git.sesse.net Git - stockfish/blob - 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) 2015-2020 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, WINNABLE, 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 == WINNABLE || 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  = 772;
  85   constexpr int RookSafeCheck   = 1084;
  86   constexpr int BishopSafeCheck = 645;
  87   constexpr int KnightSafeCheck = 792;
  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,-31), S( -4,-16), S(  3,  5), S( 13, 11), // Knight
  95       S( 22, 17), S( 28, 20), S( 33, 25) },
  96     { S(-48,-59), S(-20,-23), S( 16, -3), S( 26, 13), S( 38, 24), S( 51, 42), // Bishop
  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(-60,-78), S(-20,-17), S(  2, 23), S(  3, 39), S(  3, 70), S( 11, 99), // Rook
 100       S( 22,103), S( 31,121), S( 40,134), S( 40,139), S( 41,158), S( 48,164),
 101       S( 57,168), S( 57,169), S( 62,172) },
 102     { S(-30,-48), S(-12,-30), S( -8, -7), S( -9, 19), S( 20, 40), S( 23, 55), // Queen
 103       S( 23, 59), S( 35, 75), S( 38, 78), S( 53, 96), S( 64, 96), S( 65,100),
 104       S( 65,121), S( 66,127), S( 67,131), S( 67,133), S( 72,136), S( 72,141),
 105       S( 77,147), S( 79,150), S( 93,151), S(108,168), S(108,168), S(108,171),
 106       S(110,182), S(114,182), S(114,192), S(116,219) }
 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(19, 7), S(48, 29) };
 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(5, 32), S(57, 41), S(77, 56), S(88, 119), S(79, 161)
 118   };
 119
 120   constexpr Score ThreatByRook[PIECE_TYPE_NB] = {
 121     S(0, 0), S(3, 46), S(37, 68), S(42, 60), S(0, 38), S(58, 41)
 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 BishopKingProtector = S(  6,  9);
 131   constexpr Score BishopOnKingRing    = S( 24,  0);
 132   constexpr Score BishopOutpost       = S( 30, 23);
 133   constexpr Score BishopPawns         = S(  3,  7);
 134   constexpr Score BishopXRayPawns     = S(  4,  5);
 135   constexpr Score CorneredBishop      = S( 50, 50);
 136   constexpr Score FlankAttacks        = S(  8,  0);
 137   constexpr Score Hanging             = S( 69, 36);
 138   constexpr Score KnightKingProtector = S(  8,  9);
 139   constexpr Score KnightOnQueen       = S( 16, 11);
 140   constexpr Score KnightOutpost       = S( 56, 36);
 141   constexpr Score LongDiagonalBishop  = S( 45,  0);
 142   constexpr Score MinorBehindPawn     = S( 18,  3);
 143   constexpr Score PassedFile          = S( 11,  8);
 144   constexpr Score PawnlessFlank       = S( 17, 95);
 145   constexpr Score QueenInfiltration   = S( -2, 14);
 146   constexpr Score ReachableOutpost    = S( 31, 22);
 147   constexpr Score RestrictedPiece     = S(  7,  7);
 148   constexpr Score RookOnKingRing      = S( 16,  0);
 149   constexpr Score RookOnQueenFile     = S(  6, 11);
 150   constexpr Score SliderOnQueen       = S( 60, 18);
 151   constexpr Score ThreatByKing        = S( 24, 89);
 152   constexpr Score ThreatByPawnPush    = S( 48, 39);
 153   constexpr Score ThreatBySafePawn    = S(173, 94);
 154   constexpr Score TrappedRook         = S( 55, 13);
 155   constexpr Score WeakQueenProtection = S( 14,  0);
 156   constexpr Score WeakQueen           = S( 56, 15);
 157
 158
 159 #undef S
 160
 161   // Evaluation class computes and stores attacks tables and other working data
 162   template<Tracing T>
 163   class Evaluation {
 164
 165   public:
 166     Evaluation() = delete;
 167     explicit Evaluation(const Position& p) : pos(p) {}
 168     Evaluation& operator=(const Evaluation&) = delete;
 169     Value value();
 170
 171   private:
 172     template<Color Us> void initialize();
 173     template<Color Us, PieceType Pt> Score pieces();
 174     template<Color Us> Score king() const;
 175     template<Color Us> Score threats() const;
 176     template<Color Us> Score passed() const;
 177     template<Color Us> Score space() const;
 178     Value winnable(Score score) const;
 179
 180     const Position& pos;
 181     Material::Entry* me;
 182     Pawns::Entry* pe;
 183     Bitboard mobilityArea[COLOR_NB];
 184     Score mobility[COLOR_NB] = { SCORE_ZERO, SCORE_ZERO };
 185
 186     // attackedBy[color][piece type] is a bitboard representing all squares
 187     // attacked by a given color and piece type. Special "piece types" which
 188     // is also calculated is ALL_PIECES.
 189     Bitboard attackedBy[COLOR_NB][PIECE_TYPE_NB];
 190
 191     // attackedBy2[color] are the squares attacked by at least 2 units of a given
 192     // color, including x-rays. But diagonal x-rays through pawns are not computed.
 193     Bitboard attackedBy2[COLOR_NB];
 194
 195     // kingRing[color] are the squares adjacent to the king plus some other
 196     // very near squares, depending on king position.
 197     Bitboard kingRing[COLOR_NB];
 198
 199     // kingAttackersCount[color] is the number of pieces of the given color
 200     // which attack a square in the kingRing of the enemy king.
 201     int kingAttackersCount[COLOR_NB];
 202
 203     // kingAttackersWeight[color] is the sum of the "weights" of the pieces of
 204     // the given color which attack a square in the kingRing of the enemy king.
 205     // The weights of the individual piece types are given by the elements in
 206     // the KingAttackWeights array.
 207     int kingAttackersWeight[COLOR_NB];
 208
 209     // kingAttacksCount[color] is the number of attacks by the given color to
 210     // squares directly adjacent to the enemy king. Pieces which attack more
 211     // than one square are counted multiple times. For instance, if there is
 212     // a white knight on g5 and black's king is on g8, this white knight adds 2
 213     // to kingAttacksCount[WHITE].
 214     int kingAttacksCount[COLOR_NB];
 215   };
 216
 217
 218   // Evaluation::initialize() computes king and pawn attacks, and the king ring
 219   // bitboard for a given color. This is done at the beginning of the evaluation.
 220
 221   template<Tracing T> template<Color Us>
 222   void Evaluation<T>::initialize() {
 223
 224     constexpr Color     Them = ~Us;
 225     constexpr Direction Up   = pawn_push(Us);
 226     constexpr Direction Down = -Up;
 227     constexpr Bitboard LowRanks = (Us == WHITE ? Rank2BB | Rank3BB : Rank7BB | Rank6BB);
 228
 229     const Square ksq = pos.square<KING>(Us);
 230
 231     Bitboard dblAttackByPawn = pawn_double_attacks_bb<Us>(pos.pieces(Us, PAWN));
 232
 233     // Find our pawns that are blocked or on the first two ranks
 234     Bitboard b = pos.pieces(Us, PAWN) & (shift<Down>(pos.pieces()) | LowRanks);
 235
 236     // Squares occupied by those pawns, by our king or queen, by blockers to attacks on our king
 237     // or controlled by enemy pawns are excluded from the mobility area.
 238     mobilityArea[Us] = ~(b | pos.pieces(Us, KING, QUEEN) | pos.blockers_for_king(Us) | pe->pawn_attacks(Them));
 239
 240     // Initialize attackedBy[] for king and pawns
 241     attackedBy[Us][KING] = attacks_bb<KING>(ksq);
 242     attackedBy[Us][PAWN] = pe->pawn_attacks(Us);
 243     attackedBy[Us][ALL_PIECES] = attackedBy[Us][KING] | attackedBy[Us][PAWN];
 244     attackedBy2[Us] = dblAttackByPawn | (attackedBy[Us][KING] & attackedBy[Us][PAWN]);
 245
 246     // Init our king safety tables
 247     Square s = make_square(Utility::clamp(file_of(ksq), FILE_B, FILE_G),
 248                            Utility::clamp(rank_of(ksq), RANK_2, RANK_7));
 249     kingRing[Us] = attacks_bb<KING>(s) | s;
 250
 251     kingAttackersCount[Them] = popcount(kingRing[Us] & pe->pawn_attacks(Them));
 252     kingAttacksCount[Them] = kingAttackersWeight[Them] = 0;
 253
 254     // Remove from kingRing[] the squares defended by two pawns
 255     kingRing[Us] &= ~dblAttackByPawn;
 256   }
 257
 258
 259   // Evaluation::pieces() scores pieces of a given color and type
 260
 261   template<Tracing T> template<Color Us, PieceType Pt>
 262   Score Evaluation<T>::pieces() {
 263
 264     constexpr Color     Them = ~Us;
 265     constexpr Direction Down = -pawn_push(Us);
 266     constexpr Bitboard OutpostRanks = (Us == WHITE ? Rank4BB | Rank5BB | Rank6BB
 267                                                    : Rank5BB | Rank4BB | Rank3BB);
 268     const Square* pl = pos.squares<Pt>(Us);
 269
 270     Bitboard b, bb;
 271     Score score = SCORE_ZERO;
 272
 273     attackedBy[Us][Pt] = 0;
 274
 275     for (Square s = *pl; s != SQ_NONE; s = *++pl)
 276     {
 277         // Find attacked squares, including x-ray attacks for bishops and rooks
 278         b = Pt == BISHOP ? attacks_bb<BISHOP>(s, pos.pieces() ^ pos.pieces(QUEEN))
 279           : Pt ==   ROOK ? attacks_bb<  ROOK>(s, pos.pieces() ^ pos.pieces(QUEEN) ^ pos.pieces(Us, ROOK))
 280                          : attacks_bb<Pt>(s, pos.pieces());
 281
 282         if (pos.blockers_for_king(Us) & s)
 283             b &= line_bb(pos.square<KING>(Us), s);
 284
 285         attackedBy2[Us] |= attackedBy[Us][ALL_PIECES] & b;
 286         attackedBy[Us][Pt] |= b;
 287         attackedBy[Us][ALL_PIECES] |= b;
 288
 289         if (b & kingRing[Them])
 290         {
 291             kingAttackersCount[Us]++;
 292             kingAttackersWeight[Us] += KingAttackWeights[Pt];
 293             kingAttacksCount[Us] += popcount(b & attackedBy[Them][KING]);
 294         }
 295
 296         else if (Pt == ROOK && (file_bb(s) & kingRing[Them]))
 297             score += RookOnKingRing;
 298
 299         else if (Pt == BISHOP && (attacks_bb<BISHOP>(s, pos.pieces(PAWN)) & kingRing[Them]))
 300             score += BishopOnKingRing;
 301
 302         int mob = popcount(b & mobilityArea[Us]);
 303
 304         mobility[Us] += MobilityBonus[Pt - 2][mob];
 305
 306         if (Pt == BISHOP || Pt == KNIGHT)
 307         {
 308             // Bonus if piece is on an outpost square or can reach one
 309             bb = OutpostRanks & attackedBy[Us][PAWN] & ~pe->pawn_attacks_span(Them);
 310             if (bb & s)
 311                 score += (Pt == KNIGHT) ? KnightOutpost : BishopOutpost;
 312             else if (Pt == KNIGHT && bb & b & ~pos.pieces(Us))
 313                 score += ReachableOutpost;
 314
 315             // Bonus for a knight or bishop shielded by pawn
 316             if (shift<Down>(pos.pieces(PAWN)) & s)
 317                 score += MinorBehindPawn;
 318
 319             // Penalty if the piece is far from the king
 320             score -= (Pt == KNIGHT ? KnightKingProtector
 321                                    : BishopKingProtector) * distance(pos.square<KING>(Us), s);
 322
 323             if (Pt == BISHOP)
 324             {
 325                 // Penalty according to the number of our pawns on the same color square as the
 326                 // bishop, bigger when the center files are blocked with pawns and smaller
 327                 // when the bishop is outside the pawn chain.
 328                 Bitboard blocked = pos.pieces(Us, PAWN) & shift<Down>(pos.pieces());
 329
 330                 score -= BishopPawns * pos.pawns_on_same_color_squares(Us, s)
 331                                      * (!(attackedBy[Us][PAWN] & s) + popcount(blocked & CenterFiles));
 332
 333                 // Penalty for all enemy pawns x-rayed
 334                 score -= BishopXRayPawns * popcount(attacks_bb<BISHOP>(s) & pos.pieces(Them, PAWN));
 335
 336                 // Bonus for bishop on a long diagonal which can "see" both center squares
 337                 if (more_than_one(attacks_bb<BISHOP>(s, pos.pieces(PAWN)) & Center))
 338                     score += LongDiagonalBishop;
 339
 340                 // An important Chess960 pattern: a cornered bishop blocked by a friendly
 341                 // pawn diagonally in front of it is a very serious problem, especially
 342                 // when that pawn is also blocked.
 343                 if (   pos.is_chess960()
 344                     && (s == relative_square(Us, SQ_A1) || s == relative_square(Us, SQ_H1)))
 345                 {
 346                     Direction d = pawn_push(Us) + (file_of(s) == FILE_A ? EAST : WEST);
 347                     if (pos.piece_on(s + d) == make_piece(Us, PAWN))
 348                         score -= !pos.empty(s + d + pawn_push(Us))                ? CorneredBishop * 4
 349                                 : pos.piece_on(s + d + d) == make_piece(Us, PAWN) ? CorneredBishop * 2
 350                                                                                   : CorneredBishop;
 351                 }
 352             }
 353         }
 354
 355         if (Pt == ROOK)
 356         {
 357             // Bonus for rook on the same file as a queen
 358             if (file_bb(s) & pos.pieces(QUEEN))
 359                 score += RookOnQueenFile;
 360
 361             // Bonus for rook on an open or semi-open file
 362             if (pos.is_on_semiopen_file(Us, s))
 363                 score += RookOnFile[pos.is_on_semiopen_file(Them, s)];
 364
 365             // Penalty when trapped by the king, even more if the king cannot castle
 366             else if (mob <= 3)
 367             {
 368                 File kf = file_of(pos.square<KING>(Us));
 369                 if ((kf < FILE_E) == (file_of(s) < kf))
 370                     score -= TrappedRook * (1 + !pos.castling_rights(Us));
 371             }
 372         }
 373
 374         if (Pt == QUEEN)
 375         {
 376             // Penalty if any relative pin or discovered attack against the queen
 377             Bitboard queenPinners;
 378             if (pos.slider_blockers(pos.pieces(Them, ROOK, BISHOP), s, queenPinners))
 379                 score -= WeakQueen;
 380
 381             // Bonus for queen on weak square in enemy camp
 382             if (relative_rank(Us, s) > RANK_4 && (~pe->pawn_attacks_span(Them) & s))
 383                 score += QueenInfiltration;
 384         }
 385     }
 386     if (T)
 387         Trace::add(Pt, Us, score);
 388
 389     return score;
 390   }
 391
 392
 393   // Evaluation::king() assigns bonuses and penalties to a king of a given color
 394
 395   template<Tracing T> template<Color Us>
 396   Score Evaluation<T>::king() const {
 397
 398     constexpr Color    Them = ~Us;
 399     constexpr Bitboard Camp = (Us == WHITE ? AllSquares ^ Rank6BB ^ Rank7BB ^ Rank8BB
 400                                            : AllSquares ^ Rank1BB ^ Rank2BB ^ Rank3BB);
 401
 402     Bitboard weak, b1, b2, b3, safe, unsafeChecks = 0;
 403     Bitboard rookChecks, queenChecks, bishopChecks, knightChecks;
 404     int kingDanger = 0;
 405     const Square ksq = pos.square<KING>(Us);
 406
 407     // Init the score with king shelter and enemy pawns storm
 408     Score score = pe->king_safety<Us>(pos);
 409
 410     // Attacked squares defended at most once by our queen or king
 411     weak =  attackedBy[Them][ALL_PIECES]
 412           & ~attackedBy2[Us]
 413           & (~attackedBy[Us][ALL_PIECES] | attackedBy[Us][KING] | attackedBy[Us][QUEEN]);
 414
 415     // Analyse the safe enemy's checks which are possible on next move
 416     safe  = ~pos.pieces(Them);
 417     safe &= ~attackedBy[Us][ALL_PIECES] | (weak & attackedBy2[Them]);
 418
 419     b1 = attacks_bb<ROOK  >(ksq, pos.pieces() ^ pos.pieces(Us, QUEEN));
 420     b2 = attacks_bb<BISHOP>(ksq, pos.pieces() ^ pos.pieces(Us, QUEEN));
 421
 422     // Enemy rooks checks
 423     rookChecks = b1 & safe & attackedBy[Them][ROOK];
 424     if (rookChecks)
 425         kingDanger += more_than_one(rookChecks) ? RookSafeCheck * 175/100
 426                                                 : RookSafeCheck;
 427     else
 428         unsafeChecks |= b1 & attackedBy[Them][ROOK];
 429
 430     // Enemy queen safe checks: we count them only if they are from squares from
 431     // which we can't give a rook check, because rook checks are more valuable.
 432     queenChecks =  (b1 | b2)
 433                  & attackedBy[Them][QUEEN]
 434                  & safe
 435                  & ~attackedBy[Us][QUEEN]
 436                  & ~rookChecks;
 437     if (queenChecks)
 438         kingDanger += more_than_one(queenChecks) ? QueenSafeCheck * 145/100
 439                                                  : QueenSafeCheck;
 440
 441     // Enemy bishops checks: we count them only if they are from squares from
 442     // which we can't give a queen check, because queen checks are more valuable.
 443     bishopChecks =  b2
 444                   & attackedBy[Them][BISHOP]
 445                   & safe
 446                   & ~queenChecks;
 447     if (bishopChecks)
 448         kingDanger += more_than_one(bishopChecks) ? BishopSafeCheck * 3/2
 449                                                   : BishopSafeCheck;
 450     else
 451         unsafeChecks |= b2 & attackedBy[Them][BISHOP];
 452
 453     // Enemy knights checks
 454     knightChecks = attacks_bb<KNIGHT>(ksq) & attackedBy[Them][KNIGHT];
 455     if (knightChecks & safe)
 456         kingDanger += more_than_one(knightChecks & safe) ? KnightSafeCheck * 162/100
 457                                                          : KnightSafeCheck;
 458     else
 459         unsafeChecks |= knightChecks;
 460
 461     // Find the squares that opponent attacks in our king flank, the squares
 462     // which they attack twice in that flank, and the squares that we defend.
 463     b1 = attackedBy[Them][ALL_PIECES] & KingFlank[file_of(ksq)] & Camp;
 464     b2 = b1 & attackedBy2[Them];
 465     b3 = attackedBy[Us][ALL_PIECES] & KingFlank[file_of(ksq)] & Camp;
 466
 467     int kingFlankAttack = popcount(b1) + popcount(b2);
 468     int kingFlankDefense = popcount(b3);
 469
 470     kingDanger +=        kingAttackersCount[Them] * kingAttackersWeight[Them]
 471                  + 185 * popcount(kingRing[Us] & weak)
 472                  + 148 * popcount(unsafeChecks)
 473                  +  98 * popcount(pos.blockers_for_king(Us))
 474                  +  69 * kingAttacksCount[Them]
 475                  +   3 * kingFlankAttack * kingFlankAttack / 8
 476                  +       mg_value(mobility[Them] - mobility[Us])
 477                  - 873 * !pos.count<QUEEN>(Them)
 478                  - 100 * bool(attackedBy[Us][KNIGHT] & attackedBy[Us][KING])
 479                  -   6 * mg_value(score) / 8
 480                  -   4 * kingFlankDefense
 481                  +  37;
 482
 483     // Transform the kingDanger units into a Score, and subtract it from the evaluation
 484     if (kingDanger > 100)
 485         score -= make_score(kingDanger * kingDanger / 4096, kingDanger / 16);
 486
 487     // Penalty when our king is on a pawnless flank
 488     if (!(pos.pieces(PAWN) & KingFlank[file_of(ksq)]))
 489         score -= PawnlessFlank;
 490
 491     // Penalty if king flank is under attack, potentially moving toward the king
 492     score -= FlankAttacks * kingFlankAttack;
 493
 494     if (T)
 495         Trace::add(KING, Us, score);
 496
 497     return score;
 498   }
 499
 500
 501   // Evaluation::threats() assigns bonuses according to the types of the
 502   // attacking and the attacked pieces.
 503
 504   template<Tracing T> template<Color Us>
 505   Score Evaluation<T>::threats() const {
 506
 507     constexpr Color     Them     = ~Us;
 508     constexpr Direction Up       = pawn_push(Us);
 509     constexpr Bitboard  TRank3BB = (Us == WHITE ? Rank3BB : Rank6BB);
 510
 511     Bitboard b, weak, defended, nonPawnEnemies, stronglyProtected, safe;
 512     Score score = SCORE_ZERO;
 513
 514     // Non-pawn enemies
 515     nonPawnEnemies = pos.pieces(Them) & ~pos.pieces(PAWN);
 516
 517     // Squares strongly protected by the enemy, either because they defend the
 518     // square with a pawn, or because they defend the square twice and we don't.
 519     stronglyProtected =  attackedBy[Them][PAWN]
 520                        | (attackedBy2[Them] & ~attackedBy2[Us]);
 521
 522     // Non-pawn enemies, strongly protected
 523     defended = nonPawnEnemies & stronglyProtected;
 524
 525     // Enemies not strongly protected and under our attack
 526     weak = pos.pieces(Them) & ~stronglyProtected & attackedBy[Us][ALL_PIECES];
 527
 528     // Bonus according to the kind of attacking pieces
 529     if (defended | weak)
 530     {
 531         b = (defended | weak) & (attackedBy[Us][KNIGHT] | attackedBy[Us][BISHOP]);
 532         while (b)
 533             score += ThreatByMinor[type_of(pos.piece_on(pop_lsb(&b)))];
 534
 535         b = weak & attackedBy[Us][ROOK];
 536         while (b)
 537             score += ThreatByRook[type_of(pos.piece_on(pop_lsb(&b)))];
 538
 539         if (weak & attackedBy[Us][KING])
 540             score += ThreatByKing;
 541
 542         b =  ~attackedBy[Them][ALL_PIECES]
 543            | (nonPawnEnemies & attackedBy2[Us]);
 544         score += Hanging * popcount(weak & b);
 545
 546         // Additional bonus if weak piece is only protected by a queen
 547         score += WeakQueenProtection * popcount(weak & attackedBy[Them][QUEEN]);
 548     }
 549
 550     // Bonus for restricting their piece moves
 551     b =   attackedBy[Them][ALL_PIECES]
 552        & ~stronglyProtected
 553        &  attackedBy[Us][ALL_PIECES];
 554     score += RestrictedPiece * popcount(b);
 555
 556     // Protected or unattacked squares
 557     safe = ~attackedBy[Them][ALL_PIECES] | attackedBy[Us][ALL_PIECES];
 558
 559     // Bonus for attacking enemy pieces with our relatively safe pawns
 560     b = pos.pieces(Us, PAWN) & safe;
 561     b = pawn_attacks_bb<Us>(b) & nonPawnEnemies;
 562     score += ThreatBySafePawn * popcount(b);
 563
 564     // Find squares where our pawns can push on the next move
 565     b  = shift<Up>(pos.pieces(Us, PAWN)) & ~pos.pieces();
 566     b |= shift<Up>(b & TRank3BB) & ~pos.pieces();
 567
 568     // Keep only the squares which are relatively safe
 569     b &= ~attackedBy[Them][PAWN] & safe;
 570
 571     // Bonus for safe pawn threats on the next move
 572     b = pawn_attacks_bb<Us>(b) & nonPawnEnemies;
 573     score += ThreatByPawnPush * popcount(b);
 574
 575     // Bonus for threats on the next moves against enemy queen
 576     if (pos.count<QUEEN>(Them) == 1)
 577     {
 578         Square s = pos.square<QUEEN>(Them);
 579         safe = mobilityArea[Us] & ~stronglyProtected;
 580
 581         b = attackedBy[Us][KNIGHT] & attacks_bb<KNIGHT>(s);
 582
 583         score += KnightOnQueen * popcount(b & safe);
 584
 585         b =  (attackedBy[Us][BISHOP] & attacks_bb<BISHOP>(s, pos.pieces()))
 586            | (attackedBy[Us][ROOK  ] & attacks_bb<ROOK  >(s, pos.pieces()));
 587
 588         score += SliderOnQueen * popcount(b & safe & attackedBy2[Us]);
 589     }
 590
 591     if (T)
 592         Trace::add(THREAT, Us, score);
 593
 594     return score;
 595   }
 596
 597   // Evaluation::passed() evaluates the passed pawns and candidate passed
 598   // pawns of the given color.
 599
 600   template<Tracing T> template<Color Us>
 601   Score Evaluation<T>::passed() const {
 602
 603     constexpr Color     Them = ~Us;
 604     constexpr Direction Up   = pawn_push(Us);
 605     constexpr Direction Down = -Up;
 606
 607     auto king_proximity = [&](Color c, Square s) {
 608       return std::min(distance(pos.square<KING>(c), s), 5);
 609     };
 610
 611     Bitboard b, bb, squaresToQueen, unsafeSquares, blockedPassers, helpers;
 612     Score score = SCORE_ZERO;
 613
 614     b = pe->passed_pawns(Us);
 615
 616     blockedPassers = b & shift<Down>(pos.pieces(Them, PAWN));
 617     if (blockedPassers)
 618     {
 619         helpers =  shift<Up>(pos.pieces(Us, PAWN))
 620                  & ~pos.pieces(Them)
 621                  & (~attackedBy2[Them] | attackedBy[Us][ALL_PIECES]);
 622
 623         // Remove blocked candidate passers that don't have help to pass
 624         b &=  ~blockedPassers
 625             | shift<WEST>(helpers)
 626             | shift<EAST>(helpers);
 627     }
 628
 629     while (b)
 630     {
 631         Square s = pop_lsb(&b);
 632
 633         assert(!(pos.pieces(Them, PAWN) & forward_file_bb(Us, s + Up)));
 634
 635         int r = relative_rank(Us, s);
 636
 637         Score bonus = PassedRank[r];
 638
 639         if (r > RANK_3)
 640         {
 641             int w = 5 * r - 13;
 642             Square blockSq = s + Up;
 643
 644             // Adjust bonus based on the king's proximity
 645             bonus += make_score(0, (  (king_proximity(Them, blockSq) * 19) / 4
 646                                      - king_proximity(Us,   blockSq) *  2) * w);
 647
 648             // If blockSq is not the queening square then consider also a second push
 649             if (r != RANK_7)
 650                 bonus -= make_score(0, king_proximity(Us, blockSq + Up) * w);
 651
 652             // If the pawn is free to advance, then increase the bonus
 653             if (pos.empty(blockSq))
 654             {
 655                 squaresToQueen = forward_file_bb(Us, s);
 656                 unsafeSquares = passed_pawn_span(Us, s);
 657
 658                 bb = forward_file_bb(Them, s) & pos.pieces(ROOK, QUEEN);
 659
 660                 if (!(pos.pieces(Them) & bb))
 661                     unsafeSquares &= attackedBy[Them][ALL_PIECES];
 662
 663                 // If there are no enemy attacks on passed pawn span, assign a big bonus.
 664                 // Otherwise assign a smaller bonus if the path to queen is not attacked
 665                 // and even smaller bonus if it is attacked but block square is not.
 666                 int k = !unsafeSquares                    ? 35 :
 667                         !(unsafeSquares & squaresToQueen) ? 20 :
 668                         !(unsafeSquares & blockSq)        ?  9 :
 669                                                              0 ;
 670
 671                 // Assign a larger bonus if the block square is defended
 672                 if ((pos.pieces(Us) & bb) || (attackedBy[Us][ALL_PIECES] & blockSq))
 673                     k += 5;
 674
 675                 bonus += make_score(k * w, k * w);
 676             }
 677         } // r > RANK_3
 678
 679         score += bonus - PassedFile * edge_distance(file_of(s));
 680     }
 681
 682     if (T)
 683         Trace::add(PASSED, Us, score);
 684
 685     return score;
 686   }
 687
 688
 689   // Evaluation::space() computes a space evaluation for a given side, aiming to improve game
 690   // play in the opening. It is based on the number of safe squares on the 4 central files
 691   // on ranks 2 to 4. Completely safe squares behind a friendly pawn are counted twice.
 692   // Finally, the space bonus is multiplied by a weight which decreases according to occupancy.
 693
 694   template<Tracing T> template<Color Us>
 695   Score Evaluation<T>::space() const {
 696
 697     // Early exit if, for example, both queens or 6 minor pieces have been exchanged
 698     if (pos.non_pawn_material() < SpaceThreshold)
 699         return SCORE_ZERO;
 700
 701     constexpr Color Them     = ~Us;
 702     constexpr Direction Down = -pawn_push(Us);
 703     constexpr Bitboard SpaceMask =
 704       Us == WHITE ? CenterFiles & (Rank2BB | Rank3BB | Rank4BB)
 705                   : CenterFiles & (Rank7BB | Rank6BB | Rank5BB);
 706
 707     // Find the available squares for our pieces inside the area defined by SpaceMask
 708     Bitboard safe =   SpaceMask
 709                    & ~pos.pieces(Us, PAWN)
 710                    & ~attackedBy[Them][PAWN];
 711
 712     // Find all squares which are at most three squares behind some friendly pawn
 713     Bitboard behind = pos.pieces(Us, PAWN);
 714     behind |= shift<Down>(behind);
 715     behind |= shift<Down+Down>(behind);
 716
 717     int bonus = popcount(safe) + popcount(behind & safe & ~attackedBy[Them][ALL_PIECES]);
 718     int weight = pos.count<ALL_PIECES>(Us) - 3 + std::min(pe->blocked_count(), 9);
 719     Score score = make_score(bonus * weight * weight / 16, 0);
 720
 721     if (T)
 722         Trace::add(SPACE, Us, score);
 723
 724     return score;
 725   }
 726
 727
 728   // Evaluation::winnable() adjusts the mg and eg score components based on the
 729   // known attacking/defending status of the players. A single value is derived
 730   // by interpolation from the mg and eg values and returned.
 731
 732   template<Tracing T>
 733   Value Evaluation<T>::winnable(Score score) const {
 734
 735     int outflanking =  distance<File>(pos.square<KING>(WHITE), pos.square<KING>(BLACK))
 736                      - distance<Rank>(pos.square<KING>(WHITE), pos.square<KING>(BLACK));
 737
 738     bool pawnsOnBothFlanks =   (pos.pieces(PAWN) & QueenSide)
 739                             && (pos.pieces(PAWN) & KingSide);
 740
 741     bool almostUnwinnable =   outflanking < 0
 742                            && !pawnsOnBothFlanks;
 743
 744     bool infiltration = rank_of(pos.square<KING>(WHITE)) > RANK_4
 745                      || rank_of(pos.square<KING>(BLACK)) < RANK_5;
 746
 747     // Compute the initiative bonus for the attacking side
 748     int complexity =   9 * pe->passed_count()
 749                     + 12 * pos.count<PAWN>()
 750                     +  9 * outflanking
 751                     + 21 * pawnsOnBothFlanks
 752                     + 24 * infiltration
 753                     + 51 * !pos.non_pawn_material()
 754                     - 43 * almostUnwinnable
 755                     -110 ;
 756
 757     Value mg = mg_value(score);
 758     Value eg = eg_value(score);
 759
 760     // Now apply the bonus: note that we find the attacking side by extracting the
 761     // sign of the midgame or endgame values, and that we carefully cap the bonus
 762     // so that the midgame and endgame scores do not change sign after the bonus.
 763     int u = ((mg > 0) - (mg < 0)) * Utility::clamp(complexity + 50, -abs(mg), 0);
 764     int v = ((eg > 0) - (eg < 0)) * std::max(complexity, -abs(eg));
 765
 766     mg += u;
 767     eg += v;
 768
 769     // Compute the scale factor for the winning side
 770
 771     Color strongSide = eg > VALUE_DRAW ? WHITE : BLACK;
 772     int sf = me->scale_factor(pos, strongSide);
 773
 774     // If scale is not already specific, scale down the endgame via general heuristics
 775     if (sf == SCALE_FACTOR_NORMAL)
 776     {
 777         if (pos.opposite_bishops())
 778         {
 779             if (   pos.non_pawn_material(WHITE) == BishopValueMg
 780                 && pos.non_pawn_material(BLACK) == BishopValueMg)
 781                 sf = 18 + 4 * popcount(pe->passed_pawns(strongSide));
 782             else
 783                 sf = 22 + 3 * pos.count<ALL_PIECES>(strongSide);
 784         }
 785         else if(   pos.non_pawn_material(WHITE) == RookValueMg
 786                 && pos.non_pawn_material(BLACK) == RookValueMg
 787                 && !pe->passed_pawns(strongSide)
 788                 && pos.count<PAWN>(strongSide) - pos.count<PAWN>(~strongSide) <= 1
 789                 && bool(KingSide & pos.pieces(strongSide, PAWN)) != bool(QueenSide & pos.pieces(strongSide, PAWN))
 790                 && (attacks_bb<KING>(pos.square<KING>(~strongSide)) & pos.pieces(~strongSide, PAWN)))
 791             sf = 36;
 792         else
 793             sf = std::min(sf, 36 + 7 * pos.count<PAWN>(strongSide));
 794     }
 795
 796     // Interpolate between the middlegame and (scaled by 'sf') endgame score
 797     v =  mg * int(me->game_phase())
 798        + eg * int(PHASE_MIDGAME - me->game_phase()) * ScaleFactor(sf) / SCALE_FACTOR_NORMAL;
 799     v /= PHASE_MIDGAME;
 800
 801     if (T)
 802     {
 803         Trace::add(WINNABLE, make_score(u, eg * ScaleFactor(sf) / SCALE_FACTOR_NORMAL - eg_value(score)));
 804         Trace::add(TOTAL, make_score(mg, eg * ScaleFactor(sf) / SCALE_FACTOR_NORMAL));
 805     }
 806
 807     return Value(v);
 808   }
 809
 810
 811   // Evaluation::value() is the main function of the class. It computes the various
 812   // parts of the evaluation and returns the value of the position from the point
 813   // of view of the side to move.
 814
 815   template<Tracing T>
 816   Value Evaluation<T>::value() {
 817
 818     assert(!pos.checkers());
 819
 820     // Probe the material hash table
 821     me = Material::probe(pos);
 822
 823     // If we have a specialized evaluation function for the current material
 824     // configuration, call it and return.
 825     if (me->specialized_eval_exists())
 826         return me->evaluate(pos);
 827
 828     // Initialize score by reading the incrementally updated scores included in
 829     // the position object (material + piece square tables) and the material
 830     // imbalance. Score is computed internally from the white point of view.
 831     Score score = pos.psq_score() + me->imbalance() + pos.this_thread()->contempt;
 832
 833     // Probe the pawn hash table
 834     pe = Pawns::probe(pos);
 835     score += pe->pawn_score(WHITE) - pe->pawn_score(BLACK);
 836
 837     // Early exit if score is high
 838     Value v = (mg_value(score) + eg_value(score)) / 2;
 839     if (abs(v) > LazyThreshold + pos.non_pawn_material() / 64)
 840        return pos.side_to_move() == WHITE ? v : -v;
 841
 842     // Main evaluation begins here
 843     initialize<WHITE>();
 844     initialize<BLACK>();
 845
 846     // Pieces evaluated first (also populates attackedBy, attackedBy2).
 847     // Note that the order of evaluation of the terms is left unspecified.
 848     score +=  pieces<WHITE, KNIGHT>() - pieces<BLACK, KNIGHT>()
 849             + pieces<WHITE, BISHOP>() - pieces<BLACK, BISHOP>()
 850             + pieces<WHITE, ROOK  >() - pieces<BLACK, ROOK  >()
 851             + pieces<WHITE, QUEEN >() - pieces<BLACK, QUEEN >();
 852
 853     score += mobility[WHITE] - mobility[BLACK];
 854
 855     // More complex interactions that require fully populated attack bitboards
 856     score +=  king<   WHITE>() - king<   BLACK>()
 857             + threats<WHITE>() - threats<BLACK>()
 858             + passed< WHITE>() - passed< BLACK>()
 859             + space<  WHITE>() - space<  BLACK>();
 860
 861     // Derive single value from mg and eg parts of score
 862     v = winnable(score);
 863
 864     // In case of tracing add all remaining individual evaluation terms
 865     if (T)
 866     {
 867         Trace::add(MATERIAL, pos.psq_score());
 868         Trace::add(IMBALANCE, me->imbalance());
 869         Trace::add(PAWN, pe->pawn_score(WHITE), pe->pawn_score(BLACK));
 870         Trace::add(MOBILITY, mobility[WHITE], mobility[BLACK]);
 871     }
 872
 873     // Evaluation grain
 874     v = (v / 16) * 16;
 875
 876     // Side to move point of view
 877     v = (pos.side_to_move() == WHITE ? v : -v) + Tempo;
 878
 879     // Damp down the evaluation linearly when shuffling
 880     v = v * (100 - pos.rule50_count()) / 100;
 881
 882     return v;
 883   }
 884
 885 } // namespace
 886
 887
 888 /// evaluate() is the evaluator for the outer world. It returns a static
 889 /// evaluation of the position from the point of view of the side to move.
 890
 891 Value Eval::evaluate(const Position& pos) {
 892   return Evaluation<NO_TRACE>(pos).value();
 893 }
 894
 895
 896 /// trace() is like evaluate(), but instead of returning a value, it returns
 897 /// a string (suitable for outputting to stdout) that contains the detailed
 898 /// descriptions and values of each evaluation term. Useful for debugging.
 899
 900 std::string Eval::trace(const Position& pos) {
 901
 902   if (pos.checkers())
 903       return "Total evaluation: none (in check)";
 904
 905   std::memset(scores, 0, sizeof(scores));
 906
 907   pos.this_thread()->contempt = SCORE_ZERO; // Reset any dynamic contempt
 908
 909   Value v = Evaluation<TRACE>(pos).value();
 910
 911   v = pos.side_to_move() == WHITE ? v : -v; // Trace scores are from white's point of view
 912
 913   std::stringstream ss;
 914   ss << std::showpoint << std::noshowpos << std::fixed << std::setprecision(2)
 915      << "     Term    |    White    |    Black    |    Total   \n"
 916      << "             |   MG    EG  |   MG    EG  |   MG    EG \n"
 917      << " ------------+-------------+-------------+------------\n"
 918      << "    Material | " << Term(MATERIAL)
 919      << "   Imbalance | " << Term(IMBALANCE)
 920      << "       Pawns | " << Term(PAWN)
 921      << "     Knights | " << Term(KNIGHT)
 922      << "     Bishops | " << Term(BISHOP)
 923      << "       Rooks | " << Term(ROOK)
 924      << "      Queens | " << Term(QUEEN)
 925      << "    Mobility | " << Term(MOBILITY)
 926      << " King safety | " << Term(KING)
 927      << "     Threats | " << Term(THREAT)
 928      << "      Passed | " << Term(PASSED)
 929      << "       Space | " << Term(SPACE)
 930      << "    Winnable | " << Term(WINNABLE)
 931      << " ------------+-------------+-------------+------------\n"
 932      << "       Total | " << Term(TOTAL);
 933
 934   ss << "\nFinal evaluation: " << to_cp(v) << " (white side)\n";
 935
 936   return ss.str();
 937 }