Combo of Parameter Tweaks
[stockfish] / src / evaluate.cpp
1 /*
2   Stockfish, a UCI chess playing engine derived from Glaurung 2.1
3   Copyright (C) 2004-2008 Tord Romstad (Glaurung author)
4   Copyright (C) 2008-2015 Marco Costalba, Joona Kiiski, Tord Romstad
5   Copyright (C) 2015-2019 Marco Costalba, Joona Kiiski, Gary Linscott, Tord Romstad
6
7   Stockfish is free software: you can redistribute it and/or modify
8   it under the terms of the GNU General Public License as published by
9   the Free Software Foundation, either version 3 of the License, or
10   (at your option) any later version.
11
12   Stockfish is distributed in the hope that it will be useful,
13   but WITHOUT ANY WARRANTY; without even the implied warranty of
14   MERCHANTABILITY or FITNESS FOR A PARTICULAR PURPOSE.  See the
15   GNU General Public License for more details.
16
17   You should have received a copy of the GNU General Public License
18   along with this program.  If not, see <http://www.gnu.org/licenses/>.
19 */
20
21 #include <algorithm>
22 #include <cassert>
23 #include <cstring>   // For std::memset
24 #include <iomanip>
25 #include <sstream>
26
27 #include "bitboard.h"
28 #include "evaluate.h"
29 #include "material.h"
30 #include "pawns.h"
31 #include "thread.h"
32
33 namespace Trace {
34
35   enum Tracing { NO_TRACE, TRACE };
36
37   enum Term { // The first 8 entries are reserved for PieceType
38     MATERIAL = 8, IMBALANCE, MOBILITY, THREAT, PASSED, SPACE, INITIATIVE, TOTAL, TERM_NB
39   };
40
41   Score scores[TERM_NB][COLOR_NB];
42
43   double to_cp(Value v) { return double(v) / PawnValueEg; }
44
45   void add(int idx, Color c, Score s) {
46     scores[idx][c] = s;
47   }
48
49   void add(int idx, Score w, Score b = SCORE_ZERO) {
50     scores[idx][WHITE] = w;
51     scores[idx][BLACK] = b;
52   }
53
54   std::ostream& operator<<(std::ostream& os, Score s) {
55     os << std::setw(5) << to_cp(mg_value(s)) << " "
56        << std::setw(5) << to_cp(eg_value(s));
57     return os;
58   }
59
60   std::ostream& operator<<(std::ostream& os, Term t) {
61
62     if (t == MATERIAL || t == IMBALANCE || t == INITIATIVE || t == TOTAL)
63         os << " ----  ----"    << " | " << " ----  ----";
64     else
65         os << scores[t][WHITE] << " | " << scores[t][BLACK];
66
67     os << " | " << scores[t][WHITE] - scores[t][BLACK] << "\n";
68     return os;
69   }
70 }
71
72 using namespace Trace;
73
74 namespace {
75
76   // Threshold for lazy and space evaluation
77   constexpr Value LazyThreshold  = Value(1400);
78   constexpr Value SpaceThreshold = Value(12222);
79
80   // KingAttackWeights[PieceType] contains king attack weights by piece type
81   constexpr int KingAttackWeights[PIECE_TYPE_NB] = { 0, 0, 81, 52, 44, 10 };
82
83   // Penalties for enemy's safe checks
84   constexpr int QueenSafeCheck  = 780;
85   constexpr int RookSafeCheck   = 1080;
86   constexpr int BishopSafeCheck = 635;
87   constexpr int KnightSafeCheck = 790;
88
89 #define S(mg, eg) make_score(mg, eg)
90
91   // MobilityBonus[PieceType-2][attacked] contains bonuses for middle and end game,
92   // indexed by piece type and number of attacked squares in the mobility area.
93   constexpr Score MobilityBonus[][32] = {
94     { S(-62,-81), S(-53,-56), S(-12,-30), S( -4,-14), S(  3,  8), S( 13, 15), // Knights
95       S( 22, 23), S( 28, 27), S( 33, 33) },
96     { S(-48,-59), S(-20,-23), S( 16, -3), S( 26, 13), S( 38, 24), S( 51, 42), // Bishops
97       S( 55, 54), S( 63, 57), S( 63, 65), S( 68, 73), S( 81, 78), S( 81, 86),
98       S( 91, 88), S( 98, 97) },
99     { S(-58,-76), S(-27,-18), S(-15, 28), S(-10, 55), S( -5, 69), S( -2, 82), // Rooks
100       S(  9,112), S( 16,118), S( 30,132), S( 29,142), S( 32,155), S( 38,165),
101       S( 46,166), S( 48,169), S( 58,171) },
102     { S(-39,-36), S(-21,-15), S(  3,  8), S(  3, 18), S( 14, 34), S( 22, 54), // Queens
103       S( 28, 61), S( 41, 73), S( 43, 79), S( 48, 92), S( 56, 94), S( 60,104),
104       S( 60,113), S( 66,120), S( 67,123), S( 70,126), S( 71,133), S( 73,136),
105       S( 79,140), S( 88,143), S( 88,148), S( 99,166), S(102,170), S(102,175),
106       S(106,184), S(109,191), S(113,206), S(116,212) }
107   };
108
109   // RookOnFile[semiopen/open] contains bonuses for each rook when there is
110   // no (friendly) pawn on the rook file.
111   constexpr Score RookOnFile[] = { S(21, 4), S(47, 25) };
112
113   // ThreatByMinor/ByRook[attacked PieceType] contains bonuses according to
114   // which piece type attacks which one. Attacks on lesser pieces which are
115   // pawn-defended are not considered.
116   constexpr Score ThreatByMinor[PIECE_TYPE_NB] = {
117     S(0, 0), S(6, 32), S(59, 41), S(79, 56), S(90, 119), S(79, 161)
118   };
119
120   constexpr Score ThreatByRook[PIECE_TYPE_NB] = {
121     S(0, 0), S(3, 44), S(38, 71), S(38, 61), S(0, 38), S(51, 38)
122   };
123
124   // PassedRank[Rank] contains a bonus according to the rank of a passed pawn
125   constexpr Score PassedRank[RANK_NB] = {
126     S(0, 0), S(10, 28), S(17, 33), S(15, 41), S(62, 72), S(168, 177), S(276, 260)
127   };
128
129   // Assorted bonuses and penalties
130   constexpr Score BishopPawns        = S(  3,  7);
131   constexpr Score CorneredBishop     = S( 50, 50);
132   constexpr Score FlankAttacks       = S(  8,  0);
133   constexpr Score Hanging            = S( 69, 36);
134   constexpr Score KingProtector      = S(  7,  8);
135   constexpr Score KnightOnQueen      = S( 16, 12);
136   constexpr Score LongDiagonalBishop = S( 45,  0);
137   constexpr Score MinorBehindPawn    = S( 18,  3);
138   constexpr Score Outpost            = S( 32, 10);
139   constexpr Score PassedFile         = S( 11,  8);
140   constexpr Score PawnlessFlank      = S( 17, 95);
141   constexpr Score RestrictedPiece    = S(  7,  7);
142   constexpr Score RookOnQueenFile    = S(  7,  6);
143   constexpr Score SliderOnQueen      = S( 59, 18);
144   constexpr Score ThreatByKing       = S( 24, 89);
145   constexpr Score ThreatByPawnPush   = S( 48, 39);
146   constexpr Score ThreatBySafePawn   = S(173, 94);
147   constexpr Score TrappedRook        = S( 47,  4);
148   constexpr Score WeakQueen          = S( 49, 15);
149
150 #undef S
151
152   // Evaluation class computes and stores attacks tables and other working data
153   template<Tracing T>
154   class Evaluation {
155
156   public:
157     Evaluation() = delete;
158     explicit Evaluation(const Position& p) : pos(p) {}
159     Evaluation& operator=(const Evaluation&) = delete;
160     Value value();
161
162   private:
163     template<Color Us> void initialize();
164     template<Color Us, PieceType Pt> Score pieces();
165     template<Color Us> Score king() const;
166     template<Color Us> Score threats() const;
167     template<Color Us> Score passed() const;
168     template<Color Us> Score space() const;
169     ScaleFactor scale_factor(Value eg) const;
170     Score initiative(Score score) const;
171
172     const Position& pos;
173     Material::Entry* me;
174     Pawns::Entry* pe;
175     Bitboard mobilityArea[COLOR_NB];
176     Score mobility[COLOR_NB] = { SCORE_ZERO, SCORE_ZERO };
177
178     // attackedBy[color][piece type] is a bitboard representing all squares
179     // attacked by a given color and piece type. Special "piece types" which
180     // is also calculated is ALL_PIECES.
181     Bitboard attackedBy[COLOR_NB][PIECE_TYPE_NB];
182
183     // attackedBy2[color] are the squares attacked by at least 2 units of a given
184     // color, including x-rays. But diagonal x-rays through pawns are not computed.
185     Bitboard attackedBy2[COLOR_NB];
186
187     // kingRing[color] are the squares adjacent to the king plus some other
188     // very near squares, depending on king position.
189     Bitboard kingRing[COLOR_NB];
190
191     // kingAttackersCount[color] is the number of pieces of the given color
192     // which attack a square in the kingRing of the enemy king.
193     int kingAttackersCount[COLOR_NB];
194
195     // kingAttackersWeight[color] is the sum of the "weights" of the pieces of
196     // the given color which attack a square in the kingRing of the enemy king.
197     // The weights of the individual piece types are given by the elements in
198     // the KingAttackWeights array.
199     int kingAttackersWeight[COLOR_NB];
200
201     // kingAttacksCount[color] is the number of attacks by the given color to
202     // squares directly adjacent to the enemy king. Pieces which attack more
203     // than one square are counted multiple times. For instance, if there is
204     // a white knight on g5 and black's king is on g8, this white knight adds 2
205     // to kingAttacksCount[WHITE].
206     int kingAttacksCount[COLOR_NB];
207   };
208
209
210   // Evaluation::initialize() computes king and pawn attacks, and the king ring
211   // bitboard for a given color. This is done at the beginning of the evaluation.
212   template<Tracing T> template<Color Us>
213   void Evaluation<T>::initialize() {
214
215     constexpr Color     Them = (Us == WHITE ? BLACK : WHITE);
216     constexpr Direction Up   = pawn_push(Us);
217     constexpr Direction Down = -Up;
218     constexpr Bitboard LowRanks = (Us == WHITE ? Rank2BB | Rank3BB : Rank7BB | Rank6BB);
219
220     const Square ksq = pos.square<KING>(Us);
221
222     Bitboard dblAttackByPawn = pawn_double_attacks_bb<Us>(pos.pieces(Us, PAWN));
223
224     // Find our pawns that are blocked or on the first two ranks
225     Bitboard b = pos.pieces(Us, PAWN) & (shift<Down>(pos.pieces()) | LowRanks);
226
227     // Squares occupied by those pawns, by our king or queen or controlled by
228     // enemy pawns are excluded from the mobility area.
229     mobilityArea[Us] = ~(b | pos.pieces(Us, KING, QUEEN) | pe->pawn_attacks(Them));
230
231     // Initialize attackedBy[] for king and pawns
232     attackedBy[Us][KING] = pos.attacks_from<KING>(ksq);
233     attackedBy[Us][PAWN] = pe->pawn_attacks(Us);
234     attackedBy[Us][ALL_PIECES] = attackedBy[Us][KING] | attackedBy[Us][PAWN];
235     attackedBy2[Us] = dblAttackByPawn | (attackedBy[Us][KING] & attackedBy[Us][PAWN]);
236
237     // Init our king safety tables
238     Square s = make_square(clamp(file_of(ksq), FILE_B, FILE_G),
239                            clamp(rank_of(ksq), RANK_2, RANK_7));
240     kingRing[Us] = PseudoAttacks[KING][s] | s;
241
242     kingAttackersCount[Them] = popcount(kingRing[Us] & pe->pawn_attacks(Them));
243     kingAttacksCount[Them] = kingAttackersWeight[Them] = 0;
244
245     // Remove from kingRing[] the squares defended by two pawns
246     kingRing[Us] &= ~dblAttackByPawn;
247   }
248
249
250   // Evaluation::pieces() scores pieces of a given color and type
251   template<Tracing T> template<Color Us, PieceType Pt>
252   Score Evaluation<T>::pieces() {
253
254     constexpr Color     Them = (Us == WHITE ? BLACK : WHITE);
255     constexpr Direction Down = -pawn_push(Us);
256     constexpr Bitboard OutpostRanks = (Us == WHITE ? Rank4BB | Rank5BB | Rank6BB
257                                                    : Rank5BB | Rank4BB | Rank3BB);
258     const Square* pl = pos.squares<Pt>(Us);
259
260     Bitboard b, bb;
261     Score score = SCORE_ZERO;
262
263     attackedBy[Us][Pt] = 0;
264
265     for (Square s = *pl; s != SQ_NONE; s = *++pl)
266     {
267         // Find attacked squares, including x-ray attacks for bishops and rooks
268         b = Pt == BISHOP ? attacks_bb<BISHOP>(s, pos.pieces() ^ pos.pieces(QUEEN))
269           : Pt ==   ROOK ? attacks_bb<  ROOK>(s, pos.pieces() ^ pos.pieces(QUEEN) ^ pos.pieces(Us, ROOK))
270                          : pos.attacks_from<Pt>(s);
271
272         if (pos.blockers_for_king(Us) & s)
273             b &= LineBB[pos.square<KING>(Us)][s];
274
275         attackedBy2[Us] |= attackedBy[Us][ALL_PIECES] & b;
276         attackedBy[Us][Pt] |= b;
277         attackedBy[Us][ALL_PIECES] |= b;
278
279         if (b & kingRing[Them])
280         {
281             kingAttackersCount[Us]++;
282             kingAttackersWeight[Us] += KingAttackWeights[Pt];
283             kingAttacksCount[Us] += popcount(b & attackedBy[Them][KING]);
284         }
285
286         int mob = popcount(b & mobilityArea[Us]);
287
288         mobility[Us] += MobilityBonus[Pt - 2][mob];
289
290         if (Pt == BISHOP || Pt == KNIGHT)
291         {
292             // Bonus if piece is on an outpost square or can reach one
293             bb = OutpostRanks & attackedBy[Us][PAWN] & ~pe->pawn_attacks_span(Them);
294             if (bb & s)
295                 score += Outpost * (Pt == KNIGHT ? 2 : 1);
296
297             else if (Pt == KNIGHT && bb & b & ~pos.pieces(Us))
298                 score += Outpost;
299
300             // Knight and Bishop bonus for being right behind a pawn
301             if (shift<Down>(pos.pieces(PAWN)) & s)
302                 score += MinorBehindPawn;
303
304             // Penalty if the piece is far from the king
305             score -= KingProtector * distance(s, pos.square<KING>(Us));
306
307             if (Pt == BISHOP)
308             {
309                 // Penalty according to number of pawns on the same color square as the
310                 // bishop, bigger when the center files are blocked with pawns.
311                 Bitboard blocked = pos.pieces(Us, PAWN) & shift<Down>(pos.pieces());
312
313                 score -= BishopPawns * pos.pawns_on_same_color_squares(Us, s)
314                                      * (1 + popcount(blocked & CenterFiles));
315
316                 // Bonus for bishop on a long diagonal which can "see" both center squares
317                 if (more_than_one(attacks_bb<BISHOP>(s, pos.pieces(PAWN)) & Center))
318                     score += LongDiagonalBishop;
319             }
320
321             // An important Chess960 pattern: A cornered bishop blocked by a friendly
322             // pawn diagonally in front of it is a very serious problem, especially
323             // when that pawn is also blocked.
324             if (   Pt == BISHOP
325                 && pos.is_chess960()
326                 && (s == relative_square(Us, SQ_A1) || s == relative_square(Us, SQ_H1)))
327             {
328                 Direction d = pawn_push(Us) + (file_of(s) == FILE_A ? EAST : WEST);
329                 if (pos.piece_on(s + d) == make_piece(Us, PAWN))
330                     score -= !pos.empty(s + d + pawn_push(Us))                ? CorneredBishop * 4
331                             : pos.piece_on(s + d + d) == make_piece(Us, PAWN) ? CorneredBishop * 2
332                                                                               : CorneredBishop;
333             }
334         }
335
336         if (Pt == ROOK)
337         {
338             // Bonus for rook on the same file as a queen
339             if (file_bb(s) & pos.pieces(QUEEN))
340                 score += RookOnQueenFile;
341
342             // Bonus for rook on an open or semi-open file
343             if (pos.is_on_semiopen_file(Us, s))
344                 score += RookOnFile[pos.is_on_semiopen_file(Them, s)];
345
346             // Penalty when trapped by the king, even more if the king cannot castle
347             else if (mob <= 3)
348             {
349                 File kf = file_of(pos.square<KING>(Us));
350                 if ((kf < FILE_E) == (file_of(s) < kf))
351                     score -= TrappedRook * (1 + !pos.castling_rights(Us));
352             }
353         }
354
355         if (Pt == QUEEN)
356         {
357             // Penalty if any relative pin or discovered attack against the queen
358             Bitboard queenPinners;
359             if (pos.slider_blockers(pos.pieces(Them, ROOK, BISHOP), s, queenPinners))
360                 score -= WeakQueen;
361         }
362     }
363     if (T)
364         Trace::add(Pt, Us, score);
365
366     return score;
367   }
368
369
370   // Evaluation::king() assigns bonuses and penalties to a king of a given color
371   template<Tracing T> template<Color Us>
372   Score Evaluation<T>::king() const {
373
374     constexpr Color    Them = (Us == WHITE ? BLACK : WHITE);
375     constexpr Bitboard Camp = (Us == WHITE ? AllSquares ^ Rank6BB ^ Rank7BB ^ Rank8BB
376                                            : AllSquares ^ Rank1BB ^ Rank2BB ^ Rank3BB);
377
378     Bitboard weak, b1, b2, safe, unsafeChecks = 0;
379     Bitboard rookChecks, queenChecks, bishopChecks, knightChecks;
380     int kingDanger = 0;
381     const Square ksq = pos.square<KING>(Us);
382
383     // Init the score with king shelter and enemy pawns storm
384     Score score = pe->king_safety<Us>(pos);
385
386     // Attacked squares defended at most once by our queen or king
387     weak =  attackedBy[Them][ALL_PIECES]
388           & ~attackedBy2[Us]
389           & (~attackedBy[Us][ALL_PIECES] | attackedBy[Us][KING] | attackedBy[Us][QUEEN]);
390
391     // Analyse the safe enemy's checks which are possible on next move
392     safe  = ~pos.pieces(Them);
393     safe &= ~attackedBy[Us][ALL_PIECES] | (weak & attackedBy2[Them]);
394
395     b1 = attacks_bb<ROOK  >(ksq, pos.pieces() ^ pos.pieces(Us, QUEEN));
396     b2 = attacks_bb<BISHOP>(ksq, pos.pieces() ^ pos.pieces(Us, QUEEN));
397
398     // Enemy rooks checks
399     rookChecks = b1 & safe & attackedBy[Them][ROOK];
400
401     if (rookChecks)
402         kingDanger += RookSafeCheck;
403     else
404         unsafeChecks |= b1 & attackedBy[Them][ROOK];
405
406     // Enemy queen safe checks: we count them only if they are from squares from
407     // which we can't give a rook check, because rook checks are more valuable.
408     queenChecks =  (b1 | b2)
409                  & attackedBy[Them][QUEEN]
410                  & safe
411                  & ~attackedBy[Us][QUEEN]
412                  & ~rookChecks;
413
414     if (queenChecks)
415         kingDanger += QueenSafeCheck;
416
417     // Enemy bishops checks: we count them only if they are from squares from
418     // which we can't give a queen check, because queen checks are more valuable.
419     bishopChecks =  b2
420                   & attackedBy[Them][BISHOP]
421                   & safe
422                   & ~queenChecks;
423
424     if (bishopChecks)
425         kingDanger += BishopSafeCheck;
426     else
427         unsafeChecks |= b2 & attackedBy[Them][BISHOP];
428
429     // Enemy knights checks
430     knightChecks = pos.attacks_from<KNIGHT>(ksq) & attackedBy[Them][KNIGHT];
431
432     if (knightChecks & safe)
433         kingDanger += KnightSafeCheck;
434     else
435         unsafeChecks |= knightChecks;
436
437     // Find the squares that opponent attacks in our king flank, and the squares
438     // which are attacked twice in that flank.
439     b1 = attackedBy[Them][ALL_PIECES] & KingFlank[file_of(ksq)] & Camp;
440     b2 = b1 & attackedBy2[Them];
441
442     int kingFlankAttacks = popcount(b1) + popcount(b2);
443
444     kingDanger +=        kingAttackersCount[Them] * kingAttackersWeight[Them]
445                  + 185 * popcount(kingRing[Us] & weak)
446                  + 148 * popcount(unsafeChecks)
447                  +  98 * popcount(pos.blockers_for_king(Us))
448                  +  69 * kingAttacksCount[Them]
449                  +   3 * kingFlankAttacks * kingFlankAttacks / 8
450                  +       mg_value(mobility[Them] - mobility[Us])
451                  - 873 * !pos.count<QUEEN>(Them)
452                  - 100 * bool(attackedBy[Us][KNIGHT] & attackedBy[Us][KING])
453                  -  35 * bool(attackedBy[Us][BISHOP] & attackedBy[Us][KING])
454                  -   6 * mg_value(score) / 8
455                  -   7;
456
457     // Transform the kingDanger units into a Score, and subtract it from the evaluation
458     if (kingDanger > 100)
459         score -= make_score(kingDanger * kingDanger / 4096, kingDanger / 16);
460
461     // Penalty when our king is on a pawnless flank
462     if (!(pos.pieces(PAWN) & KingFlank[file_of(ksq)]))
463         score -= PawnlessFlank;
464
465     // Penalty if king flank is under attack, potentially moving toward the king
466     score -= FlankAttacks * kingFlankAttacks;
467
468     if (T)
469         Trace::add(KING, Us, score);
470
471     return score;
472   }
473
474
475   // Evaluation::threats() assigns bonuses according to the types of the
476   // attacking and the attacked pieces.
477   template<Tracing T> template<Color Us>
478   Score Evaluation<T>::threats() const {
479
480     constexpr Color     Them     = (Us == WHITE ? BLACK   : WHITE);
481     constexpr Direction Up       = pawn_push(Us);
482     constexpr Bitboard  TRank3BB = (Us == WHITE ? Rank3BB : Rank6BB);
483
484     Bitboard b, weak, defended, nonPawnEnemies, stronglyProtected, safe;
485     Score score = SCORE_ZERO;
486
487     // Non-pawn enemies
488     nonPawnEnemies = pos.pieces(Them) & ~pos.pieces(PAWN);
489
490     // Squares strongly protected by the enemy, either because they defend the
491     // square with a pawn, or because they defend the square twice and we don't.
492     stronglyProtected =  attackedBy[Them][PAWN]
493                        | (attackedBy2[Them] & ~attackedBy2[Us]);
494
495     // Non-pawn enemies, strongly protected
496     defended = nonPawnEnemies & stronglyProtected;
497
498     // Enemies not strongly protected and under our attack
499     weak = pos.pieces(Them) & ~stronglyProtected & attackedBy[Us][ALL_PIECES];
500
501     // Bonus according to the kind of attacking pieces
502     if (defended | weak)
503     {
504         b = (defended | weak) & (attackedBy[Us][KNIGHT] | attackedBy[Us][BISHOP]);
505         while (b)
506             score += ThreatByMinor[type_of(pos.piece_on(pop_lsb(&b)))];
507
508         b = weak & attackedBy[Us][ROOK];
509         while (b)
510             score += ThreatByRook[type_of(pos.piece_on(pop_lsb(&b)))];
511
512         if (weak & attackedBy[Us][KING])
513             score += ThreatByKing;
514
515         b =  ~attackedBy[Them][ALL_PIECES]
516            | (nonPawnEnemies & attackedBy2[Us]);
517         score += Hanging * popcount(weak & b);
518     }
519
520     // Bonus for restricting their piece moves
521     b =   attackedBy[Them][ALL_PIECES]
522        & ~stronglyProtected
523        &  attackedBy[Us][ALL_PIECES];
524
525     score += RestrictedPiece * popcount(b);
526
527     // Protected or unattacked squares
528     safe = ~attackedBy[Them][ALL_PIECES] | attackedBy[Us][ALL_PIECES];
529
530     // Bonus for attacking enemy pieces with our relatively safe pawns
531     b = pos.pieces(Us, PAWN) & safe;
532     b = pawn_attacks_bb<Us>(b) & nonPawnEnemies;
533     score += ThreatBySafePawn * popcount(b);
534
535     // Find squares where our pawns can push on the next move
536     b  = shift<Up>(pos.pieces(Us, PAWN)) & ~pos.pieces();
537     b |= shift<Up>(b & TRank3BB) & ~pos.pieces();
538
539     // Keep only the squares which are relatively safe
540     b &= ~attackedBy[Them][PAWN] & safe;
541
542     // Bonus for safe pawn threats on the next move
543     b = pawn_attacks_bb<Us>(b) & nonPawnEnemies;
544     score += ThreatByPawnPush * popcount(b);
545
546     // Bonus for threats on the next moves against enemy queen
547     if (pos.count<QUEEN>(Them) == 1)
548     {
549         Square s = pos.square<QUEEN>(Them);
550         safe = mobilityArea[Us] & ~stronglyProtected;
551
552         b = attackedBy[Us][KNIGHT] & pos.attacks_from<KNIGHT>(s);
553
554         score += KnightOnQueen * popcount(b & safe);
555
556         b =  (attackedBy[Us][BISHOP] & pos.attacks_from<BISHOP>(s))
557            | (attackedBy[Us][ROOK  ] & pos.attacks_from<ROOK  >(s));
558
559         score += SliderOnQueen * popcount(b & safe & attackedBy2[Us]);
560     }
561
562     if (T)
563         Trace::add(THREAT, Us, score);
564
565     return score;
566   }
567
568   // Evaluation::passed() evaluates the passed pawns and candidate passed
569   // pawns of the given color.
570
571   template<Tracing T> template<Color Us>
572   Score Evaluation<T>::passed() const {
573
574     constexpr Color     Them = (Us == WHITE ? BLACK : WHITE);
575     constexpr Direction Up   = pawn_push(Us);
576
577     auto king_proximity = [&](Color c, Square s) {
578       return std::min(distance(pos.square<KING>(c), s), 5);
579     };
580
581     Bitboard b, bb, squaresToQueen, unsafeSquares;
582     Score score = SCORE_ZERO;
583
584     b = pe->passed_pawns(Us);
585
586     while (b)
587     {
588         Square s = pop_lsb(&b);
589
590         assert(!(pos.pieces(Them, PAWN) & forward_file_bb(Us, s + Up)));
591
592         int r = relative_rank(Us, s);
593
594         Score bonus = PassedRank[r];
595
596         if (r > RANK_3)
597         {
598             int w = 5 * r - 13;
599             Square blockSq = s + Up;
600
601             // Adjust bonus based on the king's proximity
602             bonus += make_score(0, (  king_proximity(Them, blockSq) * 5
603                                     - king_proximity(Us,   blockSq) * 2) * w);
604
605             // If blockSq is not the queening square then consider also a second push
606             if (r != RANK_7)
607                 bonus -= make_score(0, king_proximity(Us, blockSq + Up) * w);
608
609             // If the pawn is free to advance, then increase the bonus
610             if (pos.empty(blockSq))
611             {
612                 squaresToQueen = forward_file_bb(Us, s);
613                 unsafeSquares = passed_pawn_span(Us, s);
614
615                 bb = forward_file_bb(Them, s) & pos.pieces(ROOK, QUEEN);
616
617                 if (!(pos.pieces(Them) & bb))
618                     unsafeSquares &= attackedBy[Them][ALL_PIECES];
619
620                 // If there are no enemy attacks on passed pawn span, assign a big bonus.
621                 // Otherwise assign a smaller bonus if the path to queen is not attacked
622                 // and even smaller bonus if it is attacked but block square is not.
623                 int k = !unsafeSquares                    ? 35 :
624                         !(unsafeSquares & squaresToQueen) ? 20 :
625                         !(unsafeSquares & blockSq)        ?  9 :
626                                                              0 ;
627
628                 // Assign a larger bonus if the block square is defended
629                 if ((pos.pieces(Us) & bb) || (attackedBy[Us][ALL_PIECES] & blockSq))
630                     k += 5;
631
632                 bonus += make_score(k * w, k * w);
633             }
634         } // r > RANK_3
635
636         // Scale down bonus for candidate passers which need more than one
637         // pawn push to become passed, or have a pawn in front of them.
638         if (   !pos.pawn_passed(Us, s + Up)
639             || (pos.pieces(PAWN) & (s + Up)))
640             bonus = bonus / 2;
641
642         score += bonus - PassedFile * map_to_queenside(file_of(s));
643     }
644
645     if (T)
646         Trace::add(PASSED, Us, score);
647
648     return score;
649   }
650
651
652   // Evaluation::space() computes the space evaluation for a given side. The
653   // space evaluation is a simple bonus based on the number of safe squares
654   // available for minor pieces on the central four files on ranks 2--4. Safe
655   // squares one, two or three squares behind a friendly pawn are counted
656   // twice. Finally, the space bonus is multiplied by a weight. The aim is to
657   // improve play on game opening.
658
659   template<Tracing T> template<Color Us>
660   Score Evaluation<T>::space() const {
661
662     if (pos.non_pawn_material() < SpaceThreshold)
663         return SCORE_ZERO;
664
665     constexpr Color Them     = (Us == WHITE ? BLACK : WHITE);
666     constexpr Direction Down = -pawn_push(Us);
667     constexpr Bitboard SpaceMask =
668       Us == WHITE ? CenterFiles & (Rank2BB | Rank3BB | Rank4BB)
669                   : CenterFiles & (Rank7BB | Rank6BB | Rank5BB);
670
671     // Find the available squares for our pieces inside the area defined by SpaceMask
672     Bitboard safe =   SpaceMask
673                    & ~pos.pieces(Us, PAWN)
674                    & ~attackedBy[Them][PAWN];
675
676     // Find all squares which are at most three squares behind some friendly pawn
677     Bitboard behind = pos.pieces(Us, PAWN);
678     behind |= shift<Down>(behind);
679     behind |= shift<Down+Down>(behind);
680
681     int bonus = popcount(safe) + popcount(behind & safe & ~attackedBy[Them][ALL_PIECES]);
682     int weight = pos.count<ALL_PIECES>(Us) - 1;
683     Score score = make_score(bonus * weight * weight / 16, 0);
684
685     if (T)
686         Trace::add(SPACE, Us, score);
687
688     return score;
689   }
690
691
692   // Evaluation::initiative() computes the initiative correction value
693   // for the position. It is a second order bonus/malus based on the
694   // known attacking/defending status of the players.
695
696   template<Tracing T>
697   Score Evaluation<T>::initiative(Score score) const {
698
699     Value mg = mg_value(score);
700     Value eg = eg_value(score);
701
702     int outflanking =  distance<File>(pos.square<KING>(WHITE), pos.square<KING>(BLACK))
703                      - distance<Rank>(pos.square<KING>(WHITE), pos.square<KING>(BLACK));
704
705     bool pawnsOnBothFlanks =   (pos.pieces(PAWN) & QueenSide)
706                             && (pos.pieces(PAWN) & KingSide);
707
708     bool almostUnwinnable =   !pe->passed_count()
709                            &&  outflanking < 0
710                            && !pawnsOnBothFlanks;
711
712     // Compute the initiative bonus for the attacking side
713     int complexity =   9 * pe->passed_count()
714                     + 11 * pos.count<PAWN>()
715                     +  9 * outflanking
716                     + 21 * pawnsOnBothFlanks
717                     + 51 * !pos.non_pawn_material()
718                     - 43 * almostUnwinnable
719                     - 95 ;
720
721     // Now apply the bonus: note that we find the attacking side by extracting the
722     // sign of the midgame or endgame values, and that we carefully cap the bonus
723     // so that the midgame and endgame scores do not change sign after the bonus.
724     int u = ((mg > 0) - (mg < 0)) * std::max(std::min(complexity + 50, 0), -abs(mg));
725     int v = ((eg > 0) - (eg < 0)) * std::max(complexity, -abs(eg));
726
727     if (T)
728         Trace::add(INITIATIVE, make_score(u, v));
729
730     return make_score(u, v);
731   }
732
733
734   // Evaluation::scale_factor() computes the scale factor for the winning side
735
736   template<Tracing T>
737   ScaleFactor Evaluation<T>::scale_factor(Value eg) const {
738
739     Color strongSide = eg > VALUE_DRAW ? WHITE : BLACK;
740     int sf = me->scale_factor(pos, strongSide);
741
742     // If scale is not already specific, scale down the endgame via general heuristics
743     if (sf == SCALE_FACTOR_NORMAL)
744     {
745         if (   pos.opposite_bishops()
746             && pos.non_pawn_material() == 2 * BishopValueMg)
747             sf = 16 + 4 * pe->passed_count();
748         else
749             sf = std::min(sf, 36 + (pos.opposite_bishops() ? 2 : 7) * pos.count<PAWN>(strongSide));
750
751         sf = std::max(0, sf - (pos.rule50_count() - 12) / 4);
752     }
753
754     return ScaleFactor(sf);
755   }
756
757
758   // Evaluation::value() is the main function of the class. It computes the various
759   // parts of the evaluation and returns the value of the position from the point
760   // of view of the side to move.
761
762   template<Tracing T>
763   Value Evaluation<T>::value() {
764
765     assert(!pos.checkers());
766
767     // Probe the material hash table
768     me = Material::probe(pos);
769
770     // If we have a specialized evaluation function for the current material
771     // configuration, call it and return.
772     if (me->specialized_eval_exists())
773         return me->evaluate(pos);
774
775     // Initialize score by reading the incrementally updated scores included in
776     // the position object (material + piece square tables) and the material
777     // imbalance. Score is computed internally from the white point of view.
778     Score score = pos.psq_score() + me->imbalance() + pos.this_thread()->contempt;
779
780     // Probe the pawn hash table
781     pe = Pawns::probe(pos);
782     score += pe->pawn_score(WHITE) - pe->pawn_score(BLACK);
783
784     // Early exit if score is high
785     Value v = (mg_value(score) + eg_value(score)) / 2;
786     if (abs(v) > LazyThreshold + pos.non_pawn_material() / 64)
787        return pos.side_to_move() == WHITE ? v : -v;
788
789     // Main evaluation begins here
790
791     initialize<WHITE>();
792     initialize<BLACK>();
793
794     // Pieces should be evaluated first (populate attack tables)
795     score +=  pieces<WHITE, KNIGHT>() - pieces<BLACK, KNIGHT>()
796             + pieces<WHITE, BISHOP>() - pieces<BLACK, BISHOP>()
797             + pieces<WHITE, ROOK  >() - pieces<BLACK, ROOK  >()
798             + pieces<WHITE, QUEEN >() - pieces<BLACK, QUEEN >();
799
800     score += mobility[WHITE] - mobility[BLACK];
801
802     score +=  king<   WHITE>() - king<   BLACK>()
803             + threats<WHITE>() - threats<BLACK>()
804             + passed< WHITE>() - passed< BLACK>()
805             + space<  WHITE>() - space<  BLACK>();
806
807     score += initiative(score);
808
809     // Interpolate between a middlegame and a (scaled by 'sf') endgame score
810     ScaleFactor sf = scale_factor(eg_value(score));
811     v =  mg_value(score) * int(me->game_phase())
812        + eg_value(score) * int(PHASE_MIDGAME - me->game_phase()) * sf / SCALE_FACTOR_NORMAL;
813
814     v /= PHASE_MIDGAME;
815
816     // In case of tracing add all remaining individual evaluation terms
817     if (T)
818     {
819         Trace::add(MATERIAL, pos.psq_score());
820         Trace::add(IMBALANCE, me->imbalance());
821         Trace::add(PAWN, pe->pawn_score(WHITE), pe->pawn_score(BLACK));
822         Trace::add(MOBILITY, mobility[WHITE], mobility[BLACK]);
823         Trace::add(TOTAL, score);
824     }
825
826     return  (pos.side_to_move() == WHITE ? v : -v) // Side to move point of view
827            + Eval::Tempo;
828   }
829
830 } // namespace
831
832
833 /// evaluate() is the evaluator for the outer world. It returns a static
834 /// evaluation of the position from the point of view of the side to move.
835
836 Value Eval::evaluate(const Position& pos) {
837   return Evaluation<NO_TRACE>(pos).value();
838 }
839
840
841 /// trace() is like evaluate(), but instead of returning a value, it returns
842 /// a string (suitable for outputting to stdout) that contains the detailed
843 /// descriptions and values of each evaluation term. Useful for debugging.
844
845 std::string Eval::trace(const Position& pos) {
846
847   std::memset(scores, 0, sizeof(scores));
848
849   pos.this_thread()->contempt = SCORE_ZERO; // Reset any dynamic contempt
850
851   Value v = Evaluation<TRACE>(pos).value();
852
853   v = pos.side_to_move() == WHITE ? v : -v; // Trace scores are from white's point of view
854
855   std::stringstream ss;
856   ss << std::showpoint << std::noshowpos << std::fixed << std::setprecision(2)
857      << "     Term    |    White    |    Black    |    Total   \n"
858      << "             |   MG    EG  |   MG    EG  |   MG    EG \n"
859      << " ------------+-------------+-------------+------------\n"
860      << "    Material | " << Term(MATERIAL)
861      << "   Imbalance | " << Term(IMBALANCE)
862      << "       Pawns | " << Term(PAWN)
863      << "     Knights | " << Term(KNIGHT)
864      << "     Bishops | " << Term(BISHOP)
865      << "       Rooks | " << Term(ROOK)
866      << "      Queens | " << Term(QUEEN)
867      << "    Mobility | " << Term(MOBILITY)
868      << " King safety | " << Term(KING)
869      << "     Threats | " << Term(THREAT)
870      << "      Passed | " << Term(PASSED)
871      << "       Space | " << Term(SPACE)
872      << "  Initiative | " << Term(INITIATIVE)
873      << " ------------+-------------+-------------+------------\n"
874      << "       Total | " << Term(TOTAL);
875
876   ss << "\nTotal evaluation: " << to_cp(v) << " (white side)\n";
877
878   return ss.str();
879 }