Increase pawn king attack weight
[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) 2008-2013 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   enum ExtendedPieceType { // Used for tracing
35     PST = 8, IMBALANCE, MOBILITY, THREAT, PASSED, SPACE, TOTAL
36   };
37
38   namespace Tracing {
39
40     Score scores[COLOR_NB][TOTAL + 1];
41     std::stringstream stream;
42
43     void add(int idx, Score term_w, Score term_b = SCORE_ZERO);
44     void row(const char* name, int idx);
45     std::string do_trace(const Position& pos);
46   }
47
48   // Struct EvalInfo contains various information computed and collected
49   // by the evaluation functions.
50   struct EvalInfo {
51
52     // Pointers to material and pawn hash table entries
53     Material::Entry* mi;
54     Pawns::Entry* pi;
55
56     // attackedBy[color][piece type] is a bitboard representing all squares
57     // attacked by a given color and piece type, attackedBy[color][ALL_PIECES]
58     // contains all squares attacked by the given color.
59     Bitboard attackedBy[COLOR_NB][PIECE_TYPE_NB];
60
61     // kingRing[color] is the zone around the king which is considered
62     // by the king safety evaluation. This consists of the squares directly
63     // adjacent to the king, and the three (or two, for a king on an edge file)
64     // squares two ranks in front of the king. For instance, if black's king
65     // is on g8, kingRing[BLACK] is a bitboard containing the squares f8, h8,
66     // f7, g7, h7, f6, g6 and h6.
67     Bitboard kingRing[COLOR_NB];
68
69     // kingAttackersCount[color] is the number of pieces of the given color
70     // which attack a square in the kingRing of the enemy king.
71     int kingAttackersCount[COLOR_NB];
72
73     // kingAttackersWeight[color] is the sum of the "weight" of the pieces of the
74     // given color which attack a square in the kingRing of the enemy king. The
75     // weights of the individual piece types are given by the variables
76     // QueenAttackWeight, RookAttackWeight, BishopAttackWeight and
77     // KnightAttackWeight in evaluate.cpp
78     int kingAttackersWeight[COLOR_NB];
79
80     // kingAdjacentZoneAttacksCount[color] is the number of attacks to squares
81     // directly adjacent to the king of the given color. Pieces which attack
82     // more than one square are counted multiple times. For instance, if black's
83     // king is on g8 and there's a white knight on g5, this knight adds
84     // 2 to kingAdjacentZoneAttacksCount[BLACK].
85     int kingAdjacentZoneAttacksCount[COLOR_NB];
86
87     Bitboard pinnedPieces[COLOR_NB];
88   };
89
90   // Evaluation grain size, must be a power of 2
91   const int GrainSize = 4;
92
93   // Evaluation weights, initialized from UCI options
94   enum { Mobility, PawnStructure, PassedPawns, Space, KingDangerUs, KingDangerThem };
95   Score Weights[6];
96
97   typedef Value V;
98   #define S(mg, eg) make_score(mg, eg)
99
100   // Internal evaluation weights. These are applied on top of the evaluation
101   // weights read from UCI parameters. The purpose is to be able to change
102   // the evaluation weights while keeping the default values of the UCI
103   // parameters at 100, which looks prettier.
104   //
105   // Values modified by Joona Kiiski
106   const Score WeightsInternal[] = {
107       S(289, 344), S(233, 201), S(221, 273), S(46, 0), S(271, 0), S(307, 0)
108   };
109
110   // MobilityBonus[PieceType][attacked] contains bonuses for middle and end
111   // game, indexed by piece type and number of attacked squares not occupied by
112   // friendly pieces.
113   const Score MobilityBonus[][32] = {
114      {}, {},
115      { S(-35,-30), S(-22,-20), S(-9,-10), S( 3,  0), S(15, 10), S(27, 20), // Knights
116        S( 37, 28), S( 42, 31), S(44, 33) },
117      { S(-22,-27), S( -8,-13), S( 6,  1), S(20, 15), S(34, 29), S(48, 43), // Bishops
118        S( 60, 55), S( 68, 63), S(74, 68), S(77, 72), S(80, 75), S(82, 77),
119        S( 84, 79), S( 86, 81) },
120      { S(-17,-33), S(-11,-16), S(-5,  0), S( 1, 16), S( 7, 32), S(13, 48), // Rooks
121        S( 18, 64), S( 22, 80), S(26, 96), S(29,109), S(31,115), S(33,119),
122        S( 35,122), S( 36,123), S(37,124) },
123      { S(-12,-20), S( -8,-13), S(-5, -7), S(-2, -1), S( 1,  5), S( 4, 11), // Queens
124        S(  7, 17), S( 10, 23), S(13, 29), S(16, 34), S(18, 38), S(20, 40),
125        S( 22, 41), S( 23, 41), S(24, 41), S(25, 41), S(25, 41), S(25, 41),
126        S( 25, 41), S( 25, 41), S(25, 41), S(25, 41), S(25, 41), S(25, 41),
127        S( 25, 41), S( 25, 41), S(25, 41), S(25, 41) }
128   };
129
130   // Outpost[PieceType][Square] contains bonuses for knights and bishops outposts,
131   // indexed by piece type and square (from white's point of view).
132   const Value Outpost[][SQUARE_NB] = {
133   {
134   //  A     B     C     D     E     F     G     H
135     V(0), V(0), V(0), V(0), V(0), V(0), V(0), V(0), // Knights
136     V(0), V(0), V(0), V(0), V(0), V(0), V(0), V(0),
137     V(0), V(0), V(4), V(8), V(8), V(4), V(0), V(0),
138     V(0), V(4),V(17),V(26),V(26),V(17), V(4), V(0),
139     V(0), V(8),V(26),V(35),V(35),V(26), V(8), V(0),
140     V(0), V(4),V(17),V(17),V(17),V(17), V(4), V(0) },
141   {
142     V(0), V(0), V(0), V(0), V(0), V(0), V(0), V(0), // Bishops
143     V(0), V(0), V(0), V(0), V(0), V(0), V(0), V(0),
144     V(0), V(0), V(5), V(5), V(5), V(5), V(0), V(0),
145     V(0), V(5),V(10),V(10),V(10),V(10), V(5), V(0),
146     V(0),V(10),V(21),V(21),V(21),V(21),V(10), V(0),
147     V(0), V(5), V(8), V(8), V(8), V(8), V(5), V(0) }
148   };
149
150   // Threat[attacking][attacked] contains bonuses according to which piece
151   // type attacks which one.
152   const Score Threat[][PIECE_TYPE_NB] = {
153     { S(0, 0), S( 7, 39), S(24, 49), S(24, 49), S(41,100), S(41,100) }, // Minor
154     { S(0, 0), S(15, 39), S(15, 45), S(15, 45), S(15, 45), S(24, 49) }, // Major
155   };
156
157   // ThreatenedByPawn[PieceType] contains a penalty according to which piece
158   // type is attacked by an enemy pawn.
159   const Score ThreatenedByPawn[] = {
160     S(0, 0), S(0, 0), S(56, 70), S(56, 70), S(76, 99), S(86, 118)
161   };
162
163   #undef S
164
165   const Score Tempo            = make_score(24, 11);
166   const Score BishopPin        = make_score(66, 11);
167   const Score RookOn7th        = make_score(11, 20);
168   const Score QueenOn7th       = make_score( 3,  8);
169   const Score RookOnPawn       = make_score(10, 28);
170   const Score QueenOnPawn      = make_score( 4, 20);
171   const Score RookOpenFile     = make_score(43, 21);
172   const Score RookSemiopenFile = make_score(19, 10);
173   const Score BishopPawns      = make_score( 8, 12);
174   const Score KnightPawns      = make_score( 8,  4);
175   const Score MinorBehindPawn  = make_score(16,  0);
176   const Score UndefendedMinor  = make_score(25, 10);
177   const Score TrappedRook      = make_score(90,  0);
178   const Score Unstoppable      = make_score( 0, 20);
179
180   // Penalty for a bishop on a1/h1 (a8/h8 for black) which is trapped by
181   // a friendly pawn on b2/g2 (b7/g7 for black). This can obviously only
182   // happen in Chess960 games.
183   const Score TrappedBishopA1H1 = make_score(50, 50);
184
185   // SpaceMask[Color] contains the area of the board which is considered
186   // by the space evaluation. In the middlegame, each side is given a bonus
187   // based on how many squares inside this area are safe and available for
188   // friendly minor pieces.
189   const Bitboard SpaceMask[] = {
190     (FileCBB | FileDBB | FileEBB | FileFBB) & (Rank2BB | Rank3BB | Rank4BB),
191     (FileCBB | FileDBB | FileEBB | FileFBB) & (Rank7BB | Rank6BB | Rank5BB)
192   };
193
194   // King danger constants and variables. The king danger scores are taken
195   // from KingDanger[]. Various little "meta-bonuses" measuring the strength
196   // of the enemy attack are added up into an integer, which is used as an
197   // index to KingDanger[].
198   //
199   // KingAttackWeights[PieceType] contains king attack weights by piece type
200   const int KingAttackWeights[] = { 0, 0, 2, 2, 3, 5 };
201
202   // Bonuses for enemy's safe checks
203   const int QueenContactCheck = 24;
204   const int RookContactCheck  = 16;
205   const int QueenCheck        = 12;
206   const int RookCheck         = 8;
207   const int BishopCheck       = 2;
208   const int KnightCheck       = 3;
209
210   // KingExposed[Square] contains penalties based on the position of the
211   // defending king, indexed by king's square (from white's point of view).
212   const int KingExposed[] = {
213      2,  0,  2,  5,  5,  2,  0,  2,
214      2,  2,  4,  8,  8,  4,  2,  2,
215      7, 10, 12, 12, 12, 12, 10,  7,
216     15, 15, 15, 15, 15, 15, 15, 15,
217     15, 15, 15, 15, 15, 15, 15, 15,
218     15, 15, 15, 15, 15, 15, 15, 15,
219     15, 15, 15, 15, 15, 15, 15, 15,
220     15, 15, 15, 15, 15, 15, 15, 15
221   };
222
223   // KingDanger[Color][attackUnits] contains the actual king danger weighted
224   // scores, indexed by color and by a calculated integer number.
225   Score KingDanger[COLOR_NB][128];
226
227   // Function prototypes
228   template<bool Trace>
229   Value do_evaluate(const Position& pos);
230
231   template<Color Us>
232   void init_eval_info(const Position& pos, EvalInfo& ei);
233
234   template<Color Us, bool Trace>
235   Score evaluate_pieces_of_color(const Position& pos, EvalInfo& ei, Score* mobility);
236
237   template<Color Us, bool Trace>
238   Score evaluate_king(const Position& pos, const EvalInfo& ei);
239
240   template<Color Us, bool Trace>
241   Score evaluate_threats(const Position& pos, const EvalInfo& ei);
242
243   template<Color Us, bool Trace>
244   Score evaluate_passed_pawns(const Position& pos, const EvalInfo& ei);
245
246   template<Color Us>
247   int evaluate_space(const Position& pos, const EvalInfo& ei);
248
249   Score evaluate_unstoppable_pawns(const Position& pos, Color us, const EvalInfo& ei);
250
251   Value interpolate(const Score& v, Phase ph, ScaleFactor sf);
252   Score apply_weight(Score v, Score w);
253   Score weight_option(const std::string& mgOpt, const std::string& egOpt, Score internalWeight);
254   double to_cp(Value v);
255 }
256
257
258 namespace Eval {
259
260   /// evaluate() is the main evaluation function. It always computes two
261   /// values, an endgame score and a middlegame score, and interpolates
262   /// between them based on the remaining material.
263
264   Value evaluate(const Position& pos) {
265     return do_evaluate<false>(pos);
266   }
267
268
269   /// trace() is like evaluate(), but instead of returning a value, it returns
270   /// a string (suitable for outputting to stdout) that contains the detailed
271   /// descriptions and values of each evaluation term. It's mainly used for
272   /// debugging.
273   std::string trace(const Position& pos) {
274     return Tracing::do_trace(pos);
275   }
276
277
278   /// init() computes evaluation weights from the corresponding UCI parameters
279   /// and setup king tables.
280
281   void init() {
282
283     Weights[Mobility]       = weight_option("Mobility (Midgame)", "Mobility (Endgame)", WeightsInternal[Mobility]);
284     Weights[PawnStructure]  = weight_option("Pawn Structure (Midgame)", "Pawn Structure (Endgame)", WeightsInternal[PawnStructure]);
285     Weights[PassedPawns]    = weight_option("Passed Pawns (Midgame)", "Passed Pawns (Endgame)", WeightsInternal[PassedPawns]);
286     Weights[Space]          = weight_option("Space", "Space", WeightsInternal[Space]);
287     Weights[KingDangerUs]   = weight_option("Cowardice", "Cowardice", WeightsInternal[KingDangerUs]);
288     Weights[KingDangerThem] = weight_option("Aggressiveness", "Aggressiveness", WeightsInternal[KingDangerThem]);
289
290     const int MaxSlope = 30;
291     const int Peak = 1280;
292
293     for (int t = 0, i = 1; i < 100; ++i)
294     {
295         t = std::min(Peak, std::min(int(0.4 * i * i), t + MaxSlope));
296
297         KingDanger[1][i] = apply_weight(make_score(t, 0), Weights[KingDangerUs]);
298         KingDanger[0][i] = apply_weight(make_score(t, 0), Weights[KingDangerThem]);
299     }
300   }
301
302 } // namespace Eval
303
304
305 namespace {
306
307 template<bool Trace>
308 Value do_evaluate(const Position& pos) {
309
310   assert(!pos.checkers());
311
312   EvalInfo ei;
313   Score score, mobility[2] = { SCORE_ZERO, SCORE_ZERO };
314   Thread* th = pos.this_thread();
315
316   // Initialize score by reading the incrementally updated scores included
317   // in the position object (material + piece square tables) and adding a
318   // Tempo bonus. Score is computed from the point of view of white.
319   score = pos.psq_score() + (pos.side_to_move() == WHITE ? Tempo : -Tempo);
320
321   // Probe the material hash table
322   ei.mi = Material::probe(pos, th->materialTable, th->endgames);
323   score += ei.mi->material_value();
324
325   // If we have a specialized evaluation function for the current material
326   // configuration, call it and return.
327   if (ei.mi->specialized_eval_exists())
328       return ei.mi->evaluate(pos);
329
330   // Probe the pawn hash table
331   ei.pi = Pawns::probe(pos, th->pawnsTable);
332   score += apply_weight(ei.pi->pawns_value(), Weights[PawnStructure]);
333
334   // Initialize attack and king safety bitboards
335   init_eval_info<WHITE>(pos, ei);
336   init_eval_info<BLACK>(pos, ei);
337
338   // Evaluate pieces and mobility
339   score +=  evaluate_pieces_of_color<WHITE, Trace>(pos, ei, mobility)
340           - evaluate_pieces_of_color<BLACK, Trace>(pos, ei, mobility);
341
342   score += apply_weight(mobility[WHITE] - mobility[BLACK], Weights[Mobility]);
343
344   // Evaluate kings after all other pieces because we need complete attack
345   // information when computing the king safety evaluation.
346   score +=  evaluate_king<WHITE, Trace>(pos, ei)
347           - evaluate_king<BLACK, Trace>(pos, ei);
348
349   // Evaluate tactical threats, we need full attack information including king
350   score +=  evaluate_threats<WHITE, Trace>(pos, ei)
351           - evaluate_threats<BLACK, Trace>(pos, ei);
352
353   // Evaluate passed pawns, we need full attack information including king
354   score +=  evaluate_passed_pawns<WHITE, Trace>(pos, ei)
355           - evaluate_passed_pawns<BLACK, Trace>(pos, ei);
356
357   // If one side has only a king, score for potential unstoppable pawns
358   if (!pos.non_pawn_material(WHITE) || !pos.non_pawn_material(BLACK))
359       score +=  evaluate_unstoppable_pawns(pos, WHITE, ei)
360               - evaluate_unstoppable_pawns(pos, BLACK, ei);
361
362   // Evaluate space for both sides, only in middlegame
363   if (ei.mi->space_weight())
364   {
365       int s = evaluate_space<WHITE>(pos, ei) - evaluate_space<BLACK>(pos, ei);
366       score += apply_weight(s * ei.mi->space_weight(), Weights[Space]);
367   }
368
369   // Scale winning side if position is more drawish than it appears
370   ScaleFactor sf = eg_value(score) > VALUE_DRAW ? ei.mi->scale_factor(pos, WHITE)
371                                                 : ei.mi->scale_factor(pos, BLACK);
372
373   // If we don't already have an unusual scale factor, check for opposite
374   // colored bishop endgames, and use a lower scale for those.
375   if (   ei.mi->game_phase() < PHASE_MIDGAME
376       && pos.opposite_bishops()
377       && sf == SCALE_FACTOR_NORMAL)
378   {
379       // Ignoring any pawns, do both sides only have a single bishop and no
380       // other pieces?
381       if (   pos.non_pawn_material(WHITE) == BishopValueMg
382           && pos.non_pawn_material(BLACK) == BishopValueMg)
383       {
384           // Check for KBP vs KB with only a single pawn that is almost
385           // certainly a draw or at least two pawns.
386           bool one_pawn = (pos.count<PAWN>(WHITE) + pos.count<PAWN>(BLACK) == 1);
387           sf = one_pawn ? ScaleFactor(8) : ScaleFactor(32);
388       }
389       else
390           // Endgame with opposite-colored bishops, but also other pieces. Still
391           // a bit drawish, but not as drawish as with only the two bishops.
392            sf = ScaleFactor(50);
393   }
394
395   Value v = interpolate(score, ei.mi->game_phase(), sf);
396
397   // In case of tracing add all single evaluation contributions for both white and black
398   if (Trace)
399   {
400       Tracing::add(PST, pos.psq_score());
401       Tracing::add(IMBALANCE, ei.mi->material_value());
402       Tracing::add(PAWN, ei.pi->pawns_value());
403       Score w = ei.mi->space_weight() * evaluate_space<WHITE>(pos, ei);
404       Score b = ei.mi->space_weight() * evaluate_space<BLACK>(pos, ei);
405       Tracing::add(SPACE, apply_weight(w, Weights[Space]), apply_weight(b, Weights[Space]));
406       Tracing::add(TOTAL, score);
407       Tracing::stream << "\nScaling: " << std::noshowpos
408                       << std::setw(6) << 100.0 * ei.mi->game_phase() / 128.0 << "% MG, "
409                       << std::setw(6) << 100.0 * (1.0 - ei.mi->game_phase() / 128.0) << "% * "
410                       << std::setw(6) << (100.0 * sf) / SCALE_FACTOR_NORMAL << "% EG.\n"
411                       << "Total evaluation: " << to_cp(v);
412   }
413
414   return pos.side_to_move() == WHITE ? v : -v;
415 }
416
417
418   // init_eval_info() initializes king bitboards for given color adding
419   // pawn attacks. To be done at the beginning of the evaluation.
420
421   template<Color Us>
422   void init_eval_info(const Position& pos, EvalInfo& ei) {
423
424     const Color  Them = (Us == WHITE ? BLACK : WHITE);
425     const Square Down = (Us == WHITE ? DELTA_S : DELTA_N);
426
427     ei.pinnedPieces[Us] = pos.pinned_pieces(Us);
428
429     Bitboard b = ei.attackedBy[Them][KING] = pos.attacks_from<KING>(pos.king_square(Them));
430     ei.attackedBy[Us][PAWN] = ei.pi->pawn_attacks(Us);
431
432     // Init king safety tables only if we are going to use them
433     if (pos.count<QUEEN>(Us) && pos.non_pawn_material(Us) > QueenValueMg + PawnValueMg)
434     {
435         ei.kingRing[Them] = b | shift_bb<Down>(b);
436         b &= ei.attackedBy[Us][PAWN];
437         ei.kingAttackersCount[Us] = b ? popcount<Max15>(b) : 0;
438         ei.kingAdjacentZoneAttacksCount[Us] = ei.kingAttackersWeight[Us] = 0;
439     }
440     else
441         ei.kingRing[Them] = ei.kingAttackersCount[Us] = 0;
442   }
443
444
445   // evaluate_outposts() evaluates bishop and knight outpost squares
446
447   template<PieceType Piece, Color Us>
448   Score evaluate_outposts(const Position& pos, EvalInfo& ei, Square s) {
449
450     const Color Them = (Us == WHITE ? BLACK : WHITE);
451
452     assert (Piece == BISHOP || Piece == KNIGHT);
453
454     // Initial bonus based on square
455     Value bonus = Outpost[Piece == BISHOP][relative_square(Us, s)];
456
457     // Increase bonus if supported by pawn, especially if the opponent has
458     // no minor piece which can trade with the outpost piece.
459     if (bonus && (ei.attackedBy[Us][PAWN] & s))
460     {
461         if (   !pos.pieces(Them, KNIGHT)
462             && !(squares_of_color(s) & pos.pieces(Them, BISHOP)))
463             bonus += bonus + bonus / 2;
464         else
465             bonus += bonus / 2;
466     }
467
468     return make_score(bonus, bonus);
469   }
470
471
472   // evaluate_pieces() assigns bonuses and penalties to the pieces of a given color
473
474   template<PieceType Piece, Color Us, bool Trace>
475   Score evaluate_pieces(const Position& pos, EvalInfo& ei, Score* mobility, Bitboard mobilityArea) {
476
477     Bitboard b;
478     Square s;
479     Score score = SCORE_ZERO;
480
481     const Color Them = (Us == WHITE ? BLACK : WHITE);
482     const Square* pl = pos.list<Piece>(Us);
483
484     ei.attackedBy[Us][Piece] = 0;
485
486     while ((s = *pl++) != SQ_NONE)
487     {
488         // Find attacked squares, including x-ray attacks for bishops and rooks
489         b = Piece == BISHOP ? attacks_bb<BISHOP>(s, pos.pieces() ^ pos.pieces(Us, QUEEN))
490           : Piece ==   ROOK ? attacks_bb<  ROOK>(s, pos.pieces() ^ pos.pieces(Us, ROOK, QUEEN))
491                             : pos.attacks_from<Piece>(s);
492
493         if (ei.pinnedPieces[Us] & s)
494             b &= LineBB[pos.king_square(Us)][s];
495
496         ei.attackedBy[Us][Piece] |= b;
497
498         if (b & ei.kingRing[Them])
499         {
500             ei.kingAttackersCount[Us]++;
501             ei.kingAttackersWeight[Us] += KingAttackWeights[Piece];
502             Bitboard bb = b & ei.attackedBy[Them][KING];
503             if (bb)
504                 ei.kingAdjacentZoneAttacksCount[Us] += popcount<Max15>(bb);
505         }
506
507         int mob = Piece != QUEEN ? popcount<Max15>(b & mobilityArea)
508                                  : popcount<Full >(b & mobilityArea);
509
510         mobility[Us] += MobilityBonus[Piece][mob];
511
512         // Decrease score if we are attacked by an enemy pawn. The remaining part
513         // of threat evaluation must be done later when we have full attack info.
514         if (ei.attackedBy[Them][PAWN] & s)
515             score -= ThreatenedByPawn[Piece];
516
517         // Otherwise give a bonus if we are a bishop and can pin a piece or can
518         // give a discovered check through an x-ray attack.
519         else if (    Piece == BISHOP
520                  && (PseudoAttacks[Piece][pos.king_square(Them)] & s)
521                  && !more_than_one(BetweenBB[s][pos.king_square(Them)] & pos.pieces()))
522                  score += BishopPin;
523
524         // Penalty for bishop with same coloured pawns
525         if (Piece == BISHOP)
526             score -= BishopPawns * ei.pi->pawns_on_same_color_squares(Us, s);
527
528         // Penalty for knight when there are few enemy pawns
529         if (Piece == KNIGHT)
530             score -= KnightPawns * std::max(5 - pos.count<PAWN>(Them), 0);
531
532         if (Piece == BISHOP || Piece == KNIGHT)
533         {
534             // Bishop and knight outposts squares
535             if (!(pos.pieces(Them, PAWN) & pawn_attack_span(Us, s)))
536                 score += evaluate_outposts<Piece, Us>(pos, ei, s);
537
538             // Bishop or knight behind a pawn
539             if (    relative_rank(Us, s) < RANK_5
540                 && (pos.pieces(PAWN) & (s + pawn_push(Us))))
541                 score += MinorBehindPawn;
542         }
543
544         if (  (Piece == ROOK || Piece == QUEEN)
545             && relative_rank(Us, s) >= RANK_5)
546         {
547             // Major piece on 7th rank and enemy king trapped on 8th
548             if (   relative_rank(Us, s) == RANK_7
549                 && relative_rank(Us, pos.king_square(Them)) == RANK_8)
550                 score += Piece == ROOK ? RookOn7th : QueenOn7th;
551
552             // Major piece attacking enemy pawns on the same rank/file
553             Bitboard pawns = pos.pieces(Them, PAWN) & PseudoAttacks[ROOK][s];
554             if (pawns)
555                 score += popcount<Max15>(pawns) * (Piece == ROOK ? RookOnPawn : QueenOnPawn);
556         }
557
558         // Special extra evaluation for rooks
559         if (Piece == ROOK)
560         {
561             // Give a bonus for a rook on a open or semi-open file
562             if (ei.pi->semiopen(Us, file_of(s)))
563                 score += ei.pi->semiopen(Them, file_of(s)) ? RookOpenFile : RookSemiopenFile;
564
565             if (mob > 3 || ei.pi->semiopen(Us, file_of(s)))
566                 continue;
567
568             Square ksq = pos.king_square(Us);
569
570             // Penalize rooks which are trapped by a king. Penalize more if the
571             // king has lost its castling capability.
572             if (   ((file_of(ksq) < FILE_E) == (file_of(s) < file_of(ksq)))
573                 && (rank_of(ksq) == rank_of(s) || relative_rank(Us, ksq) == RANK_1)
574                 && !ei.pi->semiopen_on_side(Us, file_of(ksq), file_of(ksq) < FILE_E))
575                 score -= (TrappedRook - make_score(mob * 8, 0)) * (pos.can_castle(Us) ? 1 : 2);
576         }
577
578         // An important Chess960 pattern: A cornered bishop blocked by a friendly
579         // pawn diagonally in front of it is a very serious problem, especially
580         // when that pawn is also blocked.
581         if (   Piece == BISHOP
582             && pos.is_chess960()
583             && (s == relative_square(Us, SQ_A1) || s == relative_square(Us, SQ_H1)))
584         {
585             const enum Piece P = make_piece(Us, PAWN);
586             Square d = pawn_push(Us) + (file_of(s) == FILE_A ? DELTA_E : DELTA_W);
587             if (pos.piece_on(s + d) == P)
588                 score -= !pos.empty(s + d + pawn_push(Us)) ? TrappedBishopA1H1 * 4
589                         : pos.piece_on(s + d + d) == P     ? TrappedBishopA1H1 * 2
590                                                            : TrappedBishopA1H1;
591         }
592     }
593
594     if (Trace)
595         Tracing::scores[Us][Piece] = score;
596
597     return score;
598   }
599
600
601   // evaluate_pieces_of_color() assigns bonuses and penalties to all the
602   // pieces of a given color.
603
604   template<Color Us, bool Trace>
605   Score evaluate_pieces_of_color(const Position& pos, EvalInfo& ei, Score* mobility) {
606
607     const Color Them = (Us == WHITE ? BLACK : WHITE);
608
609     // Do not include in mobility squares protected by enemy pawns or occupied by our pieces
610     const Bitboard mobilityArea = ~(ei.attackedBy[Them][PAWN] | pos.pieces(Us, PAWN, KING));
611
612     Score score =  evaluate_pieces<KNIGHT, Us, Trace>(pos, ei, mobility, mobilityArea)
613                  + evaluate_pieces<BISHOP, Us, Trace>(pos, ei, mobility, mobilityArea)
614                  + evaluate_pieces<ROOK,   Us, Trace>(pos, ei, mobility, mobilityArea)
615                  + evaluate_pieces<QUEEN,  Us, Trace>(pos, ei, mobility, mobilityArea);
616
617     // Sum up all attacked squares (updated in evaluate_pieces)
618     ei.attackedBy[Us][ALL_PIECES] =  ei.attackedBy[Us][PAWN]   | ei.attackedBy[Us][KNIGHT]
619                                    | ei.attackedBy[Us][BISHOP] | ei.attackedBy[Us][ROOK]
620                                    | ei.attackedBy[Us][QUEEN]  | ei.attackedBy[Us][KING];
621     if (Trace)
622         Tracing::scores[Us][MOBILITY] = apply_weight(mobility[Us], Weights[Mobility]);
623
624     return score;
625   }
626
627
628   // evaluate_king() assigns bonuses and penalties to a king of a given color
629
630   template<Color Us, bool Trace>
631   Score evaluate_king(const Position& pos, const EvalInfo& ei) {
632
633     const Color Them = (Us == WHITE ? BLACK : WHITE);
634
635     Bitboard undefended, b, b1, b2, safe;
636     int attackUnits;
637     const Square ksq = pos.king_square(Us);
638
639     // King shelter and enemy pawns storm
640     Score score = ei.pi->king_safety<Us>(pos, ksq);
641
642     // Main king safety evaluation
643     if (   ei.kingAttackersCount[Them] >= 2
644         && ei.kingAdjacentZoneAttacksCount[Them])
645     {
646         // Find the attacked squares around the king which have no defenders
647         // apart from the king itself
648         undefended =  ei.attackedBy[Them][ALL_PIECES]
649                     & ei.attackedBy[Us][KING]
650                     & ~(  ei.attackedBy[Us][PAWN]   | ei.attackedBy[Us][KNIGHT]
651                         | ei.attackedBy[Us][BISHOP] | ei.attackedBy[Us][ROOK]
652                         | ei.attackedBy[Us][QUEEN]);
653
654         // Initialize the 'attackUnits' variable, which is used later on as an
655         // index to the KingDanger[] array. The initial value is based on the
656         // number and types of the enemy's attacking pieces, the number of
657         // attacked and undefended squares around our king, the square of the
658         // king, and the quality of the pawn shelter.
659         attackUnits =  std::min(20, (ei.kingAttackersCount[Them] * ei.kingAttackersWeight[Them]) / 2)
660                      + 3 * (ei.kingAdjacentZoneAttacksCount[Them] + popcount<Max15>(undefended))
661                      + KingExposed[relative_square(Us, ksq)]
662                      - mg_value(score) / 32;
663
664         // Analyse the enemy's safe queen contact checks. Firstly, find the
665         // undefended squares around the king that are attacked by the enemy's
666         // queen...
667         b = undefended & ei.attackedBy[Them][QUEEN] & ~pos.pieces(Them);
668         if (b)
669         {
670             // ...and then remove squares not supported by another enemy piece
671             b &= (  ei.attackedBy[Them][PAWN]   | ei.attackedBy[Them][KNIGHT]
672                   | ei.attackedBy[Them][BISHOP] | ei.attackedBy[Them][ROOK]);
673             if (b)
674                 attackUnits +=  QueenContactCheck
675                               * popcount<Max15>(b)
676                               * (Them == pos.side_to_move() ? 2 : 1);
677         }
678
679         // Analyse the enemy's safe rook contact checks. Firstly, find the
680         // undefended squares around the king that are attacked by the enemy's
681         // rooks...
682         b = undefended & ei.attackedBy[Them][ROOK] & ~pos.pieces(Them);
683
684         // Consider only squares where the enemy's rook gives check
685         b &= PseudoAttacks[ROOK][ksq];
686
687         if (b)
688         {
689             // ...and then remove squares not supported by another enemy piece
690             b &= (  ei.attackedBy[Them][PAWN]   | ei.attackedBy[Them][KNIGHT]
691                   | ei.attackedBy[Them][BISHOP] | ei.attackedBy[Them][QUEEN]);
692             if (b)
693                 attackUnits +=  RookContactCheck
694                               * popcount<Max15>(b)
695                               * (Them == pos.side_to_move() ? 2 : 1);
696         }
697
698         // Analyse the enemy's safe distance checks for sliders and knights
699         safe = ~(pos.pieces(Them) | ei.attackedBy[Us][ALL_PIECES]);
700
701         b1 = pos.attacks_from<ROOK>(ksq) & safe;
702         b2 = pos.attacks_from<BISHOP>(ksq) & safe;
703
704         // Enemy queen safe checks
705         b = (b1 | b2) & ei.attackedBy[Them][QUEEN];
706         if (b)
707             attackUnits += QueenCheck * popcount<Max15>(b);
708
709         // Enemy rooks safe checks
710         b = b1 & ei.attackedBy[Them][ROOK];
711         if (b)
712             attackUnits += RookCheck * popcount<Max15>(b);
713
714         // Enemy bishops safe checks
715         b = b2 & ei.attackedBy[Them][BISHOP];
716         if (b)
717             attackUnits += BishopCheck * popcount<Max15>(b);
718
719         // Enemy knights safe checks
720         b = pos.attacks_from<KNIGHT>(ksq) & ei.attackedBy[Them][KNIGHT] & safe;
721         if (b)
722             attackUnits += KnightCheck * popcount<Max15>(b);
723
724         // To index KingDanger[] attackUnits must be in [0, 99] range
725         attackUnits = std::min(99, std::max(0, attackUnits));
726
727         // Finally, extract the king danger score from the KingDanger[]
728         // array and subtract the score from evaluation.
729         score -= KingDanger[Us == Search::RootColor][attackUnits];
730     }
731
732     if (Trace)
733         Tracing::scores[Us][KING] = score;
734
735     return score;
736   }
737
738
739   // evaluate_threats() assigns bonuses according to the type of attacking piece
740   // and the type of attacked one.
741
742   template<Color Us, bool Trace>
743   Score evaluate_threats(const Position& pos, const EvalInfo& ei) {
744
745     const Color Them = (Us == WHITE ? BLACK : WHITE);
746
747     Bitboard b, undefendedMinors, weakEnemies;
748     Score score = SCORE_ZERO;
749
750     // Undefended minors get penalized even if they are not under attack
751     undefendedMinors =  pos.pieces(Them, BISHOP, KNIGHT)
752                       & ~ei.attackedBy[Them][ALL_PIECES];
753
754     if (undefendedMinors)
755         score += UndefendedMinor;
756
757     // Enemy pieces not defended by a pawn and under our attack
758     weakEnemies =  pos.pieces(Them)
759                  & ~ei.attackedBy[Them][PAWN]
760                  & ei.attackedBy[Us][ALL_PIECES];
761
762     // Add a bonus according if the attacking pieces are minor or major
763     if (weakEnemies)
764     {
765         b = weakEnemies & (ei.attackedBy[Us][KNIGHT] | ei.attackedBy[Us][BISHOP]);
766         if (b)
767             score += Threat[0][type_of(pos.piece_on(lsb(b)))];
768
769         b = weakEnemies & (ei.attackedBy[Us][ROOK] | ei.attackedBy[Us][QUEEN]);
770         if (b)
771             score += Threat[1][type_of(pos.piece_on(lsb(b)))];
772     }
773
774     if (Trace)
775         Tracing::scores[Us][THREAT] = score;
776
777     return score;
778   }
779
780
781   // evaluate_passed_pawns() evaluates the passed pawns of the given color
782
783   template<Color Us, bool Trace>
784   Score evaluate_passed_pawns(const Position& pos, const EvalInfo& ei) {
785
786     const Color Them = (Us == WHITE ? BLACK : WHITE);
787
788     Bitboard b, squaresToQueen, defendedSquares, unsafeSquares, supportingPawns;
789     Score score = SCORE_ZERO;
790
791     b = ei.pi->passed_pawns(Us);
792
793     while (b)
794     {
795         Square s = pop_lsb(&b);
796
797         assert(pos.pawn_passed(Us, s));
798
799         int r = int(relative_rank(Us, s) - RANK_2);
800         int rr = r * (r - 1);
801
802         // Base bonus based on rank
803         Value mbonus = Value(17 * rr);
804         Value ebonus = Value(7 * (rr + r + 1));
805
806         if (rr)
807         {
808             Square blockSq = s + pawn_push(Us);
809
810             // Adjust bonus based on the king's proximity
811             ebonus +=  Value(square_distance(pos.king_square(Them), blockSq) * 5 * rr)
812                      - Value(square_distance(pos.king_square(Us  ), blockSq) * 2 * rr);
813
814             // If blockSq is not the queening square then consider also a second push
815             if (relative_rank(Us, blockSq) != RANK_8)
816                 ebonus -= Value(square_distance(pos.king_square(Us), blockSq + pawn_push(Us)) * rr);
817
818             // If the pawn is free to advance, then increase the bonus
819             if (pos.empty(blockSq))
820             {
821                 squaresToQueen = forward_bb(Us, s);
822
823                 // If there is an enemy rook or queen attacking the pawn from behind,
824                 // add all X-ray attacks by the rook or queen. Otherwise consider only
825                 // the squares in the pawn's path attacked or occupied by the enemy.
826                 if (    unlikely(forward_bb(Them, s) & pos.pieces(Them, ROOK, QUEEN))
827                     && (forward_bb(Them, s) & pos.pieces(Them, ROOK, QUEEN) & pos.attacks_from<ROOK>(s)))
828                     unsafeSquares = squaresToQueen;
829                 else
830                     unsafeSquares = squaresToQueen & (ei.attackedBy[Them][ALL_PIECES] | pos.pieces(Them));
831
832                 if (    unlikely(forward_bb(Them, s) & pos.pieces(Us, ROOK, QUEEN))
833                     && (forward_bb(Them, s) & pos.pieces(Us, ROOK, QUEEN) & pos.attacks_from<ROOK>(s)))
834                     defendedSquares = squaresToQueen;
835                 else
836                     defendedSquares = squaresToQueen & ei.attackedBy[Us][ALL_PIECES];
837
838                 // If there aren't any enemy attacks, then assign a huge bonus.
839                 // The bonus will be a bit smaller if at least the block square
840                 // isn't attacked, otherwise assign the smallest possible bonus.
841                 int k = !unsafeSquares ? 15 : !(unsafeSquares & blockSq) ? 9 : 3;
842
843                 // Assign a big bonus if the path to the queen is fully defended,
844                 // otherwise assign a bit less of a bonus if at least the block
845                 // square is defended.
846                 if (defendedSquares == squaresToQueen)
847                     k += 6;
848
849                 else if (defendedSquares & blockSq)
850                     k += (unsafeSquares & defendedSquares) == unsafeSquares ? 4 : 2;
851
852                 mbonus += Value(k * rr), ebonus += Value(k * rr);
853             }
854         } // rr != 0
855
856         // Increase the bonus if the passed pawn is supported by a friendly pawn
857         // on the same rank and a bit smaller if it's on the previous rank.
858         supportingPawns = pos.pieces(Us, PAWN) & adjacent_files_bb(file_of(s));
859         if (supportingPawns & rank_bb(s))
860             ebonus += Value(r * 20);
861
862         else if (supportingPawns & rank_bb(s - pawn_push(Us)))
863             ebonus += Value(r * 12);
864
865         // Rook pawns are a special case: They are sometimes worse, and
866         // sometimes better than other passed pawns. It is difficult to find
867         // good rules for determining whether they are good or bad. For now,
868         // we try the following: Increase the value for rook pawns if the
869         // other side has no pieces apart from a knight, and decrease the
870         // value if the other side has a rook or queen.
871         if (file_of(s) == FILE_A || file_of(s) == FILE_H)
872         {
873             if (pos.non_pawn_material(Them) <= KnightValueMg)
874                 ebonus += ebonus / 4;
875
876             else if (pos.pieces(Them, ROOK, QUEEN))
877                 ebonus -= ebonus / 4;
878         }
879
880         if (pos.count<PAWN>(Us) < pos.count<PAWN>(Them))
881             ebonus += ebonus / 4;
882
883         score += make_score(mbonus, ebonus);
884
885     }
886
887     if (Trace)
888         Tracing::scores[Us][PASSED] = apply_weight(score, Weights[PassedPawns]);
889
890     // Add the scores to the middlegame and endgame eval
891     return apply_weight(score, Weights[PassedPawns]);
892   }
893
894
895   // evaluate_unstoppable_pawns() scores the most advanced among the passed and
896   // candidate pawns. In case opponent has no pieces but pawns, this is somewhat
897   // related to the possibility that pawns are unstoppable.
898
899   Score evaluate_unstoppable_pawns(const Position& pos, Color us, const EvalInfo& ei) {
900
901     Bitboard b = ei.pi->passed_pawns(us) | ei.pi->candidate_pawns(us);
902
903     if (!b || pos.non_pawn_material(~us))
904         return SCORE_ZERO;
905
906     return Unstoppable * int(relative_rank(us, frontmost_sq(us, b)));
907   }
908
909
910   // evaluate_space() computes the space evaluation for a given side. The
911   // space evaluation is a simple bonus based on the number of safe squares
912   // available for minor pieces on the central four files on ranks 2--4. Safe
913   // squares one, two or three squares behind a friendly pawn are counted
914   // twice. Finally, the space bonus is scaled by a weight taken from the
915   // material hash table. The aim is to improve play on game opening.
916   template<Color Us>
917   int evaluate_space(const Position& pos, const EvalInfo& ei) {
918
919     const Color Them = (Us == WHITE ? BLACK : WHITE);
920
921     // Find the safe squares for our pieces inside the area defined by
922     // SpaceMask[]. A square is unsafe if it is attacked by an enemy
923     // pawn, or if it is undefended and attacked by an enemy piece.
924     Bitboard safe =   SpaceMask[Us]
925                    & ~pos.pieces(Us, PAWN)
926                    & ~ei.attackedBy[Them][PAWN]
927                    & (ei.attackedBy[Us][ALL_PIECES] | ~ei.attackedBy[Them][ALL_PIECES]);
928
929     // Find all squares which are at most three squares behind some friendly pawn
930     Bitboard behind = pos.pieces(Us, PAWN);
931     behind |= (Us == WHITE ? behind >>  8 : behind <<  8);
932     behind |= (Us == WHITE ? behind >> 16 : behind << 16);
933
934     // Since SpaceMask[Us] is fully on our half of the board
935     assert(unsigned(safe >> (Us == WHITE ? 32 : 0)) == 0);
936
937     // Count safe + (behind & safe) with a single popcount
938     return popcount<Full>((Us == WHITE ? safe << 32 : safe >> 32) | (behind & safe));
939   }
940
941
942   // interpolate() interpolates between a middlegame and an endgame score,
943   // based on game phase. It also scales the return value by a ScaleFactor array.
944
945   Value interpolate(const Score& v, Phase ph, ScaleFactor sf) {
946
947     assert(mg_value(v) > -VALUE_INFINITE && mg_value(v) < VALUE_INFINITE);
948     assert(eg_value(v) > -VALUE_INFINITE && eg_value(v) < VALUE_INFINITE);
949     assert(ph >= PHASE_ENDGAME && ph <= PHASE_MIDGAME);
950
951     int e = (eg_value(v) * int(sf)) / SCALE_FACTOR_NORMAL;
952     int r = (mg_value(v) * int(ph) + e * int(PHASE_MIDGAME - ph)) / PHASE_MIDGAME;
953     return Value((r / GrainSize) * GrainSize); // Sign independent
954   }
955
956   // apply_weight() weights score v by score w trying to prevent overflow
957   Score apply_weight(Score v, Score w) {
958     return make_score((int(mg_value(v)) * mg_value(w)) / 0x100,
959                       (int(eg_value(v)) * eg_value(w)) / 0x100);
960   }
961
962   // weight_option() computes the value of an evaluation weight, by combining
963   // two UCI-configurable weights (midgame and endgame) with an internal weight.
964
965   Score weight_option(const std::string& mgOpt, const std::string& egOpt, Score internalWeight) {
966
967     // Scale option value from 100 to 256
968     int mg = Options[mgOpt] * 256 / 100;
969     int eg = Options[egOpt] * 256 / 100;
970
971     return apply_weight(make_score(mg, eg), internalWeight);
972   }
973
974
975   // Tracing functions definitions
976
977   double to_cp(Value v) { return double(v) / double(PawnValueMg); }
978
979   void Tracing::add(int idx, Score wScore, Score bScore) {
980
981     scores[WHITE][idx] = wScore;
982     scores[BLACK][idx] = bScore;
983   }
984
985   void Tracing::row(const char* name, int idx) {
986
987     Score wScore = scores[WHITE][idx];
988     Score bScore = scores[BLACK][idx];
989
990     switch (idx) {
991     case PST: case IMBALANCE: case PAWN: case TOTAL:
992         stream << std::setw(20) << name << " |   ---   --- |   ---   --- | "
993                << std::setw(6)  << to_cp(mg_value(wScore)) << " "
994                << std::setw(6)  << to_cp(eg_value(wScore)) << " \n";
995         break;
996     default:
997         stream << std::setw(20) << name << " | " << std::noshowpos
998                << std::setw(5)  << to_cp(mg_value(wScore)) << " "
999                << std::setw(5)  << to_cp(eg_value(wScore)) << " | "
1000                << std::setw(5)  << to_cp(mg_value(bScore)) << " "
1001                << std::setw(5)  << to_cp(eg_value(bScore)) << " | "
1002                << std::showpos
1003                << std::setw(6)  << to_cp(mg_value(wScore - bScore)) << " "
1004                << std::setw(6)  << to_cp(eg_value(wScore - bScore)) << " \n";
1005     }
1006   }
1007
1008   std::string Tracing::do_trace(const Position& pos) {
1009
1010     stream.str("");
1011     stream << std::showpoint << std::showpos << std::fixed << std::setprecision(2);
1012     std::memset(scores, 0, 2 * (TOTAL + 1) * sizeof(Score));
1013
1014     do_evaluate<true>(pos);
1015
1016     std::string totals = stream.str();
1017     stream.str("");
1018
1019     stream << std::setw(21) << "Eval term " << "|    White    |    Black    |     Total     \n"
1020                     <<             "                     |   MG    EG  |   MG    EG  |   MG     EG   \n"
1021                     <<             "---------------------+-------------+-------------+---------------\n";
1022
1023     row("Material, PST, Tempo", PST);
1024     row("Material imbalance", IMBALANCE);
1025     row("Pawns", PAWN);
1026     row("Knights", KNIGHT);
1027     row("Bishops", BISHOP);
1028     row("Rooks", ROOK);
1029     row("Queens", QUEEN);
1030     row("Mobility", MOBILITY);
1031     row("King safety", KING);
1032     row("Threats", THREAT);
1033     row("Passed pawns", PASSED);
1034     row("Space", SPACE);
1035
1036     stream <<             "---------------------+-------------+-------------+---------------\n";
1037     row("Total", TOTAL);
1038     stream << totals;
1039
1040     return stream.str();
1041   }
1042 }