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 <cstring>
  27 #include <sstream>
  28 #include <map>
  29
  30 #include "material.h"
  31
  32
  33 ////
  34 //// Local definitions
  35 ////
  36
  37 namespace {
  38
  39   const Value BishopPairMidgameBonus = Value(109);
  40   const Value BishopPairEndgameBonus = Value(97);
  41
  42   Key KNNKMaterialKey, KKNNMaterialKey;
  43
  44 }
  45
  46 ////
  47 //// Classes
  48 ////
  49
  50
  51 /// See header for a class description. It is declared here to avoid
  52 /// to include <map> in the header file.
  53
  54 class EndgameFunctions {
  55
  56 public:
  57   EndgameFunctions();
  58   EndgameEvaluationFunctionBase* getEEF(Key key) const;
  59   EndgameScalingFunctionBase* getESF(Key key, Color* c) const;
  60
  61 private:
  62   void add(const std::string& keyCode, EndgameEvaluationFunctionBase* f);
  63   void add(const std::string& keyCode, Color c, EndgameScalingFunctionBase* f);
  64   Key buildKey(const std::string& keyCode);
  65
  66   struct ScalingInfo
  67   {
  68       Color col;
  69       EndgameScalingFunctionBase* fun;
  70   };
  71
  72   std::map<Key, EndgameEvaluationFunctionBase*> EEFmap;
  73   std::map<Key, ScalingInfo> ESFmap;
  74 };
  75
  76
  77 ////
  78 //// Functions
  79 ////
  80
  81
  82 /// Constructor for the MaterialInfoTable class
  83
  84 MaterialInfoTable::MaterialInfoTable(unsigned int numOfEntries) {
  85
  86   size = numOfEntries;
  87   entries = new MaterialInfo[size];
  88   funcs = new EndgameFunctions();
  89   if (!entries || !funcs)
  90   {
  91       std::cerr << "Failed to allocate " << (numOfEntries * sizeof(MaterialInfo))
  92                 << " bytes for material hash table." << std::endl;
  93       exit(EXIT_FAILURE);
  94   }
  95   clear();
  96 }
  97
  98
  99 /// Destructor for the MaterialInfoTable class
 100
 101 MaterialInfoTable::~MaterialInfoTable() {
 102
 103   delete [] entries;
 104   delete funcs;
 105 }
 106
 107
 108 /// MaterialInfoTable::clear() clears a material hash table by setting
 109 /// all entries to 0.
 110
 111 void MaterialInfoTable::clear() {
 112
 113   memset(entries, 0, size * sizeof(MaterialInfo));
 114 }
 115
 116
 117 /// MaterialInfoTable::get_material_info() takes a position object as input,
 118 /// computes or looks up a MaterialInfo object, and returns a pointer to it.
 119 /// If the material configuration is not already present in the table, it
 120 /// is stored there, so we don't have to recompute everything when the
 121 /// same material configuration occurs again.
 122
 123 MaterialInfo* MaterialInfoTable::get_material_info(const Position& pos) {
 124
 125   Key key = pos.get_material_key();
 126   int index = key & (size - 1);
 127   MaterialInfo* mi = entries + index;
 128
 129   // If mi->key matches the position's material hash key, it means that we
 130   // have analysed this material configuration before, and we can simply
 131   // return the information we found the last time instead of recomputing it.
 132   if (mi->key == key)
 133       return mi;
 134
 135   // Clear the MaterialInfo object, and set its key
 136   mi->clear();
 137   mi->key = key;
 138
 139   // A special case before looking for a specialized evaluation function
 140   // KNN vs K is a draw.
 141   if (key == KNNKMaterialKey || key == KKNNMaterialKey)
 142   {
 143       mi->factor[WHITE] = mi->factor[BLACK] = 0;
 144       return mi;
 145   }
 146
 147   // Let's look if we have a specialized evaluation function for this
 148   // particular material configuration. First we look for a fixed
 149   // configuration one, then a generic one if previous search failed.
 150   if ((mi->evaluationFunction = funcs->getEEF(key)) != NULL)
 151       return mi;
 152
 153   else if (   pos.non_pawn_material(BLACK) == Value(0)
 154            && pos.piece_count(BLACK, PAWN) == 0
 155            && pos.non_pawn_material(WHITE) >= RookValueEndgame)
 156   {
 157       mi->evaluationFunction = &EvaluateKXK;
 158       return mi;
 159   }
 160   else if (   pos.non_pawn_material(WHITE) == Value(0)
 161            && pos.piece_count(WHITE, PAWN) == 0
 162            && pos.non_pawn_material(BLACK) >= RookValueEndgame)
 163   {
 164       mi->evaluationFunction = &EvaluateKKX;
 165       return mi;
 166   }
 167   else if (   pos.pawns() == EmptyBoardBB
 168            && pos.rooks() == EmptyBoardBB
 169            && pos.queens() == EmptyBoardBB)
 170   {
 171       // Minor piece endgame with at least one minor piece per side,
 172       // and no pawns.
 173       assert(pos.knights(WHITE) | pos.bishops(WHITE));
 174       assert(pos.knights(BLACK) | pos.bishops(BLACK));
 175
 176       if (   pos.piece_count(WHITE, BISHOP) + pos.piece_count(WHITE, KNIGHT) <= 2
 177           && pos.piece_count(BLACK, BISHOP) + pos.piece_count(BLACK, KNIGHT) <= 2)
 178       {
 179           mi->evaluationFunction = &EvaluateKmmKm;
 180           return mi;
 181       }
 182   }
 183
 184   // OK, we didn't find any special evaluation function for the current
 185   // material configuration. Is there a suitable scaling function?
 186   //
 187   // The code below is rather messy, and it could easily get worse later,
 188   // if we decide to add more special cases.  We face problems when there
 189   // are several conflicting applicable scaling functions and we need to
 190   // decide which one to use.
 191   Color c;
 192   EndgameScalingFunctionBase* sf;
 193
 194   if ((sf = funcs->getESF(key, &c)) != NULL)
 195   {
 196       mi->scalingFunction[c] = sf;
 197       return mi;
 198   }
 199
 200   if (   pos.non_pawn_material(WHITE) == BishopValueMidgame
 201       && pos.piece_count(WHITE, BISHOP) == 1
 202       && pos.piece_count(WHITE, PAWN) >= 1)
 203       mi->scalingFunction[WHITE] = &ScaleKBPK;
 204
 205   if (   pos.non_pawn_material(BLACK) == BishopValueMidgame
 206       && pos.piece_count(BLACK, BISHOP) == 1
 207       && pos.piece_count(BLACK, PAWN) >= 1)
 208       mi->scalingFunction[BLACK] = &ScaleKKBP;
 209
 210   if (   pos.piece_count(WHITE, PAWN) == 0
 211       && pos.non_pawn_material(WHITE) == QueenValueMidgame
 212       && pos.piece_count(WHITE, QUEEN) == 1
 213       && pos.piece_count(BLACK, ROOK) == 1
 214       && pos.piece_count(BLACK, PAWN) >= 1)
 215       mi->scalingFunction[WHITE] = &ScaleKQKRP;
 216
 217   else if (   pos.piece_count(BLACK, PAWN) == 0
 218            && pos.non_pawn_material(BLACK) == QueenValueMidgame
 219            && pos.piece_count(BLACK, QUEEN) == 1
 220            && pos.piece_count(WHITE, ROOK) == 1
 221            && pos.piece_count(WHITE, PAWN) >= 1)
 222       mi->scalingFunction[BLACK] = &ScaleKRPKQ;
 223
 224   if (pos.non_pawn_material(WHITE) + pos.non_pawn_material(BLACK) == Value(0))
 225   {
 226       if (pos.piece_count(BLACK, PAWN) == 0)
 227       {
 228           assert(pos.piece_count(WHITE, PAWN) >= 2);
 229           mi->scalingFunction[WHITE] = &ScaleKPsK;
 230       }
 231       else if (pos.piece_count(WHITE, PAWN) == 0)
 232       {
 233           assert(pos.piece_count(BLACK, PAWN) >= 2);
 234           mi->scalingFunction[BLACK] = &ScaleKKPs;
 235       }
 236       else if (pos.piece_count(WHITE, PAWN) == 1 && pos.piece_count(BLACK, PAWN) == 1)
 237       {
 238           mi->scalingFunction[WHITE] = &ScaleKPKPw;
 239           mi->scalingFunction[BLACK] = &ScaleKPKPb;
 240       }
 241   }
 242
 243   // Compute the space weight
 244   if (pos.non_pawn_material(WHITE) + pos.non_pawn_material(BLACK) >=
 245       2*QueenValueMidgame + 4*RookValueMidgame + 2*KnightValueMidgame)
 246   {
 247       int minorPieceCount =  pos.piece_count(WHITE, KNIGHT)
 248                            + pos.piece_count(BLACK, KNIGHT)
 249                            + pos.piece_count(WHITE, BISHOP)
 250                            + pos.piece_count(BLACK, BISHOP);
 251
 252       mi->spaceWeight = minorPieceCount * minorPieceCount;
 253   }
 254
 255   // Evaluate the material balance
 256
 257   int sign;
 258   Value egValue = Value(0);
 259   Value mgValue = Value(0);
 260
 261   for (c = WHITE, sign = 1; c <= BLACK; c++, sign = -sign)
 262   {
 263     // No pawns makes it difficult to win, even with a material advantage
 264     if (   pos.piece_count(c, PAWN) == 0
 265         && pos.non_pawn_material(c) - pos.non_pawn_material(opposite_color(c)) <= BishopValueMidgame)
 266     {
 267         if (   pos.non_pawn_material(c) == pos.non_pawn_material(opposite_color(c))
 268             || pos.non_pawn_material(c) < RookValueMidgame)
 269             mi->factor[c] = 0;
 270         else
 271         {
 272             switch (pos.piece_count(c, BISHOP)) {
 273             case 2:
 274                 mi->factor[c] = 32;
 275                 break;
 276             case 1:
 277                 mi->factor[c] = 12;
 278                 break;
 279             case 0:
 280                 mi->factor[c] = 6;
 281                 break;
 282             }
 283         }
 284     }
 285
 286     // Bishop pair
 287     if (pos.piece_count(c, BISHOP) >= 2)
 288     {
 289         mgValue += sign * BishopPairMidgameBonus;
 290         egValue += sign * BishopPairEndgameBonus;
 291     }
 292
 293     // Knights are stronger when there are many pawns on the board.  The
 294     // formula is taken from Larry Kaufman's paper "The Evaluation of Material
 295     // Imbalances in Chess":
 296     // http://mywebpages.comcast.net/danheisman/Articles/evaluation_of_material_imbalance.htm
 297     mgValue += sign * Value(pos.piece_count(c, KNIGHT)*(pos.piece_count(c, PAWN)-5)*16);
 298     egValue += sign * Value(pos.piece_count(c, KNIGHT)*(pos.piece_count(c, PAWN)-5)*16);
 299
 300     // Redundancy of major pieces, again based on Kaufman's paper:
 301     if (pos.piece_count(c, ROOK) >= 1)
 302     {
 303         Value v = Value((pos.piece_count(c, ROOK) - 1) * 32 + pos.piece_count(c, QUEEN) * 16);
 304         mgValue -= sign * v;
 305         egValue -= sign * v;
 306     }
 307   }
 308   mi->mgValue = int16_t(mgValue);
 309   mi->egValue = int16_t(egValue);
 310   return mi;
 311 }
 312
 313
 314 /// EndgameFunctions member definitions. This class is used to store the maps
 315 /// of end game and scaling functions that MaterialInfoTable will query for
 316 /// each key. The maps are constant and are populated only at construction,
 317 /// but are per-thread instead of globals to avoid expensive locks.
 318
 319 EndgameFunctions::EndgameFunctions() {
 320
 321   KNNKMaterialKey = buildKey("KNNK");
 322   KKNNMaterialKey = buildKey("KKNN");
 323
 324   add("KPK",   &EvaluateKPK);
 325   add("KKP",   &EvaluateKKP);
 326   add("KBNK",  &EvaluateKBNK);
 327   add("KKBN",  &EvaluateKKBN);
 328   add("KRKP",  &EvaluateKRKP);
 329   add("KPKR",  &EvaluateKPKR);
 330   add("KRKB",  &EvaluateKRKB);
 331   add("KBKR",  &EvaluateKBKR);
 332   add("KRKN",  &EvaluateKRKN);
 333   add("KNKR",  &EvaluateKNKR);
 334   add("KQKR",  &EvaluateKQKR);
 335   add("KRKQ",  &EvaluateKRKQ);
 336   add("KBBKN", &EvaluateKBBKN);
 337   add("KNKBB", &EvaluateKNKBB);
 338
 339   add("KNPK",    WHITE, &ScaleKNPK);
 340   add("KKNP",    BLACK, &ScaleKKNP);
 341   add("KRPKR",   WHITE, &ScaleKRPKR);
 342   add("KRKRP",   BLACK, &ScaleKRKRP);
 343   add("KBPKB",   WHITE, &ScaleKBPKB);
 344   add("KBKBP",   BLACK, &ScaleKBKBP);
 345   add("KBPPKB",  WHITE, &ScaleKBPPKB);
 346   add("KBKBPP",  BLACK, &ScaleKBKBPP);
 347   add("KBPKN",   WHITE, &ScaleKBPKN);
 348   add("KNKBP",   BLACK, &ScaleKNKBP);
 349   add("KRPPKRP", WHITE, &ScaleKRPPKRP);
 350   add("KRPKRPP", BLACK, &ScaleKRPKRPP);
 351   add("KRPPKRP", WHITE, &ScaleKRPPKRP);
 352   add("KRPKRPP", BLACK, &ScaleKRPKRPP);
 353 }
 354
 355 Key EndgameFunctions::buildKey(const std::string& keyCode) {
 356
 357     assert(keyCode.length() > 0 && keyCode[0] == 'K');
 358     assert(keyCode.length() < 8);
 359
 360     std::stringstream s;
 361     bool upcase = false;
 362
 363     // Build up a fen substring with the given pieces, note
 364     // that the fen string could be of an illegal position.
 365     for (size_t i = 0; i < keyCode.length(); i++)
 366     {
 367         if (keyCode[i] == 'K')
 368             upcase = !upcase;
 369
 370         s << char(upcase? toupper(keyCode[i]) : tolower(keyCode[i]));
 371     }
 372     s << 8 - keyCode.length() << "/8/8/8/8/8/8/8 w -";
 373     return Position(s.str()).get_material_key();
 374 }
 375
 376 void EndgameFunctions::add(const std::string& keyCode, EndgameEvaluationFunctionBase* f) {
 377
 378   EEFmap.insert(std::pair<Key, EndgameEvaluationFunctionBase*>(buildKey(keyCode), f));
 379 }
 380
 381 void EndgameFunctions::add(const std::string& keyCode, Color c, EndgameScalingFunctionBase* f) {
 382
 383   ScalingInfo s = {c, f};
 384   ESFmap.insert(std::pair<Key, ScalingInfo>(buildKey(keyCode), s));
 385 }
 386
 387 EndgameEvaluationFunctionBase* EndgameFunctions::getEEF(Key key) const {
 388
 389   std::map<Key, EndgameEvaluationFunctionBase*>::const_iterator it(EEFmap.find(key));
 390   return (it != EEFmap.end() ? it->second : NULL);
 391 }
 392
 393 EndgameScalingFunctionBase* EndgameFunctions::getESF(Key key, Color* c) const {
 394
 395   std::map<Key, ScalingInfo>::const_iterator it(ESFmap.find(key));
 396   if (it == ESFmap.end())
 397       return NULL;
 398
 399   *c = it->second.col;
 400   return it->second.fun;
 401 }