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