Retire eval weights UCI options
[stockfish] / src / evaluate.cpp
1 /*
2   Stockfish, a UCI chess playing engine derived from Glaurung 2.1
3   Copyright (C) 2004-2008 Tord Romstad (Glaurung author)
4   Copyright (C) 2008-2014 Marco Costalba, Joona Kiiski, Tord Romstad
5
6   Stockfish is free software: you can redistribute it and/or modify
7   it under the terms of the GNU General Public License as published by
8   the Free Software Foundation, either version 3 of the License, or
9   (at your option) any later version.
10
11   Stockfish is distributed in the hope that it will be useful,
12   but WITHOUT ANY WARRANTY; without even the implied warranty of
13   MERCHANTABILITY or FITNESS FOR A PARTICULAR PURPOSE.  See the
14   GNU General Public License for more details.
15
16   You should have received a copy of the GNU General Public License
17   along with this program.  If not, see <http://www.gnu.org/licenses/>.
18 */
19
20 #include <algorithm>
21 #include <cassert>
22 #include <iomanip>
23 #include <sstream>
24
25 #include "bitcount.h"
26 #include "evaluate.h"
27 #include "material.h"
28 #include "pawns.h"
29 #include "thread.h"
30 #include "ucioption.h"
31
32 namespace {
33
34   // Struct EvalInfo contains various information computed and collected
35   // by the evaluation functions.
36   struct EvalInfo {
37
38     // Pointers to material and pawn hash table entries
39     Material::Entry* mi;
40     Pawns::Entry* pi;
41
42     // attackedBy[color][piece type] is a bitboard representing all squares
43     // attacked by a given color and piece type, attackedBy[color][ALL_PIECES]
44     // contains all squares attacked by the given color.
45     Bitboard attackedBy[COLOR_NB][PIECE_TYPE_NB];
46
47     // kingRing[color] is the zone around the king which is considered
48     // by the king safety evaluation. This consists of the squares directly
49     // adjacent to the king, and the three (or two, for a king on an edge file)
50     // squares two ranks in front of the king. For instance, if black's king
51     // is on g8, kingRing[BLACK] is a bitboard containing the squares f8, h8,
52     // f7, g7, h7, f6, g6 and h6.
53     Bitboard kingRing[COLOR_NB];
54
55     // kingAttackersCount[color] is the number of pieces of the given color
56     // which attack a square in the kingRing of the enemy king.
57     int kingAttackersCount[COLOR_NB];
58
59     // kingAttackersWeight[color] is the sum of the "weight" of the pieces of the
60     // given color which attack a square in the kingRing of the enemy king. The
61     // weights of the individual piece types are given by the variables
62     // QueenAttackWeight, RookAttackWeight, BishopAttackWeight and
63     // KnightAttackWeight in evaluate.cpp
64     int kingAttackersWeight[COLOR_NB];
65
66     // kingAdjacentZoneAttacksCount[color] is the number of attacks to squares
67     // directly adjacent to the king of the given color. Pieces which attack
68     // more than one square are counted multiple times. For instance, if black's
69     // king is on g8 and there's a white knight on g5, this knight adds
70     // 2 to kingAdjacentZoneAttacksCount[BLACK].
71     int kingAdjacentZoneAttacksCount[COLOR_NB];
72
73     Bitboard pinnedPieces[COLOR_NB];
74   };
75
76   namespace Tracing {
77
78     enum Terms { // First 8 entries are for PieceType
79       PST = 8, IMBALANCE, MOBILITY, THREAT, PASSED, SPACE, TOTAL, TERMS_NB
80     };
81
82     Score terms[COLOR_NB][TERMS_NB];
83     EvalInfo ei;
84     ScaleFactor sf;
85
86     double to_cp(Value v);
87     void add_term(int idx, Score term_w, Score term_b = SCORE_ZERO);
88     void format_row(std::stringstream& ss, const char* name, int idx);
89     std::string do_trace(const Position& pos);
90   }
91
92   // Evaluation weights, indexed by evaluation term
93   enum { Mobility, PawnStructure, PassedPawns, Space, KingDangerUs, KingDangerThem };
94   const struct Weight { int mg, eg; } Weights[] = {
95     {289, 344}, {233, 201}, {221, 273}, {46, 0}, {271, 0}, {307, 0}
96   };
97
98   typedef Value V;
99   #define S(mg, eg) make_score(mg, eg)
100
101   // MobilityBonus[PieceType][attacked] contains bonuses for middle and end
102   // game, indexed by piece type and number of attacked squares not occupied by
103   // friendly pieces.
104   const Score MobilityBonus[][32] = {
105     {}, {},
106     { S(-65,-50), S(-42,-30), S(-9,-10), S( 3,  0), S(15, 10), S(27, 20), // Knights
107       S( 37, 28), S( 42, 31), S(44, 33) },
108     { S(-52,-47), S(-28,-23), S( 6,  1), S(20, 15), S(34, 29), S(48, 43), // Bishops
109       S( 60, 55), S( 68, 63), S(74, 68), S(77, 72), S(80, 75), S(82, 77),
110       S( 84, 79), S( 86, 81) },
111     { S(-47,-53), S(-31,-26), S(-5,  0), S( 1, 16), S( 7, 32), S(13, 48), // Rooks
112       S( 18, 64), S( 22, 80), S(26, 96), S(29,109), S(31,115), S(33,119),
113       S( 35,122), S( 36,123), S(37,124) },
114     { S(-42,-40), S(-28,-23), S(-5, -7), S( 0,  0), S( 6, 10), S(11, 19), // Queens
115       S( 13, 29), S( 18, 38), S(20, 40), S(21, 41), S(22, 41), S(22, 41),
116       S( 22, 41), S( 23, 41), S(24, 41), S(25, 41), S(25, 41), S(25, 41),
117       S( 25, 41), S( 25, 41), S(25, 41), S(25, 41), S(25, 41), S(25, 41),
118       S( 25, 41), S( 25, 41), S(25, 41), S(25, 41) }
119   };
120
121   // Outpost[PieceType][Square] contains bonuses for knights and bishops outposts,
122   // indexed by piece type and square (from white's point of view).
123   const Value Outpost[][SQUARE_NB] = {
124   {// A     B     C     D     E     F     G     H
125     V(0), V(0), V(0), V(0), V(0), V(0), V(0), V(0), // Knights
126     V(0), V(0), V(0), V(0), V(0), V(0), V(0), V(0),
127     V(0), V(0), V(4), V(8), V(8), V(4), V(0), V(0),
128     V(0), V(4),V(17),V(26),V(26),V(17), V(4), V(0),
129     V(0), V(8),V(26),V(35),V(35),V(26), V(8), V(0),
130     V(0), V(4),V(17),V(17),V(17),V(17), V(4), V(0) },
131   {
132     V(0), V(0), V(0), V(0), V(0), V(0), V(0), V(0), // Bishops
133     V(0), V(0), V(0), V(0), V(0), V(0), V(0), V(0),
134     V(0), V(0), V(5), V(5), V(5), V(5), V(0), V(0),
135     V(0), V(5),V(10),V(10),V(10),V(10), V(5), V(0),
136     V(0),V(10),V(21),V(21),V(21),V(21),V(10), V(0),
137     V(0), V(5), V(8), V(8), V(8), V(8), V(5), V(0) }
138   };
139
140   // Threat[attacking][attacked] contains bonuses according to which piece
141   // type attacks which one.
142   const Score Threat[][PIECE_TYPE_NB] = {
143     { S(0, 0), S( 7, 39), S(24, 49), S(24, 49), S(41,100), S(41,100) }, // Minor
144     { S(0, 0), S(15, 39), S(15, 45), S(15, 45), S(15, 45), S(24, 49) }  // Major
145   };
146
147   // ThreatenedByPawn[PieceType] contains a penalty according to which piece
148   // type is attacked by an enemy pawn.
149   const Score ThreatenedByPawn[] = {
150     S(0, 0), S(0, 0), S(56, 70), S(56, 70), S(76, 99), S(86, 118)
151   };
152
153   // Hanging[side to move] contains a bonus for each enemy hanging piece
154   const Score Hanging[2] = { S(23, 20) , S(35, 45) };
155
156   #undef S
157
158   const Score Tempo            = make_score(24, 11);
159   const Score RookOnPawn       = make_score(10, 28);
160   const Score RookOpenFile     = make_score(43, 21);
161   const Score RookSemiopenFile = make_score(19, 10);
162   const Score BishopPawns      = make_score( 8, 12);
163   const Score MinorBehindPawn  = make_score(16,  0);
164   const Score TrappedRook      = make_score(90,  0);
165   const Score Unstoppable      = make_score( 0, 20);
166
167   // Penalty for a bishop on a1/h1 (a8/h8 for black) which is trapped by
168   // a friendly pawn on b2/g2 (b7/g7 for black). This can obviously only
169   // happen in Chess960 games.
170   const Score TrappedBishopA1H1 = make_score(50, 50);
171
172   // SpaceMask[Color] contains the area of the board which is considered
173   // by the space evaluation. In the middlegame, each side is given a bonus
174   // based on how many squares inside this area are safe and available for
175   // friendly minor pieces.
176   const Bitboard SpaceMask[] = {
177     (FileCBB | FileDBB | FileEBB | FileFBB) & (Rank2BB | Rank3BB | Rank4BB),
178     (FileCBB | FileDBB | FileEBB | FileFBB) & (Rank7BB | Rank6BB | Rank5BB)
179   };
180
181   // King danger constants and variables. The king danger scores are taken
182   // from KingDanger[]. Various little "meta-bonuses" measuring the strength
183   // of the enemy attack are added up into an integer, which is used as an
184   // index to KingDanger[].
185   //
186   // KingAttackWeights[PieceType] contains king attack weights by piece type
187   const int KingAttackWeights[] = { 0, 0, 2, 2, 3, 5 };
188
189   // Bonuses for enemy's safe checks
190   const int QueenContactCheck = 24;
191   const int RookContactCheck  = 16;
192   const int QueenCheck        = 12;
193   const int RookCheck         = 8;
194   const int BishopCheck       = 2;
195   const int KnightCheck       = 3;
196
197   // KingDanger[Color][attackUnits] contains the actual king danger weighted
198   // scores, indexed by color and by a calculated integer number.
199   Score KingDanger[COLOR_NB][128];
200
201
202   // apply_weight() weighs score 'v' by weight 'w' trying to prevent overflow
203   Score apply_weight(Score v, const Weight& w) {
204     return make_score(mg_value(v) * w.mg / 256, eg_value(v) * w.eg / 256);
205   }
206
207
208   // init_eval_info() initializes king bitboards for given color adding
209   // pawn attacks. To be done at the beginning of the evaluation.
210
211   template<Color Us>
212   void init_eval_info(const Position& pos, EvalInfo& ei) {
213
214     const Color  Them = (Us == WHITE ? BLACK : WHITE);
215     const Square Down = (Us == WHITE ? DELTA_S : DELTA_N);
216
217     ei.pinnedPieces[Us] = pos.pinned_pieces(Us);
218
219     Bitboard b = ei.attackedBy[Them][KING] = pos.attacks_from<KING>(pos.king_square(Them));
220     ei.attackedBy[Us][ALL_PIECES] = ei.attackedBy[Us][PAWN] = ei.pi->pawn_attacks(Us);
221
222     // Init king safety tables only if we are going to use them
223     if (pos.count<QUEEN>(Us) && pos.non_pawn_material(Us) > QueenValueMg + PawnValueMg)
224     {
225         ei.kingRing[Them] = b | shift_bb<Down>(b);
226         b &= ei.attackedBy[Us][PAWN];
227         ei.kingAttackersCount[Us] = b ? popcount<Max15>(b) : 0;
228         ei.kingAdjacentZoneAttacksCount[Us] = ei.kingAttackersWeight[Us] = 0;
229     }
230     else
231         ei.kingRing[Them] = ei.kingAttackersCount[Us] = 0;
232   }
233
234
235   // evaluate_outposts() evaluates bishop and knight outpost squares
236
237   template<PieceType Pt, Color Us>
238   Score evaluate_outposts(const Position& pos, EvalInfo& ei, Square s) {
239
240     const Color Them = (Us == WHITE ? BLACK : WHITE);
241
242     assert (Pt == BISHOP || Pt == KNIGHT);
243
244     // Initial bonus based on square
245     Value bonus = Outpost[Pt == BISHOP][relative_square(Us, s)];
246
247     // Increase bonus if supported by pawn, especially if the opponent has
248     // no minor piece which can trade with the outpost piece.
249     if (bonus && (ei.attackedBy[Us][PAWN] & s))
250     {
251         if (   !pos.pieces(Them, KNIGHT)
252             && !(squares_of_color(s) & pos.pieces(Them, BISHOP)))
253             bonus += bonus + bonus / 2;
254         else
255             bonus += bonus / 2;
256     }
257
258     return make_score(bonus, bonus);
259   }
260
261
262   // evaluate_pieces() assigns bonuses and penalties to the pieces of a given color
263
264   template<PieceType Pt, Color Us, bool Trace>
265   Score evaluate_pieces(const Position& pos, EvalInfo& ei, Score* mobility, Bitboard* mobilityArea) {
266
267     Bitboard b;
268     Square s;
269     Score score = SCORE_ZERO;
270
271     const PieceType NextPt = (Us == WHITE ? Pt : PieceType(Pt + 1));
272     const Color Them = (Us == WHITE ? BLACK : WHITE);
273     const Square* pl = pos.list<Pt>(Us);
274
275     ei.attackedBy[Us][Pt] = 0;
276
277     while ((s = *pl++) != SQ_NONE)
278     {
279         // Find attacked squares, including x-ray attacks for bishops and rooks
280         b = Pt == BISHOP ? attacks_bb<BISHOP>(s, pos.pieces() ^ pos.pieces(Us, QUEEN))
281           : Pt ==   ROOK ? attacks_bb<  ROOK>(s, pos.pieces() ^ pos.pieces(Us, ROOK, QUEEN))
282                          : pos.attacks_from<Pt>(s);
283
284         if (ei.pinnedPieces[Us] & s)
285             b &= LineBB[pos.king_square(Us)][s];
286
287         ei.attackedBy[Us][ALL_PIECES] |= ei.attackedBy[Us][Pt] |= b;
288
289         if (b & ei.kingRing[Them])
290         {
291             ei.kingAttackersCount[Us]++;
292             ei.kingAttackersWeight[Us] += KingAttackWeights[Pt];
293             Bitboard bb = b & ei.attackedBy[Them][KING];
294             if (bb)
295                 ei.kingAdjacentZoneAttacksCount[Us] += popcount<Max15>(bb);
296         }
297
298         if (Pt == QUEEN)
299             b &= ~(  ei.attackedBy[Them][KNIGHT]
300                    | ei.attackedBy[Them][BISHOP]
301                    | ei.attackedBy[Them][ROOK]);
302
303         int mob = Pt != QUEEN ? popcount<Max15>(b & mobilityArea[Us])
304                               : popcount<Full >(b & mobilityArea[Us]);
305
306         mobility[Us] += MobilityBonus[Pt][mob];
307
308         // Decrease score if we are attacked by an enemy pawn. The remaining part
309         // of threat evaluation must be done later when we have full attack info.
310         if (ei.attackedBy[Them][PAWN] & s)
311             score -= ThreatenedByPawn[Pt];
312
313         if (Pt == BISHOP || Pt == KNIGHT)
314         {
315             // Penalty for bishop with same colored pawns
316             if (Pt == BISHOP)
317                 score -= BishopPawns * ei.pi->pawns_on_same_color_squares(Us, s);
318
319             // Bishop and knight outposts squares
320             if (!(pos.pieces(Them, PAWN) & pawn_attack_span(Us, s)))
321                 score += evaluate_outposts<Pt, Us>(pos, ei, s);
322
323             // Bishop or knight behind a pawn
324             if (    relative_rank(Us, s) < RANK_5
325                 && (pos.pieces(PAWN) & (s + pawn_push(Us))))
326                 score += MinorBehindPawn;
327         }
328
329         if (Pt == ROOK)
330         {
331             // Rook piece attacking enemy pawns on the same rank/file
332             if (relative_rank(Us, s) >= RANK_5)
333             {
334                 Bitboard pawns = pos.pieces(Them, PAWN) & PseudoAttacks[ROOK][s];
335                 if (pawns)
336                     score += popcount<Max15>(pawns) * RookOnPawn;
337             }
338
339             // Give a bonus for a rook on a open or semi-open file
340             if (ei.pi->semiopen_file(Us, file_of(s)))
341                 score += ei.pi->semiopen_file(Them, file_of(s)) ? RookOpenFile : RookSemiopenFile;
342
343             if (mob > 3 || ei.pi->semiopen_file(Us, file_of(s)))
344                 continue;
345
346             Square ksq = pos.king_square(Us);
347
348             // Penalize rooks which are trapped by a king. Penalize more if the
349             // king has lost its castling capability.
350             if (   ((file_of(ksq) < FILE_E) == (file_of(s) < file_of(ksq)))
351                 && (rank_of(ksq) == rank_of(s) || relative_rank(Us, ksq) == RANK_1)
352                 && !ei.pi->semiopen_side(Us, file_of(ksq), file_of(s) < file_of(ksq)))
353                 score -= (TrappedRook - make_score(mob * 8, 0)) * (1 + !pos.can_castle(Us));
354         }
355
356         // An important Chess960 pattern: A cornered bishop blocked by a friendly
357         // pawn diagonally in front of it is a very serious problem, especially
358         // when that pawn is also blocked.
359         if (   Pt == BISHOP
360             && pos.is_chess960()
361             && (s == relative_square(Us, SQ_A1) || s == relative_square(Us, SQ_H1)))
362         {
363             Square d = pawn_push(Us) + (file_of(s) == FILE_A ? DELTA_E : DELTA_W);
364             if (pos.piece_on(s + d) == make_piece(Us, PAWN))
365                 score -= !pos.empty(s + d + pawn_push(Us))                ? TrappedBishopA1H1 * 4
366                         : pos.piece_on(s + d + d) == make_piece(Us, PAWN) ? TrappedBishopA1H1 * 2
367                                                                           : TrappedBishopA1H1;
368         }
369     }
370
371     if (Trace)
372         Tracing::terms[Us][Pt] = score;
373
374     return score - evaluate_pieces<NextPt, Them, Trace>(pos, ei, mobility, mobilityArea);
375   }
376
377   template<>
378   Score evaluate_pieces<KING, WHITE, false>(const Position&, EvalInfo&, Score*, Bitboard*) { return SCORE_ZERO; }
379   template<>
380   Score evaluate_pieces<KING, WHITE,  true>(const Position&, EvalInfo&, Score*, Bitboard*) { return SCORE_ZERO; }
381
382
383   // evaluate_king() assigns bonuses and penalties to a king of a given color
384
385   template<Color Us, bool Trace>
386   Score evaluate_king(const Position& pos, const EvalInfo& ei) {
387
388     const Color Them = (Us == WHITE ? BLACK : WHITE);
389
390     Bitboard undefended, b, b1, b2, safe;
391     int attackUnits;
392     const Square ksq = pos.king_square(Us);
393
394     // King shelter and enemy pawns storm
395     Score score = ei.pi->king_safety<Us>(pos, ksq);
396
397     // Main king safety evaluation
398     if (ei.kingAttackersCount[Them])
399     {
400         // Find the attacked squares around the king which have no defenders
401         // apart from the king itself
402         undefended =  ei.attackedBy[Them][ALL_PIECES]
403                     & ei.attackedBy[Us][KING]
404                     & ~(  ei.attackedBy[Us][PAWN]   | ei.attackedBy[Us][KNIGHT]
405                         | ei.attackedBy[Us][BISHOP] | ei.attackedBy[Us][ROOK]
406                         | ei.attackedBy[Us][QUEEN]);
407
408         // Initialize the 'attackUnits' variable, which is used later on as an
409         // index to the KingDanger[] array. The initial value is based on the
410         // number and types of the enemy's attacking pieces, the number of
411         // attacked and undefended squares around our king and the quality of
412         // the pawn shelter (current 'score' value).
413         attackUnits =  std::min(20, (ei.kingAttackersCount[Them] * ei.kingAttackersWeight[Them]) / 2)
414                      + 3 * (ei.kingAdjacentZoneAttacksCount[Them] + popcount<Max15>(undefended))
415                      + 2 * (ei.pinnedPieces[Us] != 0)
416                      - mg_value(score) / 32;
417
418         // Analyse the enemy's safe queen contact checks. Firstly, find the
419         // undefended squares around the king that are attacked by the enemy's
420         // queen...
421         b = undefended & ei.attackedBy[Them][QUEEN] & ~pos.pieces(Them);
422         if (b)
423         {
424             // ...and then remove squares not supported by another enemy piece
425             b &= (  ei.attackedBy[Them][PAWN]   | ei.attackedBy[Them][KNIGHT]
426                   | ei.attackedBy[Them][BISHOP] | ei.attackedBy[Them][ROOK]);
427
428             if (b)
429                 attackUnits +=  QueenContactCheck
430                               * popcount<Max15>(b)
431                               * (Them == pos.side_to_move() ? 2 : 1);
432         }
433
434         // Analyse the enemy's safe rook contact checks. Firstly, find the
435         // undefended squares around the king that are attacked by the enemy's
436         // rooks...
437         b = undefended & ei.attackedBy[Them][ROOK] & ~pos.pieces(Them);
438
439         // Consider only squares where the enemy's rook gives check
440         b &= PseudoAttacks[ROOK][ksq];
441
442         if (b)
443         {
444             // ...and then remove squares not supported by another enemy piece
445             b &= (  ei.attackedBy[Them][PAWN]   | ei.attackedBy[Them][KNIGHT]
446                   | ei.attackedBy[Them][BISHOP] | ei.attackedBy[Them][QUEEN]);
447
448             if (b)
449                 attackUnits +=  RookContactCheck
450                               * popcount<Max15>(b)
451                               * (Them == pos.side_to_move() ? 2 : 1);
452         }
453
454         // Analyse the enemy's safe distance checks for sliders and knights
455         safe = ~(pos.pieces(Them) | ei.attackedBy[Us][ALL_PIECES]);
456
457         b1 = pos.attacks_from<ROOK>(ksq) & safe;
458         b2 = pos.attacks_from<BISHOP>(ksq) & safe;
459
460         // Enemy queen safe checks
461         b = (b1 | b2) & ei.attackedBy[Them][QUEEN];
462         if (b)
463             attackUnits += QueenCheck * popcount<Max15>(b);
464
465         // Enemy rooks safe checks
466         b = b1 & ei.attackedBy[Them][ROOK];
467         if (b)
468             attackUnits += RookCheck * popcount<Max15>(b);
469
470         // Enemy bishops safe checks
471         b = b2 & ei.attackedBy[Them][BISHOP];
472         if (b)
473             attackUnits += BishopCheck * popcount<Max15>(b);
474
475         // Enemy knights safe checks
476         b = pos.attacks_from<KNIGHT>(ksq) & ei.attackedBy[Them][KNIGHT] & safe;
477         if (b)
478             attackUnits += KnightCheck * popcount<Max15>(b);
479
480         // To index KingDanger[] attackUnits must be in [0, 99] range
481         attackUnits = std::min(99, std::max(0, attackUnits));
482
483         // Finally, extract the king danger score from the KingDanger[]
484         // array and subtract the score from evaluation.
485         score -= KingDanger[Us == Search::RootColor][attackUnits];
486     }
487
488     if (Trace)
489         Tracing::terms[Us][KING] = score;
490
491     return score;
492   }
493
494
495   // evaluate_threats() assigns bonuses according to the type of attacking piece
496   // and the type of attacked one.
497
498   template<Color Us, bool Trace>
499   Score evaluate_threats(const Position& pos, const EvalInfo& ei) {
500
501     const Color Them = (Us == WHITE ? BLACK : WHITE);
502
503     Bitboard b, weakEnemies;
504     Score score = SCORE_ZERO;
505
506     // Enemies not defended by a pawn and under our attack
507     weakEnemies =  pos.pieces(Them)
508                  & ~ei.attackedBy[Them][PAWN]
509                  & ei.attackedBy[Us][ALL_PIECES];
510
511     // Add a bonus according if the attacking pieces are minor or major
512     if (weakEnemies)
513     {
514         b = weakEnemies & (ei.attackedBy[Us][PAWN] | ei.attackedBy[Us][KNIGHT] | ei.attackedBy[Us][BISHOP]);
515         if (b)
516             score += Threat[0][type_of(pos.piece_on(lsb(b)))];
517
518         b = weakEnemies & (ei.attackedBy[Us][ROOK] | ei.attackedBy[Us][QUEEN]);
519         if (b)
520             score += Threat[1][type_of(pos.piece_on(lsb(b)))];
521
522         b = weakEnemies & ~ei.attackedBy[Them][ALL_PIECES];
523         if (b)
524             score += more_than_one(b) ? Hanging[Us != pos.side_to_move()] * popcount<Max15>(b)
525                                       : Hanging[Us == pos.side_to_move()];
526     }
527
528     if (Trace)
529         Tracing::terms[Us][Tracing::THREAT] = score;
530
531     return score;
532   }
533
534
535   // evaluate_passed_pawns() evaluates the passed pawns of the given color
536
537   template<Color Us, bool Trace>
538   Score evaluate_passed_pawns(const Position& pos, const EvalInfo& ei) {
539
540     const Color Them = (Us == WHITE ? BLACK : WHITE);
541
542     Bitboard b, squaresToQueen, defendedSquares, unsafeSquares;
543     Score score = SCORE_ZERO;
544
545     b = ei.pi->passed_pawns(Us);
546
547     while (b)
548     {
549         Square s = pop_lsb(&b);
550
551         assert(pos.pawn_passed(Us, s));
552
553         int r = relative_rank(Us, s) - RANK_2;
554         int rr = r * (r - 1);
555
556         // Base bonus based on rank
557         Value mbonus = Value(17 * rr), ebonus = Value(7 * (rr + r + 1));
558
559         if (rr)
560         {
561             Square blockSq = s + pawn_push(Us);
562
563             // Adjust bonus based on the king's proximity
564             ebonus +=  square_distance(pos.king_square(Them), blockSq) * 5 * rr
565                      - square_distance(pos.king_square(Us  ), blockSq) * 2 * rr;
566
567             // If blockSq is not the queening square then consider also a second push
568             if (relative_rank(Us, blockSq) != RANK_8)
569                 ebonus -= square_distance(pos.king_square(Us), blockSq + pawn_push(Us)) * rr;
570
571             // If the pawn is free to advance, then increase the bonus
572             if (pos.empty(blockSq))
573             {
574                 squaresToQueen = forward_bb(Us, s);
575
576                 // If there is an enemy rook or queen attacking the pawn from behind,
577                 // add all X-ray attacks by the rook or queen. Otherwise consider only
578                 // the squares in the pawn's path attacked or occupied by the enemy.
579                 if (    unlikely(forward_bb(Them, s) & pos.pieces(Them, ROOK, QUEEN))
580                     && (forward_bb(Them, s) & pos.pieces(Them, ROOK, QUEEN) & pos.attacks_from<ROOK>(s)))
581                     unsafeSquares = squaresToQueen;
582                 else
583                     unsafeSquares = squaresToQueen & (ei.attackedBy[Them][ALL_PIECES] | pos.pieces(Them));
584
585                 if (    unlikely(forward_bb(Them, s) & pos.pieces(Us, ROOK, QUEEN))
586                     && (forward_bb(Them, s) & pos.pieces(Us, ROOK, QUEEN) & pos.attacks_from<ROOK>(s)))
587                     defendedSquares = squaresToQueen;
588                 else
589                     defendedSquares = squaresToQueen & ei.attackedBy[Us][ALL_PIECES];
590
591                 // If there aren't any enemy attacks, assign a big bonus. Otherwise
592                 // assign a smaller bonus if the block square isn't attacked.
593                 int k = !unsafeSquares ? 15 : !(unsafeSquares & blockSq) ? 9 : 0;
594
595                 // If the path to queen is fully defended, assign a big bonus.
596                 // Otherwise assign a smaller bonus if the block square is defended.
597                 if (defendedSquares == squaresToQueen)
598                     k += 6;
599
600                 else if (defendedSquares & blockSq)
601                     k += 4;
602
603                 mbonus += k * rr, ebonus += k * rr;
604             }
605         } // rr != 0
606
607         if (pos.count<PAWN>(Us) < pos.count<PAWN>(Them))
608             ebonus += ebonus / 4;
609
610         score += make_score(mbonus, ebonus);
611     }
612
613     if (Trace)
614         Tracing::terms[Us][Tracing::PASSED] = apply_weight(score, Weights[PassedPawns]);
615
616     // Add the scores to the middlegame and endgame eval
617     return apply_weight(score, Weights[PassedPawns]);
618   }
619
620
621   // evaluate_unstoppable_pawns() scores the most advanced among the passed and
622   // candidate pawns. In case opponent has no pieces but pawns, this is somewhat
623   // related to the possibility that pawns are unstoppable.
624
625   Score evaluate_unstoppable_pawns(const Position& pos, Color us, const EvalInfo& ei) {
626
627     Bitboard b = ei.pi->passed_pawns(us) | ei.pi->candidate_pawns(us);
628
629     if (!b || pos.non_pawn_material(~us))
630         return SCORE_ZERO;
631
632     return Unstoppable * int(relative_rank(us, frontmost_sq(us, b)));
633   }
634
635
636   // evaluate_space() computes the space evaluation for a given side. The
637   // space evaluation is a simple bonus based on the number of safe squares
638   // available for minor pieces on the central four files on ranks 2--4. Safe
639   // squares one, two or three squares behind a friendly pawn are counted
640   // twice. Finally, the space bonus is scaled by a weight taken from the
641   // material hash table. The aim is to improve play on game opening.
642   template<Color Us>
643   int evaluate_space(const Position& pos, const EvalInfo& ei) {
644
645     const Color Them = (Us == WHITE ? BLACK : WHITE);
646
647     // Find the safe squares for our pieces inside the area defined by
648     // SpaceMask[]. A square is unsafe if it is attacked by an enemy
649     // pawn, or if it is undefended and attacked by an enemy piece.
650     Bitboard safe =   SpaceMask[Us]
651                    & ~pos.pieces(Us, PAWN)
652                    & ~ei.attackedBy[Them][PAWN]
653                    & (ei.attackedBy[Us][ALL_PIECES] | ~ei.attackedBy[Them][ALL_PIECES]);
654
655     // Find all squares which are at most three squares behind some friendly pawn
656     Bitboard behind = pos.pieces(Us, PAWN);
657     behind |= (Us == WHITE ? behind >>  8 : behind <<  8);
658     behind |= (Us == WHITE ? behind >> 16 : behind << 16);
659
660     // Since SpaceMask[Us] is fully on our half of the board
661     assert(unsigned(safe >> (Us == WHITE ? 32 : 0)) == 0);
662
663     // Count safe + (behind & safe) with a single popcount
664     return popcount<Full>((Us == WHITE ? safe << 32 : safe >> 32) | (behind & safe));
665   }
666
667
668   // do_evaluate() is the evaluation entry point, called directly from evaluate()
669
670   template<bool Trace>
671   Value do_evaluate(const Position& pos) {
672
673     assert(!pos.checkers());
674
675     EvalInfo ei;
676     Score score, mobility[2] = { SCORE_ZERO, SCORE_ZERO };
677     Thread* thisThread = pos.this_thread();
678
679     // Initialize score by reading the incrementally updated scores included
680     // in the position object (material + piece square tables) and adding a
681     // Tempo bonus. Score is computed from the point of view of white.
682     score = pos.psq_score() + (pos.side_to_move() == WHITE ? Tempo : -Tempo);
683
684     // Probe the material hash table
685     ei.mi = Material::probe(pos, thisThread->materialTable, thisThread->endgames);
686     score += ei.mi->material_value();
687
688     // If we have a specialized evaluation function for the current material
689     // configuration, call it and return.
690     if (ei.mi->specialized_eval_exists())
691         return ei.mi->evaluate(pos);
692
693     // Probe the pawn hash table
694     ei.pi = Pawns::probe(pos, thisThread->pawnsTable);
695     score += apply_weight(ei.pi->pawns_value(), Weights[PawnStructure]);
696
697     // Initialize attack and king safety bitboards
698     init_eval_info<WHITE>(pos, ei);
699     init_eval_info<BLACK>(pos, ei);
700
701     ei.attackedBy[WHITE][ALL_PIECES] |= ei.attackedBy[WHITE][KING];
702     ei.attackedBy[BLACK][ALL_PIECES] |= ei.attackedBy[BLACK][KING];
703
704     // Do not include in mobility squares protected by enemy pawns or occupied by our pawns or king
705     Bitboard mobilityArea[] = { ~(ei.attackedBy[BLACK][PAWN] | pos.pieces(WHITE, PAWN, KING)),
706                                 ~(ei.attackedBy[WHITE][PAWN] | pos.pieces(BLACK, PAWN, KING)) };
707
708     // Evaluate pieces and mobility
709     score += evaluate_pieces<KNIGHT, WHITE, Trace>(pos, ei, mobility, mobilityArea);
710     score += apply_weight(mobility[WHITE] - mobility[BLACK], Weights[Mobility]);
711
712     // Evaluate kings after all other pieces because we need complete attack
713     // information when computing the king safety evaluation.
714     score +=  evaluate_king<WHITE, Trace>(pos, ei)
715             - evaluate_king<BLACK, Trace>(pos, ei);
716
717     // Evaluate tactical threats, we need full attack information including king
718     score +=  evaluate_threats<WHITE, Trace>(pos, ei)
719             - evaluate_threats<BLACK, Trace>(pos, ei);
720
721     // Evaluate passed pawns, we need full attack information including king
722     score +=  evaluate_passed_pawns<WHITE, Trace>(pos, ei)
723             - evaluate_passed_pawns<BLACK, Trace>(pos, ei);
724
725     // If one side has only a king, score for potential unstoppable pawns
726     if (!pos.non_pawn_material(WHITE) || !pos.non_pawn_material(BLACK))
727         score +=  evaluate_unstoppable_pawns(pos, WHITE, ei)
728                 - evaluate_unstoppable_pawns(pos, BLACK, ei);
729
730     // Evaluate space for both sides, only in middlegame
731     if (ei.mi->space_weight())
732     {
733         int s = evaluate_space<WHITE>(pos, ei) - evaluate_space<BLACK>(pos, ei);
734         score += apply_weight(s * ei.mi->space_weight(), Weights[Space]);
735     }
736
737     // Scale winning side if position is more drawish than it appears
738     ScaleFactor sf = eg_value(score) > VALUE_DRAW ? ei.mi->scale_factor(pos, WHITE)
739                                                   : ei.mi->scale_factor(pos, BLACK);
740
741     // If we don't already have an unusual scale factor, check for opposite
742     // colored bishop endgames, and use a lower scale for those.
743     if (    ei.mi->game_phase() < PHASE_MIDGAME
744         &&  pos.opposite_bishops()
745         && (sf == SCALE_FACTOR_NORMAL || sf == SCALE_FACTOR_ONEPAWN))
746     {
747         // Ignoring any pawns, do both sides only have a single bishop and no
748         // other pieces?
749         if (   pos.non_pawn_material(WHITE) == BishopValueMg
750             && pos.non_pawn_material(BLACK) == BishopValueMg)
751         {
752             // Check for KBP vs KB with only a single pawn that is almost
753             // certainly a draw or at least two pawns.
754             bool one_pawn = (pos.count<PAWN>(WHITE) + pos.count<PAWN>(BLACK) == 1);
755             sf = one_pawn ? ScaleFactor(8) : ScaleFactor(32);
756         }
757         else
758             // Endgame with opposite-colored bishops, but also other pieces. Still
759             // a bit drawish, but not as drawish as with only the two bishops.
760              sf = ScaleFactor(50 * sf / SCALE_FACTOR_NORMAL);
761     }
762
763     // Interpolate between a middlegame and a (scaled by 'sf') endgame score
764     Value v =  mg_value(score) * int(ei.mi->game_phase())
765              + eg_value(score) * int(PHASE_MIDGAME - ei.mi->game_phase()) * sf / SCALE_FACTOR_NORMAL;
766
767     v /= int(PHASE_MIDGAME);
768
769     // In case of tracing add all single evaluation contributions for both white and black
770     if (Trace)
771     {
772         Tracing::add_term(Tracing::PST, pos.psq_score());
773         Tracing::add_term(Tracing::IMBALANCE, ei.mi->material_value());
774         Tracing::add_term(PAWN, ei.pi->pawns_value());
775         Tracing::add_term(Tracing::MOBILITY, apply_weight(mobility[WHITE], Weights[Mobility])
776                                            , apply_weight(mobility[BLACK], Weights[Mobility]));
777         Score w = ei.mi->space_weight() * evaluate_space<WHITE>(pos, ei);
778         Score b = ei.mi->space_weight() * evaluate_space<BLACK>(pos, ei);
779         Tracing::add_term(Tracing::SPACE, apply_weight(w, Weights[Space]), apply_weight(b, Weights[Space]));
780         Tracing::add_term(Tracing::TOTAL, score);
781         Tracing::ei = ei;
782         Tracing::sf = sf;
783     }
784
785     return pos.side_to_move() == WHITE ? v : -v;
786   }
787
788
789   // Tracing function definitions
790
791   double Tracing::to_cp(Value v) { return double(v) / PawnValueEg; }
792
793   void Tracing::add_term(int idx, Score wScore, Score bScore) {
794
795     terms[WHITE][idx] = wScore;
796     terms[BLACK][idx] = bScore;
797   }
798
799   void Tracing::format_row(std::stringstream& ss, const char* name, int idx) {
800
801     Score wScore = terms[WHITE][idx];
802     Score bScore = terms[BLACK][idx];
803
804     switch (idx) {
805     case PST: case IMBALANCE: case PAWN: case TOTAL:
806         ss << std::setw(20) << name << " |   ---   --- |   ---   --- | "
807            << std::setw(5)  << to_cp(mg_value(wScore - bScore)) << " "
808            << std::setw(5)  << to_cp(eg_value(wScore - bScore)) << " \n";
809         break;
810     default:
811         ss << std::setw(20) << name << " | " << std::noshowpos
812            << std::setw(5)  << to_cp(mg_value(wScore)) << " "
813            << std::setw(5)  << to_cp(eg_value(wScore)) << " | "
814            << std::setw(5)  << to_cp(mg_value(bScore)) << " "
815            << std::setw(5)  << to_cp(eg_value(bScore)) << " | "
816            << std::setw(5)  << to_cp(mg_value(wScore - bScore)) << " "
817            << std::setw(5)  << to_cp(eg_value(wScore - bScore)) << " \n";
818     }
819   }
820
821   std::string Tracing::do_trace(const Position& pos) {
822
823     std::memset(terms, 0, sizeof(terms));
824
825     Value v = do_evaluate<true>(pos);
826     v = pos.side_to_move() == WHITE ? v : -v; // White's point of view
827
828     std::stringstream ss;
829     ss << std::showpoint << std::noshowpos << std::fixed << std::setprecision(2)
830        << "           Eval term |    White    |    Black    |    Total    \n"
831        << "                     |   MG    EG  |   MG    EG  |   MG    EG  \n"
832        << "---------------------+-------------+-------------+-------------\n";
833
834     format_row(ss, "Material, PST, Tempo", PST);
835     format_row(ss, "Material imbalance", IMBALANCE);
836     format_row(ss, "Pawns", PAWN);
837     format_row(ss, "Knights", KNIGHT);
838     format_row(ss, "Bishops", BISHOP);
839     format_row(ss, "Rooks", ROOK);
840     format_row(ss, "Queens", QUEEN);
841     format_row(ss, "Mobility", MOBILITY);
842     format_row(ss, "King safety", KING);
843     format_row(ss, "Threats", THREAT);
844     format_row(ss, "Passed pawns", PASSED);
845     format_row(ss, "Space", SPACE);
846
847     ss << "---------------------+-------------+-------------+-------------\n";
848     format_row(ss, "Total", TOTAL);
849
850     ss << "\nTotal Evaluation: " << to_cp(v) << " (white side)\n";
851
852     return ss.str();
853   }
854
855 } // namespace
856
857
858 namespace Eval {
859
860   /// evaluate() is the main evaluation function. It returns a static evaluation
861   /// of the position always from the point of view of the side to move.
862
863   Value evaluate(const Position& pos) {
864     return do_evaluate<false>(pos);
865   }
866
867
868   /// trace() is like evaluate(), but instead of returning a value, it returns
869   /// a string (suitable for outputting to stdout) that contains the detailed
870   /// descriptions and values of each evaluation term. It's mainly used for
871   /// debugging.
872   std::string trace(const Position& pos) {
873     return Tracing::do_trace(pos);
874   }
875
876
877   /// init() computes evaluation weights from the corresponding UCI parameters
878   /// and setup king tables.
879
880   void init() {
881
882     const double MaxSlope = 30;
883     const double Peak = 1280;
884
885     for (int t = 0, i = 1; i < 100; ++i)
886     {
887         t = int(std::min(Peak, std::min(0.4 * i * i, t + MaxSlope)));
888
889         KingDanger[1][i] = apply_weight(make_score(t, 0), Weights[KingDangerUs]);
890         KingDanger[0][i] = apply_weight(make_score(t, 0), Weights[KingDangerThem]);
891     }
892   }
893
894 } // namespace Eval