git.sesse.net Git - stockfish/blob - src/material.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 <algorithm>  // For std::min
  21 #include <cassert>
  22 #include <cstring>
  23
  24 #include "material.h"
  25
  26 using namespace std;
  27
  28 namespace {
  29
  30   // Values modified by Joona Kiiski
  31   const Value MidgameLimit = Value(15581);
  32   const Value EndgameLimit = Value(3998);
  33
  34   // Scale factors used when one side has no more pawns
  35   const int NoPawnsSF[4] = { 6, 12, 32 };
  36
  37   // Polynomial material balance parameters
  38
  39   //                                  pair  pawn knight bishop rook queen
  40   const int LinearCoefficients[6] = { 1852, -162, -1122, -183,  249, -52 };
  41
  42   const int QuadraticCoefficientsSameColor[][PIECE_TYPE_NB] = {
  43     // pair pawn knight bishop rook queen
  44     {   0                               }, // Bishop pair
  45     {  39,    2                         }, // Pawn
  46     {  35,  271,  -4                    }, // Knight
  47     {   0,  105,   4,    0              }, // Bishop
  48     { -27,   -2,  46,   100,  -141      }, // Rook
  49     {  58,   29,  83,   148,  -163,   0 }  // Queen
  50   };
  51
  52   const int QuadraticCoefficientsOppositeColor[][PIECE_TYPE_NB] = {
  53     //           THEIR PIECES
  54     // pair pawn knight bishop rook queen
  55     {   0                               }, // Bishop pair
  56     {  37,    0                         }, // Pawn
  57     {  10,   62,   0                    }, // Knight      OUR PIECES
  58     {  57,   64,  39,     0             }, // Bishop
  59     {  50,   40,  23,   -22,    0       }, // Rook
  60     { 106,  101,   3,   151,  171,    0 }  // Queen
  61   };
  62
  63   // Endgame evaluation and scaling functions accessed direcly and not through
  64   // the function maps because correspond to more then one material hash key.
  65   Endgame<KmmKm> EvaluateKmmKm[] = { Endgame<KmmKm>(WHITE), Endgame<KmmKm>(BLACK) };
  66   Endgame<KXK>   EvaluateKXK[]   = { Endgame<KXK>(WHITE),   Endgame<KXK>(BLACK) };
  67
  68   Endgame<KBPsK>  ScaleKBPsK[]  = { Endgame<KBPsK>(WHITE),  Endgame<KBPsK>(BLACK) };
  69   Endgame<KQKRPs> ScaleKQKRPs[] = { Endgame<KQKRPs>(WHITE), Endgame<KQKRPs>(BLACK) };
  70   Endgame<KPsK>   ScaleKPsK[]   = { Endgame<KPsK>(WHITE),   Endgame<KPsK>(BLACK) };
  71   Endgame<KPKP>   ScaleKPKP[]   = { Endgame<KPKP>(WHITE),   Endgame<KPKP>(BLACK) };
  72
  73   // Helper templates used to detect a given material distribution
  74   template<Color Us> bool is_KXK(const Position& pos) {
  75     const Color Them = (Us == WHITE ? BLACK : WHITE);
  76     return  !pos.count<PAWN>(Them)
  77           && pos.non_pawn_material(Them) == VALUE_ZERO
  78           && pos.non_pawn_material(Us) >= RookValueMg;
  79   }
  80
  81   template<Color Us> bool is_KBPsKs(const Position& pos) {
  82     return   pos.non_pawn_material(Us) == BishopValueMg
  83           && pos.count<BISHOP>(Us) == 1
  84           && pos.count<PAWN  >(Us) >= 1;
  85   }
  86
  87   template<Color Us> bool is_KQKRPs(const Position& pos) {
  88     const Color Them = (Us == WHITE ? BLACK : WHITE);
  89     return  !pos.count<PAWN>(Us)
  90           && pos.non_pawn_material(Us) == QueenValueMg
  91           && pos.count<QUEEN>(Us)  == 1
  92           && pos.count<ROOK>(Them) == 1
  93           && pos.count<PAWN>(Them) >= 1;
  94   }
  95
  96   /// imbalance() calculates imbalance comparing piece count of each
  97   /// piece type for both colors.
  98
  99   template<Color Us>
 100   int imbalance(const int pieceCount[][PIECE_TYPE_NB]) {
 101
 102     const Color Them = (Us == WHITE ? BLACK : WHITE);
 103
 104     int pt1, pt2, pc, v;
 105     int value = 0;
 106
 107     // Second-degree polynomial material imbalance by Tord Romstad
 108     for (pt1 = NO_PIECE_TYPE; pt1 <= QUEEN; ++pt1)
 109     {
 110         pc = pieceCount[Us][pt1];
 111         if (!pc)
 112             continue;
 113
 114         v = LinearCoefficients[pt1];
 115
 116         for (pt2 = NO_PIECE_TYPE; pt2 <= pt1; ++pt2)
 117             v +=  QuadraticCoefficientsSameColor[pt1][pt2] * pieceCount[Us][pt2]
 118                 + QuadraticCoefficientsOppositeColor[pt1][pt2] * pieceCount[Them][pt2];
 119
 120         value += pc * v;
 121     }
 122     return value;
 123   }
 124
 125 } // namespace
 126
 127 namespace Material {
 128
 129 /// Material::probe() takes a position object as input, looks up a MaterialEntry
 130 /// object, and returns a pointer to it. If the material configuration is not
 131 /// already present in the table, it is computed and stored there, so we don't
 132 /// have to recompute everything when the same material configuration occurs again.
 133
 134 Entry* probe(const Position& pos, Table& entries, Endgames& endgames) {
 135
 136   Key key = pos.material_key();
 137   Entry* e = entries[key];
 138
 139   // If e->key matches the position's material hash key, it means that we
 140   // have analysed this material configuration before, and we can simply
 141   // return the information we found the last time instead of recomputing it.
 142   if (e->key == key)
 143       return e;
 144
 145   std::memset(e, 0, sizeof(Entry));
 146   e->key = key;
 147   e->factor[WHITE] = e->factor[BLACK] = (uint8_t)SCALE_FACTOR_NORMAL;
 148   e->gamePhase = game_phase(pos);
 149
 150   // Let's look if we have a specialized evaluation function for this
 151   // particular material configuration. First we look for a fixed
 152   // configuration one, then a generic one if previous search failed.
 153   if (endgames.probe(key, e->evaluationFunction))
 154       return e;
 155
 156   if (is_KXK<WHITE>(pos))
 157   {
 158       e->evaluationFunction = &EvaluateKXK[WHITE];
 159       return e;
 160   }
 161
 162   if (is_KXK<BLACK>(pos))
 163   {
 164       e->evaluationFunction = &EvaluateKXK[BLACK];
 165       return e;
 166   }
 167
 168   if (!pos.pieces(PAWN) && !pos.pieces(ROOK) && !pos.pieces(QUEEN))
 169   {
 170       // Minor piece endgame with at least one minor piece per side and
 171       // no pawns. Note that the case KmmK is already handled by KXK.
 172       assert((pos.pieces(WHITE, KNIGHT) | pos.pieces(WHITE, BISHOP)));
 173       assert((pos.pieces(BLACK, KNIGHT) | pos.pieces(BLACK, BISHOP)));
 174
 175       if (   pos.count<BISHOP>(WHITE) + pos.count<KNIGHT>(WHITE) <= 2
 176           && pos.count<BISHOP>(BLACK) + pos.count<KNIGHT>(BLACK) <= 2)
 177       {
 178           e->evaluationFunction = &EvaluateKmmKm[pos.side_to_move()];
 179           return e;
 180       }
 181   }
 182
 183   // OK, we didn't find any special evaluation function for the current
 184   // material configuration. Is there a suitable scaling function?
 185   //
 186   // We face problems when there are several conflicting applicable
 187   // scaling functions and we need to decide which one to use.
 188   EndgameBase<ScaleFactor>* sf;
 189
 190   if (endgames.probe(key, sf))
 191   {
 192       e->scalingFunction[sf->color()] = sf;
 193       return e;
 194   }
 195
 196   // Generic scaling functions that refer to more then one material
 197   // distribution. Should be probed after the specialized ones.
 198   // Note that these ones don't return after setting the function.
 199   if (is_KBPsKs<WHITE>(pos))
 200       e->scalingFunction[WHITE] = &ScaleKBPsK[WHITE];
 201
 202   if (is_KBPsKs<BLACK>(pos))
 203       e->scalingFunction[BLACK] = &ScaleKBPsK[BLACK];
 204
 205   if (is_KQKRPs<WHITE>(pos))
 206       e->scalingFunction[WHITE] = &ScaleKQKRPs[WHITE];
 207
 208   else if (is_KQKRPs<BLACK>(pos))
 209       e->scalingFunction[BLACK] = &ScaleKQKRPs[BLACK];
 210
 211   Value npm_w = pos.non_pawn_material(WHITE);
 212   Value npm_b = pos.non_pawn_material(BLACK);
 213
 214   if (npm_w + npm_b == VALUE_ZERO)
 215   {
 216       if (!pos.count<PAWN>(BLACK))
 217       {
 218           assert(pos.count<PAWN>(WHITE) >= 2);
 219           e->scalingFunction[WHITE] = &ScaleKPsK[WHITE];
 220       }
 221       else if (!pos.count<PAWN>(WHITE))
 222       {
 223           assert(pos.count<PAWN>(BLACK) >= 2);
 224           e->scalingFunction[BLACK] = &ScaleKPsK[BLACK];
 225       }
 226       else if (pos.count<PAWN>(WHITE) == 1 && pos.count<PAWN>(BLACK) == 1)
 227       {
 228           // This is a special case because we set scaling functions
 229           // for both colors instead of only one.
 230           e->scalingFunction[WHITE] = &ScaleKPKP[WHITE];
 231           e->scalingFunction[BLACK] = &ScaleKPKP[BLACK];
 232       }
 233   }
 234
 235   // No pawns makes it difficult to win, even with a material advantage. This
 236   // catches some trivial draws like KK, KBK and KNK
 237   if (!pos.count<PAWN>(WHITE) && npm_w - npm_b <= BishopValueMg)
 238   {
 239       e->factor[WHITE] = (uint8_t)
 240       (npm_w == npm_b || npm_w < RookValueMg ? 0 : NoPawnsSF[std::min(pos.count<BISHOP>(WHITE), 2)]);
 241   }
 242
 243   if (!pos.count<PAWN>(BLACK) && npm_b - npm_w <= BishopValueMg)
 244   {
 245       e->factor[BLACK] = (uint8_t)
 246       (npm_w == npm_b || npm_b < RookValueMg ? 0 : NoPawnsSF[std::min(pos.count<BISHOP>(BLACK), 2)]);
 247   }
 248
 249   // Compute the space weight
 250   if (npm_w + npm_b >= 2 * QueenValueMg + 4 * RookValueMg + 2 * KnightValueMg)
 251   {
 252       int minorPieceCount =  pos.count<KNIGHT>(WHITE) + pos.count<BISHOP>(WHITE)
 253                            + pos.count<KNIGHT>(BLACK) + pos.count<BISHOP>(BLACK);
 254
 255       e->spaceWeight = make_score(minorPieceCount * minorPieceCount, 0);
 256   }
 257
 258   // Evaluate the material imbalance. We use PIECE_TYPE_NONE as a place holder
 259   // for the bishop pair "extended piece", this allow us to be more flexible
 260   // in defining bishop pair bonuses.
 261   const int pieceCount[COLOR_NB][PIECE_TYPE_NB] = {
 262   { pos.count<BISHOP>(WHITE) > 1, pos.count<PAWN>(WHITE), pos.count<KNIGHT>(WHITE),
 263     pos.count<BISHOP>(WHITE)    , pos.count<ROOK>(WHITE), pos.count<QUEEN >(WHITE) },
 264   { pos.count<BISHOP>(BLACK) > 1, pos.count<PAWN>(BLACK), pos.count<KNIGHT>(BLACK),
 265     pos.count<BISHOP>(BLACK)    , pos.count<ROOK>(BLACK), pos.count<QUEEN >(BLACK) } };
 266
 267   e->value = (int16_t)((imbalance<WHITE>(pieceCount) - imbalance<BLACK>(pieceCount)) / 16);
 268   return e;
 269 }
 270
 271
 272 /// Material::game_phase() calculates the phase given the current
 273 /// position. Because the phase is strictly a function of the material, it
 274 /// is stored in MaterialEntry.
 275
 276 Phase game_phase(const Position& pos) {
 277
 278   Value npm = pos.non_pawn_material(WHITE) + pos.non_pawn_material(BLACK);
 279
 280   return  npm >= MidgameLimit ? PHASE_MIDGAME
 281         : npm <= EndgameLimit ? PHASE_ENDGAME
 282         : Phase(((npm - EndgameLimit) * 128) / (MidgameLimit - EndgameLimit));
 283 }
 284
 285 } // namespace Material