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 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 <map>
  27
  28 #include "material.h"
  29
  30
  31 ////
  32 //// Local definitions
  33 ////
  34
  35 namespace {
  36
  37   const Value BishopPairMidgameBonus = Value(100);
  38   const Value BishopPairEndgameBonus = Value(100);
  39
  40   Key KNNKMaterialKey, KKNNMaterialKey;
  41
  42   struct ScalingInfo
  43   {
  44       Color col;
  45       ScalingFunction* fun;
  46   };
  47
  48   std::map<Key, EndgameEvaluationFunction*> EEFmap;
  49   std::map<Key, ScalingInfo> ESFmap;
  50
  51   void add(Key k, EndgameEvaluationFunction* f) {
  52
  53       EEFmap.insert(std::pair<Key, EndgameEvaluationFunction*>(k, f));
  54   }
  55
  56   void add(Key k, Color c, ScalingFunction* f) {
  57
  58       ScalingInfo s = {c, f};
  59       ESFmap.insert(std::pair<Key, ScalingInfo>(k, s));
  60   }
  61
  62 }
  63
  64
  65 ////
  66 //// Functions
  67 ////
  68
  69 /// MaterialInfo::init() is called during program initialization. It
  70 /// precomputes material hash keys for a few basic endgames, in order
  71 /// to make it easy to recognize such endgames when they occur.
  72
  73 void MaterialInfo::init() {
  74
  75   typedef Key ZM[2][8][16];
  76   const ZM& z = Position::zobMaterial;
  77
  78   static const Color W = WHITE;
  79   static const Color B = BLACK;
  80
  81   KNNKMaterialKey = z[W][KNIGHT][1] ^ z[W][KNIGHT][2];
  82   KKNNMaterialKey = z[B][KNIGHT][1] ^ z[B][KNIGHT][2];
  83
  84   add(z[W][PAWN][1], &EvaluateKPK);
  85   add(z[B][PAWN][1], &EvaluateKKP);
  86
  87   add(z[W][BISHOP][1] ^ z[W][KNIGHT][1], &EvaluateKBNK);
  88   add(z[B][BISHOP][1] ^ z[B][KNIGHT][1], &EvaluateKKBN);
  89   add(z[W][ROOK][1]   ^ z[B][PAWN][1],   &EvaluateKRKP);
  90   add(z[W][PAWN][1]   ^ z[B][ROOK][1],   &EvaluateKPKR);
  91   add(z[W][ROOK][1]   ^ z[B][BISHOP][1], &EvaluateKRKB);
  92   add(z[W][BISHOP][1] ^ z[B][ROOK][1],   &EvaluateKBKR);
  93   add(z[W][ROOK][1]   ^ z[B][KNIGHT][1], &EvaluateKRKN);
  94   add(z[W][KNIGHT][1] ^ z[B][ROOK][1],   &EvaluateKNKR);
  95   add(z[W][QUEEN][1]  ^ z[B][ROOK][1],   &EvaluateKQKR);
  96   add(z[W][ROOK][1]   ^ z[B][QUEEN][1],  &EvaluateKRKQ);
  97
  98   add(z[W][KNIGHT][1] ^ z[W][PAWN][1], W, &ScaleKNPK);
  99   add(z[B][KNIGHT][1] ^ z[B][PAWN][1], B, &ScaleKKNP);
 100
 101   add(z[W][ROOK][1]   ^ z[W][PAWN][1]   ^ z[B][ROOK][1]  , W, &ScaleKRPKR);
 102   add(z[W][ROOK][1]   ^ z[B][ROOK][1]   ^ z[B][PAWN][1]  , B, &ScaleKRKRP);
 103   add(z[W][BISHOP][1] ^ z[W][PAWN][1]   ^ z[B][BISHOP][1], W, &ScaleKBPKB);
 104   add(z[W][BISHOP][1] ^ z[B][BISHOP][1] ^ z[B][PAWN][1]  , B, &ScaleKBKBP);
 105   add(z[W][BISHOP][1] ^ z[W][PAWN][1]   ^ z[B][KNIGHT][1], W, &ScaleKBPKN);
 106   add(z[W][KNIGHT][1] ^ z[B][BISHOP][1] ^ z[B][PAWN][1]  , B, &ScaleKNKBP);
 107
 108   add(z[W][ROOK][1] ^ z[W][PAWN][1] ^ z[W][PAWN][2] ^ z[B][ROOK][1] ^ z[B][PAWN][1], W, &ScaleKRPPKRP);
 109   add(z[W][ROOK][1] ^ z[W][PAWN][1] ^ z[B][ROOK][1] ^ z[B][PAWN][1] ^ z[B][PAWN][2], B, &ScaleKRPKRPP);
 110 }
 111
 112
 113 /// Constructor for the MaterialInfoTable class
 114
 115 MaterialInfoTable::MaterialInfoTable(unsigned int numOfEntries) {
 116
 117   size = numOfEntries;
 118   entries = new MaterialInfo[size];
 119   if (!entries)
 120   {
 121       std::cerr << "Failed to allocate " << (numOfEntries * sizeof(MaterialInfo))
 122                 << " bytes for material hash table." << std::endl;
 123       exit(EXIT_FAILURE);
 124   }
 125   clear();
 126 }
 127
 128
 129 /// Destructor for the MaterialInfoTable class
 130
 131 MaterialInfoTable::~MaterialInfoTable() {
 132
 133   delete [] entries;
 134 }
 135
 136
 137 /// MaterialInfoTable::clear() clears a material hash table by setting
 138 /// all entries to 0.
 139
 140 void MaterialInfoTable::clear() {
 141
 142   memset(entries, 0, size * sizeof(MaterialInfo));
 143 }
 144
 145
 146 /// MaterialInfoTable::get_material_info() takes a position object as input,
 147 /// computes or looks up a MaterialInfo object, and returns a pointer to it.
 148 /// If the material configuration is not already present in the table, it
 149 /// is stored there, so we don't have to recompute everything when the
 150 /// same material configuration occurs again.
 151
 152 MaterialInfo *MaterialInfoTable::get_material_info(const Position& pos) {
 153
 154   Key key = pos.get_material_key();
 155   int index = key & (size - 1);
 156   MaterialInfo* mi = entries + index;
 157
 158   // If mi->key matches the position's material hash key, it means that we
 159   // have analysed this material configuration before, and we can simply
 160   // return the information we found the last time instead of recomputing it:
 161   if(mi->key == key)
 162     return mi;
 163
 164   // Clear the MaterialInfo object, and set its key:
 165   mi->clear();
 166   mi->key = key;
 167
 168   // A special case before looking for a specialized evaluation function
 169   // KNN vs K is a draw
 170   if (key == KNNKMaterialKey || key == KKNNMaterialKey)
 171   {
 172     mi->factor[WHITE] = mi->factor[BLACK] = 0;
 173     return mi;
 174   }
 175
 176   // Let's look if we have a specialized evaluation function for this
 177   // particular material configuration
 178   if (EEFmap.find(key) != EEFmap.end())
 179   {
 180       mi->evaluationFunction = EEFmap[key];
 181       return mi;
 182   }
 183   else if (   pos.non_pawn_material(BLACK) == Value(0)
 184            && pos.piece_count(BLACK, PAWN) == 0
 185            && pos.non_pawn_material(WHITE) >= RookValueEndgame)
 186   {
 187       mi->evaluationFunction = &EvaluateKXK;
 188       return mi;
 189   }
 190   else if (   pos.non_pawn_material(WHITE) == Value(0)
 191            && pos.piece_count(WHITE, PAWN) == 0
 192            && pos.non_pawn_material(BLACK) >= RookValueEndgame)
 193   {
 194       mi->evaluationFunction = &EvaluateKKX;
 195       return mi;
 196   }
 197
 198   // OK, we didn't find any special evaluation function for the current
 199   // material configuration. Is there a suitable scaling function?
 200   //
 201   // The code below is rather messy, and it could easily get worse later,
 202   // if we decide to add more special cases.  We face problems when there
 203   // are several conflicting applicable scaling functions and we need to
 204   // decide which one to use.
 205
 206   if (ESFmap.find(key) != ESFmap.end())
 207   {
 208       mi->scalingFunction[ESFmap[key].col] = ESFmap[key].fun;
 209       return mi;
 210   }
 211
 212   if (   pos.non_pawn_material(WHITE) == BishopValueMidgame
 213       && pos.piece_count(WHITE, BISHOP) == 1
 214       && pos.piece_count(WHITE, PAWN) >= 1)
 215       mi->scalingFunction[WHITE] = &ScaleKBPK;
 216
 217   if (   pos.non_pawn_material(BLACK) == BishopValueMidgame
 218       && pos.piece_count(BLACK, BISHOP) == 1
 219       && pos.piece_count(BLACK, PAWN) >= 1)
 220       mi->scalingFunction[BLACK] = &ScaleKKBP;
 221
 222   if (   pos.piece_count(WHITE, PAWN) == 0
 223       && pos.non_pawn_material(WHITE) == QueenValueMidgame
 224       && pos.piece_count(WHITE, QUEEN) == 1
 225       && pos.piece_count(BLACK, ROOK) == 1
 226       && pos.piece_count(BLACK, PAWN) >= 1)
 227       mi->scalingFunction[WHITE] = &ScaleKQKRP;
 228
 229   else if (   pos.piece_count(BLACK, PAWN) == 0
 230            && pos.non_pawn_material(BLACK) == QueenValueMidgame
 231            && pos.piece_count(BLACK, QUEEN) == 1
 232            && pos.piece_count(WHITE, ROOK) == 1
 233            && pos.piece_count(WHITE, PAWN) >= 1)
 234       mi->scalingFunction[BLACK] = &ScaleKRPKQ;
 235
 236   if (pos.non_pawn_material(WHITE) + pos.non_pawn_material(BLACK) == Value(0))
 237   {
 238       if (pos.piece_count(BLACK, PAWN) == 0)
 239       {
 240           assert(pos.piece_count(WHITE, PAWN) >= 2);
 241           mi->scalingFunction[WHITE] = &ScaleKPsK;
 242       }
 243       else if (pos.piece_count(WHITE, PAWN) == 0)
 244       {
 245           assert(pos.piece_count(BLACK, PAWN) >= 2);
 246           mi->scalingFunction[BLACK] = &ScaleKKPs;
 247       }
 248       else if (pos.piece_count(WHITE, PAWN) == 1 && pos.piece_count(BLACK, PAWN) == 1)
 249       {
 250           mi->scalingFunction[WHITE] = &ScaleKPKPw;
 251           mi->scalingFunction[BLACK] = &ScaleKPKPb;
 252       }
 253   }
 254
 255   // Evaluate the material balance
 256
 257   Color c;
 258   int sign;
 259   Value egValue = Value(0);
 260   Value mgValue = Value(0);
 261
 262   for (c = WHITE, sign = 1; c <= BLACK; c++, sign = -sign)
 263   {
 264     // No pawns makes it difficult to win, even with a material advantage
 265     if (   pos.piece_count(c, PAWN) == 0
 266         && pos.non_pawn_material(c) - pos.non_pawn_material(opposite_color(c)) <= BishopValueMidgame)
 267     {
 268         if (   pos.non_pawn_material(c) == pos.non_pawn_material(opposite_color(c))
 269             || pos.non_pawn_material(c) < RookValueMidgame)
 270             mi->factor[c] = 0;
 271         else
 272         {
 273             switch (pos.piece_count(c, BISHOP)) {
 274             case 2:
 275                 mi->factor[c] = 32;
 276                 break;
 277             case 1:
 278                 mi->factor[c] = 12;
 279                 break;
 280             case 0:
 281                 mi->factor[c] = 6;
 282                 break;
 283             }
 284         }
 285     }
 286
 287     // Bishop pair
 288     if (pos.piece_count(c, BISHOP) >= 2)
 289     {
 290         mgValue += sign * BishopPairMidgameBonus;
 291         egValue += sign * BishopPairEndgameBonus;
 292     }
 293
 294     // Knights are stronger when there are many pawns on the board.  The
 295     // formula is taken from Larry Kaufman's paper "The Evaluation of Material
 296     // Imbalances in Chess":
 297     // http://mywebpages.comcast.net/danheisman/Articles/evaluation_of_material_imbalance.htm
 298     mgValue += sign * Value(pos.piece_count(c, KNIGHT)*(pos.piece_count(c, PAWN)-5)*16);
 299     egValue += sign * Value(pos.piece_count(c, KNIGHT)*(pos.piece_count(c, PAWN)-5)*16);
 300
 301     // Redundancy of major pieces, again based on Kaufman's paper:
 302     if (pos.piece_count(c, ROOK) >= 1)
 303     {
 304         Value v = Value((pos.piece_count(c, ROOK) - 1) * 32 + pos.piece_count(c, QUEEN) * 16);
 305         mgValue -= sign * v;
 306         egValue -= sign * v;
 307     }
 308   }
 309
 310   mi->mgValue = int16_t(mgValue);
 311   mi->egValue = int16_t(egValue);
 312   return mi;
 313 }