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