Rearrange interpolation formula
[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(-65,-50), S(-42,-30), 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(-52,-47), S(-28,-23), 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(-47,-53), S(-31,-26), 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(-42,-40), S(-28,-23), 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 RookOnPawn       = make_score(10, 28);
165   const Score RookOpenFile     = make_score(43, 21);
166   const Score RookSemiopenFile = make_score(19, 10);
167   const Score BishopPawns      = make_score( 8, 12);
168   const Score MinorBehindPawn  = make_score(16,  0);
169   const Score UndefendedMinor  = make_score(25, 10);
170   const Score TrappedRook      = make_score(90,  0);
171   const Score Unstoppable      = make_score( 0, 20);
172
173   // Penalty for a bishop on a1/h1 (a8/h8 for black) which is trapped by
174   // a friendly pawn on b2/g2 (b7/g7 for black). This can obviously only
175   // happen in Chess960 games.
176   const Score TrappedBishopA1H1 = make_score(50, 50);
177
178   // SpaceMask[Color] contains the area of the board which is considered
179   // by the space evaluation. In the middlegame, each side is given a bonus
180   // based on how many squares inside this area are safe and available for
181   // friendly minor pieces.
182   const Bitboard SpaceMask[] = {
183     (FileCBB | FileDBB | FileEBB | FileFBB) & (Rank2BB | Rank3BB | Rank4BB),
184     (FileCBB | FileDBB | FileEBB | FileFBB) & (Rank7BB | Rank6BB | Rank5BB)
185   };
186
187   // King danger constants and variables. The king danger scores are taken
188   // from KingDanger[]. Various little "meta-bonuses" measuring the strength
189   // of the enemy attack are added up into an integer, which is used as an
190   // index to KingDanger[].
191   //
192   // KingAttackWeights[PieceType] contains king attack weights by piece type
193   const int KingAttackWeights[] = { 0, 0, 2, 2, 3, 5 };
194
195   // Bonuses for enemy's safe checks
196   const int QueenContactCheck = 24;
197   const int RookContactCheck  = 16;
198   const int QueenCheck        = 12;
199   const int RookCheck         = 8;
200   const int BishopCheck       = 2;
201   const int KnightCheck       = 3;
202
203   // KingDanger[Color][attackUnits] contains the actual king danger weighted
204   // scores, indexed by color and by a calculated integer number.
205   Score KingDanger[COLOR_NB][128];
206
207
208   // apply_weight() weighs score 'v' by weight 'w' trying to prevent overflow
209   Score apply_weight(Score v, const Weight& w) {
210     return make_score(mg_value(v) * w.mg / 256, eg_value(v) * w.eg / 256);
211   }
212
213
214   // weight_option() computes the value of an evaluation weight, by combining
215   // two UCI-configurable weights (midgame and endgame) with an internal weight.
216
217   Weight weight_option(const std::string& mgOpt, const std::string& egOpt, Score internalWeight) {
218
219     Weight w = { Options[mgOpt] * mg_value(internalWeight) / 100,
220                  Options[egOpt] * eg_value(internalWeight) / 100 };
221     return w;
222   }
223
224
225   // init_eval_info() initializes king bitboards for given color adding
226   // pawn attacks. To be done at the beginning of the evaluation.
227
228   template<Color Us>
229   void init_eval_info(const Position& pos, EvalInfo& ei) {
230
231     const Color  Them = (Us == WHITE ? BLACK : WHITE);
232     const Square Down = (Us == WHITE ? DELTA_S : DELTA_N);
233
234     ei.pinnedPieces[Us] = pos.pinned_pieces(Us);
235
236     Bitboard b = ei.attackedBy[Them][KING] = pos.attacks_from<KING>(pos.king_square(Them));
237     ei.attackedBy[Us][ALL_PIECES] = ei.attackedBy[Us][PAWN] = ei.pi->pawn_attacks(Us);
238
239     // Init king safety tables only if we are going to use them
240     if (pos.count<QUEEN>(Us) && pos.non_pawn_material(Us) > QueenValueMg + PawnValueMg)
241     {
242         ei.kingRing[Them] = b | shift_bb<Down>(b);
243         b &= ei.attackedBy[Us][PAWN];
244         ei.kingAttackersCount[Us] = b ? popcount<Max15>(b) : 0;
245         ei.kingAdjacentZoneAttacksCount[Us] = ei.kingAttackersWeight[Us] = 0;
246     }
247     else
248         ei.kingRing[Them] = ei.kingAttackersCount[Us] = 0;
249   }
250
251
252   // evaluate_outposts() evaluates bishop and knight outpost squares
253
254   template<PieceType Pt, Color Us>
255   Score evaluate_outposts(const Position& pos, EvalInfo& ei, Square s) {
256
257     const Color Them = (Us == WHITE ? BLACK : WHITE);
258
259     assert (Pt == BISHOP || Pt == KNIGHT);
260
261     // Initial bonus based on square
262     Value bonus = Outpost[Pt == BISHOP][relative_square(Us, s)];
263
264     // Increase bonus if supported by pawn, especially if the opponent has
265     // no minor piece which can trade with the outpost piece.
266     if (bonus && (ei.attackedBy[Us][PAWN] & s))
267     {
268         if (   !pos.pieces(Them, KNIGHT)
269             && !(squares_of_color(s) & pos.pieces(Them, BISHOP)))
270             bonus += bonus + bonus / 2;
271         else
272             bonus += bonus / 2;
273     }
274
275     return make_score(bonus, bonus);
276   }
277
278
279   // evaluate_pieces() assigns bonuses and penalties to the pieces of a given color
280
281   template<PieceType Pt, Color Us, bool Trace>
282   Score evaluate_pieces(const Position& pos, EvalInfo& ei, Score* mobility, Bitboard* mobilityArea) {
283
284     Bitboard b;
285     Square s;
286     Score score = SCORE_ZERO;
287
288     const PieceType NextPt = (Us == WHITE ? Pt : PieceType(Pt + 1));
289     const Color Them = (Us == WHITE ? BLACK : WHITE);
290     const Square* pl = pos.list<Pt>(Us);
291
292     ei.attackedBy[Us][Pt] = 0;
293
294     while ((s = *pl++) != SQ_NONE)
295     {
296         // Find attacked squares, including x-ray attacks for bishops and rooks
297         b = Pt == BISHOP ? attacks_bb<BISHOP>(s, pos.pieces() ^ pos.pieces(Us, QUEEN))
298           : Pt ==   ROOK ? attacks_bb<  ROOK>(s, pos.pieces() ^ pos.pieces(Us, ROOK, QUEEN))
299                          : pos.attacks_from<Pt>(s);
300
301         if (ei.pinnedPieces[Us] & s)
302             b &= LineBB[pos.king_square(Us)][s];
303
304         ei.attackedBy[Us][ALL_PIECES] |= ei.attackedBy[Us][Pt] |= b;
305
306         if (b & ei.kingRing[Them])
307         {
308             ei.kingAttackersCount[Us]++;
309             ei.kingAttackersWeight[Us] += KingAttackWeights[Pt];
310             Bitboard bb = b & ei.attackedBy[Them][KING];
311             if (bb)
312                 ei.kingAdjacentZoneAttacksCount[Us] += popcount<Max15>(bb);
313         }
314
315         if (Pt == QUEEN)
316             b &= ~(  ei.attackedBy[Them][KNIGHT]
317                    | ei.attackedBy[Them][BISHOP]
318                    | ei.attackedBy[Them][ROOK]);
319
320         int mob = Pt != QUEEN ? popcount<Max15>(b & mobilityArea[Us])
321                               : popcount<Full >(b & mobilityArea[Us]);
322
323         mobility[Us] += MobilityBonus[Pt][mob];
324
325         // Decrease score if we are attacked by an enemy pawn. The remaining part
326         // of threat evaluation must be done later when we have full attack info.
327         if (ei.attackedBy[Them][PAWN] & s)
328             score -= ThreatenedByPawn[Pt];
329
330         if (Pt == BISHOP || Pt == KNIGHT)
331         {
332             // Penalty for bishop with same colored pawns
333             if (Pt == BISHOP)
334                 score -= BishopPawns * ei.pi->pawns_on_same_color_squares(Us, s);
335
336             // Bishop and knight outposts squares
337             if (!(pos.pieces(Them, PAWN) & pawn_attack_span(Us, s)))
338                 score += evaluate_outposts<Pt, Us>(pos, ei, s);
339
340             // Bishop or knight behind a pawn
341             if (    relative_rank(Us, s) < RANK_5
342                 && (pos.pieces(PAWN) & (s + pawn_push(Us))))
343                 score += MinorBehindPawn;
344         }
345
346         if (Pt == ROOK)
347         {
348             // Rook piece attacking enemy pawns on the same rank/file
349             if (relative_rank(Us, s) >= RANK_5)
350             {
351                 Bitboard pawns = pos.pieces(Them, PAWN) & PseudoAttacks[ROOK][s];
352                 if (pawns)
353                     score += popcount<Max15>(pawns) * RookOnPawn;
354             }
355
356             // Give a bonus for a rook on a open or semi-open file
357             if (ei.pi->semiopen_file(Us, file_of(s)))
358                 score += ei.pi->semiopen_file(Them, file_of(s)) ? RookOpenFile : RookSemiopenFile;
359
360             if (mob > 3 || ei.pi->semiopen_file(Us, file_of(s)))
361                 continue;
362
363             Square ksq = pos.king_square(Us);
364
365             // Penalize rooks which are trapped by a king. Penalize more if the
366             // king has lost its castling capability.
367             if (   ((file_of(ksq) < FILE_E) == (file_of(s) < file_of(ksq)))
368                 && (rank_of(ksq) == rank_of(s) || relative_rank(Us, ksq) == RANK_1)
369                 && !ei.pi->semiopen_side(Us, file_of(ksq), file_of(s) < file_of(ksq)))
370                 score -= (TrappedRook - make_score(mob * 8, 0)) * (1 + !pos.can_castle(Us));
371         }
372
373         // An important Chess960 pattern: A cornered bishop blocked by a friendly
374         // pawn diagonally in front of it is a very serious problem, especially
375         // when that pawn is also blocked.
376         if (   Pt == BISHOP
377             && pos.is_chess960()
378             && (s == relative_square(Us, SQ_A1) || s == relative_square(Us, SQ_H1)))
379         {
380             Square d = pawn_push(Us) + (file_of(s) == FILE_A ? DELTA_E : DELTA_W);
381             if (pos.piece_on(s + d) == make_piece(Us, PAWN))
382                 score -= !pos.empty(s + d + pawn_push(Us))                ? TrappedBishopA1H1 * 4
383                         : pos.piece_on(s + d + d) == make_piece(Us, PAWN) ? TrappedBishopA1H1 * 2
384                                                                           : TrappedBishopA1H1;
385         }
386     }
387
388     if (Trace)
389         Tracing::terms[Us][Pt] = score;
390
391     return score - evaluate_pieces<NextPt, Them, Trace>(pos, ei, mobility, mobilityArea);
392   }
393
394   template<>
395   Score evaluate_pieces<KING, WHITE, false>(const Position&, EvalInfo&, Score*, Bitboard*) { return SCORE_ZERO; }
396   template<>
397   Score evaluate_pieces<KING, WHITE,  true>(const Position&, EvalInfo&, Score*, Bitboard*) { return SCORE_ZERO; }
398
399
400   // evaluate_king() assigns bonuses and penalties to a king of a given color
401
402   template<Color Us, bool Trace>
403   Score evaluate_king(const Position& pos, const EvalInfo& ei) {
404
405     const Color Them = (Us == WHITE ? BLACK : WHITE);
406
407     Bitboard undefended, b, b1, b2, safe;
408     int attackUnits;
409     const Square ksq = pos.king_square(Us);
410
411     // King shelter and enemy pawns storm
412     Score score = ei.pi->king_safety<Us>(pos, ksq);
413
414     // Main king safety evaluation
415     if (ei.kingAttackersCount[Them])
416     {
417         // Find the attacked squares around the king which have no defenders
418         // apart from the king itself
419         undefended =  ei.attackedBy[Them][ALL_PIECES]
420                     & ei.attackedBy[Us][KING]
421                     & ~(  ei.attackedBy[Us][PAWN]   | ei.attackedBy[Us][KNIGHT]
422                         | ei.attackedBy[Us][BISHOP] | ei.attackedBy[Us][ROOK]
423                         | ei.attackedBy[Us][QUEEN]);
424
425         // Initialize the 'attackUnits' variable, which is used later on as an
426         // index to the KingDanger[] array. The initial value is based on the
427         // number and types of the enemy's attacking pieces, the number of
428         // attacked and undefended squares around our king and the quality of
429         // the pawn shelter (current 'score' value).
430         attackUnits =  std::min(20, (ei.kingAttackersCount[Them] * ei.kingAttackersWeight[Them]) / 2)
431                      + 3 * (ei.kingAdjacentZoneAttacksCount[Them] + popcount<Max15>(undefended))
432                      + 2 * (ei.pinnedPieces[Us] != 0)
433                      - mg_value(score) / 32;
434
435         // Analyse the enemy's safe queen contact checks. Firstly, find the
436         // undefended squares around the king that are attacked by the enemy's
437         // queen...
438         b = undefended & ei.attackedBy[Them][QUEEN] & ~pos.pieces(Them);
439         if (b)
440         {
441             // ...and then remove squares not supported by another enemy piece
442             b &= (  ei.attackedBy[Them][PAWN]   | ei.attackedBy[Them][KNIGHT]
443                   | ei.attackedBy[Them][BISHOP] | ei.attackedBy[Them][ROOK]);
444
445             if (b)
446                 attackUnits +=  QueenContactCheck
447                               * popcount<Max15>(b)
448                               * (Them == pos.side_to_move() ? 2 : 1);
449         }
450
451         // Analyse the enemy's safe rook contact checks. Firstly, find the
452         // undefended squares around the king that are attacked by the enemy's
453         // rooks...
454         b = undefended & ei.attackedBy[Them][ROOK] & ~pos.pieces(Them);
455
456         // Consider only squares where the enemy's rook gives check
457         b &= PseudoAttacks[ROOK][ksq];
458
459         if (b)
460         {
461             // ...and then remove squares not supported by another enemy piece
462             b &= (  ei.attackedBy[Them][PAWN]   | ei.attackedBy[Them][KNIGHT]
463                   | ei.attackedBy[Them][BISHOP] | ei.attackedBy[Them][QUEEN]);
464
465             if (b)
466                 attackUnits +=  RookContactCheck
467                               * popcount<Max15>(b)
468                               * (Them == pos.side_to_move() ? 2 : 1);
469         }
470
471         // Analyse the enemy's safe distance checks for sliders and knights
472         safe = ~(pos.pieces(Them) | ei.attackedBy[Us][ALL_PIECES]);
473
474         b1 = pos.attacks_from<ROOK>(ksq) & safe;
475         b2 = pos.attacks_from<BISHOP>(ksq) & safe;
476
477         // Enemy queen safe checks
478         b = (b1 | b2) & ei.attackedBy[Them][QUEEN];
479         if (b)
480             attackUnits += QueenCheck * popcount<Max15>(b);
481
482         // Enemy rooks safe checks
483         b = b1 & ei.attackedBy[Them][ROOK];
484         if (b)
485             attackUnits += RookCheck * popcount<Max15>(b);
486
487         // Enemy bishops safe checks
488         b = b2 & ei.attackedBy[Them][BISHOP];
489         if (b)
490             attackUnits += BishopCheck * popcount<Max15>(b);
491
492         // Enemy knights safe checks
493         b = pos.attacks_from<KNIGHT>(ksq) & ei.attackedBy[Them][KNIGHT] & safe;
494         if (b)
495             attackUnits += KnightCheck * popcount<Max15>(b);
496
497         // To index KingDanger[] attackUnits must be in [0, 99] range
498         attackUnits = std::min(99, std::max(0, attackUnits));
499
500         // Finally, extract the king danger score from the KingDanger[]
501         // array and subtract the score from evaluation.
502         score -= KingDanger[Us == Search::RootColor][attackUnits];
503     }
504
505     if (Trace)
506         Tracing::terms[Us][KING] = score;
507
508     return score;
509   }
510
511
512   // evaluate_threats() assigns bonuses according to the type of attacking piece
513   // and the type of attacked one.
514
515   template<Color Us, bool Trace>
516   Score evaluate_threats(const Position& pos, const EvalInfo& ei) {
517
518     const Color Them = (Us == WHITE ? BLACK : WHITE);
519
520     Bitboard b, undefendedMinors, weakEnemies;
521     Score score = SCORE_ZERO;
522
523     // Undefended minors get penalized even if they are not under attack
524     undefendedMinors =  pos.pieces(Them, BISHOP, KNIGHT)
525                       & ~ei.attackedBy[Them][ALL_PIECES];
526
527     if (undefendedMinors)
528         score += UndefendedMinor;
529
530     // Enemy pieces not defended by a pawn and under our attack
531     weakEnemies =  pos.pieces(Them)
532                  & ~ei.attackedBy[Them][PAWN]
533                  & ei.attackedBy[Us][ALL_PIECES];
534
535     // Add a bonus according if the attacking pieces are minor or major
536     if (weakEnemies)
537     {
538         b = weakEnemies & (ei.attackedBy[Us][KNIGHT] | ei.attackedBy[Us][BISHOP]);
539         if (b)
540             score += Threat[0][type_of(pos.piece_on(lsb(b)))];
541
542         b = weakEnemies & (ei.attackedBy[Us][ROOK] | ei.attackedBy[Us][QUEEN]);
543         if (b)
544             score += Threat[1][type_of(pos.piece_on(lsb(b)))];
545     }
546
547     if (Trace)
548         Tracing::terms[Us][Tracing::THREAT] = score;
549
550     return score;
551   }
552
553
554   // evaluate_passed_pawns() evaluates the passed pawns of the given color
555
556   template<Color Us, bool Trace>
557   Score evaluate_passed_pawns(const Position& pos, const EvalInfo& ei) {
558
559     const Color Them = (Us == WHITE ? BLACK : WHITE);
560
561     Bitboard b, squaresToQueen, defendedSquares, unsafeSquares;
562     Score score = SCORE_ZERO;
563
564     b = ei.pi->passed_pawns(Us);
565
566     while (b)
567     {
568         Square s = pop_lsb(&b);
569
570         assert(pos.pawn_passed(Us, s));
571
572         int r = relative_rank(Us, s) - RANK_2;
573         int rr = r * (r - 1);
574
575         // Base bonus based on rank
576         Value mbonus = Value(17 * rr), ebonus = Value(7 * (rr + r + 1));
577
578         if (rr)
579         {
580             Square blockSq = s + pawn_push(Us);
581
582             // Adjust bonus based on the king's proximity
583             ebonus +=  square_distance(pos.king_square(Them), blockSq) * 5 * rr
584                      - square_distance(pos.king_square(Us  ), blockSq) * 2 * rr;
585
586             // If blockSq is not the queening square then consider also a second push
587             if (relative_rank(Us, blockSq) != RANK_8)
588                 ebonus -= square_distance(pos.king_square(Us), blockSq + pawn_push(Us)) * rr;
589
590             // If the pawn is free to advance, then increase the bonus
591             if (pos.empty(blockSq))
592             {
593                 squaresToQueen = forward_bb(Us, s);
594
595                 // If there is an enemy rook or queen attacking the pawn from behind,
596                 // add all X-ray attacks by the rook or queen. Otherwise consider only
597                 // the squares in the pawn's path attacked or occupied by the enemy.
598                 if (    unlikely(forward_bb(Them, s) & pos.pieces(Them, ROOK, QUEEN))
599                     && (forward_bb(Them, s) & pos.pieces(Them, ROOK, QUEEN) & pos.attacks_from<ROOK>(s)))
600                     unsafeSquares = squaresToQueen;
601                 else
602                     unsafeSquares = squaresToQueen & (ei.attackedBy[Them][ALL_PIECES] | pos.pieces(Them));
603
604                 if (    unlikely(forward_bb(Them, s) & pos.pieces(Us, ROOK, QUEEN))
605                     && (forward_bb(Them, s) & pos.pieces(Us, ROOK, QUEEN) & pos.attacks_from<ROOK>(s)))
606                     defendedSquares = squaresToQueen;
607                 else
608                     defendedSquares = squaresToQueen & ei.attackedBy[Us][ALL_PIECES];
609
610                 // If there aren't any enemy attacks, assign a big bonus. Otherwise
611                 // assign a smaller bonus if the block square isn't attacked.
612                 int k = !unsafeSquares ? 15 : !(unsafeSquares & blockSq) ? 9 : 0;
613
614                 // If the path to queen is fully defended, assign a big bonus.
615                 // Otherwise assign a smaller bonus if the block square is defended.
616                 if (defendedSquares == squaresToQueen)
617                     k += 6;
618
619                 else if (defendedSquares & blockSq)
620                     k += 4;
621
622                 mbonus += k * rr, ebonus += k * rr;
623             }
624         } // rr != 0
625
626         if (pos.count<PAWN>(Us) < pos.count<PAWN>(Them))
627             ebonus += ebonus / 4;
628
629         score += make_score(mbonus, ebonus);
630     }
631
632     if (Trace)
633         Tracing::terms[Us][Tracing::PASSED] = apply_weight(score, Weights[PassedPawns]);
634
635     // Add the scores to the middlegame and endgame eval
636     return apply_weight(score, Weights[PassedPawns]);
637   }
638
639
640   // evaluate_unstoppable_pawns() scores the most advanced among the passed and
641   // candidate pawns. In case opponent has no pieces but pawns, this is somewhat
642   // related to the possibility that pawns are unstoppable.
643
644   Score evaluate_unstoppable_pawns(const Position& pos, Color us, const EvalInfo& ei) {
645
646     Bitboard b = ei.pi->passed_pawns(us) | ei.pi->candidate_pawns(us);
647
648     if (!b || pos.non_pawn_material(~us))
649         return SCORE_ZERO;
650
651     return Unstoppable * int(relative_rank(us, frontmost_sq(us, b)));
652   }
653
654
655   // evaluate_space() computes the space evaluation for a given side. The
656   // space evaluation is a simple bonus based on the number of safe squares
657   // available for minor pieces on the central four files on ranks 2--4. Safe
658   // squares one, two or three squares behind a friendly pawn are counted
659   // twice. Finally, the space bonus is scaled by a weight taken from the
660   // material hash table. The aim is to improve play on game opening.
661   template<Color Us>
662   int evaluate_space(const Position& pos, const EvalInfo& ei) {
663
664     const Color Them = (Us == WHITE ? BLACK : WHITE);
665
666     // Find the safe squares for our pieces inside the area defined by
667     // SpaceMask[]. A square is unsafe if it is attacked by an enemy
668     // pawn, or if it is undefended and attacked by an enemy piece.
669     Bitboard safe =   SpaceMask[Us]
670                    & ~pos.pieces(Us, PAWN)
671                    & ~ei.attackedBy[Them][PAWN]
672                    & (ei.attackedBy[Us][ALL_PIECES] | ~ei.attackedBy[Them][ALL_PIECES]);
673
674     // Find all squares which are at most three squares behind some friendly pawn
675     Bitboard behind = pos.pieces(Us, PAWN);
676     behind |= (Us == WHITE ? behind >>  8 : behind <<  8);
677     behind |= (Us == WHITE ? behind >> 16 : behind << 16);
678
679     // Since SpaceMask[Us] is fully on our half of the board
680     assert(unsigned(safe >> (Us == WHITE ? 32 : 0)) == 0);
681
682     // Count safe + (behind & safe) with a single popcount
683     return popcount<Full>((Us == WHITE ? safe << 32 : safe >> 32) | (behind & safe));
684   }
685
686
687   // do_evaluate() is the evaluation entry point, called directly from evaluate()
688
689   template<bool Trace>
690   Value do_evaluate(const Position& pos) {
691
692     assert(!pos.checkers());
693
694     EvalInfo ei;
695     Score score, mobility[2] = { SCORE_ZERO, SCORE_ZERO };
696     Thread* thisThread = pos.this_thread();
697
698     // Initialize score by reading the incrementally updated scores included
699     // in the position object (material + piece square tables) and adding a
700     // Tempo bonus. Score is computed from the point of view of white.
701     score = pos.psq_score() + (pos.side_to_move() == WHITE ? Tempo : -Tempo);
702
703     // Probe the material hash table
704     ei.mi = Material::probe(pos, thisThread->materialTable, thisThread->endgames);
705     score += ei.mi->material_value();
706
707     // If we have a specialized evaluation function for the current material
708     // configuration, call it and return.
709     if (ei.mi->specialized_eval_exists())
710         return ei.mi->evaluate(pos);
711
712     // Probe the pawn hash table
713     ei.pi = Pawns::probe(pos, thisThread->pawnsTable);
714     score += apply_weight(ei.pi->pawns_value(), Weights[PawnStructure]);
715
716     // Initialize attack and king safety bitboards
717     init_eval_info<WHITE>(pos, ei);
718     init_eval_info<BLACK>(pos, ei);
719
720     ei.attackedBy[WHITE][ALL_PIECES] |= ei.attackedBy[WHITE][KING];
721     ei.attackedBy[BLACK][ALL_PIECES] |= ei.attackedBy[BLACK][KING];
722
723     // Do not include in mobility squares protected by enemy pawns or occupied by our pawns or king
724     Bitboard mobilityArea[] = { ~(ei.attackedBy[BLACK][PAWN] | pos.pieces(WHITE, PAWN, KING)),
725                                 ~(ei.attackedBy[WHITE][PAWN] | pos.pieces(BLACK, PAWN, KING)) };
726
727     // Evaluate pieces and mobility
728     score += evaluate_pieces<KNIGHT, WHITE, Trace>(pos, ei, mobility, mobilityArea);
729     score += apply_weight(mobility[WHITE] - mobility[BLACK], Weights[Mobility]);
730
731     // Evaluate kings after all other pieces because we need complete attack
732     // information when computing the king safety evaluation.
733     score +=  evaluate_king<WHITE, Trace>(pos, ei)
734             - evaluate_king<BLACK, Trace>(pos, ei);
735
736     // Evaluate tactical threats, we need full attack information including king
737     score +=  evaluate_threats<WHITE, Trace>(pos, ei)
738             - evaluate_threats<BLACK, Trace>(pos, ei);
739
740     // Evaluate passed pawns, we need full attack information including king
741     score +=  evaluate_passed_pawns<WHITE, Trace>(pos, ei)
742             - evaluate_passed_pawns<BLACK, Trace>(pos, ei);
743
744     // If one side has only a king, score for potential unstoppable pawns
745     if (!pos.non_pawn_material(WHITE) || !pos.non_pawn_material(BLACK))
746         score +=  evaluate_unstoppable_pawns(pos, WHITE, ei)
747                 - evaluate_unstoppable_pawns(pos, BLACK, ei);
748
749     // Evaluate space for both sides, only in middlegame
750     if (ei.mi->space_weight())
751     {
752         int s = evaluate_space<WHITE>(pos, ei) - evaluate_space<BLACK>(pos, ei);
753         score += apply_weight(s * ei.mi->space_weight(), Weights[Space]);
754     }
755
756     // Scale winning side if position is more drawish than it appears
757     ScaleFactor sf = eg_value(score) > VALUE_DRAW ? ei.mi->scale_factor(pos, WHITE)
758                                                   : ei.mi->scale_factor(pos, BLACK);
759
760     // If we don't already have an unusual scale factor, check for opposite
761     // colored bishop endgames, and use a lower scale for those.
762     if (    ei.mi->game_phase() < PHASE_MIDGAME
763         &&  pos.opposite_bishops()
764         && (sf == SCALE_FACTOR_NORMAL || sf == SCALE_FACTOR_ONEPAWN))
765     {
766         // Ignoring any pawns, do both sides only have a single bishop and no
767         // other pieces?
768         if (   pos.non_pawn_material(WHITE) == BishopValueMg
769             && pos.non_pawn_material(BLACK) == BishopValueMg)
770         {
771             // Check for KBP vs KB with only a single pawn that is almost
772             // certainly a draw or at least two pawns.
773             bool one_pawn = (pos.count<PAWN>(WHITE) + pos.count<PAWN>(BLACK) == 1);
774             sf = one_pawn ? ScaleFactor(8) : ScaleFactor(32);
775         }
776         else
777             // Endgame with opposite-colored bishops, but also other pieces. Still
778             // a bit drawish, but not as drawish as with only the two bishops.
779              sf = ScaleFactor(50 * sf / SCALE_FACTOR_NORMAL);
780     }
781
782     // Interpolate between a middlegame and a (scaled by 'sf') endgame score
783     Value v =  mg_value(score) * int(ei.mi->game_phase())
784              + eg_value(score) * int(PHASE_MIDGAME - ei.mi->game_phase()) * sf / SCALE_FACTOR_NORMAL;
785
786     v /= PHASE_MIDGAME;
787
788     // In case of tracing add all single evaluation contributions for both white and black
789     if (Trace)
790     {
791         Tracing::add_term(Tracing::PST, pos.psq_score());
792         Tracing::add_term(Tracing::IMBALANCE, ei.mi->material_value());
793         Tracing::add_term(PAWN, ei.pi->pawns_value());
794         Tracing::add_term(Tracing::MOBILITY, apply_weight(mobility[WHITE], Weights[Mobility])
795                                            , apply_weight(mobility[BLACK], Weights[Mobility]));
796         Score w = ei.mi->space_weight() * evaluate_space<WHITE>(pos, ei);
797         Score b = ei.mi->space_weight() * evaluate_space<BLACK>(pos, ei);
798         Tracing::add_term(Tracing::SPACE, apply_weight(w, Weights[Space]), apply_weight(b, Weights[Space]));
799         Tracing::add_term(Tracing::TOTAL, score);
800         Tracing::ei = ei;
801         Tracing::sf = sf;
802     }
803
804     return pos.side_to_move() == WHITE ? v : -v;
805   }
806
807
808   // Tracing function definitions
809
810   double Tracing::to_cp(Value v) { return double(v) / PawnValueEg; }
811
812   void Tracing::add_term(int idx, Score wScore, Score bScore) {
813
814     terms[WHITE][idx] = wScore;
815     terms[BLACK][idx] = bScore;
816   }
817
818   void Tracing::format_row(std::stringstream& ss, const char* name, int idx) {
819
820     Score wScore = terms[WHITE][idx];
821     Score bScore = terms[BLACK][idx];
822
823     switch (idx) {
824     case PST: case IMBALANCE: case PAWN: case TOTAL:
825         ss << std::setw(20) << name << " |   ---   --- |   ---   --- | "
826            << std::setw(5)  << to_cp(mg_value(wScore - bScore)) << " "
827            << std::setw(5)  << to_cp(eg_value(wScore - bScore)) << " \n";
828         break;
829     default:
830         ss << std::setw(20) << name << " | " << std::noshowpos
831            << std::setw(5)  << to_cp(mg_value(wScore)) << " "
832            << std::setw(5)  << to_cp(eg_value(wScore)) << " | "
833            << std::setw(5)  << to_cp(mg_value(bScore)) << " "
834            << std::setw(5)  << to_cp(eg_value(bScore)) << " | "
835            << std::setw(5)  << to_cp(mg_value(wScore - bScore)) << " "
836            << std::setw(5)  << to_cp(eg_value(wScore - bScore)) << " \n";
837     }
838   }
839
840   std::string Tracing::do_trace(const Position& pos) {
841
842     std::memset(terms, 0, sizeof(terms));
843
844     Value v = do_evaluate<true>(pos);
845     v = pos.side_to_move() == WHITE ? v : -v; // White's point of view
846
847     std::stringstream ss;
848     ss << std::showpoint << std::noshowpos << std::fixed << std::setprecision(2)
849        << "           Eval term |    White    |    Black    |    Total    \n"
850        << "                     |   MG    EG  |   MG    EG  |   MG    EG  \n"
851        << "---------------------+-------------+-------------+-------------\n";
852
853     format_row(ss, "Material, PST, Tempo", PST);
854     format_row(ss, "Material imbalance", IMBALANCE);
855     format_row(ss, "Pawns", PAWN);
856     format_row(ss, "Knights", KNIGHT);
857     format_row(ss, "Bishops", BISHOP);
858     format_row(ss, "Rooks", ROOK);
859     format_row(ss, "Queens", QUEEN);
860     format_row(ss, "Mobility", MOBILITY);
861     format_row(ss, "King safety", KING);
862     format_row(ss, "Threats", THREAT);
863     format_row(ss, "Passed pawns", PASSED);
864     format_row(ss, "Space", SPACE);
865
866     ss << "---------------------+-------------+-------------+-------------\n";
867     format_row(ss, "Total", TOTAL);
868
869     ss << "\nTotal Evaluation: " << to_cp(v) << " (white side)\n";
870
871     return ss.str();
872   }
873
874 } // namespace
875
876
877 namespace Eval {
878
879   /// evaluate() is the main evaluation function. It returns a static evaluation
880   /// of the position always from the point of view of the side to move.
881
882   Value evaluate(const Position& pos) {
883     return do_evaluate<false>(pos);
884   }
885
886
887   /// trace() is like evaluate(), but instead of returning a value, it returns
888   /// a string (suitable for outputting to stdout) that contains the detailed
889   /// descriptions and values of each evaluation term. It's mainly used for
890   /// debugging.
891   std::string trace(const Position& pos) {
892     return Tracing::do_trace(pos);
893   }
894
895
896   /// init() computes evaluation weights from the corresponding UCI parameters
897   /// and setup king tables.
898
899   void init() {
900
901     Weights[Mobility]       = weight_option("Mobility (Midgame)", "Mobility (Endgame)", WeightsInternal[Mobility]);
902     Weights[PawnStructure]  = weight_option("Pawn Structure (Midgame)", "Pawn Structure (Endgame)", WeightsInternal[PawnStructure]);
903     Weights[PassedPawns]    = weight_option("Passed Pawns (Midgame)", "Passed Pawns (Endgame)", WeightsInternal[PassedPawns]);
904     Weights[Space]          = weight_option("Space", "Space", WeightsInternal[Space]);
905     Weights[KingDangerUs]   = weight_option("Cowardice", "Cowardice", WeightsInternal[KingDangerUs]);
906     Weights[KingDangerThem] = weight_option("Aggressiveness", "Aggressiveness", WeightsInternal[KingDangerThem]);
907
908     const double MaxSlope = 30;
909     const double Peak = 1280;
910
911     for (int t = 0, i = 1; i < 100; ++i)
912     {
913         t = int(std::min(Peak, std::min(0.4 * i * i, t + MaxSlope)));
914
915         KingDanger[1][i] = apply_weight(make_score(t, 0), Weights[KingDangerUs]);
916         KingDanger[0][i] = apply_weight(make_score(t, 0), Weights[KingDangerThem]);
917     }
918   }
919
920 } // namespace Eval