e53af1037e523bc101eece2152fcbf56874a2f20
[stockfish] / src / evaluate.cpp
1 /*
2   Stockfish, a UCI chess playing engine derived from Glaurung 2.1
3   Copyright (C) 2004-2008 Tord Romstad (Glaurung author)
4   Copyright (C) 2008-2014 Marco Costalba, Joona Kiiski, Tord Romstad
5
6   Stockfish is free software: you can redistribute it and/or modify
7   it under the terms of the GNU General Public License as published by
8   the Free Software Foundation, either version 3 of the License, or
9   (at your option) any later version.
10
11   Stockfish is distributed in the hope that it will be useful,
12   but WITHOUT ANY WARRANTY; without even the implied warranty of
13   MERCHANTABILITY or FITNESS FOR A PARTICULAR PURPOSE.  See the
14   GNU General Public License for more details.
15
16   You should have received a copy of the GNU General Public License
17   along with this program.  If not, see <http://www.gnu.org/licenses/>.
18 */
19
20 #include <cassert>
21 #include <iomanip>
22 #include <sstream>
23 #include <algorithm>
24
25 #include "bitcount.h"
26 #include "evaluate.h"
27 #include "material.h"
28 #include "pawns.h"
29 #include "thread.h"
30 #include "ucioption.h"
31
32 namespace {
33
34   // Struct EvalInfo contains various information computed and collected
35   // by the evaluation functions.
36   struct EvalInfo {
37
38     // Pointers to material and pawn hash table entries
39     Material::Entry* mi;
40     Pawns::Entry* pi;
41
42     // attackedBy[color][piece type] is a bitboard representing all squares
43     // attacked by a given color and piece type, attackedBy[color][ALL_PIECES]
44     // contains all squares attacked by the given color.
45     Bitboard attackedBy[COLOR_NB][PIECE_TYPE_NB];
46
47     // kingRing[color] is the zone around the king which is considered
48     // by the king safety evaluation. This consists of the squares directly
49     // adjacent to the king, and the three (or two, for a king on an edge file)
50     // squares two ranks in front of the king. For instance, if black's king
51     // is on g8, kingRing[BLACK] is a bitboard containing the squares f8, h8,
52     // f7, g7, h7, f6, g6 and h6.
53     Bitboard kingRing[COLOR_NB];
54
55     // kingAttackersCount[color] is the number of pieces of the given color
56     // which attack a square in the kingRing of the enemy king.
57     int kingAttackersCount[COLOR_NB];
58
59     // kingAttackersWeight[color] is the sum of the "weight" of the pieces of the
60     // given color which attack a square in the kingRing of the enemy king. The
61     // weights of the individual piece types are given by the variables
62     // QueenAttackWeight, RookAttackWeight, BishopAttackWeight and
63     // KnightAttackWeight in evaluate.cpp
64     int kingAttackersWeight[COLOR_NB];
65
66     // kingAdjacentZoneAttacksCount[color] is the number of attacks to squares
67     // directly adjacent to the king of the given color. Pieces which attack
68     // more than one square are counted multiple times. For instance, if black's
69     // king is on g8 and there's a white knight on g5, this knight adds
70     // 2 to kingAdjacentZoneAttacksCount[BLACK].
71     int kingAdjacentZoneAttacksCount[COLOR_NB];
72
73     Bitboard pinnedPieces[COLOR_NB];
74   };
75
76   namespace Tracing {
77
78     enum Terms { // First 8 entries are for PieceType
79       PST = 8, IMBALANCE, MOBILITY, THREAT, PASSED, SPACE, TOTAL, TERMS_NB
80     };
81
82     Score terms[COLOR_NB][TERMS_NB];
83     EvalInfo ei;
84     ScaleFactor sf;
85
86     double to_cp(Value v);
87     void add_term(int idx, Score term_w, Score term_b = SCORE_ZERO);
88     void format_row(std::stringstream& ss, const char* name, int idx);
89     std::string do_trace(const Position& pos);
90   }
91
92   // Evaluation weights, initialized from UCI options
93   enum { Mobility, PawnStructure, PassedPawns, Space, KingDangerUs, KingDangerThem };
94   struct Weight { int mg, eg; } Weights[6];
95
96   typedef Value V;
97   #define S(mg, eg) make_score(mg, eg)
98
99   // Internal evaluation weights. These are applied on top of the evaluation
100   // weights read from UCI parameters. The purpose is to be able to change
101   // the evaluation weights while keeping the default values of the UCI
102   // parameters at 100, which looks prettier.
103   //
104   // Values modified by Joona Kiiski
105   const Score WeightsInternal[] = {
106     S(289, 344), S(233, 201), S(221, 273), S(46, 0), S(271, 0), S(307, 0)
107   };
108
109   // MobilityBonus[PieceType][attacked] contains bonuses for middle and end
110   // game, indexed by piece type and number of attacked squares not occupied by
111   // friendly pieces.
112   const Score MobilityBonus[][32] = {
113     {}, {},
114     { S(-35,-30), S(-22,-20), S(-9,-10), S( 3,  0), S(15, 10), S(27, 20), // Knights
115       S( 37, 28), S( 42, 31), S(44, 33) },
116     { S(-22,-27), S( -8,-13), S( 6,  1), S(20, 15), S(34, 29), S(48, 43), // Bishops
117       S( 60, 55), S( 68, 63), S(74, 68), S(77, 72), S(80, 75), S(82, 77),
118       S( 84, 79), S( 86, 81) },
119     { S(-17,-33), S(-11,-16), S(-5,  0), S( 1, 16), S( 7, 32), S(13, 48), // Rooks
120       S( 18, 64), S( 22, 80), S(26, 96), S(29,109), S(31,115), S(33,119),
121       S( 35,122), S( 36,123), S(37,124) },
122     { S(-12,-20), S( -8,-13), S(-5, -7), S( 0,  0), S( 6, 10), S(11, 19), // Queens
123       S( 13, 29), S( 18, 38), S(20, 40), S(21, 41), S(22, 41), S(22, 41),
124       S( 22, 41), S( 23, 41), S(24, 41), S(25, 41), S(25, 41), S(25, 41),
125       S( 25, 41), S( 25, 41), S(25, 41), S(25, 41), S(25, 41), S(25, 41),
126       S( 25, 41), S( 25, 41), S(25, 41), S(25, 41) }
127   };
128
129   // Outpost[PieceType][Square] contains bonuses for knights and bishops outposts,
130   // indexed by piece type and square (from white's point of view).
131   const Value Outpost[][SQUARE_NB] = {
132   {// A     B     C     D     E     F     G     H
133     V(0), V(0), V(0), V(0), V(0), V(0), V(0), V(0), // Knights
134     V(0), V(0), V(0), V(0), V(0), V(0), V(0), V(0),
135     V(0), V(0), V(4), V(8), V(8), V(4), V(0), V(0),
136     V(0), V(4),V(17),V(26),V(26),V(17), V(4), V(0),
137     V(0), V(8),V(26),V(35),V(35),V(26), V(8), V(0),
138     V(0), V(4),V(17),V(17),V(17),V(17), V(4), V(0) },
139   {
140     V(0), V(0), V(0), V(0), V(0), V(0), V(0), V(0), // Bishops
141     V(0), V(0), V(0), V(0), V(0), V(0), V(0), V(0),
142     V(0), V(0), V(5), V(5), V(5), V(5), V(0), V(0),
143     V(0), V(5),V(10),V(10),V(10),V(10), V(5), V(0),
144     V(0),V(10),V(21),V(21),V(21),V(21),V(10), V(0),
145     V(0), V(5), V(8), V(8), V(8), V(8), V(5), V(0) }
146   };
147
148   // Threat[attacking][attacked] contains bonuses according to which piece
149   // type attacks which one.
150   const Score Threat[][PIECE_TYPE_NB] = {
151     { S(0, 0), S( 7, 39), S(24, 49), S(24, 49), S(41,100), S(41,100) }, // Minor
152     { S(0, 0), S(15, 39), S(15, 45), S(15, 45), S(15, 45), S(24, 49) }  // Major
153   };
154
155   // ThreatenedByPawn[PieceType] contains a penalty according to which piece
156   // type is attacked by an enemy pawn.
157   const Score ThreatenedByPawn[] = {
158     S(0, 0), S(0, 0), S(56, 70), S(56, 70), S(76, 99), S(86, 118)
159   };
160
161   #undef S
162
163   const Score Tempo            = make_score(24, 11);
164   const Score RookOn7th        = make_score(11, 20);
165   const Score RookOnPawn       = make_score(10, 28);
166   const Score RookOpenFile     = make_score(43, 21);
167   const Score RookSemiopenFile = make_score(19, 10);
168   const Score BishopPawns      = make_score( 8, 12);
169   const Score KnightPawns      = make_score( 8,  4);
170   const Score MinorBehindPawn  = make_score(16,  0);
171   const Score UndefendedMinor  = make_score(25, 10);
172   const Score TrappedRook      = make_score(90,  0);
173   const Score Unstoppable      = make_score( 0, 20);
174   const Score LowMobPenalty    = make_score(40, 20);
175
176   // Penalty for a bishop on a1/h1 (a8/h8 for black) which is trapped by
177   // a friendly pawn on b2/g2 (b7/g7 for black). This can obviously only
178   // happen in Chess960 games.
179   const Score TrappedBishopA1H1 = make_score(50, 50);
180
181   // SpaceMask[Color] contains the area of the board which is considered
182   // by the space evaluation. In the middlegame, each side is given a bonus
183   // based on how many squares inside this area are safe and available for
184   // friendly minor pieces.
185   const Bitboard SpaceMask[] = {
186     (FileCBB | FileDBB | FileEBB | FileFBB) & (Rank2BB | Rank3BB | Rank4BB),
187     (FileCBB | FileDBB | FileEBB | FileFBB) & (Rank7BB | Rank6BB | Rank5BB)
188   };
189
190   const Bitboard EdgeBB = Rank1BB | Rank8BB | FileABB | FileHBB;
191
192   // King danger constants and variables. The king danger scores are taken
193   // from KingDanger[]. Various little "meta-bonuses" measuring the strength
194   // of the enemy attack are added up into an integer, which is used as an
195   // index to KingDanger[].
196   //
197   // KingAttackWeights[PieceType] contains king attack weights by piece type
198   const int KingAttackWeights[] = { 0, 0, 2, 2, 3, 5 };
199
200   // Bonuses for enemy's safe checks
201   const int QueenContactCheck = 24;
202   const int RookContactCheck  = 16;
203   const int QueenCheck        = 12;
204   const int RookCheck         = 8;
205   const int BishopCheck       = 2;
206   const int KnightCheck       = 3;
207
208   // KingDanger[Color][attackUnits] contains the actual king danger weighted
209   // scores, indexed by color and by a calculated integer number.
210   Score KingDanger[COLOR_NB][128];
211
212   // Function prototypes
213   template<bool Trace>
214   Value do_evaluate(const Position& pos);
215
216   template<Color Us>
217   void init_eval_info(const Position& pos, EvalInfo& ei);
218
219   template<PieceType Pt, Color Us, bool Trace>
220   Score evaluate_pieces(const Position& pos, EvalInfo& ei, Score* mobility, Bitboard* mobilityArea);
221
222   template<Color Us, bool Trace>
223   Score evaluate_king(const Position& pos, const EvalInfo& ei);
224
225   template<Color Us, bool Trace>
226   Score evaluate_threats(const Position& pos, const EvalInfo& ei);
227
228   template<Color Us, bool Trace>
229   Score evaluate_passed_pawns(const Position& pos, const EvalInfo& ei);
230
231   template<Color Us>
232   int evaluate_space(const Position& pos, const EvalInfo& ei);
233
234   Score evaluate_unstoppable_pawns(const Position& pos, Color us, const EvalInfo& ei);
235
236   Value interpolate(const Score& v, Phase ph, ScaleFactor sf);
237   Score apply_weight(Score v, const Weight& w);
238   Weight weight_option(const std::string& mgOpt, const std::string& egOpt, Score internalWeight);
239 }
240
241
242 namespace Eval {
243
244   /// evaluate() is the main evaluation function. It always computes two
245   /// values, an endgame score and a middlegame score, and interpolates
246   /// between them based on the remaining material.
247
248   Value evaluate(const Position& pos) {
249     return do_evaluate<false>(pos);
250   }
251
252
253   /// trace() is like evaluate(), but instead of returning a value, it returns
254   /// a string (suitable for outputting to stdout) that contains the detailed
255   /// descriptions and values of each evaluation term. It's mainly used for
256   /// debugging.
257   std::string trace(const Position& pos) {
258     return Tracing::do_trace(pos);
259   }
260
261
262   /// init() computes evaluation weights from the corresponding UCI parameters
263   /// and setup king tables.
264
265   void init() {
266
267     Weights[Mobility]       = weight_option("Mobility (Midgame)", "Mobility (Endgame)", WeightsInternal[Mobility]);
268     Weights[PawnStructure]  = weight_option("Pawn Structure (Midgame)", "Pawn Structure (Endgame)", WeightsInternal[PawnStructure]);
269     Weights[PassedPawns]    = weight_option("Passed Pawns (Midgame)", "Passed Pawns (Endgame)", WeightsInternal[PassedPawns]);
270     Weights[Space]          = weight_option("Space", "Space", WeightsInternal[Space]);
271     Weights[KingDangerUs]   = weight_option("Cowardice", "Cowardice", WeightsInternal[KingDangerUs]);
272     Weights[KingDangerThem] = weight_option("Aggressiveness", "Aggressiveness", WeightsInternal[KingDangerThem]);
273
274     const int MaxSlope = 30;
275     const int Peak = 1280;
276
277     for (int t = 0, i = 1; i < 100; ++i)
278     {
279         t = std::min(Peak, std::min(int(0.4 * i * i), t + MaxSlope));
280
281         KingDanger[1][i] = apply_weight(make_score(t, 0), Weights[KingDangerUs]);
282         KingDanger[0][i] = apply_weight(make_score(t, 0), Weights[KingDangerThem]);
283     }
284   }
285
286 } // namespace Eval
287
288
289 namespace {
290
291 template<bool Trace>
292 Value do_evaluate(const Position& pos) {
293
294   assert(!pos.checkers());
295
296   EvalInfo ei;
297   Score score, mobility[2] = { SCORE_ZERO, SCORE_ZERO };
298   Thread* thisThread = pos.this_thread();
299
300   // Initialize score by reading the incrementally updated scores included
301   // in the position object (material + piece square tables) and adding a
302   // Tempo bonus. Score is computed from the point of view of white.
303   score = pos.psq_score() + (pos.side_to_move() == WHITE ? Tempo : -Tempo);
304
305   // Probe the material hash table
306   ei.mi = Material::probe(pos, thisThread->materialTable, thisThread->endgames);
307   score += ei.mi->material_value();
308
309   // If we have a specialized evaluation function for the current material
310   // configuration, call it and return.
311   if (ei.mi->specialized_eval_exists())
312       return ei.mi->evaluate(pos);
313
314   // Probe the pawn hash table
315   ei.pi = Pawns::probe(pos, thisThread->pawnsTable);
316   score += apply_weight(ei.pi->pawns_value(), Weights[PawnStructure]);
317
318   // Initialize attack and king safety bitboards
319   init_eval_info<WHITE>(pos, ei);
320   init_eval_info<BLACK>(pos, ei);
321
322   // Do not include in mobility squares protected by enemy pawns or occupied by our pieces
323   Bitboard mobilityArea[] = { ~(ei.attackedBy[BLACK][PAWN] | pos.pieces(WHITE, PAWN, KING)),
324                               ~(ei.attackedBy[WHITE][PAWN] | pos.pieces(BLACK, PAWN, KING)) };
325
326   // Evaluate pieces and mobility
327   score += evaluate_pieces<KNIGHT, WHITE, Trace>(pos, ei, mobility, mobilityArea);
328
329   // Sum up all attacked squares (updated in evaluate_pieces)
330   ei.attackedBy[WHITE][ALL_PIECES] =  ei.attackedBy[WHITE][PAWN]   | ei.attackedBy[WHITE][KNIGHT]
331                                     | ei.attackedBy[WHITE][BISHOP] | ei.attackedBy[WHITE][ROOK]
332                                     | ei.attackedBy[WHITE][QUEEN]  | ei.attackedBy[WHITE][KING];
333
334   ei.attackedBy[BLACK][ALL_PIECES] =  ei.attackedBy[BLACK][PAWN]   | ei.attackedBy[BLACK][KNIGHT]
335                                     | ei.attackedBy[BLACK][BISHOP] | ei.attackedBy[BLACK][ROOK]
336                                     | ei.attackedBy[BLACK][QUEEN]  | ei.attackedBy[BLACK][KING];
337
338   score += apply_weight(mobility[WHITE] - mobility[BLACK], Weights[Mobility]);
339
340   // Evaluate kings after all other pieces because we need complete attack
341   // information when computing the king safety evaluation.
342   score +=  evaluate_king<WHITE, Trace>(pos, ei)
343           - evaluate_king<BLACK, Trace>(pos, ei);
344
345   // Evaluate tactical threats, we need full attack information including king
346   score +=  evaluate_threats<WHITE, Trace>(pos, ei)
347           - evaluate_threats<BLACK, Trace>(pos, ei);
348
349   // Evaluate passed pawns, we need full attack information including king
350   score +=  evaluate_passed_pawns<WHITE, Trace>(pos, ei)
351           - evaluate_passed_pawns<BLACK, Trace>(pos, ei);
352
353   // If one side has only a king, score for potential unstoppable pawns
354   if (!pos.non_pawn_material(WHITE) || !pos.non_pawn_material(BLACK))
355       score +=  evaluate_unstoppable_pawns(pos, WHITE, ei)
356               - evaluate_unstoppable_pawns(pos, BLACK, ei);
357
358   // Evaluate space for both sides, only in middlegame
359   if (ei.mi->space_weight())
360   {
361       int s = evaluate_space<WHITE>(pos, ei) - evaluate_space<BLACK>(pos, ei);
362       score += apply_weight(s * ei.mi->space_weight(), Weights[Space]);
363   }
364
365   // Scale winning side if position is more drawish than it appears
366   ScaleFactor sf = eg_value(score) > VALUE_DRAW ? ei.mi->scale_factor(pos, WHITE)
367                                                 : ei.mi->scale_factor(pos, BLACK);
368
369   // If we don't already have an unusual scale factor, check for opposite
370   // colored bishop endgames, and use a lower scale for those.
371   if (    ei.mi->game_phase() < PHASE_MIDGAME
372       &&  pos.opposite_bishops()
373       && (sf == SCALE_FACTOR_NORMAL || sf == SCALE_FACTOR_ONEPAWN))
374   {
375       // Ignoring any pawns, do both sides only have a single bishop and no
376       // other pieces?
377       if (   pos.non_pawn_material(WHITE) == BishopValueMg
378           && pos.non_pawn_material(BLACK) == BishopValueMg)
379       {
380           // Check for KBP vs KB with only a single pawn that is almost
381           // certainly a draw or at least two pawns.
382           bool one_pawn = (pos.count<PAWN>(WHITE) + pos.count<PAWN>(BLACK) == 1);
383           sf = one_pawn ? ScaleFactor(8) : ScaleFactor(32);
384       }
385       else
386           // Endgame with opposite-colored bishops, but also other pieces. Still
387           // a bit drawish, but not as drawish as with only the two bishops.
388            sf = ScaleFactor(50 * sf / SCALE_FACTOR_NORMAL);
389   }
390
391   Value v = interpolate(score, ei.mi->game_phase(), sf);
392
393   // In case of tracing add all single evaluation contributions for both white and black
394   if (Trace)
395   {
396       Tracing::add_term(Tracing::PST, pos.psq_score());
397       Tracing::add_term(Tracing::IMBALANCE, ei.mi->material_value());
398       Tracing::add_term(PAWN, ei.pi->pawns_value());
399       Tracing::add_term(Tracing::MOBILITY, apply_weight(mobility[WHITE], Weights[Mobility])
400                                          , apply_weight(mobility[BLACK], Weights[Mobility]));
401       Score w = ei.mi->space_weight() * evaluate_space<WHITE>(pos, ei);
402       Score b = ei.mi->space_weight() * evaluate_space<BLACK>(pos, ei);
403       Tracing::add_term(Tracing::SPACE, apply_weight(w, Weights[Space]), apply_weight(b, Weights[Space]));
404       Tracing::add_term(Tracing::TOTAL, score);
405       Tracing::ei = ei;
406       Tracing::sf = sf;
407   }
408
409   return pos.side_to_move() == WHITE ? v : -v;
410 }
411
412
413   // init_eval_info() initializes king bitboards for given color adding
414   // pawn attacks. To be done at the beginning of the evaluation.
415
416   template<Color Us>
417   void init_eval_info(const Position& pos, EvalInfo& ei) {
418
419     const Color  Them = (Us == WHITE ? BLACK : WHITE);
420     const Square Down = (Us == WHITE ? DELTA_S : DELTA_N);
421
422     ei.pinnedPieces[Us] = pos.pinned_pieces(Us);
423
424     Bitboard b = ei.attackedBy[Them][KING] = pos.attacks_from<KING>(pos.king_square(Them));
425     ei.attackedBy[Us][PAWN] = ei.pi->pawn_attacks(Us);
426
427     // Init king safety tables only if we are going to use them
428     if (pos.count<QUEEN>(Us) && pos.non_pawn_material(Us) > QueenValueMg + PawnValueMg)
429     {
430         ei.kingRing[Them] = b | shift_bb<Down>(b);
431         b &= ei.attackedBy[Us][PAWN];
432         ei.kingAttackersCount[Us] = b ? popcount<Max15>(b) : 0;
433         ei.kingAdjacentZoneAttacksCount[Us] = ei.kingAttackersWeight[Us] = 0;
434     }
435     else
436         ei.kingRing[Them] = ei.kingAttackersCount[Us] = 0;
437   }
438
439
440   // evaluate_outposts() evaluates bishop and knight outpost squares
441
442   template<PieceType Pt, Color Us>
443   Score evaluate_outposts(const Position& pos, EvalInfo& ei, Square s) {
444
445     const Color Them = (Us == WHITE ? BLACK : WHITE);
446
447     assert (Pt == BISHOP || Pt == KNIGHT);
448
449     // Initial bonus based on square
450     Value bonus = Outpost[Pt == BISHOP][relative_square(Us, s)];
451
452     // Increase bonus if supported by pawn, especially if the opponent has
453     // no minor piece which can trade with the outpost piece.
454     if (bonus && (ei.attackedBy[Us][PAWN] & s))
455     {
456         if (   !pos.pieces(Them, KNIGHT)
457             && !(squares_of_color(s) & pos.pieces(Them, BISHOP)))
458             bonus += bonus + bonus / 2;
459         else
460             bonus += bonus / 2;
461     }
462
463     return make_score(bonus, bonus);
464   }
465
466
467   // evaluate_pieces() assigns bonuses and penalties to the pieces of a given color
468
469   template<PieceType Pt, Color Us, bool Trace>
470   Score evaluate_pieces(const Position& pos, EvalInfo& ei, Score* mobility, Bitboard* mobilityArea) {
471
472     Bitboard b;
473     Square s;
474     Score score = SCORE_ZERO;
475
476     const Color Them = (Us == WHITE ? BLACK : WHITE);
477     const Square* pl = pos.list<Pt>(Us);
478
479     ei.attackedBy[Us][Pt] = 0;
480
481     while ((s = *pl++) != SQ_NONE)
482     {
483         // Find attacked squares, including x-ray attacks for bishops and rooks
484         b = Pt == BISHOP ? attacks_bb<BISHOP>(s, pos.pieces() ^ pos.pieces(Us, QUEEN))
485           : Pt ==   ROOK ? attacks_bb<  ROOK>(s, pos.pieces() ^ pos.pieces(Us, ROOK, QUEEN))
486                          : pos.attacks_from<Pt>(s);
487
488         if (ei.pinnedPieces[Us] & s)
489             b &= LineBB[pos.king_square(Us)][s];
490
491         ei.attackedBy[Us][Pt] |= b;
492
493         if (b & ei.kingRing[Them])
494         {
495             ei.kingAttackersCount[Us]++;
496             ei.kingAttackersWeight[Us] += KingAttackWeights[Pt];
497             Bitboard bb = b & ei.attackedBy[Them][KING];
498             if (bb)
499                 ei.kingAdjacentZoneAttacksCount[Us] += popcount<Max15>(bb);
500         }
501
502         if (Pt == QUEEN)
503             b &= ~(  ei.attackedBy[Them][KNIGHT]
504                    | ei.attackedBy[Them][BISHOP]
505                    | ei.attackedBy[Them][ROOK]);
506
507         int mob = Pt != QUEEN ? popcount<Max15>(b & mobilityArea[Us])
508                               : popcount<Full >(b & mobilityArea[Us]);
509
510         mobility[Us] += MobilityBonus[Pt][mob];
511
512         if (mob <= 1 && (EdgeBB & s))
513             score -= LowMobPenalty;
514
515         // Decrease score if we are attacked by an enemy pawn. The remaining part
516         // of threat evaluation must be done later when we have full attack info.
517         if (ei.attackedBy[Them][PAWN] & s)
518             score -= ThreatenedByPawn[Pt];
519
520         if (Pt == BISHOP || Pt == KNIGHT)
521         {
522             // Penalty for bishop with same colored pawns
523             if (Pt == BISHOP)
524                 score -= BishopPawns * ei.pi->pawns_on_same_color_squares(Us, s);
525
526             // Penalty for knight when there are few enemy pawns
527             if (Pt == KNIGHT)
528                 score -= KnightPawns * std::max(5 - pos.count<PAWN>(Them), 0);
529
530             // Bishop and knight outposts squares
531             if (!(pos.pieces(Them, PAWN) & pawn_attack_span(Us, s)))
532                 score += evaluate_outposts<Pt, Us>(pos, ei, s);
533
534             // Bishop or knight behind a pawn
535             if (    relative_rank(Us, s) < RANK_5
536                 && (pos.pieces(PAWN) & (s + pawn_push(Us))))
537                 score += MinorBehindPawn;
538         }
539
540         if (Pt == ROOK)
541         {
542             // Rook on 7th rank and enemy king trapped on 8th
543             if (   relative_rank(Us, s) == RANK_7
544                 && relative_rank(Us, pos.king_square(Them)) == RANK_8)
545                 score += RookOn7th;
546
547             // Rook piece attacking enemy pawns on the same rank/file
548             if (relative_rank(Us, s) >= RANK_5)
549             {
550                 Bitboard pawns = pos.pieces(Them, PAWN) & PseudoAttacks[ROOK][s];
551                 if (pawns)
552                     score += popcount<Max15>(pawns) * RookOnPawn;
553             }
554
555             // Give a bonus for a rook on a open or semi-open file
556             if (ei.pi->semiopen(Us, file_of(s)))
557                 score += ei.pi->semiopen(Them, file_of(s)) ? RookOpenFile : RookSemiopenFile;
558
559             if (mob > 3 || ei.pi->semiopen(Us, file_of(s)))
560                 continue;
561
562             Square ksq = pos.king_square(Us);
563
564             // Penalize rooks which are trapped by a king. Penalize more if the
565             // king has lost its castling capability.
566             if (   ((file_of(ksq) < FILE_E) == (file_of(s) < file_of(ksq)))
567                 && (rank_of(ksq) == rank_of(s) || relative_rank(Us, ksq) == RANK_1)
568                 && !ei.pi->semiopen_on_side(Us, file_of(ksq), file_of(ksq) < FILE_E))
569                 score -= (TrappedRook - make_score(mob * 8, 0)) * (pos.can_castle(Us) ? 1 : 2);
570         }
571
572         // An important Chess960 pattern: A cornered bishop blocked by a friendly
573         // pawn diagonally in front of it is a very serious problem, especially
574         // when that pawn is also blocked.
575         if (   Pt == BISHOP
576             && pos.is_chess960()
577             && (s == relative_square(Us, SQ_A1) || s == relative_square(Us, SQ_H1)))
578         {
579             Square d = pawn_push(Us) + (file_of(s) == FILE_A ? DELTA_E : DELTA_W);
580             if (pos.piece_on(s + d) == make_piece(Us, PAWN))
581                 score -= !pos.empty(s + d + pawn_push(Us))                ? TrappedBishopA1H1 * 4
582                         : pos.piece_on(s + d + d) == make_piece(Us, PAWN) ? TrappedBishopA1H1 * 2
583                                                                           : TrappedBishopA1H1;
584         }
585     }
586
587     if (Trace)
588         Tracing::terms[Us][Pt] = score;
589
590     const PieceType NextPt = (Us == WHITE ? Pt : PieceType(Pt + 1));
591
592     return score - evaluate_pieces<NextPt, Them, Trace>(pos, ei, mobility, mobilityArea);
593   }
594
595   template<>
596   Score evaluate_pieces<KING, WHITE, false>(const Position&, EvalInfo&, Score*, Bitboard*) { return SCORE_ZERO; }
597   template<>
598   Score evaluate_pieces<KING, WHITE,  true>(const Position&, EvalInfo&, Score*, Bitboard*) { return SCORE_ZERO; }
599
600
601   // evaluate_king() assigns bonuses and penalties to a king of a given color
602
603   template<Color Us, bool Trace>
604   Score evaluate_king(const Position& pos, const EvalInfo& ei) {
605
606     const Color Them = (Us == WHITE ? BLACK : WHITE);
607
608     Bitboard undefended, b, b1, b2, safe;
609     int attackUnits;
610     const Square ksq = pos.king_square(Us);
611
612     // King shelter and enemy pawns storm
613     Score score = ei.pi->king_safety<Us>(pos, ksq);
614
615     // Main king safety evaluation
616     if (ei.kingAttackersCount[Them])
617     {
618         // Find the attacked squares around the king which have no defenders
619         // apart from the king itself
620         undefended =  ei.attackedBy[Them][ALL_PIECES]
621                     & ei.attackedBy[Us][KING]
622                     & ~(  ei.attackedBy[Us][PAWN]   | ei.attackedBy[Us][KNIGHT]
623                         | ei.attackedBy[Us][BISHOP] | ei.attackedBy[Us][ROOK]
624                         | ei.attackedBy[Us][QUEEN]);
625
626         // Initialize the 'attackUnits' variable, which is used later on as an
627         // index to the KingDanger[] array. The initial value is based on the
628         // number and types of the enemy's attacking pieces, the number of
629         // attacked and undefended squares around our king and the quality of
630         // the pawn shelter (current 'score' value).
631         attackUnits =  std::min(20, (ei.kingAttackersCount[Them] * ei.kingAttackersWeight[Them]) / 2)
632                      + 3 * (ei.kingAdjacentZoneAttacksCount[Them] + popcount<Max15>(undefended))
633                      + 2 * (ei.pinnedPieces[Us] != 0)
634                      - mg_value(score) / 32;
635
636         // Analyse the enemy's safe queen contact checks. Firstly, find the
637         // undefended squares around the king that are attacked by the enemy's
638         // queen...
639         b = undefended & ei.attackedBy[Them][QUEEN] & ~pos.pieces(Them);
640         if (b)
641         {
642             // ...and then remove squares not supported by another enemy piece
643             b &= (  ei.attackedBy[Them][PAWN]   | ei.attackedBy[Them][KNIGHT]
644                   | ei.attackedBy[Them][BISHOP] | ei.attackedBy[Them][ROOK]);
645
646             if (b)
647                 attackUnits +=  QueenContactCheck
648                               * popcount<Max15>(b)
649                               * (Them == pos.side_to_move() ? 2 : 1);
650         }
651
652         // Analyse the enemy's safe rook contact checks. Firstly, find the
653         // undefended squares around the king that are attacked by the enemy's
654         // rooks...
655         b = undefended & ei.attackedBy[Them][ROOK] & ~pos.pieces(Them);
656
657         // Consider only squares where the enemy's rook gives check
658         b &= PseudoAttacks[ROOK][ksq];
659
660         if (b)
661         {
662             // ...and then remove squares not supported by another enemy piece
663             b &= (  ei.attackedBy[Them][PAWN]   | ei.attackedBy[Them][KNIGHT]
664                   | ei.attackedBy[Them][BISHOP] | ei.attackedBy[Them][QUEEN]);
665
666             if (b)
667                 attackUnits +=  RookContactCheck
668                               * popcount<Max15>(b)
669                               * (Them == pos.side_to_move() ? 2 : 1);
670         }
671
672         // Analyse the enemy's safe distance checks for sliders and knights
673         safe = ~(pos.pieces(Them) | ei.attackedBy[Us][ALL_PIECES]);
674
675         b1 = pos.attacks_from<ROOK>(ksq) & safe;
676         b2 = pos.attacks_from<BISHOP>(ksq) & safe;
677
678         // Enemy queen safe checks
679         b = (b1 | b2) & ei.attackedBy[Them][QUEEN];
680         if (b)
681             attackUnits += QueenCheck * popcount<Max15>(b);
682
683         // Enemy rooks safe checks
684         b = b1 & ei.attackedBy[Them][ROOK];
685         if (b)
686             attackUnits += RookCheck * popcount<Max15>(b);
687
688         // Enemy bishops safe checks
689         b = b2 & ei.attackedBy[Them][BISHOP];
690         if (b)
691             attackUnits += BishopCheck * popcount<Max15>(b);
692
693         // Enemy knights safe checks
694         b = pos.attacks_from<KNIGHT>(ksq) & ei.attackedBy[Them][KNIGHT] & safe;
695         if (b)
696             attackUnits += KnightCheck * popcount<Max15>(b);
697
698         // To index KingDanger[] attackUnits must be in [0, 99] range
699         attackUnits = std::min(99, std::max(0, attackUnits));
700
701         // Finally, extract the king danger score from the KingDanger[]
702         // array and subtract the score from evaluation.
703         score -= KingDanger[Us == Search::RootColor][attackUnits];
704     }
705
706     if (Trace)
707         Tracing::terms[Us][KING] = score;
708
709     return score;
710   }
711
712
713   // evaluate_threats() assigns bonuses according to the type of attacking piece
714   // and the type of attacked one.
715
716   template<Color Us, bool Trace>
717   Score evaluate_threats(const Position& pos, const EvalInfo& ei) {
718
719     const Color Them = (Us == WHITE ? BLACK : WHITE);
720
721     Bitboard b, undefendedMinors, weakEnemies;
722     Score score = SCORE_ZERO;
723
724     // Undefended minors get penalized even if they are not under attack
725     undefendedMinors =  pos.pieces(Them, BISHOP, KNIGHT)
726                       & ~ei.attackedBy[Them][ALL_PIECES];
727
728     if (undefendedMinors)
729         score += UndefendedMinor;
730
731     // Enemy pieces not defended by a pawn and under our attack
732     weakEnemies =  pos.pieces(Them)
733                  & ~ei.attackedBy[Them][PAWN]
734                  & ei.attackedBy[Us][ALL_PIECES];
735
736     // Add a bonus according if the attacking pieces are minor or major
737     if (weakEnemies)
738     {
739         b = weakEnemies & (ei.attackedBy[Us][KNIGHT] | ei.attackedBy[Us][BISHOP]);
740         if (b)
741             score += Threat[0][type_of(pos.piece_on(lsb(b)))];
742
743         b = weakEnemies & (ei.attackedBy[Us][ROOK] | ei.attackedBy[Us][QUEEN]);
744         if (b)
745             score += Threat[1][type_of(pos.piece_on(lsb(b)))];
746     }
747
748     if (Trace)
749         Tracing::terms[Us][Tracing::THREAT] = score;
750
751     return score;
752   }
753
754
755   // evaluate_passed_pawns() evaluates the passed pawns of the given color
756
757   template<Color Us, bool Trace>
758   Score evaluate_passed_pawns(const Position& pos, const EvalInfo& ei) {
759
760     const Color Them = (Us == WHITE ? BLACK : WHITE);
761
762     Bitboard b, squaresToQueen, defendedSquares, unsafeSquares, supportingPawns;
763     Score score = SCORE_ZERO;
764
765     b = ei.pi->passed_pawns(Us);
766
767     while (b)
768     {
769         Square s = pop_lsb(&b);
770
771         assert(pos.pawn_passed(Us, s));
772
773         int r = int(relative_rank(Us, s) - RANK_2);
774         int rr = r * (r - 1);
775
776         // Base bonus based on rank
777         Value mbonus = Value(17 * rr);
778         Value ebonus = Value(7 * (rr + r + 1));
779
780         if (rr)
781         {
782             Square blockSq = s + pawn_push(Us);
783
784             // Adjust bonus based on the king's proximity
785             ebonus +=  Value(square_distance(pos.king_square(Them), blockSq) * 5 * rr)
786                      - Value(square_distance(pos.king_square(Us  ), blockSq) * 2 * rr);
787
788             // If blockSq is not the queening square then consider also a second push
789             if (relative_rank(Us, blockSq) != RANK_8)
790                 ebonus -= Value(rr * square_distance(pos.king_square(Us), blockSq + pawn_push(Us)));
791
792             // If the pawn is free to advance, then increase the bonus
793             if (pos.empty(blockSq))
794             {
795                 squaresToQueen = forward_bb(Us, s);
796
797                 // If there is an enemy rook or queen attacking the pawn from behind,
798                 // add all X-ray attacks by the rook or queen. Otherwise consider only
799                 // the squares in the pawn's path attacked or occupied by the enemy.
800                 if (    unlikely(forward_bb(Them, s) & pos.pieces(Them, ROOK, QUEEN))
801                     && (forward_bb(Them, s) & pos.pieces(Them, ROOK, QUEEN) & pos.attacks_from<ROOK>(s)))
802                     unsafeSquares = squaresToQueen;
803                 else
804                     unsafeSquares = squaresToQueen & (ei.attackedBy[Them][ALL_PIECES] | pos.pieces(Them));
805
806                 if (    unlikely(forward_bb(Them, s) & pos.pieces(Us, ROOK, QUEEN))
807                     && (forward_bb(Them, s) & pos.pieces(Us, ROOK, QUEEN) & pos.attacks_from<ROOK>(s)))
808                     defendedSquares = squaresToQueen;
809                 else
810                     defendedSquares = squaresToQueen & ei.attackedBy[Us][ALL_PIECES];
811
812                 // If there aren't any enemy attacks, then assign a huge bonus.
813                 // The bonus will be a bit smaller if at least the block square
814                 // isn't attacked, otherwise assign the smallest possible bonus.
815                 int k = !unsafeSquares ? 15 : !(unsafeSquares & blockSq) ? 9 : 3;
816
817                 // Assign a big bonus if the path to the queen is fully defended,
818                 // otherwise assign a bit less of a bonus if at least the block
819                 // square is defended.
820                 if (defendedSquares == squaresToQueen)
821                     k += 6;
822
823                 else if (defendedSquares & blockSq)
824                     k += (unsafeSquares & defendedSquares) == unsafeSquares ? 4 : 2;
825
826                 mbonus += Value(k * rr), ebonus += Value(k * rr);
827             }
828         } // rr != 0
829
830         // Increase the bonus if the passed pawn is supported by a friendly pawn
831         // on the same rank and a bit smaller if it's on the previous rank.
832         supportingPawns = pos.pieces(Us, PAWN) & adjacent_files_bb(file_of(s));
833         if (supportingPawns & rank_bb(s))
834             ebonus += Value(r * 20);
835
836         else if (supportingPawns & rank_bb(s - pawn_push(Us)))
837             ebonus += Value(r * 12);
838
839         // Rook pawns are a special case: They are sometimes worse, and
840         // sometimes better than other passed pawns. It is difficult to find
841         // good rules for determining whether they are good or bad. For now,
842         // we try the following: Increase the value for rook pawns if the
843         // other side has no pieces apart from a knight, and decrease the
844         // value if the other side has a rook or queen.
845         if (file_of(s) == FILE_A || file_of(s) == FILE_H)
846         {
847             if (pos.non_pawn_material(Them) <= KnightValueMg)
848                 ebonus += ebonus / 4;
849
850             else if (pos.pieces(Them, ROOK, QUEEN))
851                 ebonus -= ebonus / 4;
852         }
853
854         if (pos.count<PAWN>(Us) < pos.count<PAWN>(Them))
855             ebonus += ebonus / 4;
856
857         score += make_score(mbonus, ebonus);
858     }
859
860     if (Trace)
861         Tracing::terms[Us][Tracing::PASSED] = apply_weight(score, Weights[PassedPawns]);
862
863     // Add the scores to the middlegame and endgame eval
864     return apply_weight(score, Weights[PassedPawns]);
865   }
866
867
868   // evaluate_unstoppable_pawns() scores the most advanced among the passed and
869   // candidate pawns. In case opponent has no pieces but pawns, this is somewhat
870   // related to the possibility that pawns are unstoppable.
871
872   Score evaluate_unstoppable_pawns(const Position& pos, Color us, const EvalInfo& ei) {
873
874     Bitboard b = ei.pi->passed_pawns(us) | ei.pi->candidate_pawns(us);
875
876     if (!b || pos.non_pawn_material(~us))
877         return SCORE_ZERO;
878
879     return Unstoppable * int(relative_rank(us, frontmost_sq(us, b)));
880   }
881
882
883   // evaluate_space() computes the space evaluation for a given side. The
884   // space evaluation is a simple bonus based on the number of safe squares
885   // available for minor pieces on the central four files on ranks 2--4. Safe
886   // squares one, two or three squares behind a friendly pawn are counted
887   // twice. Finally, the space bonus is scaled by a weight taken from the
888   // material hash table. The aim is to improve play on game opening.
889   template<Color Us>
890   int evaluate_space(const Position& pos, const EvalInfo& ei) {
891
892     const Color Them = (Us == WHITE ? BLACK : WHITE);
893
894     // Find the safe squares for our pieces inside the area defined by
895     // SpaceMask[]. A square is unsafe if it is attacked by an enemy
896     // pawn, or if it is undefended and attacked by an enemy piece.
897     Bitboard safe =   SpaceMask[Us]
898                    & ~pos.pieces(Us, PAWN)
899                    & ~ei.attackedBy[Them][PAWN]
900                    & (ei.attackedBy[Us][ALL_PIECES] | ~ei.attackedBy[Them][ALL_PIECES]);
901
902     // Find all squares which are at most three squares behind some friendly pawn
903     Bitboard behind = pos.pieces(Us, PAWN);
904     behind |= (Us == WHITE ? behind >>  8 : behind <<  8);
905     behind |= (Us == WHITE ? behind >> 16 : behind << 16);
906
907     // Since SpaceMask[Us] is fully on our half of the board
908     assert(unsigned(safe >> (Us == WHITE ? 32 : 0)) == 0);
909
910     // Count safe + (behind & safe) with a single popcount
911     return popcount<Full>((Us == WHITE ? safe << 32 : safe >> 32) | (behind & safe));
912   }
913
914
915   // interpolate() interpolates between a middlegame and an endgame score,
916   // based on game phase. It also scales the return value by a ScaleFactor array.
917
918   Value interpolate(const Score& v, Phase ph, ScaleFactor sf) {
919
920     assert(-VALUE_INFINITE < mg_value(v) && mg_value(v) < VALUE_INFINITE);
921     assert(-VALUE_INFINITE < eg_value(v) && eg_value(v) < VALUE_INFINITE);
922     assert(PHASE_ENDGAME <= ph && ph <= PHASE_MIDGAME);
923
924     int eg = (eg_value(v) * int(sf)) / SCALE_FACTOR_NORMAL;
925     return Value((mg_value(v) * int(ph) + eg * int(PHASE_MIDGAME - ph)) / PHASE_MIDGAME);
926   }
927
928   // apply_weight() weights score v by score w trying to prevent overflow
929   Score apply_weight(Score v, const Weight& w) {
930
931     return make_score(mg_value(v) * w.mg / 256, eg_value(v) * w.eg / 256);
932   }
933
934   // weight_option() computes the value of an evaluation weight, by combining
935   // two UCI-configurable weights (midgame and endgame) with an internal weight.
936
937   Weight weight_option(const std::string& mgOpt, const std::string& egOpt, Score internalWeight) {
938
939     Weight w = { Options[mgOpt] * mg_value(internalWeight) / 100,
940                  Options[egOpt] * eg_value(internalWeight) / 100 };
941     return w;
942   }
943
944
945   // Tracing function definitions
946
947   double Tracing::to_cp(Value v) { return double(v) / PawnValueEg; }
948
949   void Tracing::add_term(int idx, Score wScore, Score bScore) {
950
951     terms[WHITE][idx] = wScore;
952     terms[BLACK][idx] = bScore;
953   }
954
955   void Tracing::format_row(std::stringstream& ss, const char* name, int idx) {
956
957     Score wScore = terms[WHITE][idx];
958     Score bScore = terms[BLACK][idx];
959
960     switch (idx) {
961     case PST: case IMBALANCE: case PAWN: case TOTAL:
962         ss << std::setw(20) << name << " |   ---   --- |   ---   --- | "
963            << std::setw(5)  << to_cp(mg_value(wScore - bScore)) << " "
964            << std::setw(5)  << to_cp(eg_value(wScore - bScore)) << " \n";
965         break;
966     default:
967         ss << std::setw(20) << name << " | " << std::noshowpos
968            << std::setw(5)  << to_cp(mg_value(wScore)) << " "
969            << std::setw(5)  << to_cp(eg_value(wScore)) << " | "
970            << std::setw(5)  << to_cp(mg_value(bScore)) << " "
971            << std::setw(5)  << to_cp(eg_value(bScore)) << " | "
972            << std::setw(5)  << to_cp(mg_value(wScore - bScore)) << " "
973            << std::setw(5)  << to_cp(eg_value(wScore - bScore)) << " \n";
974     }
975   }
976
977   std::string Tracing::do_trace(const Position& pos) {
978
979     std::memset(terms, 0, sizeof(terms));
980
981     Value v = do_evaluate<true>(pos);
982     v = pos.side_to_move() == WHITE ? v : -v; // White's point of view
983
984     std::stringstream ss;
985     ss << std::showpoint << std::noshowpos << std::fixed << std::setprecision(2)
986        << "           Eval term |    White    |    Black    |    Total    \n"
987        << "                     |   MG    EG  |   MG    EG  |   MG    EG  \n"
988        << "---------------------+-------------+-------------+-------------\n";
989
990     format_row(ss, "Material, PST, Tempo", PST);
991     format_row(ss, "Material imbalance", IMBALANCE);
992     format_row(ss, "Pawns", PAWN);
993     format_row(ss, "Knights", KNIGHT);
994     format_row(ss, "Bishops", BISHOP);
995     format_row(ss, "Rooks", ROOK);
996     format_row(ss, "Queens", QUEEN);
997     format_row(ss, "Mobility", MOBILITY);
998     format_row(ss, "King safety", KING);
999     format_row(ss, "Threats", THREAT);
1000     format_row(ss, "Passed pawns", PASSED);
1001     format_row(ss, "Space", SPACE);
1002
1003     ss << "---------------------+-------------+-------------+-------------\n";
1004     format_row(ss, "Total", TOTAL);
1005
1006     ss << "\nTotal Evaluation: " << to_cp(v) << " (white side)\n";
1007
1008     return ss.str();
1009   }
1010 }