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) 2008-2009 Marco Costalba
   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
  21 ////
  22 //// Includes
  23 ////
  24
  25 #include <cassert>
  26 #include <sstream>
  27 #include <map>
  28
  29 #include "material.h"
  30
  31 using namespace std;
  32
  33 ////
  34 //// Local definitions
  35 ////
  36
  37 namespace {
  38
  39   // Values modified by Joona Kiiski
  40   const Value BishopPairMidgameBonus = Value(109);
  41   const Value BishopPairEndgameBonus = Value(97);
  42
  43   // Polynomial material balance parameters
  44   const Value RedundantQueenPenalty = Value(320);
  45   const Value RedundantRookPenalty  = Value(554);
  46   const int LinearCoefficients[6]   = { 1709, -137, -1185, -166, 141, 59 };
  47
  48   const int QuadraticCoefficientsSameColor[][6] = {
  49   { 0, 0, 0, 0, 0, 0 }, { 33, -6, 0, 0, 0, 0 }, { 29, 269, -12, 0, 0, 0 },
  50   { 0, 19, -4, 0, 0, 0 }, { -35, -10, 40, 95, 50, 0 }, { 52, 23, 78, 144, -11, -33 } };
  51
  52   const int QuadraticCoefficientsOppositeColor[][6] = {
  53   { 0, 0, 0, 0, 0, 0 }, { -5, 0, 0, 0, 0, 0 }, { -33, 23, 0, 0, 0, 0 },
  54   { 17, 25, -3, 0, 0, 0 }, { 10, -2, -19, -67, 0, 0 }, { 69, 64, -41, 116, 137, 0 } };
  55
  56   // Unmapped endgame evaluation and scaling functions, these
  57   // are accessed direcly and not through the function maps.
  58   EvaluationFunction<KmmKm> EvaluateKmmKm(WHITE);
  59   EvaluationFunction<KXK>   EvaluateKXK(WHITE), EvaluateKKX(BLACK);
  60   ScalingFunction<KBPK>     ScaleKBPK(WHITE),   ScaleKKBP(BLACK);
  61   ScalingFunction<KQKRP>    ScaleKQKRP(WHITE),  ScaleKRPKQ(BLACK);
  62   ScalingFunction<KPsK>     ScaleKPsK(WHITE),   ScaleKKPs(BLACK);
  63   ScalingFunction<KPKP>     ScaleKPKPw(WHITE),  ScaleKPKPb(BLACK);
  64 }
  65
  66
  67 ////
  68 //// Classes
  69 ////
  70
  71 typedef EndgameEvaluationFunctionBase EF;
  72 typedef EndgameScalingFunctionBase SF;
  73
  74 /// See header for a class description. It is declared here to avoid
  75 /// to include <map> in the header file.
  76
  77 class EndgameFunctions {
  78 public:
  79   EndgameFunctions();
  80   ~EndgameFunctions();
  81   template<class T> T* get(Key key) const;
  82
  83 private:
  84   template<class T> void add(const string& keyCode);
  85
  86   static Key buildKey(const string& keyCode);
  87   static const string swapColors(const string& keyCode);
  88
  89   // Here we store two maps, one for evaluate and one for scaling
  90   pair<map<Key, EF*>, map<Key, SF*> > maps;
  91
  92   // Maps accessing functions for const and non-const references
  93   template<typename T> const map<Key, T*>& get() const { return maps.first; }
  94   template<typename T> map<Key, T*>& get() { return maps.first; }
  95 };
  96
  97 // Explicit specializations of a member function shall be declared in
  98 // the namespace of which the class template is a member.
  99 template<> const map<Key, SF*>&
 100 EndgameFunctions::get<SF>() const { return maps.second; }
 101
 102 template<> map<Key, SF*>&
 103 EndgameFunctions::get<SF>() { return maps.second; }
 104
 105
 106 ////
 107 //// Functions
 108 ////
 109
 110
 111 /// Constructor for the MaterialInfoTable class
 112
 113 MaterialInfoTable::MaterialInfoTable(unsigned int numOfEntries) {
 114
 115   size = numOfEntries;
 116   entries = new MaterialInfo[size];
 117   funcs = new EndgameFunctions();
 118   if (!entries || !funcs)
 119   {
 120       cerr << "Failed to allocate " << (numOfEntries * sizeof(MaterialInfo))
 121            << " bytes for material hash table." << endl;
 122       Application::exit_with_failure();
 123   }
 124 }
 125
 126
 127 /// Destructor for the MaterialInfoTable class
 128
 129 MaterialInfoTable::~MaterialInfoTable() {
 130
 131   delete funcs;
 132   delete [] entries;
 133 }
 134
 135
 136 /// MaterialInfoTable::get_material_info() takes a position object as input,
 137 /// computes or looks up a MaterialInfo object, and returns a pointer to it.
 138 /// If the material configuration is not already present in the table, it
 139 /// is stored there, so we don't have to recompute everything when the
 140 /// same material configuration occurs again.
 141
 142 MaterialInfo* MaterialInfoTable::get_material_info(const Position& pos) {
 143
 144   Key key = pos.get_material_key();
 145   int index = key & (size - 1);
 146   MaterialInfo* mi = entries + index;
 147
 148   // If mi->key matches the position's material hash key, it means that we
 149   // have analysed this material configuration before, and we can simply
 150   // return the information we found the last time instead of recomputing it.
 151   if (mi->key == key)
 152       return mi;
 153
 154   // Clear the MaterialInfo object, and set its key
 155   mi->clear();
 156   mi->key = key;
 157
 158   // Let's look if we have a specialized evaluation function for this
 159   // particular material configuration. First we look for a fixed
 160   // configuration one, then a generic one if previous search failed.
 161   if ((mi->evaluationFunction = funcs->get<EF>(key)) != NULL)
 162       return mi;
 163
 164   else if (   pos.non_pawn_material(BLACK) == Value(0)
 165            && pos.piece_count(BLACK, PAWN) == 0
 166            && pos.non_pawn_material(WHITE) >= RookValueMidgame)
 167   {
 168       mi->evaluationFunction = &EvaluateKXK;
 169       return mi;
 170   }
 171   else if (   pos.non_pawn_material(WHITE) == Value(0)
 172            && pos.piece_count(WHITE, PAWN) == 0
 173            && pos.non_pawn_material(BLACK) >= RookValueMidgame)
 174   {
 175       mi->evaluationFunction = &EvaluateKKX;
 176       return mi;
 177   }
 178   else if (   pos.pawns() == EmptyBoardBB
 179            && pos.rooks() == EmptyBoardBB
 180            && pos.queens() == EmptyBoardBB)
 181   {
 182       // Minor piece endgame with at least one minor piece per side,
 183       // and no pawns.
 184       assert(pos.knights(WHITE) | pos.bishops(WHITE));
 185       assert(pos.knights(BLACK) | pos.bishops(BLACK));
 186
 187       if (   pos.piece_count(WHITE, BISHOP) + pos.piece_count(WHITE, KNIGHT) <= 2
 188           && pos.piece_count(BLACK, BISHOP) + pos.piece_count(BLACK, KNIGHT) <= 2)
 189       {
 190           mi->evaluationFunction = &EvaluateKmmKm;
 191           return mi;
 192       }
 193   }
 194
 195   // OK, we didn't find any special evaluation function for the current
 196   // material configuration. Is there a suitable scaling function?
 197   //
 198   // The code below is rather messy, and it could easily get worse later,
 199   // if we decide to add more special cases. We face problems when there
 200   // are several conflicting applicable scaling functions and we need to
 201   // decide which one to use.
 202   SF* sf;
 203
 204   if ((sf = funcs->get<SF>(key)) != NULL)
 205   {
 206       mi->scalingFunction[sf->color()] = sf;
 207       return mi;
 208   }
 209
 210   if (   pos.non_pawn_material(WHITE) == BishopValueMidgame
 211       && pos.piece_count(WHITE, BISHOP) == 1
 212       && pos.piece_count(WHITE, PAWN) >= 1)
 213       mi->scalingFunction[WHITE] = &ScaleKBPK;
 214
 215   if (   pos.non_pawn_material(BLACK) == BishopValueMidgame
 216       && pos.piece_count(BLACK, BISHOP) == 1
 217       && pos.piece_count(BLACK, PAWN) >= 1)
 218       mi->scalingFunction[BLACK] = &ScaleKKBP;
 219
 220   if (   pos.piece_count(WHITE, PAWN) == 0
 221       && pos.non_pawn_material(WHITE) == QueenValueMidgame
 222       && pos.piece_count(WHITE, QUEEN) == 1
 223       && pos.piece_count(BLACK, ROOK) == 1
 224       && pos.piece_count(BLACK, PAWN) >= 1)
 225       mi->scalingFunction[WHITE] = &ScaleKQKRP;
 226
 227   else if (   pos.piece_count(BLACK, PAWN) == 0
 228            && pos.non_pawn_material(BLACK) == QueenValueMidgame
 229            && pos.piece_count(BLACK, QUEEN) == 1
 230            && pos.piece_count(WHITE, ROOK) == 1
 231            && pos.piece_count(WHITE, PAWN) >= 1)
 232       mi->scalingFunction[BLACK] = &ScaleKRPKQ;
 233
 234   if (pos.non_pawn_material(WHITE) + pos.non_pawn_material(BLACK) == Value(0))
 235   {
 236       if (pos.piece_count(BLACK, PAWN) == 0)
 237       {
 238           assert(pos.piece_count(WHITE, PAWN) >= 2);
 239           mi->scalingFunction[WHITE] = &ScaleKPsK;
 240       }
 241       else if (pos.piece_count(WHITE, PAWN) == 0)
 242       {
 243           assert(pos.piece_count(BLACK, PAWN) >= 2);
 244           mi->scalingFunction[BLACK] = &ScaleKKPs;
 245       }
 246       else if (pos.piece_count(WHITE, PAWN) == 1 && pos.piece_count(BLACK, PAWN) == 1)
 247       {
 248           mi->scalingFunction[WHITE] = &ScaleKPKPw;
 249           mi->scalingFunction[BLACK] = &ScaleKPKPb;
 250       }
 251   }
 252
 253   // Compute the space weight
 254   if (pos.non_pawn_material(WHITE) + pos.non_pawn_material(BLACK) >=
 255       2*QueenValueMidgame + 4*RookValueMidgame + 2*KnightValueMidgame)
 256   {
 257       int minorPieceCount =  pos.piece_count(WHITE, KNIGHT)
 258                            + pos.piece_count(BLACK, KNIGHT)
 259                            + pos.piece_count(WHITE, BISHOP)
 260                            + pos.piece_count(BLACK, BISHOP);
 261
 262       mi->spaceWeight = minorPieceCount * minorPieceCount;
 263   }
 264
 265   // Evaluate the material balance
 266   const int pieceCount[2][6] = { { pos.piece_count(WHITE, BISHOP) > 1, pos.piece_count(WHITE, PAWN), pos.piece_count(WHITE, KNIGHT),
 267                                    pos.piece_count(WHITE, BISHOP), pos.piece_count(WHITE, ROOK), pos.piece_count(WHITE, QUEEN) },
 268                                  { pos.piece_count(BLACK, BISHOP) > 1, pos.piece_count(BLACK, PAWN), pos.piece_count(BLACK, KNIGHT),
 269                                    pos.piece_count(BLACK, BISHOP), pos.piece_count(BLACK, ROOK), pos.piece_count(BLACK, QUEEN) } };
 270   Color c, them;
 271   int sign;
 272   int matValue = 0;
 273
 274   for (c = WHITE, sign = 1; c <= BLACK; c++, sign = -sign)
 275   {
 276     // No pawns makes it difficult to win, even with a material advantage
 277     if (   pos.piece_count(c, PAWN) == 0
 278         && pos.non_pawn_material(c) - pos.non_pawn_material(opposite_color(c)) <= BishopValueMidgame)
 279     {
 280         if (   pos.non_pawn_material(c) == pos.non_pawn_material(opposite_color(c))
 281             || pos.non_pawn_material(c) < RookValueMidgame)
 282             mi->factor[c] = 0;
 283         else
 284         {
 285             switch (pos.piece_count(c, BISHOP)) {
 286             case 2:
 287                 mi->factor[c] = 32;
 288                 break;
 289             case 1:
 290                 mi->factor[c] = 12;
 291                 break;
 292             case 0:
 293                 mi->factor[c] = 6;
 294                 break;
 295             }
 296         }
 297     }
 298
 299     // Redundancy of major pieces, formula based on Kaufman's paper
 300     // "The Evaluation of Material Imbalances in Chess"
 301     // http://mywebpages.comcast.net/danheisman/Articles/evaluation_of_material_imbalance.htm
 302     if (pieceCount[c][ROOK] >= 1)
 303         matValue -= sign * ((pieceCount[c][ROOK] - 1) * RedundantRookPenalty + pieceCount[c][QUEEN] * RedundantQueenPenalty);
 304
 305     // Second-degree polynomial material imbalance by Tord Romstad
 306     //
 307     // We use NO_PIECE_TYPE as a place holder for the bishop pair "extended piece",
 308     // this allow us to be more flexible in defining bishop pair bonuses.
 309     them = opposite_color(c);
 310     for (int pt1 = NO_PIECE_TYPE; pt1 <= QUEEN; pt1++)
 311     {
 312         int c1 = sign * pieceCount[c][pt1];
 313         if (!c1)
 314             continue;
 315
 316         matValue += c1 * LinearCoefficients[pt1];
 317
 318         for (int pt2 = NO_PIECE_TYPE; pt2 <= pt1; pt2++)
 319         {
 320             matValue += c1 * pieceCount[c][pt2] * QuadraticCoefficientsSameColor[pt1][pt2];
 321             matValue += c1 * pieceCount[them][pt2] * QuadraticCoefficientsOppositeColor[pt1][pt2];
 322         }
 323     }
 324   }
 325
 326   mi->value = int16_t(matValue / 16);
 327   return mi;
 328 }
 329
 330
 331 /// EndgameFunctions member definitions. This class is used to store the maps
 332 /// of end game and scaling functions that MaterialInfoTable will query for
 333 /// each key. The maps are constant and are populated only at construction,
 334 /// but are per-thread instead of globals to avoid expensive locks needed
 335 /// because std::map is not guaranteed to be thread-safe even if accessed
 336 /// only for a lookup.
 337
 338 EndgameFunctions::EndgameFunctions() {
 339
 340   add<EvaluationFunction<KNNK>  >("KNNK");
 341   add<EvaluationFunction<KPK>   >("KPK");
 342   add<EvaluationFunction<KBNK>  >("KBNK");
 343   add<EvaluationFunction<KRKP>  >("KRKP");
 344   add<EvaluationFunction<KRKB>  >("KRKB");
 345   add<EvaluationFunction<KRKN>  >("KRKN");
 346   add<EvaluationFunction<KQKR>  >("KQKR");
 347   add<EvaluationFunction<KBBKN> >("KBBKN");
 348
 349   add<ScalingFunction<KNPK>    >("KNPK");
 350   add<ScalingFunction<KRPKR>   >("KRPKR");
 351   add<ScalingFunction<KBPKB>   >("KBPKB");
 352   add<ScalingFunction<KBPPKB>  >("KBPPKB");
 353   add<ScalingFunction<KBPKN>   >("KBPKN");
 354   add<ScalingFunction<KRPPKRP> >("KRPPKRP");
 355   add<ScalingFunction<KRPPKRP> >("KRPPKRP");
 356 }
 357
 358 EndgameFunctions::~EndgameFunctions() {
 359
 360     for (map<Key, EF*>::iterator it = maps.first.begin(); it != maps.first.end(); ++it)
 361         delete (*it).second;
 362
 363     for (map<Key, SF*>::iterator it = maps.second.begin(); it != maps.second.end(); ++it)
 364         delete (*it).second;
 365 }
 366
 367 Key EndgameFunctions::buildKey(const string& keyCode) {
 368
 369     assert(keyCode.length() > 0 && keyCode[0] == 'K');
 370     assert(keyCode.length() < 8);
 371
 372     stringstream s;
 373     bool upcase = false;
 374
 375     // Build up a fen substring with the given pieces, note
 376     // that the fen string could be of an illegal position.
 377     for (size_t i = 0; i < keyCode.length(); i++)
 378     {
 379         if (keyCode[i] == 'K')
 380             upcase = !upcase;
 381
 382         s << char(upcase? toupper(keyCode[i]) : tolower(keyCode[i]));
 383     }
 384     s << 8 - keyCode.length() << "/8/8/8/8/8/8/8 w -";
 385     return Position(s.str()).get_material_key();
 386 }
 387
 388 const string EndgameFunctions::swapColors(const string& keyCode) {
 389
 390     // Build corresponding key for the opposite color: "KBPKN" -> "KNKBP"
 391     size_t idx = keyCode.find("K", 1);
 392     return keyCode.substr(idx) + keyCode.substr(0, idx);
 393 }
 394
 395 template<class T>
 396 void EndgameFunctions::add(const string& keyCode) {
 397
 398   typedef typename T::Base F;
 399
 400   get<F>().insert(pair<Key, F*>(buildKey(keyCode), new T(WHITE)));
 401   get<F>().insert(pair<Key, F*>(buildKey(swapColors(keyCode)), new T(BLACK)));
 402 }
 403
 404 template<class T>
 405 T* EndgameFunctions::get(Key key) const {
 406
 407   typename map<Key, T*>::const_iterator it(get<T>().find(key));
 408   return (it != get<T>().end() ? it->second : NULL);
 409 }