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