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) 2008-2010 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 <cstring>
  22
  23 #include "material.h"
  24
  25 using namespace std;
  26
  27 namespace {
  28
  29   // Values modified by Joona Kiiski
  30   const Value MidgameLimit = Value(15581);
  31   const Value EndgameLimit = Value(3998);
  32
  33   // Scale factors used when one side has no more pawns
  34   const int NoPawnsSF[4] = { 6, 12, 32 };
  35
  36   // Polynomial material balance parameters
  37   const Value RedundantQueenPenalty = Value(320);
  38   const Value RedundantRookPenalty  = Value(554);
  39
  40   const int LinearCoefficients[6] = { 1617, -162, -1172, -190, 105, 26 };
  41
  42   const int QuadraticCoefficientsSameColor[][8] = {
  43   { 7, 7, 7, 7, 7, 7 }, { 39, 2, 7, 7, 7, 7 }, { 35, 271, -4, 7, 7, 7 },
  44   { 7, 25, 4, 7, 7, 7 }, { -27, -2, 46, 100, 56, 7 }, { 58, 29, 83, 148, -3, -25 } };
  45
  46   const int QuadraticCoefficientsOppositeColor[][8] = {
  47   { 41, 41, 41, 41, 41, 41 }, { 37, 41, 41, 41, 41, 41 }, { 10, 62, 41, 41, 41, 41 },
  48   { 57, 64, 39, 41, 41, 41 }, { 50, 40, 23, -22, 41, 41 }, { 106, 101, 3, 151, 171, 41 } };
  49
  50   // Endgame evaluation and scaling functions accessed direcly and not through
  51   // the function maps because correspond to more then one material hash key.
  52   Endgame<Value, KmmKm> EvaluateKmmKm[] = { Endgame<Value, KmmKm>(WHITE), Endgame<Value, KmmKm>(BLACK) };
  53   Endgame<Value, KXK>   EvaluateKXK[]   = { Endgame<Value, KXK>(WHITE),   Endgame<Value, KXK>(BLACK) };
  54
  55   Endgame<ScaleFactor, KBPsK>  ScaleKBPsK[]  = { Endgame<ScaleFactor, KBPsK>(WHITE),  Endgame<ScaleFactor, KBPsK>(BLACK) };
  56   Endgame<ScaleFactor, KQKRPs> ScaleKQKRPs[] = { Endgame<ScaleFactor, KQKRPs>(WHITE), Endgame<ScaleFactor, KQKRPs>(BLACK) };
  57   Endgame<ScaleFactor, KPsK>   ScaleKPsK[]   = { Endgame<ScaleFactor, KPsK>(WHITE),   Endgame<ScaleFactor, KPsK>(BLACK) };
  58   Endgame<ScaleFactor, KPKP>   ScaleKPKP[]   = { Endgame<ScaleFactor, KPKP>(WHITE),   Endgame<ScaleFactor, KPKP>(BLACK) };
  59
  60   // Helper templates used to detect a given material distribution
  61   template<Color Us> bool is_KXK(const Position& pos) {
  62     const Color Them = (Us == WHITE ? BLACK : WHITE);
  63     return   pos.non_pawn_material(Them) == VALUE_ZERO
  64           && pos.piece_count(Them, PAWN) == 0
  65           && pos.non_pawn_material(Us)   >= RookValueMidgame;
  66   }
  67
  68   template<Color Us> bool is_KBPsKs(const Position& pos) {
  69     return   pos.non_pawn_material(Us)   == BishopValueMidgame
  70           && pos.piece_count(Us, BISHOP) == 1
  71           && pos.piece_count(Us, PAWN)   >= 1;
  72   }
  73
  74   template<Color Us> bool is_KQKRPs(const Position& pos) {
  75     const Color Them = (Us == WHITE ? BLACK : WHITE);
  76     return   pos.piece_count(Us, PAWN)    == 0
  77           && pos.non_pawn_material(Us)    == QueenValueMidgame
  78           && pos.piece_count(Us, QUEEN)   == 1
  79           && pos.piece_count(Them, ROOK)  == 1
  80           && pos.piece_count(Them, PAWN)  >= 1;
  81   }
  82
  83 } // namespace
  84
  85
  86 /// MaterialInfoTable c'tor and d'tor allocate and free the space for Endgames
  87
  88 void MaterialInfoTable::init() { Base::init(); if (!funcs) funcs = new Endgames(); }
  89 MaterialInfoTable::~MaterialInfoTable() { delete funcs; }
  90
  91
  92 /// MaterialInfoTable::get_material_info() takes a position object as input,
  93 /// computes or looks up a MaterialInfo object, and returns a pointer to it.
  94 /// If the material configuration is not already present in the table, it
  95 /// is stored there, so we don't have to recompute everything when the
  96 /// same material configuration occurs again.
  97
  98 MaterialInfo* MaterialInfoTable::get_material_info(const Position& pos) const {
  99
 100   Key key = pos.get_material_key();
 101   MaterialInfo* mi = probe(key);
 102
 103   // If mi->key matches the position's material hash key, it means that we
 104   // have analysed this material configuration before, and we can simply
 105   // return the information we found the last time instead of recomputing it.
 106   if (mi->key == key)
 107       return mi;
 108
 109   // Initialize MaterialInfo entry
 110   memset(mi, 0, sizeof(MaterialInfo));
 111   mi->key = key;
 112   mi->factor[WHITE] = mi->factor[BLACK] = (uint8_t)SCALE_FACTOR_NORMAL;
 113
 114   // Store game phase
 115   mi->gamePhase = MaterialInfoTable::game_phase(pos);
 116
 117   // Let's look if we have a specialized evaluation function for this
 118   // particular material configuration. First we look for a fixed
 119   // configuration one, then a generic one if previous search failed.
 120   if ((mi->evaluationFunction = funcs->get<EndgameBase<Value> >(key)) != NULL)
 121       return mi;
 122
 123   if (is_KXK<WHITE>(pos))
 124   {
 125       mi->evaluationFunction = &EvaluateKXK[WHITE];
 126       return mi;
 127   }
 128
 129   if (is_KXK<BLACK>(pos))
 130   {
 131       mi->evaluationFunction = &EvaluateKXK[BLACK];
 132       return mi;
 133   }
 134
 135   if (!pos.pieces(PAWN) && !pos.pieces(ROOK) && !pos.pieces(QUEEN))
 136   {
 137       // Minor piece endgame with at least one minor piece per side and
 138       // no pawns. Note that the case KmmK is already handled by KXK.
 139       assert((pos.pieces(KNIGHT, WHITE) | pos.pieces(BISHOP, WHITE)));
 140       assert((pos.pieces(KNIGHT, BLACK) | pos.pieces(BISHOP, BLACK)));
 141
 142       if (   pos.piece_count(WHITE, BISHOP) + pos.piece_count(WHITE, KNIGHT) <= 2
 143           && pos.piece_count(BLACK, BISHOP) + pos.piece_count(BLACK, KNIGHT) <= 2)
 144       {
 145           mi->evaluationFunction = &EvaluateKmmKm[WHITE];
 146           return mi;
 147       }
 148   }
 149
 150   // OK, we didn't find any special evaluation function for the current
 151   // material configuration. Is there a suitable scaling function?
 152   //
 153   // We face problems when there are several conflicting applicable
 154   // scaling functions and we need to decide which one to use.
 155   EndgameBase<ScaleFactor>* sf;
 156
 157   if ((sf = funcs->get<EndgameBase<ScaleFactor> >(key)) != NULL)
 158   {
 159       mi->scalingFunction[sf->color()] = sf;
 160       return mi;
 161   }
 162
 163   // Generic scaling functions that refer to more then one material
 164   // distribution. Should be probed after the specialized ones.
 165   // Note that these ones don't return after setting the function.
 166   if (is_KBPsKs<WHITE>(pos))
 167       mi->scalingFunction[WHITE] = &ScaleKBPsK[WHITE];
 168
 169   if (is_KBPsKs<BLACK>(pos))
 170       mi->scalingFunction[BLACK] = &ScaleKBPsK[BLACK];
 171
 172   if (is_KQKRPs<WHITE>(pos))
 173       mi->scalingFunction[WHITE] = &ScaleKQKRPs[WHITE];
 174
 175   else if (is_KQKRPs<BLACK>(pos))
 176       mi->scalingFunction[BLACK] = &ScaleKQKRPs[BLACK];
 177
 178   Value npm_w = pos.non_pawn_material(WHITE);
 179   Value npm_b = pos.non_pawn_material(BLACK);
 180
 181   if (npm_w + npm_b == VALUE_ZERO)
 182   {
 183       if (pos.piece_count(BLACK, PAWN) == 0)
 184       {
 185           assert(pos.piece_count(WHITE, PAWN) >= 2);
 186           mi->scalingFunction[WHITE] = &ScaleKPsK[WHITE];
 187       }
 188       else if (pos.piece_count(WHITE, PAWN) == 0)
 189       {
 190           assert(pos.piece_count(BLACK, PAWN) >= 2);
 191           mi->scalingFunction[BLACK] = &ScaleKPsK[BLACK];
 192       }
 193       else if (pos.piece_count(WHITE, PAWN) == 1 && pos.piece_count(BLACK, PAWN) == 1)
 194       {
 195           // This is a special case because we set scaling functions
 196           // for both colors instead of only one.
 197           mi->scalingFunction[WHITE] = &ScaleKPKP[WHITE];
 198           mi->scalingFunction[BLACK] = &ScaleKPKP[BLACK];
 199       }
 200   }
 201
 202   // No pawns makes it difficult to win, even with a material advantage
 203   if (pos.piece_count(WHITE, PAWN) == 0 && npm_w - npm_b <= BishopValueMidgame)
 204   {
 205       mi->factor[WHITE] = uint8_t
 206       (npm_w == npm_b || npm_w < RookValueMidgame ? 0 : NoPawnsSF[Min(pos.piece_count(WHITE, BISHOP), 2)]);
 207   }
 208
 209   if (pos.piece_count(BLACK, PAWN) == 0 && npm_b - npm_w <= BishopValueMidgame)
 210   {
 211       mi->factor[BLACK] = uint8_t
 212       (npm_w == npm_b || npm_b < RookValueMidgame ? 0 : NoPawnsSF[Min(pos.piece_count(BLACK, BISHOP), 2)]);
 213   }
 214
 215   // Compute the space weight
 216   if (npm_w + npm_b >= 2 * QueenValueMidgame + 4 * RookValueMidgame + 2 * KnightValueMidgame)
 217   {
 218       int minorPieceCount =  pos.piece_count(WHITE, KNIGHT) + pos.piece_count(WHITE, BISHOP)
 219                            + pos.piece_count(BLACK, KNIGHT) + pos.piece_count(BLACK, BISHOP);
 220
 221       mi->spaceWeight = minorPieceCount * minorPieceCount;
 222   }
 223
 224   // Evaluate the material imbalance. We use PIECE_TYPE_NONE as a place holder
 225   // for the bishop pair "extended piece", this allow us to be more flexible
 226   // in defining bishop pair bonuses.
 227   const int pieceCount[2][8] = {
 228   { pos.piece_count(WHITE, BISHOP) > 1, pos.piece_count(WHITE, PAWN), pos.piece_count(WHITE, KNIGHT),
 229     pos.piece_count(WHITE, BISHOP)    , pos.piece_count(WHITE, ROOK), pos.piece_count(WHITE, QUEEN) },
 230   { pos.piece_count(BLACK, BISHOP) > 1, pos.piece_count(BLACK, PAWN), pos.piece_count(BLACK, KNIGHT),
 231     pos.piece_count(BLACK, BISHOP)    , pos.piece_count(BLACK, ROOK), pos.piece_count(BLACK, QUEEN) } };
 232
 233   mi->value = int16_t((imbalance<WHITE>(pieceCount) - imbalance<BLACK>(pieceCount)) / 16);
 234   return mi;
 235 }
 236
 237
 238 /// MaterialInfoTable::imbalance() calculates imbalance comparing piece count of each
 239 /// piece type for both colors.
 240
 241 template<Color Us>
 242 int MaterialInfoTable::imbalance(const int pieceCount[][8]) {
 243
 244   const Color Them = (Us == WHITE ? BLACK : WHITE);
 245
 246   int pt1, pt2, pc, v;
 247   int value = 0;
 248
 249   // Redundancy of major pieces, formula based on Kaufman's paper
 250   // "The Evaluation of Material Imbalances in Chess"
 251   if (pieceCount[Us][ROOK] > 0)
 252       value -=  RedundantRookPenalty * (pieceCount[Us][ROOK] - 1)
 253               + RedundantQueenPenalty * pieceCount[Us][QUEEN];
 254
 255   // Second-degree polynomial material imbalance by Tord Romstad
 256   for (pt1 = PIECE_TYPE_NONE; pt1 <= QUEEN; pt1++)
 257   {
 258       pc = pieceCount[Us][pt1];
 259       if (!pc)
 260           continue;
 261
 262       v = LinearCoefficients[pt1];
 263
 264       for (pt2 = PIECE_TYPE_NONE; pt2 <= pt1; pt2++)
 265           v +=  QuadraticCoefficientsSameColor[pt1][pt2] * pieceCount[Us][pt2]
 266               + QuadraticCoefficientsOppositeColor[pt1][pt2] * pieceCount[Them][pt2];
 267
 268       value += pc * v;
 269   }
 270   return value;
 271 }
 272
 273
 274 /// MaterialInfoTable::game_phase() calculates the phase given the current
 275 /// position. Because the phase is strictly a function of the material, it
 276 /// is stored in MaterialInfo.
 277
 278 Phase MaterialInfoTable::game_phase(const Position& pos) {
 279
 280   Value npm = pos.non_pawn_material(WHITE) + pos.non_pawn_material(BLACK);
 281
 282   return  npm >= MidgameLimit ? PHASE_MIDGAME
 283         : npm <= EndgameLimit ? PHASE_ENDGAME
 284         : Phase(((npm - EndgameLimit) * 128) / (MidgameLimit - EndgameLimit));
 285 }