
281
282
283 #undef S
284
285   // Evaluation class computes and stores attacks tables and other working data
286   template<Tracing T>
287   class Evaluation {
288
289   public:
290     Evaluation() = delete;
291     explicit Evaluation(const Position& p) : pos(p) {}
292     Evaluation& operator=(const Evaluation&) = delete;
293     Value value();
294
295   private:
296     template<Color Us> void initialize();
297     template<Color Us, PieceType Pt> Score pieces();
298     template<Color Us> Score king() const;
299     template<Color Us> Score threats() const;
300     template<Color Us> Score passed() const;
301     template<Color Us> Score space() const;
302     Value winnable(Score score) const;
303
304     const Position& pos;
305     Material::Entry* me;
306     Pawns::Entry* pe;
307     Bitboard mobilityArea[COLOR_NB];
308     Score mobility[COLOR_NB] = { SCORE_ZERO, SCORE_ZERO };
309
310     // attackedBy[color][piece type] is a bitboard representing all squares
311     // attacked by a given color and piece type. Special "piece types" which
312     // is also calculated is ALL_PIECES.
313     Bitboard attackedBy[COLOR_NB][PIECE_TYPE_NB];
314
315     // attackedBy2[color] are the squares attacked by at least 2 units of a given
316     // color, including x-rays. But diagonal x-rays through pawns are not computed.
317     Bitboard attackedBy2[COLOR_NB];
318
319     // kingRing[color] are the squares adjacent to the king plus some other
320     // very near squares, depending on king position.
321     Bitboard kingRing[COLOR_NB];
322
323     // kingAttackersCount[color] is the number of pieces of the given color
324     // which attack a square in the kingRing of the enemy king.
325     int kingAttackersCount[COLOR_NB];
326
327     // kingAttackersWeight[color] is the sum of the "weights" of the pieces of
328     // the given color which attack a square in the kingRing of the enemy king.
329     // The weights of the individual piece types are given by the elements in
330     // the KingAttackWeights array.
331     int kingAttackersWeight[COLOR_NB];
332
333     // kingAttacksCount[color] is the number of attacks by the given color to
334     // squares directly adjacent to the enemy king. Pieces which attack more
335     // than one square are counted multiple times. For instance, if there is
336     // a white knight on g5 and black's king is on g8, this white knight adds 2
337     // to kingAttacksCount[WHITE].
338     int kingAttacksCount[COLOR_NB];
339   };
340
341
342   // Evaluation::initialize() computes king and pawn attacks, and the king ring
343   // bitboard for a given color. This is done at the beginning of the evaluation.
344
345   template<Tracing T> template<Color Us>
346   void Evaluation<T>::initialize() {
347
348     constexpr Color     Them = ~Us;
349     constexpr Direction Up   = pawn_push(Us);
350     constexpr Direction Down = -Up;
351     constexpr Bitboard LowRanks = (Us == WHITE ? Rank2BB | Rank3BB : Rank7BB | Rank6BB);
352
353     const Square ksq = pos.square<KING>(Us);
354
355     Bitboard dblAttackByPawn = pawn_double_attacks_bb<Us>(pos.pieces(Us, PAWN));
356
357     // Find our pawns that are blocked or on the first two ranks
358     Bitboard b = pos.pieces(Us, PAWN) & (shift<Down>(pos.pieces()) | LowRanks);
359
360     // Squares occupied by those pawns, by our king or queen, by blockers to attacks on our king
361     // or controlled by enemy pawns are excluded from the mobility area.
362     mobilityArea[Us] = ~(b | pos.pieces(Us, KING, QUEEN) | pos.blockers_for_king(Us) | pe->pawn_attacks(Them));
363
364     // Initialize attackedBy[] for king and pawns
365     attackedBy[Us][KING] = attacks_bb<KING>(ksq);
366     attackedBy[Us][PAWN] = pe->pawn_attacks(Us);
367     attackedBy[Us][ALL_PIECES] = attackedBy[Us][KING] | attackedBy[Us][PAWN];
368     attackedBy2[Us] = dblAttackByPawn | (attackedBy[Us][KING] & attackedBy[Us][PAWN]);
369
370     // Init our king safety tables
371     Square s = make_square(std::clamp(file_of(ksq), FILE_B, FILE_G),
372                            std::clamp(rank_of(ksq), RANK_2, RANK_7));
373     kingRing[Us] = attacks_bb<KING>(s) | s;
374
375     kingAttackersCount[Them] = popcount(kingRing[Us] & pe->pawn_attacks(Them));
376     kingAttacksCount[Them] = kingAttackersWeight[Them] = 0;
377
378     // Remove from kingRing[] the squares defended by two pawns
379     kingRing[Us] &= ~dblAttackByPawn;
380   }
381
382
383   // Evaluation::pieces() scores pieces of a given color and type
384
385   template<Tracing T> template<Color Us, PieceType Pt>
386   Score Evaluation<T>::pieces() {
387
388     constexpr Color     Them = ~Us;
389     constexpr Direction Down = -pawn_push(Us);
390     constexpr Bitboard OutpostRanks = (Us == WHITE ? Rank4BB | Rank5BB | Rank6BB
391                                                    : Rank5BB | Rank4BB | Rank3BB);
392     Bitboard b1 = pos.pieces(Us, Pt);
393     Bitboard b, bb;
394     Score score = SCORE_ZERO;
395
396     attackedBy[Us][Pt] = 0;
397
398     while (b1)
399     {
400         Square s = pop_lsb(b1);
401
402         // Find attacked squares, including x-ray attacks for bishops and rooks
403         b = Pt == BISHOP ? attacks_bb<BISHOP>(s, pos.pieces() ^ pos.pieces(QUEEN))
404           : Pt ==   ROOK ? attacks_bb<  ROOK>(s, pos.pieces() ^ pos.pieces(QUEEN) ^ pos.pieces(Us, ROOK))
405                          : attacks_bb<Pt>(s, pos.pieces());
406
407         if (pos.blockers_for_king(Us) & s)
408             b &= line_bb(pos.square<KING>(Us), s);
409
410         attackedBy2[Us] |= attackedBy[Us][ALL_PIECES] & b;
411         attackedBy[Us][Pt] |= b;
412         attackedBy[Us][ALL_PIECES] |= b;
413
414         if (b & kingRing[Them])
415         {
416             kingAttackersCount[Us]++;
417             kingAttackersWeight[Us] += KingAttackWeights[Pt];
418             kingAttacksCount[Us] += popcount(b & attackedBy[Them][KING]);
419         }
420
421         else if (Pt == ROOK && (file_bb(s) & kingRing[Them]))
422             score += RookOnKingRing;
423
424         else if (Pt == BISHOP && (attacks_bb<BISHOP>(s, pos.pieces(PAWN)) & kingRing[Them]))
425             score += BishopOnKingRing;
426
427         int mob = popcount(b & mobilityArea[Us]);
428         mobility[Us] += MobilityBonus[Pt - 2][mob];
429
430         if (Pt == BISHOP || Pt == KNIGHT)
431         {
432             // Bonus if the piece is on an outpost square or can reach one
433             // Bonus for knights (UncontestedOutpost) if few relevant targets
434             bb = OutpostRanks & (attackedBy[Us][PAWN] | shift<Down>(pos.pieces(PAWN)))
435                               & ~pe->pawn_attacks_span(Them);
436             Bitboard targets = pos.pieces(Them) & ~pos.pieces(PAWN);
437
438             if (   Pt == KNIGHT
439                 && bb & s & ~CenterFiles // on a side outpost
440                 && !(b & targets)        // no relevant attacks
441                 && (!more_than_one(targets & (s & QueenSide ? QueenSide : KingSide))))
442                 score += UncontestedOutpost * popcount(pos.pieces(PAWN) & (s & QueenSide ? QueenSide : KingSide));
443             else if (bb & s)
444                 score += Outpost[Pt == BISHOP];
445             else if (Pt == KNIGHT && bb & b & ~pos.pieces(Us))
446                 score += ReachableOutpost;
447
448             // Bonus for a knight or bishop shielded by pawn
449             if (shift<Down>(pos.pieces(PAWN)) & s)
450                 score += MinorBehindPawn;
451
452             // Penalty if the piece is far from the king
453             score -= KingProtector[Pt == BISHOP] * distance(pos.square<KING>(Us), s);
454
455             if constexpr (Pt == BISHOP)
456             {
457                 // Penalty according to the number of our pawns on the same color square as the
458                 // bishop, bigger when the center files are blocked with pawns and smaller
459                 // when the bishop is outside the pawn chain.
460                 Bitboard blocked = pos.pieces(Us, PAWN) & shift<Down>(pos.pieces());
461
462                 score -= BishopPawns[edge_distance(file_of(s))] * pos.pawns_on_same_color_squares(Us, s)
463                                      * (!(attackedBy[Us][PAWN] & s) + popcount(blocked & CenterFiles));
464
465                 // Penalty for all enemy pawns x-rayed
466                 score -= BishopXRayPawns * popcount(attacks_bb<BISHOP>(s) & pos.pieces(Them, PAWN));
467
468                 // Bonus for bishop on a long diagonal which can "see" both center squares
469                 if (more_than_one(attacks_bb<BISHOP>(s, pos.pieces(PAWN)) & Center))
470                     score += LongDiagonalBishop;
471
472                 // An important Chess960 pattern: a cornered bishop blocked by a friendly
473                 // pawn diagonally in front of it is a very serious problem, especially
474                 // when that pawn is also blocked.
475                 if (   pos.is_chess960()
476                     && (s == relative_square(Us, SQ_A1) || s == relative_square(Us, SQ_H1)))
477                 {
478                     Direction d = pawn_push(Us) + (file_of(s) == FILE_A ? EAST : WEST);
479                     if (pos.piece_on(s + d) == make_piece(Us, PAWN))
480                         score -= !pos.empty(s + d + pawn_push(Us))                ? CorneredBishop * 4
481                                 : pos.piece_on(s + d + d) == make_piece(Us, PAWN) ? CorneredBishop * 2
482                                                                                   : CorneredBishop;
483                 }
484             }
485         }
486
487         if constexpr (Pt == ROOK)
488         {
489             // Bonuses for rook on a (semi-)open or closed file
490             if (pos.is_on_semiopen_file(Us, s))
491             {
492                 score += RookOnOpenFile[pos.is_on_semiopen_file(Them, s)];
493             }
494             else
495             {
496                 // If our pawn on this file is blocked, increase penalty
497                 if ( pos.pieces(Us, PAWN)
498                    & shift<Down>(pos.pieces())
499                    & file_bb(s))
500                 {
501                     score -= RookOnClosedFile;
502                 }
503
504                 // Penalty when trapped by the king, even more if the king cannot castle
505                 if (mob <= 3)
506                 {
507                     File kf = file_of(pos.square<KING>(Us));
508                     if ((kf < FILE_E) == (file_of(s) < kf))
509                         score -= TrappedRook * (1 + !pos.castling_rights(Us));
510                 }
511             }
512         }
513
514         if constexpr (Pt == QUEEN)
515         {
516             // Penalty if any relative pin or discovered attack against the queen
517             Bitboard queenPinners;
518             if (pos.slider_blockers(pos.pieces(Them, ROOK, BISHOP), s, queenPinners))
519                 score -= WeakQueen;
520         }
521     }
522     if constexpr (T)
523         Trace::add(Pt, Us, score);
524
525     return score;
526   }
527
528
529   // Evaluation::king() assigns bonuses and penalties to a king of a given color
530
531   template<Tracing T> template<Color Us>
532   Score Evaluation<T>::king() const {
533
534     constexpr Color    Them = ~Us;
535     constexpr Bitboard Camp = (Us == WHITE ? AllSquares ^ Rank6BB ^ Rank7BB ^ Rank8BB
536                                            : AllSquares ^ Rank1BB ^ Rank2BB ^ Rank3BB);
537
538     Bitboard weak, b1, b2, b3, safe, unsafeChecks = 0;
539     Bitboard rookChecks, queenChecks, bishopChecks, knightChecks;
540     int kingDanger = 0;
541     const Square ksq = pos.square<KING>(Us);
542
543     // Init the score with king shelter and enemy pawns storm
544     Score score = pe->king_safety<Us>(pos);
545
546     // Attacked squares defended at most once by our queen or king
547     weak =  attackedBy[Them][ALL_PIECES]
548           & ~attackedBy2[Us]
549           & (~attackedBy[Us][ALL_PIECES] | attackedBy[Us][KING] | attackedBy[Us][QUEEN]);
550
551     // Analyse the safe enemy's checks which are possible on next move
552     safe  = ~pos.pieces(Them);
553     safe &= ~attackedBy[Us][ALL_PIECES] | (weak & attackedBy2[Them]);
554
555     b1 = attacks_bb<ROOK  >(ksq, pos.pieces() ^ pos.pieces(Us, QUEEN));
556     b2 = attacks_bb<BISHOP>(ksq, pos.pieces() ^ pos.pieces(Us, QUEEN));
557
558     // Enemy rooks checks
559     rookChecks = b1 & attackedBy[Them][ROOK] & safe;
560     if (rookChecks)
561         kingDanger += SafeCheck[ROOK][more_than_one(rookChecks)];
562     else
563         unsafeChecks |= b1 & attackedBy[Them][ROOK];
564
565     // Enemy queen safe checks: count them only if the checks are from squares from
566     // which opponent cannot give a rook check, because rook checks are more valuable.
567     queenChecks =  (b1 | b2) & attackedBy[Them][QUEEN] & safe
568                  & ~(attackedBy[Us][QUEEN] | rookChecks);
569     if (queenChecks)
570         kingDanger += SafeCheck[QUEEN][more_than_one(queenChecks)];
571
572     // Enemy bishops checks: count them only if they are from squares from which
573     // opponent cannot give a queen check, because queen checks are more valuable.
574     bishopChecks =  b2 & attackedBy[Them][BISHOP] & safe
575                   & ~queenChecks;
576     if (bishopChecks)
577         kingDanger += SafeCheck[BISHOP][more_than_one(bishopChecks)];
578
579     else
580         unsafeChecks |= b2 & attackedBy[Them][BISHOP];
581
582     // Enemy knights checks
583     knightChecks = attacks_bb<KNIGHT>(ksq) & attackedBy[Them][KNIGHT];
584     if (knightChecks & safe)
585         kingDanger += SafeCheck[KNIGHT][more_than_one(knightChecks & safe)];
586     else
587         unsafeChecks |= knightChecks;
588
589     // Find the squares that opponent attacks in our king flank, the squares
590     // which they attack twice in that flank, and the squares that we defend.
591     b1 = attackedBy[Them][ALL_PIECES] & KingFlank[file_of(ksq)] & Camp;
592     b2 = b1 & attackedBy2[Them];
593     b3 = attackedBy[Us][ALL_PIECES] & KingFlank[file_of(ksq)] & Camp;
594
595     int kingFlankAttack  = popcount(b1) + popcount(b2);
596     int kingFlankDefense = popcount(b3);
597
598     kingDanger +=        kingAttackersCount[Them] * kingAttackersWeight[Them] // (~10 Elo)
599                  + 183 * popcount(kingRing[Us] & weak)                        // (~15 Elo)
600                  + 148 * popcount(unsafeChecks)                               // (~4 Elo)
601                  +  98 * popcount(pos.blockers_for_king(Us))                  // (~2 Elo)
602                  +  69 * kingAttacksCount[Them]                               // (~0.5 Elo)
603                  +   3 * kingFlankAttack * kingFlankAttack / 8                // (~0.5 Elo)
604                  +       mg_value(mobility[Them] - mobility[Us])              // (~0.5 Elo)
605                  - 873 * !pos.count<QUEEN>(Them)                              // (~24 Elo)
606                  - 100 * bool(attackedBy[Us][KNIGHT] & attackedBy[Us][KING])  // (~5 Elo)
607                  -   6 * mg_value(score) / 8                                  // (~8 Elo)
608                  -   4 * kingFlankDefense                                     // (~5 Elo)
609                  +  37;                                                       // (~0.5 Elo)
610
611     // Transform the kingDanger units into a Score, and subtract it from the evaluation
612     if (kingDanger > 100)
613         score -= make_score(kingDanger * kingDanger / 4096, kingDanger / 16);
614
615     // Penalty when our king is on a pawnless flank
616     if (!(pos.pieces(PAWN) & KingFlank[file_of(ksq)]))
617         score -= PawnlessFlank;
618
619     // Penalty if king flank is under attack, potentially moving toward the king
620     score -= FlankAttacks * kingFlankAttack;
621
622     if constexpr (T)
623         Trace::add(KING, Us, score);
624
625     return score;
626   }
627
628
629   // Evaluation::threats() assigns bonuses according to the types of the
630   // attacking and the attacked pieces.
631
632   template<Tracing T> template<Color Us>
633   Score Evaluation<T>::threats() const {
634
635     constexpr Color     Them     = ~Us;
636     constexpr Direction Up       = pawn_push(Us);
637     constexpr Bitboard  TRank3BB = (Us == WHITE ? Rank3BB : Rank6BB);
638
639     Bitboard b, weak, defended, nonPawnEnemies, stronglyProtected, safe;
640     Score score = SCORE_ZERO;
641
642     // Non-pawn enemies
643     nonPawnEnemies = pos.pieces(Them) & ~pos.pieces(PAWN);
644
645     // Squares strongly protected by the enemy, either because they defend the
646     // square with a pawn, or because they defend the square twice and we don't.
647     stronglyProtected =  attackedBy[Them][PAWN]
648                        | (attackedBy2[Them] & ~attackedBy2[Us]);
649
650     // Non-pawn enemies, strongly protected
651     defended = nonPawnEnemies & stronglyProtected;
652
653     // Enemies not strongly protected and under our attack
654     weak = pos.pieces(Them) & ~stronglyProtected & attackedBy[Us][ALL_PIECES];
655
656     // Bonus according to the kind of attacking pieces
657     if (defended | weak)
658     {
659         b = (defended | weak) & (attackedBy[Us][KNIGHT] | attackedBy[Us][BISHOP]);
660         while (b)
661             score += ThreatByMinor[type_of(pos.piece_on(pop_lsb(b)))];
662
663         b = weak & attackedBy[Us][ROOK];
664         while (b)
665             score += ThreatByRook[type_of(pos.piece_on(pop_lsb(b)))];
666
667         if (weak & attackedBy[Us][KING])
668             score += ThreatByKing;
669
670         b =  ~attackedBy[Them][ALL_PIECES]
671            | (nonPawnEnemies & attackedBy2[Us]);
672         score += Hanging * popcount(weak & b);
673
674         // Additional bonus if weak piece is only protected by a queen
675         score += WeakQueenProtection * popcount(weak & attackedBy[Them][QUEEN]);
676     }
677
678     // Bonus for restricting their piece moves
679     b =   attackedBy[Them][ALL_PIECES]
680        & ~stronglyProtected
681        &  attackedBy[Us][ALL_PIECES];
682     score += RestrictedPiece * popcount(b);
683
684     // Protected or unattacked squares
685     safe = ~attackedBy[Them][ALL_PIECES] | attackedBy[Us][ALL_PIECES];
686
687     // Bonus for attacking enemy pieces with our relatively safe pawns
688     b = pos.pieces(Us, PAWN) & safe;
689     b = pawn_attacks_bb<Us>(b) & nonPawnEnemies;
690     score += ThreatBySafePawn * popcount(b);
691
692     // Find squares where our pawns can push on the next move
693     b  = shift<Up>(pos.pieces(Us, PAWN)) & ~pos.pieces();
694     b |= shift<Up>(b & TRank3BB) & ~pos.pieces();
695
696     // Keep only the squares which are relatively safe
697     b &= ~attackedBy[Them][PAWN] & safe;
698
699     // Bonus for safe pawn threats on the next move
700     b = pawn_attacks_bb<Us>(b) & nonPawnEnemies;
701     score += ThreatByPawnPush * popcount(b);
702
703     // Bonus for threats on the next moves against enemy queen
704     if (pos.count<QUEEN>(Them) == 1)
705     {
706         bool queenImbalance = pos.count<QUEEN>() == 1;
707
708         Square s = pos.square<QUEEN>(Them);
709         safe =   mobilityArea[Us]
710               & ~pos.pieces(Us, PAWN)
711               & ~stronglyProtected;
712
713         b = attackedBy[Us][KNIGHT] & attacks_bb<KNIGHT>(s);
714
715         score += KnightOnQueen * popcount(b & safe) * (1 + queenImbalance);
716
717         b =  (attackedBy[Us][BISHOP] & attacks_bb<BISHOP>(s, pos.pieces()))
718            | (attackedBy[Us][ROOK  ] & attacks_bb<ROOK  >(s, pos.pieces()));
719
720         score += SliderOnQueen * popcount(b & safe & attackedBy2[Us]) * (1 + queenImbalance);
721     }
722
723     if constexpr (T)
724         Trace::add(THREAT, Us, score);
725
726     return score;
727   }
728
729   // Evaluation::passed() evaluates the passed pawns and candidate passed
730   // pawns of the given color.
731
732   template<Tracing T> template<Color Us>
733   Score Evaluation<T>::passed() const {
734
735     constexpr Color     Them = ~Us;
736     constexpr Direction Up   = pawn_push(Us);
737     constexpr Direction Down = -Up;
738
739     auto king_proximity = [&](Color c, Square s) {
740       return std::min(distance(pos.square<KING>(c), s), 5);
741     };
742
743     Bitboard b, bb, squaresToQueen, unsafeSquares, blockedPassers, helpers;
744     Score score = SCORE_ZERO;
745
746     b = pe->passed_pawns(Us);
747
748     blockedPassers = b & shift<Down>(pos.pieces(Them, PAWN));
749     if (blockedPassers)
750     {
751         helpers =  shift<Up>(pos.pieces(Us, PAWN))
752                  & ~pos.pieces(Them)
753                  & (~attackedBy2[Them] | attackedBy[Us][ALL_PIECES]);
754
755         // Remove blocked candidate passers that don't have help to pass
756         b &=  ~blockedPassers
757             | shift<WEST>(helpers)
758             | shift<EAST>(helpers);
759     }
760
761     while (b)
762     {
763         Square s = pop_lsb(b);
764
765         assert(!(pos.pieces(Them, PAWN) & forward_file_bb(Us, s + Up)));
766
767         int r = relative_rank(Us, s);
768
769         Score bonus = PassedRank[r];
770
771         if (r > RANK_3)
772         {
773             int w = 5 * r - 13;
774             Square blockSq = s + Up;
775
776             // Adjust bonus based on the king's proximity
777             bonus += make_score(0, (  king_proximity(Them, blockSq) * 19 / 4
778                                     - king_proximity(Us,   blockSq) *  2) * w);
779
780             // If blockSq is not the queening square then consider also a second push
781             if (r != RANK_7)
782                 bonus -= make_score(0, king_proximity(Us, blockSq + Up) * w);
783
784             // If the pawn is free to advance, then increase the bonus
785             if (pos.empty(blockSq))
786             {
787                 squaresToQueen = forward_file_bb(Us, s);
788                 unsafeSquares = passed_pawn_span(Us, s);
789
790                 bb = forward_file_bb(Them, s) & pos.pieces(ROOK, QUEEN);
791
792                 if (!(pos.pieces(Them) & bb))
793                     unsafeSquares &= attackedBy[Them][ALL_PIECES] | pos.pieces(Them);
794
795                 // If there are no enemy pieces or attacks on passed pawn span, assign a big bonus.
796                 // Or if there is some, but they are all attacked by our pawns, assign a bit smaller bonus.
797                 // Otherwise assign a smaller bonus if the path to queen is not attacked
798                 // and even smaller bonus if it is attacked but block square is not.
799                 int k = !unsafeSquares                    ? 36 :
800                 !(unsafeSquares & ~attackedBy[Us][PAWN])  ? 30 :
801                         !(unsafeSquares & squaresToQueen) ? 17 :
802                         !(unsafeSquares & blockSq)        ?  7 :
803                                                              0 ;
804
805                 // Assign a larger bonus if the block square is defended
806                 if ((pos.pieces(Us) & bb) || (attackedBy[Us][ALL_PIECES] & blockSq))
807                     k += 5;
808
809                 bonus += make_score(k * w, k * w);
810             }
811         } // r > RANK_3
812
813         score += bonus - PassedFile * edge_distance(file_of(s));
814     }
815
816     if constexpr (T)
817         Trace::add(PASSED, Us, score);
818
819     return score;
820   }
821
822
823   // Evaluation::space() computes a space evaluation for a given side, aiming to improve game
824   // play in the opening. It is based on the number of safe squares on the four central files
825   // on ranks 2 to 4. Completely safe squares behind a friendly pawn are counted twice.
826   // Finally, the space bonus is multiplied by a weight which decreases according to occupancy.
827
828   template<Tracing T> template<Color Us>
829   Score Evaluation<T>::space() const {
830
831     // Early exit if, for example, both queens or 6 minor pieces have been exchanged
832     if (pos.non_pawn_material() < SpaceThreshold)
833         return SCORE_ZERO;
834
835     constexpr Color Them     = ~Us;
836     constexpr Direction Down = -pawn_push(Us);
837     constexpr Bitboard SpaceMask =
838       Us == WHITE ? CenterFiles & (Rank2BB | Rank3BB | Rank4BB)
839                   : CenterFiles & (Rank7BB | Rank6BB | Rank5BB);
840
841     // Find the available squares for our pieces inside the area defined by SpaceMask
842     Bitboard safe =   SpaceMask
843                    & ~pos.pieces(Us, PAWN)
844                    & ~attackedBy[Them][PAWN];
845
846     // Find all squares which are at most three squares behind some friendly pawn
847     Bitboard behind = pos.pieces(Us, PAWN);
848     behind |= shift<Down>(behind);
849     behind |= shift<Down+Down>(behind);
850
851     // Compute space score based on the number of safe squares and number of our pieces
852     // increased with number of total blocked pawns in position.
853     int bonus = popcount(safe) + popcount(behind & safe & ~attackedBy[Them][ALL_PIECES]);
854     int weight = pos.count<ALL_PIECES>(Us) - 3 + std::min(pe->blocked_count(), 9);
855     Score score = make_score(bonus * weight * weight / 16, 0);
856
857     if constexpr (T)
858         Trace::add(SPACE, Us, score);
859
860     return score;
861   }
862
863
864   // Evaluation::winnable() adjusts the midgame and endgame score components, based on
865   // the known attacking/defending status of the players. The final value is derived
866   // by interpolation from the midgame and endgame values.
867
868   template<Tracing T>
869   Value Evaluation<T>::winnable(Score score) const {
870
871     int outflanking =  distance<File>(pos.square<KING>(WHITE), pos.square<KING>(BLACK))
872                     + int(rank_of(pos.square<KING>(WHITE)) - rank_of(pos.square<KING>(BLACK)));
873
874     bool pawnsOnBothFlanks =   (pos.pieces(PAWN) & QueenSide)
875                             && (pos.pieces(PAWN) & KingSide);
876
877     bool almostUnwinnable =   outflanking < 0
878                            && !pawnsOnBothFlanks;
879
880     bool infiltration =   rank_of(pos.square<KING>(WHITE)) > RANK_4
881                        || rank_of(pos.square<KING>(BLACK)) < RANK_5;
882
883     // Compute the initiative bonus for the attacking side
884     int complexity =   9 * pe->passed_count()
885                     + 12 * pos.count<PAWN>()
886                     +  9 * outflanking
887                     + 21 * pawnsOnBothFlanks
888                     + 24 * infiltration
889                     + 51 * !pos.non_pawn_material()
890                     - 43 * almostUnwinnable
891                     -110 ;
892
893     Value mg = mg_value(score);
894     Value eg = eg_value(score);
895
896     // Now apply the bonus: note that we find the attacking side by extracting the
897     // sign of the midgame or endgame values, and that we carefully cap the bonus
898     // so that the midgame and endgame scores do not change sign after the bonus.
899     int u = ((mg > 0) - (mg < 0)) * std::clamp(complexity + 50, -abs(mg), 0);
900     int v = ((eg > 0) - (eg < 0)) * std::max(complexity, -abs(eg));
901
902     mg += u;
903     eg += v;
904
905     // Compute the scale factor for the winning side
906     Color strongSide = eg > VALUE_DRAW ? WHITE : BLACK;
907     int sf = me->scale_factor(pos, strongSide);
908
909     // If scale factor is not already specific, scale down via general heuristics
910     if (sf == SCALE_FACTOR_NORMAL)
911     {
912         if (pos.opposite_bishops())
913         {
914             // For pure opposite colored bishops endgames use scale factor
915             // based on the number of passed pawns of the strong side.
916             if (   pos.non_pawn_material(WHITE) == BishopValueMg
917                 && pos.non_pawn_material(BLACK) == BishopValueMg)
918                 sf = 18 + 4 * popcount(pe->passed_pawns(strongSide));
919             // For every other opposite colored bishops endgames use scale factor
920             // based on the number of all pieces of the strong side.
921             else
922                 sf = 22 + 3 * pos.count<ALL_PIECES>(strongSide);
923         }
924         // For rook endgames with strong side not having overwhelming pawn number advantage
925         // and its pawns being on one flank and weak side protecting its pieces with a king
926         // use lower scale factor.
927         else if (  pos.non_pawn_material(WHITE) == RookValueMg
928                 && pos.non_pawn_material(BLACK) == RookValueMg
929                 && pos.count<PAWN>(strongSide) - pos.count<PAWN>(~strongSide) <= 1
930                 && bool(KingSide & pos.pieces(strongSide, PAWN)) != bool(QueenSide & pos.pieces(strongSide, PAWN))
931                 && (attacks_bb<KING>(pos.square<KING>(~strongSide)) & pos.pieces(~strongSide, PAWN)))
932             sf = 36;
933         // For queen vs no queen endgames use scale factor
934         // based on number of minors of side that doesn't have queen.
935         else if (pos.count<QUEEN>() == 1)
936             sf = 37 + 3 * (pos.count<QUEEN>(WHITE) == 1 ? pos.count<BISHOP>(BLACK) + pos.count<KNIGHT>(BLACK)
937                                                         : pos.count<BISHOP>(WHITE) + pos.count<KNIGHT>(WHITE));
938         // In every other case use scale factor based on
939         // the number of pawns of the strong side reduced if pawns are on a single flank.
940         else
941             sf = std::min(sf, 36 + 7 * pos.count<PAWN>(strongSide)) - 4 * !pawnsOnBothFlanks;
942
943         // Reduce scale factor in case of pawns being on a single flank
944         sf -= 4 * !pawnsOnBothFlanks;
945     }
946
947     // Interpolate between the middlegame and (scaled by 'sf') endgame score
948     v =  mg * int(me->game_phase())
949        + eg * int(PHASE_MIDGAME - me->game_phase()) * ScaleFactor(sf) / SCALE_FACTOR_NORMAL;
950     v /= PHASE_MIDGAME;
951
952     if constexpr (T)
953     {
954         Trace::add(WINNABLE, make_score(u, eg * ScaleFactor(sf) / SCALE_FACTOR_NORMAL - eg_value(score)));
955         Trace::add(TOTAL, make_score(mg, eg * ScaleFactor(sf) / SCALE_FACTOR_NORMAL));
956     }
957
958     return Value(v);
959   }
960
961
962   // Evaluation::value() is the main function of the class. It computes the various
963   // parts of the evaluation and returns the value of the position from the point
964   // of view of the side to move.
965
966   template<Tracing T>
967   Value Evaluation<T>::value() {
968
969     assert(!pos.checkers());
970
971     // Probe the material hash table
972     me = Material::probe(pos);
973
974     // If we have a specialized evaluation function for the current material
975     // configuration, call it and return.
976     if (me->specialized_eval_exists())
977         return me->evaluate(pos);
978
979     // Initialize score by reading the incrementally updated scores included in
980     // the position object (material + piece square tables) and the material
981     // imbalance. Score is computed internally from the white point of view.
982     Score score = pos.psq_score() + me->imbalance() + pos.this_thread()->contempt;
983
984     // Probe the pawn hash table
985     pe = Pawns::probe(pos);
986     score += pe->pawn_score(WHITE) - pe->pawn_score(BLACK);
987
988     // Early exit if score is high
989     auto lazy_skip = [&](Value lazyThreshold) {
990         return abs(mg_value(score) + eg_value(score)) / 2 > lazyThreshold + pos.non_pawn_material() / 64;
991     };
992
993     if (lazy_skip(LazyThreshold1))
994         goto make_v;
995
996     // Main evaluation begins here
997     initialize<WHITE>();
998     initialize<BLACK>();
999
1000     // Pieces evaluated first (also populates attackedBy, attackedBy2).
1001     // Note that the order of evaluation of the terms is left unspecified.
1002     score +=  pieces<WHITE, KNIGHT>() - pieces<BLACK, KNIGHT>()
1003             + pieces<WHITE, BISHOP>() - pieces<BLACK, BISHOP>()
1004             + pieces<WHITE, ROOK  >() - pieces<BLACK, ROOK  >()
1005             + pieces<WHITE, QUEEN >() - pieces<BLACK, QUEEN >();
1006
1007     score += mobility[WHITE] - mobility[BLACK];
1008
1009     // More complex interactions that require fully populated attack bitboards
1010     score +=  king<   WHITE>() - king<   BLACK>()
1011             + passed< WHITE>() - passed< BLACK>();
1012
1013     if (lazy_skip(LazyThreshold2))
1014         goto make_v;
1015
1016     score +=  threats<WHITE>() - threats<BLACK>()
1017             + space<  WHITE>() - space<  BLACK>();
1018
1019 make_v:
1020     // Derive single value from mg and eg parts of score
1021     Value v = winnable(score);
1022
1023     // In case of tracing add all remaining individual evaluation terms
1024     if constexpr (T)
1025     {
1026         Trace::add(MATERIAL, pos.psq_score());
1027         Trace::add(IMBALANCE, me->imbalance());
1028         Trace::add(PAWN, pe->pawn_score(WHITE), pe->pawn_score(BLACK));
1029         Trace::add(MOBILITY, mobility[WHITE], mobility[BLACK]);
1030     }
1031
1032     // Evaluation grain
1033     v = (v / 16) * 16;
1034
1035     // Side to move point of view
1036     v = (pos.side_to_move() == WHITE ? v : -v) + Tempo;
1037
1038     return v;
1039   }
1040
1041
1042   /// Fisher Random Chess: correction for cornered bishops, to fix chess960 play with NNUE
1043
1044   Value fix_FRC(const Position& pos) {
1045
1046     constexpr Bitboard Corners =  1ULL << SQ_A1 | 1ULL << SQ_H1 | 1ULL << SQ_A8 | 1ULL << SQ_H8;
1047
1048     if (!(pos.pieces(BISHOP) & Corners))
1049         return VALUE_ZERO;
1050
1051     constexpr int penalty1 = -209;
1052     constexpr int penalty2 = -136;
1053     constexpr int penalty3 = -148;
1054
1055     int correction = 0;
1056
1057     if (   pos.piece_on(SQ_A1) == W_BISHOP
1058         && pos.piece_on(SQ_B2) == W_PAWN)
1059         correction += !pos.empty(SQ_B3)              ? penalty1
1060                      : pos.piece_on(SQ_C3) == W_PAWN ? penalty2
1061                                                      : penalty3;
1062
1063     if (   pos.piece_on(SQ_H1) == W_BISHOP
1064         && pos.piece_on(SQ_G2) == W_PAWN)
1065         correction += !pos.empty(SQ_G3)              ? penalty1
1066                      : pos.piece_on(SQ_F3) == W_PAWN ? penalty2
1067                                                      : penalty3;
1068
1069     if (   pos.piece_on(SQ_A8) == B_BISHOP
1070         && pos.piece_on(SQ_B7) == B_PAWN)
1071         correction += !pos.empty(SQ_B6)              ? -penalty1
1072                      : pos.piece_on(SQ_C6) == B_PAWN ? -penalty2
1073                                                      : -penalty3;
1074
1075     if (   pos.piece_on(SQ_H8) == B_BISHOP
1076         && pos.piece_on(SQ_G7) == B_PAWN)
1077         correction += !pos.empty(SQ_G6)              ? -penalty1
1078                      : pos.piece_on(SQ_F6) == B_PAWN ? -penalty2
1079                                                      : -penalty3;
1080
1081     return pos.side_to_move() == WHITE ?  Value(correction)
1082                                        : -Value(correction);
1083   }
1084
1085 } // namespace Eval
1086
1087
1088 /// evaluate() is the evaluator for the outer world. It returns a static
1089 /// evaluation of the position from the point of view of the side to move.
1090
1091 Value Eval::evaluate(const Position& pos) {
1092
1093   Value v;
1094
1095   if (!Eval::useNNUE)
1096       v = Evaluation<NO_TRACE>(pos).value();
1097   else
1098   {
1099       // Scale and shift NNUE for compatibility with search and classical evaluation
1100       auto  adjusted_NNUE = [&]()
1101       {
1102          int material = pos.non_pawn_material() + 2 * PawnValueMg * pos.count<PAWN>();
1103          int scale =  641
1104                     + material / 32
1105                     - 4 * pos.rule50_count();
1106
1107          Value nnue = NNUE::evaluate(pos) * scale / 1024 + Tempo;
1108
1109          if (pos.is_chess960())
1110              nnue += fix_FRC(pos);
1111
1112          return nnue;
1113       };
1114
1115       // If there is PSQ imbalance use classical eval, with small probability if it is small
1116       Value psq = Value(abs(eg_value(pos.psq_score())));
1117       int   r50 = 16 + pos.rule50_count();
1118       bool  largePsq = psq * 16 > (NNUEThreshold1 + pos.non_pawn_material() / 64) * r50;
1119       bool  classical = largePsq || (psq > PawnValueMg / 4 && !(pos.this_thread()->nodes & 0xB));
1120
1121       // Use classical evaluation for really low piece endgames.
1122       // The most critical case is a bishop + A/H file pawn vs naked king draw.
1123       bool strongClassical = pos.non_pawn_material() < 2 * RookValueMg && pos.count<PAWN>() < 2;
1124
1125       v = classical || strongClassical ? Evaluation<NO_TRACE>(pos).value() : adjusted_NNUE();
1126
1127       // If the classical eval is small and imbalance large, use NNUE nevertheless.
1128       // For the case of opposite colored bishops, switch to NNUE eval with
1129       // small probability if the classical eval is less than the threshold.
1130       if (   largePsq && !strongClassical
1131           && (   abs(v) * 16 < NNUEThreshold2 * r50
1132               || (   pos.opposite_bishops()
1133                   && abs(v) * 16 < (NNUEThreshold1 + pos.non_pawn_material() / 64) * r50
1134                   && !(pos.this_thread()->nodes & 0xB))))
1135           v = adjusted_NNUE();
1136   }
1137
1138   // Damp down the evaluation linearly when shuffling
1139   v = v * (100 - pos.rule50_count()) / 100;
1140
1141   // Guarantee evaluation does not hit the tablebase range
1142   v = std::clamp(v, VALUE_TB_LOSS_IN_MAX_PLY + 1, VALUE_TB_WIN_IN_MAX_PLY - 1);
1143
1144   return v;
1145 }
1146
1147 /// trace() is like evaluate(), but instead of returning a value, it returns
1148 /// a string (suitable for outputting to stdout) that contains the detailed
1149 /// descriptions and values of each evaluation term. Useful for debugging.
1150 /// Trace scores are from white's point of view
1151
1152 std::string Eval::trace(const Position& pos) {
1153
1154   if (pos.checkers())
1155       return "Final evaluation: none (in check)";
1156
1157   std::stringstream ss;
1158   ss << std::showpoint << std::noshowpos << std::fixed << std::setprecision(2);
1159
1160   Value v;
1161
1162   std::memset(scores, 0, sizeof(scores));
1163
1164   pos.this_thread()->contempt = SCORE_ZERO; // Reset any dynamic contempt
1165
1166   v = Evaluation<TRACE>(pos).value();
1167
1168   ss << std::showpoint << std::noshowpos << std::fixed << std::setprecision(2)
1169      << "     Term    |    White    |    Black    |    Total   \n"
1170      << "             |   MG    EG  |   MG    EG  |   MG    EG \n"
1171      << " ------------+-------------+-------------+------------\n"
1172      << "    Material | " << Term(MATERIAL)
1173      << "   Imbalance | " << Term(IMBALANCE)
1174      << "       Pawns | " << Term(PAWN)
1175      << "     Knights | " << Term(KNIGHT)
1176      << "     Bishops | " << Term(BISHOP)
1177      << "       Rooks | " << Term(ROOK)
1178      << "      Queens | " << Term(QUEEN)
1179      << "    Mobility | " << Term(MOBILITY)
1180      << " King safety | " << Term(KING)
1181      << "     Threats | " << Term(THREAT)
1182      << "      Passed | " << Term(PASSED)
1183      << "       Space | " << Term(SPACE)
1184      << "    Winnable | " << Term(WINNABLE)
1185      << " ------------+-------------+-------------+------------\n"
1186      << "       Total | " << Term(TOTAL);
1187
1188   v = pos.side_to_move() == WHITE ? v : -v;
1189
1190   ss << "\nClassical evaluation: " << to_cp(v) << " (white side)\n";
1191
1192   if (Eval::useNNUE)
1193   {
1194       v = NNUE::evaluate(pos);
1195       v = pos.side_to_move() == WHITE ? v : -v;
1196       ss << "\nNNUE evaluation:      " << to_cp(v) << " (white side)\n";
1197   }
1198
1199   v = evaluate(pos);
1200   v = pos.side_to_move() == WHITE ? v : -v;
1201   ss << "\nFinal evaluation:     " << to_cp(v) << " (white side)\n";
1202
1203   return ss.str();
1204 }
1205
1206 } // namespace Stockfish