Fix a bug in pawns eval tracing
[stockfish] / src / evaluate.cpp
1 /*
2   Stockfish, a UCI chess playing engine derived from Glaurung 2.1
3   Copyright (C) 2004-2008 Tord Romstad (Glaurung author)
4   Copyright (C) 2008-2014 Marco Costalba, Joona Kiiski, Tord Romstad
5
6   Stockfish is free software: you can redistribute it and/or modify
7   it under the terms of the GNU General Public License as published by
8   the Free Software Foundation, either version 3 of the License, or
9   (at your option) any later version.
10
11   Stockfish is distributed in the hope that it will be useful,
12   but WITHOUT ANY WARRANTY; without even the implied warranty of
13   MERCHANTABILITY or FITNESS FOR A PARTICULAR PURPOSE.  See the
14   GNU General Public License for more details.
15
16   You should have received a copy of the GNU General Public License
17   along with this program.  If not, see <http://www.gnu.org/licenses/>.
18 */
19
20 #include <cassert>
21 #include <iomanip>
22 #include <sstream>
23 #include <algorithm>
24
25 #include "bitcount.h"
26 #include "evaluate.h"
27 #include "material.h"
28 #include "pawns.h"
29 #include "thread.h"
30 #include "ucioption.h"
31
32 namespace {
33
34   // Struct EvalInfo contains various information computed and collected
35   // by the evaluation functions.
36   struct EvalInfo {
37
38     // Pointers to material and pawn hash table entries
39     Material::Entry* mi;
40     Pawns::Entry* pi;
41
42     // attackedBy[color][piece type] is a bitboard representing all squares
43     // attacked by a given color and piece type, attackedBy[color][ALL_PIECES]
44     // contains all squares attacked by the given color.
45     Bitboard attackedBy[COLOR_NB][PIECE_TYPE_NB];
46
47     // kingRing[color] is the zone around the king which is considered
48     // by the king safety evaluation. This consists of the squares directly
49     // adjacent to the king, and the three (or two, for a king on an edge file)
50     // squares two ranks in front of the king. For instance, if black's king
51     // is on g8, kingRing[BLACK] is a bitboard containing the squares f8, h8,
52     // f7, g7, h7, f6, g6 and h6.
53     Bitboard kingRing[COLOR_NB];
54
55     // kingAttackersCount[color] is the number of pieces of the given color
56     // which attack a square in the kingRing of the enemy king.
57     int kingAttackersCount[COLOR_NB];
58
59     // kingAttackersWeight[color] is the sum of the "weight" of the pieces of the
60     // given color which attack a square in the kingRing of the enemy king. The
61     // weights of the individual piece types are given by the variables
62     // QueenAttackWeight, RookAttackWeight, BishopAttackWeight and
63     // KnightAttackWeight in evaluate.cpp
64     int kingAttackersWeight[COLOR_NB];
65
66     // kingAdjacentZoneAttacksCount[color] is the number of attacks to squares
67     // directly adjacent to the king of the given color. Pieces which attack
68     // more than one square are counted multiple times. For instance, if black's
69     // king is on g8 and there's a white knight on g5, this knight adds
70     // 2 to kingAdjacentZoneAttacksCount[BLACK].
71     int kingAdjacentZoneAttacksCount[COLOR_NB];
72
73     Bitboard pinnedPieces[COLOR_NB];
74   };
75
76   namespace Tracing {
77
78     enum Terms { // First 8 entries are for PieceType
79       PST = 8, IMBALANCE, MOBILITY, THREAT, PASSED, SPACE, TOTAL, TERMS_NB
80     };
81
82     Score terms[COLOR_NB][TERMS_NB];
83     EvalInfo ei;
84     ScaleFactor sf;
85
86     double to_cp(Value v);
87     void add_term(int idx, Score term_w, Score term_b = SCORE_ZERO);
88     void format_row(std::stringstream& ss, const char* name, int idx);
89     std::string do_trace(const Position& pos);
90   }
91
92   // Evaluation weights, initialized from UCI options
93   enum { Mobility, PawnStructure, PassedPawns, Space, KingDangerUs, KingDangerThem };
94   Score 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(-35,-30), S(-22,-20), 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(-22,-27), S( -8,-13), 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(-17,-33), S(-11,-16), 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(-12,-20), S( -8,-13), S(-5, -7), S(-2, -1), S( 1,  5), S( 4, 11), // Queens
123       S(  7, 17), S( 10, 23), S(13, 29), S(16, 34), S(18, 38), S(20, 40),
124       S( 22, 41), S( 23, 41), S(24, 41), S(25, 41), S(25, 41), S(25, 41),
125       S( 25, 41), S( 25, 41), S(25, 41), S(25, 41), S(25, 41), S(25, 41),
126       S( 25, 41), S( 25, 41), S(25, 41), S(25, 41) }
127   };
128
129   // Outpost[PieceType][Square] contains bonuses for knights and bishops outposts,
130   // indexed by piece type and square (from white's point of view).
131   const Value Outpost[][SQUARE_NB] = {
132   {// A     B     C     D     E     F     G     H
133     V(0), V(0), V(0), V(0), V(0), V(0), V(0), V(0), // Knights
134     V(0), V(0), V(0), V(0), V(0), V(0), V(0), V(0),
135     V(0), V(0), V(4), V(8), V(8), V(4), V(0), V(0),
136     V(0), V(4),V(17),V(26),V(26),V(17), V(4), V(0),
137     V(0), V(8),V(26),V(35),V(35),V(26), V(8), V(0),
138     V(0), V(4),V(17),V(17),V(17),V(17), V(4), V(0) },
139   {
140     V(0), V(0), V(0), V(0), V(0), V(0), V(0), V(0), // Bishops
141     V(0), V(0), V(0), V(0), V(0), V(0), V(0), V(0),
142     V(0), V(0), V(5), V(5), V(5), V(5), V(0), V(0),
143     V(0), V(5),V(10),V(10),V(10),V(10), V(5), V(0),
144     V(0),V(10),V(21),V(21),V(21),V(21),V(10), V(0),
145     V(0), V(5), V(8), V(8), V(8), V(8), V(5), V(0) }
146   };
147
148   // Threat[attacking][attacked] contains bonuses according to which piece
149   // type attacks which one.
150   const Score Threat[][PIECE_TYPE_NB] = {
151     { S(0, 0), S( 7, 39), S(24, 49), S(24, 49), S(41,100), S(41,100) }, // Minor
152     { S(0, 0), S(15, 39), S(15, 45), S(15, 45), S(15, 45), S(24, 49) }  // Major
153   };
154
155   // ThreatenedByPawn[PieceType] contains a penalty according to which piece
156   // type is attacked by an enemy pawn.
157   const Score ThreatenedByPawn[] = {
158     S(0, 0), S(0, 0), S(56, 70), S(56, 70), S(76, 99), S(86, 118)
159   };
160
161   #undef S
162
163   const Score Tempo            = make_score(24, 11);
164   const Score RookOn7th        = make_score(11, 20);
165   const Score QueenOn7th       = make_score( 3,  8);
166   const Score RookOnPawn       = make_score(10, 28);
167   const Score QueenOnPawn      = make_score( 4, 20);
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 KnightPawns      = make_score( 8,  4);
172   const Score MinorBehindPawn  = make_score(16,  0);
173   const Score UndefendedMinor  = make_score(25, 10);
174   const Score TrappedRook      = make_score(90,  0);
175   const Score Unstoppable      = make_score( 0, 20);
176
177   // Penalty for a bishop on a1/h1 (a8/h8 for black) which is trapped by
178   // a friendly pawn on b2/g2 (b7/g7 for black). This can obviously only
179   // happen in Chess960 games.
180   const Score TrappedBishopA1H1 = make_score(50, 50);
181
182   // SpaceMask[Color] contains the area of the board which is considered
183   // by the space evaluation. In the middlegame, each side is given a bonus
184   // based on how many squares inside this area are safe and available for
185   // friendly minor pieces.
186   const Bitboard SpaceMask[] = {
187     (FileCBB | FileDBB | FileEBB | FileFBB) & (Rank2BB | Rank3BB | Rank4BB),
188     (FileCBB | FileDBB | FileEBB | FileFBB) & (Rank7BB | Rank6BB | Rank5BB)
189   };
190
191   // King danger constants and variables. The king danger scores are taken
192   // from KingDanger[]. Various little "meta-bonuses" measuring the strength
193   // of the enemy attack are added up into an integer, which is used as an
194   // index to KingDanger[].
195   //
196   // KingAttackWeights[PieceType] contains king attack weights by piece type
197   const int KingAttackWeights[] = { 0, 0, 2, 2, 3, 5 };
198
199   // Bonuses for enemy's safe checks
200   const int QueenContactCheck = 24;
201   const int RookContactCheck  = 16;
202   const int QueenCheck        = 12;
203   const int RookCheck         = 8;
204   const int BishopCheck       = 2;
205   const int KnightCheck       = 3;
206
207   // KingDanger[Color][attackUnits] contains the actual king danger weighted
208   // scores, indexed by color and by a calculated integer number.
209   Score KingDanger[COLOR_NB][128];
210
211   // Function prototypes
212   template<bool Trace>
213   Value do_evaluate(const Position& pos);
214
215   template<Color Us>
216   void init_eval_info(const Position& pos, EvalInfo& ei);
217
218   template<Color Us, bool Trace>
219   Score evaluate_pieces(const Position& pos, EvalInfo& ei, Score* mobility);
220
221   template<Color Us, bool Trace>
222   Score evaluate_king(const Position& pos, const EvalInfo& ei);
223
224   template<Color Us, bool Trace>
225   Score evaluate_threats(const Position& pos, const EvalInfo& ei);
226
227   template<Color Us, bool Trace>
228   Score evaluate_passed_pawns(const Position& pos, const EvalInfo& ei);
229
230   template<Color Us>
231   int evaluate_space(const Position& pos, const EvalInfo& ei);
232
233   Score evaluate_unstoppable_pawns(const Position& pos, Color us, const EvalInfo& ei);
234
235   Value interpolate(const Score& v, Phase ph, ScaleFactor sf);
236   Score apply_weight(Score v, Score w);
237   Score weight_option(const std::string& mgOpt, const std::string& egOpt, Score internalWeight);
238 }
239
240
241 namespace Eval {
242
243   /// evaluate() is the main evaluation function. It always computes two
244   /// values, an endgame score and a middlegame score, and interpolates
245   /// between them based on the remaining material.
246
247   Value evaluate(const Position& pos) {
248     return do_evaluate<false>(pos);
249   }
250
251
252   /// trace() is like evaluate(), but instead of returning a value, it returns
253   /// a string (suitable for outputting to stdout) that contains the detailed
254   /// descriptions and values of each evaluation term. It's mainly used for
255   /// debugging.
256   std::string trace(const Position& pos) {
257     return Tracing::do_trace(pos);
258   }
259
260
261   /// init() computes evaluation weights from the corresponding UCI parameters
262   /// and setup king tables.
263
264   void init() {
265
266     Weights[Mobility]       = weight_option("Mobility (Midgame)", "Mobility (Endgame)", WeightsInternal[Mobility]);
267     Weights[PawnStructure]  = weight_option("Pawn Structure (Midgame)", "Pawn Structure (Endgame)", WeightsInternal[PawnStructure]);
268     Weights[PassedPawns]    = weight_option("Passed Pawns (Midgame)", "Passed Pawns (Endgame)", WeightsInternal[PassedPawns]);
269     Weights[Space]          = weight_option("Space", "Space", WeightsInternal[Space]);
270     Weights[KingDangerUs]   = weight_option("Cowardice", "Cowardice", WeightsInternal[KingDangerUs]);
271     Weights[KingDangerThem] = weight_option("Aggressiveness", "Aggressiveness", WeightsInternal[KingDangerThem]);
272
273     const int MaxSlope = 30;
274     const int Peak = 1280;
275
276     for (int t = 0, i = 1; i < 100; ++i)
277     {
278         t = std::min(Peak, std::min(int(0.4 * i * i), t + MaxSlope));
279
280         KingDanger[1][i] = apply_weight(make_score(t, 0), Weights[KingDangerUs]);
281         KingDanger[0][i] = apply_weight(make_score(t, 0), Weights[KingDangerThem]);
282     }
283   }
284
285 } // namespace Eval
286
287
288 namespace {
289
290 template<bool Trace>
291 Value do_evaluate(const Position& pos) {
292
293   assert(!pos.checkers());
294
295   EvalInfo ei;
296   Score score, mobility[2] = { SCORE_ZERO, SCORE_ZERO };
297   Thread* thisThread = pos.this_thread();
298
299   // Initialize score by reading the incrementally updated scores included
300   // in the position object (material + piece square tables) and adding a
301   // Tempo bonus. Score is computed from the point of view of white.
302   score = pos.psq_score() + (pos.side_to_move() == WHITE ? Tempo : -Tempo);
303
304   // Probe the material hash table
305   ei.mi = Material::probe(pos, thisThread->materialTable, thisThread->endgames);
306   score += ei.mi->material_value();
307
308   // If we have a specialized evaluation function for the current material
309   // configuration, call it and return.
310   if (ei.mi->specialized_eval_exists())
311       return ei.mi->evaluate(pos);
312
313   // Probe the pawn hash table
314   ei.pi = Pawns::probe(pos, thisThread->pawnsTable);
315   score += apply_weight(ei.pi->pawns_value(), Weights[PawnStructure]);
316
317   // Initialize attack and king safety bitboards
318   init_eval_info<WHITE>(pos, ei);
319   init_eval_info<BLACK>(pos, ei);
320
321   // Evaluate pieces and mobility
322   score +=  evaluate_pieces<WHITE, Trace>(pos, ei, mobility)
323           - evaluate_pieces<BLACK, Trace>(pos, ei, mobility);
324
325   score += apply_weight(mobility[WHITE] - mobility[BLACK], Weights[Mobility]);
326
327   // Evaluate kings after all other pieces because we need complete attack
328   // information when computing the king safety evaluation.
329   score +=  evaluate_king<WHITE, Trace>(pos, ei)
330           - evaluate_king<BLACK, Trace>(pos, ei);
331
332   // Evaluate tactical threats, we need full attack information including king
333   score +=  evaluate_threats<WHITE, Trace>(pos, ei)
334           - evaluate_threats<BLACK, Trace>(pos, ei);
335
336   // Evaluate passed pawns, we need full attack information including king
337   score +=  evaluate_passed_pawns<WHITE, Trace>(pos, ei)
338           - evaluate_passed_pawns<BLACK, Trace>(pos, ei);
339
340   // If one side has only a king, score for potential unstoppable pawns
341   if (!pos.non_pawn_material(WHITE) || !pos.non_pawn_material(BLACK))
342       score +=  evaluate_unstoppable_pawns(pos, WHITE, ei)
343               - evaluate_unstoppable_pawns(pos, BLACK, ei);
344
345   // Evaluate space for both sides, only in middlegame
346   if (ei.mi->space_weight())
347   {
348       int s = evaluate_space<WHITE>(pos, ei) - evaluate_space<BLACK>(pos, ei);
349       score += apply_weight(s * ei.mi->space_weight(), Weights[Space]);
350   }
351
352   // Scale winning side if position is more drawish than it appears
353   ScaleFactor sf = eg_value(score) > VALUE_DRAW ? ei.mi->scale_factor(pos, WHITE)
354                                                 : ei.mi->scale_factor(pos, BLACK);
355
356   // If we don't already have an unusual scale factor, check for opposite
357   // colored bishop endgames, and use a lower scale for those.
358   if (    ei.mi->game_phase() < PHASE_MIDGAME
359       &&  pos.opposite_bishops()
360       && (sf == SCALE_FACTOR_NORMAL || sf == SCALE_FACTOR_ONEPAWN))
361   {
362       // Ignoring any pawns, do both sides only have a single bishop and no
363       // other pieces?
364       if (   pos.non_pawn_material(WHITE) == BishopValueMg
365           && pos.non_pawn_material(BLACK) == BishopValueMg)
366       {
367           // Check for KBP vs KB with only a single pawn that is almost
368           // certainly a draw or at least two pawns.
369           bool one_pawn = (pos.count<PAWN>(WHITE) + pos.count<PAWN>(BLACK) == 1);
370           sf = one_pawn ? ScaleFactor(8) : ScaleFactor(32);
371       }
372       else
373           // Endgame with opposite-colored bishops, but also other pieces. Still
374           // a bit drawish, but not as drawish as with only the two bishops.
375            sf = ScaleFactor(50 * sf / SCALE_FACTOR_NORMAL);
376   }
377
378   Value v = interpolate(score, ei.mi->game_phase(), sf);
379
380   // In case of tracing add all single evaluation contributions for both white and black
381   if (Trace)
382   {
383       Tracing::add_term(Tracing::PST, pos.psq_score());
384       Tracing::add_term(Tracing::IMBALANCE, ei.mi->material_value());
385       Tracing::add_term(PAWN, ei.pi->pawns_value());
386       Score w = ei.mi->space_weight() * evaluate_space<WHITE>(pos, ei);
387       Score b = ei.mi->space_weight() * evaluate_space<BLACK>(pos, ei);
388       Tracing::add_term(Tracing::SPACE, apply_weight(w, Weights[Space]), apply_weight(b, Weights[Space]));
389       Tracing::add_term(Tracing::TOTAL, score);
390       Tracing::ei = ei;
391       Tracing::sf = sf;
392   }
393
394   return pos.side_to_move() == WHITE ? v : -v;
395 }
396
397
398   // init_eval_info() initializes king bitboards for given color adding
399   // pawn attacks. To be done at the beginning of the evaluation.
400
401   template<Color Us>
402   void init_eval_info(const Position& pos, EvalInfo& ei) {
403
404     const Color  Them = (Us == WHITE ? BLACK : WHITE);
405     const Square Down = (Us == WHITE ? DELTA_S : DELTA_N);
406
407     ei.pinnedPieces[Us] = pos.pinned_pieces(Us);
408
409     Bitboard b = ei.attackedBy[Them][KING] = pos.attacks_from<KING>(pos.king_square(Them));
410     ei.attackedBy[Us][PAWN] = ei.pi->pawn_attacks(Us);
411
412     // Init king safety tables only if we are going to use them
413     if (pos.count<QUEEN>(Us) && pos.non_pawn_material(Us) > QueenValueMg + PawnValueMg)
414     {
415         ei.kingRing[Them] = b | shift_bb<Down>(b);
416         b &= ei.attackedBy[Us][PAWN];
417         ei.kingAttackersCount[Us] = b ? popcount<Max15>(b) : 0;
418         ei.kingAdjacentZoneAttacksCount[Us] = ei.kingAttackersWeight[Us] = 0;
419     }
420     else
421         ei.kingRing[Them] = ei.kingAttackersCount[Us] = 0;
422   }
423
424
425   // evaluate_outposts() evaluates bishop and knight outpost squares
426
427   template<PieceType Pt, Color Us>
428   Score evaluate_outposts(const Position& pos, EvalInfo& ei, Square s) {
429
430     const Color Them = (Us == WHITE ? BLACK : WHITE);
431
432     assert (Pt == BISHOP || Pt == KNIGHT);
433
434     // Initial bonus based on square
435     Value bonus = Outpost[Pt == BISHOP][relative_square(Us, s)];
436
437     // Increase bonus if supported by pawn, especially if the opponent has
438     // no minor piece which can trade with the outpost piece.
439     if (bonus && (ei.attackedBy[Us][PAWN] & s))
440     {
441         if (   !pos.pieces(Them, KNIGHT)
442             && !(squares_of_color(s) & pos.pieces(Them, BISHOP)))
443             bonus += bonus + bonus / 2;
444         else
445             bonus += bonus / 2;
446     }
447
448     return make_score(bonus, bonus);
449   }
450
451
452   // evaluate_pieces() assigns bonuses and penalties to the pieces of a given color
453
454   template<PieceType Pt, Color Us, bool Trace>
455   Score evaluate_pieces(const Position& pos, EvalInfo& ei, Score* mobility, Bitboard mobilityArea) {
456
457     Bitboard b;
458     Square s;
459     Score score = SCORE_ZERO;
460
461     const Color Them = (Us == WHITE ? BLACK : WHITE);
462     const Square* pl = pos.list<Pt>(Us);
463
464     ei.attackedBy[Us][Pt] = 0;
465
466     while ((s = *pl++) != SQ_NONE)
467     {
468         // Find attacked squares, including x-ray attacks for bishops and rooks
469         b = Pt == BISHOP ? attacks_bb<BISHOP>(s, pos.pieces() ^ pos.pieces(Us, QUEEN))
470           : Pt ==   ROOK ? attacks_bb<  ROOK>(s, pos.pieces() ^ pos.pieces(Us, ROOK, QUEEN))
471                          : pos.attacks_from<Pt>(s);
472
473         if (ei.pinnedPieces[Us] & s)
474             b &= LineBB[pos.king_square(Us)][s];
475
476         ei.attackedBy[Us][Pt] |= b;
477
478         if (b & ei.kingRing[Them])
479         {
480             ei.kingAttackersCount[Us]++;
481             ei.kingAttackersWeight[Us] += KingAttackWeights[Pt];
482             Bitboard bb = b & ei.attackedBy[Them][KING];
483             if (bb)
484                 ei.kingAdjacentZoneAttacksCount[Us] += popcount<Max15>(bb);
485         }
486
487         int mob = Pt != QUEEN ? popcount<Max15>(b & mobilityArea)
488                               : popcount<Full >(b & mobilityArea);
489
490         mobility[Us] += MobilityBonus[Pt][mob];
491
492         // Decrease score if we are attacked by an enemy pawn. The remaining part
493         // of threat evaluation must be done later when we have full attack info.
494         if (ei.attackedBy[Them][PAWN] & s)
495             score -= ThreatenedByPawn[Pt];
496
497         if (Pt == BISHOP || Pt == KNIGHT)
498         {
499             // Penalty for bishop with same colored pawns
500             if (Pt == BISHOP)
501                 score -= BishopPawns * ei.pi->pawns_on_same_color_squares(Us, s);
502
503             // Penalty for knight when there are few enemy pawns
504             if (Pt == KNIGHT)
505                 score -= KnightPawns * std::max(5 - pos.count<PAWN>(Them), 0);
506
507             // Bishop and knight outposts squares
508             if (!(pos.pieces(Them, PAWN) & pawn_attack_span(Us, s)))
509                 score += evaluate_outposts<Pt, Us>(pos, ei, s);
510
511             // Bishop or knight behind a pawn
512             if (    relative_rank(Us, s) < RANK_5
513                 && (pos.pieces(PAWN) & (s + pawn_push(Us))))
514                 score += MinorBehindPawn;
515         }
516
517         if (  (Pt == ROOK || Pt == QUEEN)
518             && relative_rank(Us, s) >= RANK_5)
519         {
520             // Major piece on 7th rank and enemy king trapped on 8th
521             if (   relative_rank(Us, s) == RANK_7
522                 && relative_rank(Us, pos.king_square(Them)) == RANK_8)
523                 score += Pt == ROOK ? RookOn7th : QueenOn7th;
524
525             // Major piece attacking enemy pawns on the same rank/file
526             Bitboard pawns = pos.pieces(Them, PAWN) & PseudoAttacks[ROOK][s];
527             if (pawns)
528                 score += popcount<Max15>(pawns) * (Pt == ROOK ? RookOnPawn : QueenOnPawn);
529         }
530
531         // Special extra evaluation for rooks
532         if (Pt == ROOK)
533         {
534             // Give a bonus for a rook on a open or semi-open file
535             if (ei.pi->semiopen(Us, file_of(s)))
536                 score += ei.pi->semiopen(Them, file_of(s)) ? RookOpenFile : RookSemiopenFile;
537
538             if (mob > 3 || ei.pi->semiopen(Us, file_of(s)))
539                 continue;
540
541             Square ksq = pos.king_square(Us);
542
543             // Penalize rooks which are trapped by a king. Penalize more if the
544             // king has lost its castling capability.
545             if (   ((file_of(ksq) < FILE_E) == (file_of(s) < file_of(ksq)))
546                 && (rank_of(ksq) == rank_of(s) || relative_rank(Us, ksq) == RANK_1)
547                 && !ei.pi->semiopen_on_side(Us, file_of(ksq), file_of(ksq) < FILE_E))
548                 score -= (TrappedRook - make_score(mob * 8, 0)) * (pos.can_castle(Us) ? 1 : 2);
549         }
550
551         // An important Chess960 pattern: A cornered bishop blocked by a friendly
552         // pawn diagonally in front of it is a very serious problem, especially
553         // when that pawn is also blocked.
554         if (   Pt == BISHOP
555             && pos.is_chess960()
556             && (s == relative_square(Us, SQ_A1) || s == relative_square(Us, SQ_H1)))
557         {
558             Square d = pawn_push(Us) + (file_of(s) == FILE_A ? DELTA_E : DELTA_W);
559             if (pos.piece_on(s + d) == make_piece(Us, PAWN))
560                 score -= !pos.empty(s + d + pawn_push(Us))                ? TrappedBishopA1H1 * 4
561                         : pos.piece_on(s + d + d) == make_piece(Us, PAWN) ? TrappedBishopA1H1 * 2
562                                                                           : TrappedBishopA1H1;
563         }
564     }
565
566     if (Trace)
567         Tracing::terms[Us][Pt] = score;
568
569     return score;
570   }
571
572
573   // evaluate_pieces() assigns bonuses and penalties to all the
574   // pieces of a given color.
575
576   template<Color Us, bool Trace>
577   Score evaluate_pieces(const Position& pos, EvalInfo& ei, Score* mobility) {
578
579     const Color Them = (Us == WHITE ? BLACK : WHITE);
580
581     // Do not include in mobility squares protected by enemy pawns or occupied by our pieces
582     const Bitboard mobilityArea = ~(ei.attackedBy[Them][PAWN] | pos.pieces(Us, PAWN, KING));
583
584     Score score =  evaluate_pieces<KNIGHT, Us, Trace>(pos, ei, mobility, mobilityArea)
585                  + evaluate_pieces<BISHOP, Us, Trace>(pos, ei, mobility, mobilityArea)
586                  + evaluate_pieces<ROOK,   Us, Trace>(pos, ei, mobility, mobilityArea)
587                  + evaluate_pieces<QUEEN,  Us, Trace>(pos, ei, mobility, mobilityArea);
588
589     // Sum up all attacked squares (updated in evaluate_pieces)
590     ei.attackedBy[Us][ALL_PIECES] =  ei.attackedBy[Us][PAWN]   | ei.attackedBy[Us][KNIGHT]
591                                    | ei.attackedBy[Us][BISHOP] | ei.attackedBy[Us][ROOK]
592                                    | ei.attackedBy[Us][QUEEN]  | ei.attackedBy[Us][KING];
593     if (Trace)
594         Tracing::terms[Us][Tracing::MOBILITY] = apply_weight(mobility[Us], Weights[Mobility]);
595
596     return score;
597   }
598
599
600   // evaluate_king() assigns bonuses and penalties to a king of a given color
601
602   template<Color Us, bool Trace>
603   Score evaluate_king(const Position& pos, const EvalInfo& ei) {
604
605     const Color Them = (Us == WHITE ? BLACK : WHITE);
606
607     Bitboard undefended, b, b1, b2, safe;
608     int attackUnits;
609     const Square ksq = pos.king_square(Us);
610
611     // King shelter and enemy pawns storm
612     Score score = ei.pi->king_safety<Us>(pos, ksq);
613
614     // Main king safety evaluation
615     if (ei.kingAttackersCount[Them])
616     {
617         // Find the attacked squares around the king which have no defenders
618         // apart from the king itself
619         undefended =  ei.attackedBy[Them][ALL_PIECES]
620                     & ei.attackedBy[Us][KING]
621                     & ~(  ei.attackedBy[Us][PAWN]   | ei.attackedBy[Us][KNIGHT]
622                         | ei.attackedBy[Us][BISHOP] | ei.attackedBy[Us][ROOK]
623                         | ei.attackedBy[Us][QUEEN]);
624
625         // Initialize the 'attackUnits' variable, which is used later on as an
626         // index to the KingDanger[] array. The initial value is based on the
627         // number and types of the enemy's attacking pieces, the number of
628         // attacked and undefended squares around our king and the quality of
629         // the pawn shelter (current 'score' value).
630         attackUnits =  std::min(20, (ei.kingAttackersCount[Them] * ei.kingAttackersWeight[Them]) / 2)
631                      + 3 * (ei.kingAdjacentZoneAttacksCount[Them] + popcount<Max15>(undefended))
632                      - mg_value(score) / 32;
633
634         // Analyse the enemy's safe queen contact checks. Firstly, find the
635         // undefended squares around the king that are attacked by the enemy's
636         // queen...
637         b = undefended & ei.attackedBy[Them][QUEEN] & ~pos.pieces(Them);
638         if (b)
639         {
640             // ...and then remove squares not supported by another enemy piece
641             b &= (  ei.attackedBy[Them][PAWN]   | ei.attackedBy[Them][KNIGHT]
642                   | ei.attackedBy[Them][BISHOP] | ei.attackedBy[Them][ROOK]);
643
644             if (b)
645                 attackUnits +=  QueenContactCheck
646                               * popcount<Max15>(b)
647                               * (Them == pos.side_to_move() ? 2 : 1);
648         }
649
650         // Analyse the enemy's safe rook contact checks. Firstly, find the
651         // undefended squares around the king that are attacked by the enemy's
652         // rooks...
653         b = undefended & ei.attackedBy[Them][ROOK] & ~pos.pieces(Them);
654
655         // Consider only squares where the enemy's rook gives check
656         b &= PseudoAttacks[ROOK][ksq];
657
658         if (b)
659         {
660             // ...and then remove squares not supported by another enemy piece
661             b &= (  ei.attackedBy[Them][PAWN]   | ei.attackedBy[Them][KNIGHT]
662                   | ei.attackedBy[Them][BISHOP] | ei.attackedBy[Them][QUEEN]);
663
664             if (b)
665                 attackUnits +=  RookContactCheck
666                               * popcount<Max15>(b)
667                               * (Them == pos.side_to_move() ? 2 : 1);
668         }
669
670         // Analyse the enemy's safe distance checks for sliders and knights
671         safe = ~(pos.pieces(Them) | ei.attackedBy[Us][ALL_PIECES]);
672
673         b1 = pos.attacks_from<ROOK>(ksq) & safe;
674         b2 = pos.attacks_from<BISHOP>(ksq) & safe;
675
676         // Enemy queen safe checks
677         b = (b1 | b2) & ei.attackedBy[Them][QUEEN];
678         if (b)
679             attackUnits += QueenCheck * popcount<Max15>(b);
680
681         // Enemy rooks safe checks
682         b = b1 & ei.attackedBy[Them][ROOK];
683         if (b)
684             attackUnits += RookCheck * popcount<Max15>(b);
685
686         // Enemy bishops safe checks
687         b = b2 & ei.attackedBy[Them][BISHOP];
688         if (b)
689             attackUnits += BishopCheck * popcount<Max15>(b);
690
691         // Enemy knights safe checks
692         b = pos.attacks_from<KNIGHT>(ksq) & ei.attackedBy[Them][KNIGHT] & safe;
693         if (b)
694             attackUnits += KnightCheck * popcount<Max15>(b);
695
696         // To index KingDanger[] attackUnits must be in [0, 99] range
697         attackUnits = std::min(99, std::max(0, attackUnits));
698
699         // Finally, extract the king danger score from the KingDanger[]
700         // array and subtract the score from evaluation.
701         score -= KingDanger[Us == Search::RootColor][attackUnits];
702     }
703
704     if (Trace)
705         Tracing::terms[Us][KING] = score;
706
707     return score;
708   }
709
710
711   // evaluate_threats() assigns bonuses according to the type of attacking piece
712   // and the type of attacked one.
713
714   template<Color Us, bool Trace>
715   Score evaluate_threats(const Position& pos, const EvalInfo& ei) {
716
717     const Color Them = (Us == WHITE ? BLACK : WHITE);
718
719     Bitboard b, undefendedMinors, weakEnemies;
720     Score score = SCORE_ZERO;
721
722     // Undefended minors get penalized even if they are not under attack
723     undefendedMinors =  pos.pieces(Them, BISHOP, KNIGHT)
724                       & ~ei.attackedBy[Them][ALL_PIECES];
725
726     if (undefendedMinors)
727         score += UndefendedMinor;
728
729     // Enemy pieces not defended by a pawn and under our attack
730     weakEnemies =  pos.pieces(Them)
731                  & ~ei.attackedBy[Them][PAWN]
732                  & ei.attackedBy[Us][ALL_PIECES];
733
734     // Add a bonus according if the attacking pieces are minor or major
735     if (weakEnemies)
736     {
737         b = weakEnemies & (ei.attackedBy[Us][KNIGHT] | ei.attackedBy[Us][BISHOP]);
738         if (b)
739             score += Threat[0][type_of(pos.piece_on(lsb(b)))];
740
741         b = weakEnemies & (ei.attackedBy[Us][ROOK] | ei.attackedBy[Us][QUEEN]);
742         if (b)
743             score += Threat[1][type_of(pos.piece_on(lsb(b)))];
744     }
745
746     if (Trace)
747         Tracing::terms[Us][Tracing::THREAT] = score;
748
749     return score;
750   }
751
752
753   // evaluate_passed_pawns() evaluates the passed pawns of the given color
754
755   template<Color Us, bool Trace>
756   Score evaluate_passed_pawns(const Position& pos, const EvalInfo& ei) {
757
758     const Color Them = (Us == WHITE ? BLACK : WHITE);
759
760     Bitboard b, squaresToQueen, defendedSquares, unsafeSquares, supportingPawns;
761     Score score = SCORE_ZERO;
762
763     b = ei.pi->passed_pawns(Us);
764
765     while (b)
766     {
767         Square s = pop_lsb(&b);
768
769         assert(pos.pawn_passed(Us, s));
770
771         int r = int(relative_rank(Us, s) - RANK_2);
772         int rr = r * (r - 1);
773
774         // Base bonus based on rank
775         Value mbonus = Value(17 * rr);
776         Value ebonus = Value(7 * (rr + r + 1));
777
778         if (rr)
779         {
780             Square blockSq = s + pawn_push(Us);
781
782             // Adjust bonus based on the king's proximity
783             ebonus +=  Value(square_distance(pos.king_square(Them), blockSq) * 5 * rr)
784                      - Value(square_distance(pos.king_square(Us  ), blockSq) * 2 * rr);
785
786             // If blockSq is not the queening square then consider also a second push
787             if (relative_rank(Us, blockSq) != RANK_8)
788                 ebonus -= Value(rr * square_distance(pos.king_square(Us), blockSq + pawn_push(Us)));
789
790             // If the pawn is free to advance, then increase the bonus
791             if (pos.empty(blockSq))
792             {
793                 squaresToQueen = forward_bb(Us, s);
794
795                 // If there is an enemy rook or queen attacking the pawn from behind,
796                 // add all X-ray attacks by the rook or queen. Otherwise consider only
797                 // the squares in the pawn's path attacked or occupied by the enemy.
798                 if (    unlikely(forward_bb(Them, s) & pos.pieces(Them, ROOK, QUEEN))
799                     && (forward_bb(Them, s) & pos.pieces(Them, ROOK, QUEEN) & pos.attacks_from<ROOK>(s)))
800                     unsafeSquares = squaresToQueen;
801                 else
802                     unsafeSquares = squaresToQueen & (ei.attackedBy[Them][ALL_PIECES] | pos.pieces(Them));
803
804                 if (    unlikely(forward_bb(Them, s) & pos.pieces(Us, ROOK, QUEEN))
805                     && (forward_bb(Them, s) & pos.pieces(Us, ROOK, QUEEN) & pos.attacks_from<ROOK>(s)))
806                     defendedSquares = squaresToQueen;
807                 else
808                     defendedSquares = squaresToQueen & ei.attackedBy[Us][ALL_PIECES];
809
810                 // If there aren't any enemy attacks, then assign a huge bonus.
811                 // The bonus will be a bit smaller if at least the block square
812                 // isn't attacked, otherwise assign the smallest possible bonus.
813                 int k = !unsafeSquares ? 15 : !(unsafeSquares & blockSq) ? 9 : 3;
814
815                 // Assign a big bonus if the path to the queen is fully defended,
816                 // otherwise assign a bit less of a bonus if at least the block
817                 // square is defended.
818                 if (defendedSquares == squaresToQueen)
819                     k += 6;
820
821                 else if (defendedSquares & blockSq)
822                     k += (unsafeSquares & defendedSquares) == unsafeSquares ? 4 : 2;
823
824                 mbonus += Value(k * rr), ebonus += Value(k * rr);
825             }
826         } // rr != 0
827
828         // Increase the bonus if the passed pawn is supported by a friendly pawn
829         // on the same rank and a bit smaller if it's on the previous rank.
830         supportingPawns = pos.pieces(Us, PAWN) & adjacent_files_bb(file_of(s));
831         if (supportingPawns & rank_bb(s))
832             ebonus += Value(r * 20);
833
834         else if (supportingPawns & rank_bb(s - pawn_push(Us)))
835             ebonus += Value(r * 12);
836
837         // Rook pawns are a special case: They are sometimes worse, and
838         // sometimes better than other passed pawns. It is difficult to find
839         // good rules for determining whether they are good or bad. For now,
840         // we try the following: Increase the value for rook pawns if the
841         // other side has no pieces apart from a knight, and decrease the
842         // value if the other side has a rook or queen.
843         if (file_of(s) == FILE_A || file_of(s) == FILE_H)
844         {
845             if (pos.non_pawn_material(Them) <= KnightValueMg)
846                 ebonus += ebonus / 4;
847
848             else if (pos.pieces(Them, ROOK, QUEEN))
849                 ebonus -= ebonus / 4;
850         }
851
852         if (pos.count<PAWN>(Us) < pos.count<PAWN>(Them))
853             ebonus += ebonus / 4;
854
855         score += make_score(mbonus, ebonus);
856     }
857
858     if (Trace)
859         Tracing::terms[Us][Tracing::PASSED] = apply_weight(score, Weights[PassedPawns]);
860
861     // Add the scores to the middlegame and endgame eval
862     return apply_weight(score, Weights[PassedPawns]);
863   }
864
865
866   // evaluate_unstoppable_pawns() scores the most advanced among the passed and
867   // candidate pawns. In case opponent has no pieces but pawns, this is somewhat
868   // related to the possibility that pawns are unstoppable.
869
870   Score evaluate_unstoppable_pawns(const Position& pos, Color us, const EvalInfo& ei) {
871
872     Bitboard b = ei.pi->passed_pawns(us) | ei.pi->candidate_pawns(us);
873
874     if (!b || pos.non_pawn_material(~us))
875         return SCORE_ZERO;
876
877     return Unstoppable * int(relative_rank(us, frontmost_sq(us, b)));
878   }
879
880
881   // evaluate_space() computes the space evaluation for a given side. The
882   // space evaluation is a simple bonus based on the number of safe squares
883   // available for minor pieces on the central four files on ranks 2--4. Safe
884   // squares one, two or three squares behind a friendly pawn are counted
885   // twice. Finally, the space bonus is scaled by a weight taken from the
886   // material hash table. The aim is to improve play on game opening.
887   template<Color Us>
888   int evaluate_space(const Position& pos, const EvalInfo& ei) {
889
890     const Color Them = (Us == WHITE ? BLACK : WHITE);
891
892     // Find the safe squares for our pieces inside the area defined by
893     // SpaceMask[]. A square is unsafe if it is attacked by an enemy
894     // pawn, or if it is undefended and attacked by an enemy piece.
895     Bitboard safe =   SpaceMask[Us]
896                    & ~pos.pieces(Us, PAWN)
897                    & ~ei.attackedBy[Them][PAWN]
898                    & (ei.attackedBy[Us][ALL_PIECES] | ~ei.attackedBy[Them][ALL_PIECES]);
899
900     // Find all squares which are at most three squares behind some friendly pawn
901     Bitboard behind = pos.pieces(Us, PAWN);
902     behind |= (Us == WHITE ? behind >>  8 : behind <<  8);
903     behind |= (Us == WHITE ? behind >> 16 : behind << 16);
904
905     // Since SpaceMask[Us] is fully on our half of the board
906     assert(unsigned(safe >> (Us == WHITE ? 32 : 0)) == 0);
907
908     // Count safe + (behind & safe) with a single popcount
909     return popcount<Full>((Us == WHITE ? safe << 32 : safe >> 32) | (behind & safe));
910   }
911
912
913   // interpolate() interpolates between a middlegame and an endgame score,
914   // based on game phase. It also scales the return value by a ScaleFactor array.
915
916   Value interpolate(const Score& v, Phase ph, ScaleFactor sf) {
917
918     assert(-VALUE_INFINITE < mg_value(v) && mg_value(v) < VALUE_INFINITE);
919     assert(-VALUE_INFINITE < eg_value(v) && eg_value(v) < VALUE_INFINITE);
920     assert(PHASE_ENDGAME <= ph && ph <= PHASE_MIDGAME);
921
922     int eg = (eg_value(v) * int(sf)) / SCALE_FACTOR_NORMAL;
923     return Value((mg_value(v) * int(ph) + eg * int(PHASE_MIDGAME - ph)) / PHASE_MIDGAME);
924   }
925
926   // apply_weight() weights score v by score w trying to prevent overflow
927   Score apply_weight(Score v, Score w) {
928
929     return make_score((int(mg_value(v)) * mg_value(w)) / 0x100,
930                       (int(eg_value(v)) * eg_value(w)) / 0x100);
931   }
932
933   // weight_option() computes the value of an evaluation weight, by combining
934   // two UCI-configurable weights (midgame and endgame) with an internal weight.
935
936   Score weight_option(const std::string& mgOpt, const std::string& egOpt, Score internalWeight) {
937
938     // Scale option value from 100 to 256
939     int mg = Options[mgOpt] * 256 / 100;
940     int eg = Options[egOpt] * 256 / 100;
941
942     return apply_weight(make_score(mg, eg), internalWeight);
943   }
944
945
946   // Tracing function definitions
947
948   double Tracing::to_cp(Value v) { return double(v) / PawnValueMg; }
949
950   void Tracing::add_term(int idx, Score wScore, Score bScore) {
951
952     terms[WHITE][idx] = wScore;
953     terms[BLACK][idx] = bScore;
954   }
955
956   void Tracing::format_row(std::stringstream& ss, const char* name, int idx) {
957
958     Score wScore = terms[WHITE][idx];
959     Score bScore = terms[BLACK][idx];
960
961     switch (idx) {
962     case PST: case IMBALANCE: case PAWN: case TOTAL:
963         ss << std::setw(20) << name << " |   ---   --- |   ---   --- | "
964            << std::setw(6)  << to_cp(mg_value(wScore - bScore)) << " "
965            << std::setw(6)  << to_cp(eg_value(wScore - bScore)) << " \n";
966         break;
967     default:
968         ss << std::setw(20) << name << " | " << std::noshowpos
969            << std::setw(5)  << to_cp(mg_value(wScore)) << " "
970            << std::setw(5)  << to_cp(eg_value(wScore)) << " | "
971            << std::setw(5)  << to_cp(mg_value(bScore)) << " "
972            << std::setw(5)  << to_cp(eg_value(bScore)) << " | "
973            << std::showpos
974            << std::setw(6)  << to_cp(mg_value(wScore - bScore)) << " "
975            << std::setw(6)  << to_cp(eg_value(wScore - bScore)) << " \n";
976     }
977   }
978
979   std::string Tracing::do_trace(const Position& pos) {
980
981     std::memset(terms, 0, sizeof(terms));
982
983     Value v = do_evaluate<true>(pos);
984
985     std::stringstream ss;
986     ss << std::showpoint << std::showpos << std::fixed << std::setprecision(2)
987        << "           Eval term |    White    |    Black    |     Total     \n"
988        << "                     |   MG    EG  |   MG    EG  |   MG     EG   \n"
989        << "---------------------+-------------+-------------+---------------\n";
990
991     format_row(ss, "Material, PST, Tempo", PST);
992     format_row(ss, "Material imbalance", IMBALANCE);
993     format_row(ss, "Pawns", PAWN);
994     format_row(ss, "Knights", KNIGHT);
995     format_row(ss, "Bishops", BISHOP);
996     format_row(ss, "Rooks", ROOK);
997     format_row(ss, "Queens", QUEEN);
998     format_row(ss, "Mobility", MOBILITY);
999     format_row(ss, "King safety", KING);
1000     format_row(ss, "Threats", THREAT);
1001     format_row(ss, "Passed pawns", PASSED);
1002     format_row(ss, "Space", SPACE);
1003
1004     ss << "---------------------+-------------+-------------+---------------\n";
1005     format_row(ss, "Total", TOTAL);
1006
1007     ss << "\nScaling: " << std::noshowpos
1008        << std::setw(6) << 100.0 * ei.mi->game_phase() / 128.0 << "% MG, "
1009        << std::setw(6) << 100.0 * (1.0 - ei.mi->game_phase() / 128.0) << "% * "
1010        << std::setw(6) << (100.0 * sf) / SCALE_FACTOR_NORMAL << "% EG.\n"
1011        << "Total evaluation: " << to_cp(v);
1012
1013     return ss.str();
1014   }
1015 }