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 ////
  35 //// Local definitions
  36 ////
  37
  38 namespace {
  39
  40   // Values modified by Joona Kiiski
  41   const Value MidgameLimit = Value(15581);
  42   const Value EndgameLimit = Value(3998);
  43
  44   // Polynomial material balance parameters
  45   const Value RedundantQueenPenalty = Value(320);
  46   const Value RedundantRookPenalty  = Value(554);
  47   const int LinearCoefficients[6]   = { 1617, -162, -1172, -190, 105, 26 };
  48
  49   const int QuadraticCoefficientsSameColor[][6] = {
  50   { 7, 7, 7, 7, 7, 7 }, { 39, 2, 7, 7, 7, 7 }, { 35, 271, -4, 7, 7, 7 },
  51   { 7, 25, 4, 7, 7, 7 }, { -27, -2, 46, 100, 56, 7 }, { 58, 29, 83, 148, -3, -25 } };
  52
  53   const int QuadraticCoefficientsOppositeColor[][6] = {
  54   { 41, 41, 41, 41, 41, 41 }, { 37, 41, 41, 41, 41, 41 }, { 10, 62, 41, 41, 41, 41 },
  55   { 57, 64, 39, 41, 41, 41 }, { 50, 40, 23, -22, 41, 41 }, { 106, 101, 3, 151, 171, 41 } };
  56
  57   // Named endgame evaluation and scaling functions, these
  58   // are accessed direcly and not through the function maps.
  59   EvaluationFunction<KmmKm> EvaluateKmmKm(WHITE);
  60   EvaluationFunction<KXK>   EvaluateKXK(WHITE), EvaluateKKX(BLACK);
  61   ScalingFunction<KBPsK>    ScaleKBPsK(WHITE),  ScaleKKBPs(BLACK);
  62   ScalingFunction<KQKRPs>   ScaleKQKRPs(WHITE), ScaleKRPsKQ(BLACK);
  63   ScalingFunction<KPsK>     ScaleKPsK(WHITE),   ScaleKKPs(BLACK);
  64   ScalingFunction<KPKP>     ScaleKPKPw(WHITE),  ScaleKPKPb(BLACK);
  65
  66   typedef EndgameEvaluationFunctionBase EF;
  67   typedef EndgameScalingFunctionBase SF;
  68 }
  69
  70
  71 ////
  72 //// Classes
  73 ////
  74
  75 /// EndgameFunctions class stores endgame evaluation and scaling functions
  76 /// in two std::map. Because STL library is not guaranteed to be thread
  77 /// safe even for read access, the maps, although with identical content,
  78 /// are replicated for each thread. This is faster then using locks.
  79
  80 class EndgameFunctions {
  81 public:
  82   EndgameFunctions();
  83   ~EndgameFunctions();
  84   template<class T> T* get(Key key) const;
  85
  86 private:
  87   template<class T> void add(const string& keyCode);
  88
  89   static Key buildKey(const string& keyCode);
  90   static const string swapColors(const string& keyCode);
  91
  92   // Here we store two maps, for evaluate and scaling functions
  93   pair<map<Key, EF*>, map<Key, SF*> > maps;
  94
  95   // Maps accessing functions returning const and non-const references
  96   template<typename T> const map<Key, T*>& get() const { return maps.first; }
  97   template<typename T> map<Key, T*>& get() { return maps.first; }
  98 };
  99
 100 // Explicit specializations of a member function shall be declared in
 101 // the namespace of which the class template is a member.
 102 template<> const map<Key, SF*>&
 103 EndgameFunctions::get<SF>() const { return maps.second; }
 104
 105 template<> map<Key, SF*>&
 106 EndgameFunctions::get<SF>() { return maps.second; }
 107
 108
 109 ////
 110 //// Functions
 111 ////
 112
 113 /// MaterialInfoTable c'tor and d'tor, called once by each thread
 114
 115 MaterialInfoTable::MaterialInfoTable(unsigned int numOfEntries) {
 116
 117   size = numOfEntries;
 118   entries = new MaterialInfo[size];
 119   funcs = new EndgameFunctions();
 120
 121   if (!entries || !funcs)
 122   {
 123       cerr << "Failed to allocate " << numOfEntries * sizeof(MaterialInfo)
 124            << " bytes for material hash table." << endl;
 125       Application::exit_with_failure();
 126   }
 127 }
 128
 129 MaterialInfoTable::~MaterialInfoTable() {
 130
 131   delete funcs;
 132   delete [] entries;
 133 }
 134
 135
 136 /// MaterialInfoTable::game_phase() calculate the phase given the current
 137 /// position. Because the phase is strictly a function of the material, it
 138 /// is stored in MaterialInfo.
 139
 140 Phase MaterialInfoTable::game_phase(const Position& pos) {
 141
 142   Value npm = pos.non_pawn_material(WHITE) + pos.non_pawn_material(BLACK);
 143
 144   if (npm >= MidgameLimit)
 145       return PHASE_MIDGAME;
 146   else if (npm <= EndgameLimit)
 147       return PHASE_ENDGAME;
 148
 149   return Phase(((npm - EndgameLimit) * 128) / (MidgameLimit - EndgameLimit));
 150 }
 151
 152 /// MaterialInfoTable::get_material_info() takes a position object as input,
 153 /// computes or looks up a MaterialInfo object, and returns a pointer to it.
 154 /// If the material configuration is not already present in the table, it
 155 /// is stored there, so we don't have to recompute everything when the
 156 /// same material configuration occurs again.
 157
 158 MaterialInfo* MaterialInfoTable::get_material_info(const Position& pos) {
 159
 160   Key key = pos.get_material_key();
 161   int index = key & (size - 1);
 162   MaterialInfo* mi = entries + index;
 163
 164   // If mi->key matches the position's material hash key, it means that we
 165   // have analysed this material configuration before, and we can simply
 166   // return the information we found the last time instead of recomputing it.
 167   if (mi->key == key)
 168       return mi;
 169
 170   // Clear the MaterialInfo object, and set its key
 171   mi->clear();
 172   mi->key = key;
 173
 174   // Calculate game phase
 175   mi->gamePhase = MaterialInfoTable::game_phase(pos);
 176
 177   // Let's look if we have a specialized evaluation function for this
 178   // particular material configuration. First we look for a fixed
 179   // configuration one, then a generic one if previous search failed.
 180   if ((mi->evaluationFunction = funcs->get<EF>(key)) != NULL)
 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) >= RookValueMidgame)
 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) >= RookValueMidgame)
 193   {
 194       mi->evaluationFunction = &EvaluateKKX;
 195       return mi;
 196   }
 197   else if (   pos.pieces(PAWN) == EmptyBoardBB
 198            && pos.pieces(ROOK) == EmptyBoardBB
 199            && pos.pieces(QUEEN) == EmptyBoardBB)
 200   {
 201       // Minor piece endgame with at least one minor piece per side and
 202       // no pawns. Note that the case KmmK is already handled by KXK.
 203       assert((pos.pieces(KNIGHT, WHITE) | pos.pieces(BISHOP, WHITE)));
 204       assert((pos.pieces(KNIGHT, BLACK) | pos.pieces(BISHOP, BLACK)));
 205
 206       if (   pos.piece_count(WHITE, BISHOP) + pos.piece_count(WHITE, KNIGHT) <= 2
 207           && pos.piece_count(BLACK, BISHOP) + pos.piece_count(BLACK, KNIGHT) <= 2)
 208       {
 209           mi->evaluationFunction = &EvaluateKmmKm;
 210           return mi;
 211       }
 212   }
 213
 214   // OK, we didn't find any special evaluation function for the current
 215   // material configuration. Is there a suitable scaling function?
 216   //
 217   // The code below is rather messy, and it could easily get worse later,
 218   // if we decide to add more special cases. We face problems when there
 219   // are several conflicting applicable scaling functions and we need to
 220   // decide which one to use.
 221   SF* sf;
 222
 223   if ((sf = funcs->get<SF>(key)) != NULL)
 224   {
 225       mi->scalingFunction[sf->color()] = sf;
 226       return mi;
 227   }
 228
 229   // Generic scaling functions that refer to more then one material
 230   // distribution. Should be probed after the specialized ones.
 231   // Note that these ones don't return after setting the function.
 232   if (   pos.non_pawn_material(WHITE) == BishopValueMidgame
 233       && pos.piece_count(WHITE, BISHOP) == 1
 234       && pos.piece_count(WHITE, PAWN) >= 1)
 235       mi->scalingFunction[WHITE] = &ScaleKBPsK;
 236
 237   if (   pos.non_pawn_material(BLACK) == BishopValueMidgame
 238       && pos.piece_count(BLACK, BISHOP) == 1
 239       && pos.piece_count(BLACK, PAWN) >= 1)
 240       mi->scalingFunction[BLACK] = &ScaleKKBPs;
 241
 242   if (   pos.piece_count(WHITE, PAWN) == 0
 243       && pos.non_pawn_material(WHITE) == QueenValueMidgame
 244       && pos.piece_count(WHITE, QUEEN) == 1
 245       && pos.piece_count(BLACK, ROOK) == 1
 246       && pos.piece_count(BLACK, PAWN) >= 1)
 247       mi->scalingFunction[WHITE] = &ScaleKQKRPs;
 248
 249   else if (   pos.piece_count(BLACK, PAWN) == 0
 250            && pos.non_pawn_material(BLACK) == QueenValueMidgame
 251            && pos.piece_count(BLACK, QUEEN) == 1
 252            && pos.piece_count(WHITE, ROOK) == 1
 253            && pos.piece_count(WHITE, PAWN) >= 1)
 254       mi->scalingFunction[BLACK] = &ScaleKRPsKQ;
 255
 256   if (pos.non_pawn_material(WHITE) + pos.non_pawn_material(BLACK) == Value(0))
 257   {
 258       if (pos.piece_count(BLACK, PAWN) == 0)
 259       {
 260           assert(pos.piece_count(WHITE, PAWN) >= 2);
 261           mi->scalingFunction[WHITE] = &ScaleKPsK;
 262       }
 263       else if (pos.piece_count(WHITE, PAWN) == 0)
 264       {
 265           assert(pos.piece_count(BLACK, PAWN) >= 2);
 266           mi->scalingFunction[BLACK] = &ScaleKKPs;
 267       }
 268       else if (pos.piece_count(WHITE, PAWN) == 1 && pos.piece_count(BLACK, PAWN) == 1)
 269       {
 270           // This is a special case because we set scaling functions
 271           // for both colors instead of only one.
 272           mi->scalingFunction[WHITE] = &ScaleKPKPw;
 273           mi->scalingFunction[BLACK] = &ScaleKPKPb;
 274       }
 275   }
 276
 277   // Compute the space weight
 278   if (pos.non_pawn_material(WHITE) + pos.non_pawn_material(BLACK) >=
 279       2*QueenValueMidgame + 4*RookValueMidgame + 2*KnightValueMidgame)
 280   {
 281       int minorPieceCount =  pos.piece_count(WHITE, KNIGHT)
 282                            + pos.piece_count(BLACK, KNIGHT)
 283                            + pos.piece_count(WHITE, BISHOP)
 284                            + pos.piece_count(BLACK, BISHOP);
 285
 286       mi->spaceWeight = minorPieceCount * minorPieceCount;
 287   }
 288
 289   // Evaluate the material balance
 290   const int pieceCount[2][6] = { { pos.piece_count(WHITE, BISHOP) > 1, pos.piece_count(WHITE, PAWN), pos.piece_count(WHITE, KNIGHT),
 291                                    pos.piece_count(WHITE, BISHOP), pos.piece_count(WHITE, ROOK), pos.piece_count(WHITE, QUEEN) },
 292                                  { pos.piece_count(BLACK, BISHOP) > 1, pos.piece_count(BLACK, PAWN), pos.piece_count(BLACK, KNIGHT),
 293                                    pos.piece_count(BLACK, BISHOP), pos.piece_count(BLACK, ROOK), pos.piece_count(BLACK, QUEEN) } };
 294   Color c, them;
 295   int sign;
 296   int matValue = 0;
 297
 298   for (c = WHITE, sign = 1; c <= BLACK; c++, sign = -sign)
 299   {
 300     // No pawns makes it difficult to win, even with a material advantage
 301     if (   pos.piece_count(c, PAWN) == 0
 302         && pos.non_pawn_material(c) - pos.non_pawn_material(opposite_color(c)) <= BishopValueMidgame)
 303     {
 304         if (   pos.non_pawn_material(c) == pos.non_pawn_material(opposite_color(c))
 305             || pos.non_pawn_material(c) < RookValueMidgame)
 306             mi->factor[c] = 0;
 307         else
 308         {
 309             switch (pos.piece_count(c, BISHOP)) {
 310             case 2:
 311                 mi->factor[c] = 32;
 312                 break;
 313             case 1:
 314                 mi->factor[c] = 12;
 315                 break;
 316             case 0:
 317                 mi->factor[c] = 6;
 318                 break;
 319             }
 320         }
 321     }
 322
 323     // Redundancy of major pieces, formula based on Kaufman's paper
 324     // "The Evaluation of Material Imbalances in Chess"
 325     // http://mywebpages.comcast.net/danheisman/Articles/evaluation_of_material_imbalance.htm
 326     if (pieceCount[c][ROOK] >= 1)
 327         matValue -= sign * ((pieceCount[c][ROOK] - 1) * RedundantRookPenalty + pieceCount[c][QUEEN] * RedundantQueenPenalty);
 328
 329     them = opposite_color(c);
 330
 331     // Second-degree polynomial material imbalance by Tord Romstad
 332     //
 333     // We use NO_PIECE_TYPE as a place holder for the bishop pair "extended piece",
 334     // this allow us to be more flexible in defining bishop pair bonuses.
 335     for (int pt1 = NO_PIECE_TYPE; pt1 <= QUEEN; pt1++)
 336     {
 337         int c1 = sign * pieceCount[c][pt1];
 338         if (!c1)
 339             continue;
 340
 341         matValue += c1 * LinearCoefficients[pt1];
 342
 343         for (int pt2 = NO_PIECE_TYPE; pt2 <= pt1; pt2++)
 344         {
 345             matValue += c1 * pieceCount[c][pt2] * QuadraticCoefficientsSameColor[pt1][pt2];
 346             matValue += c1 * pieceCount[them][pt2] * QuadraticCoefficientsOppositeColor[pt1][pt2];
 347         }
 348     }
 349   }
 350   mi->value = int16_t(matValue / 16);
 351   return mi;
 352 }
 353
 354
 355 /// EndgameFunctions member definitions.
 356
 357 EndgameFunctions::EndgameFunctions() {
 358
 359   add<EvaluationFunction<KNNK>  >("KNNK");
 360   add<EvaluationFunction<KPK>   >("KPK");
 361   add<EvaluationFunction<KBNK>  >("KBNK");
 362   add<EvaluationFunction<KRKP>  >("KRKP");
 363   add<EvaluationFunction<KRKB>  >("KRKB");
 364   add<EvaluationFunction<KRKN>  >("KRKN");
 365   add<EvaluationFunction<KQKR>  >("KQKR");
 366   add<EvaluationFunction<KBBKN> >("KBBKN");
 367
 368   add<ScalingFunction<KNPK>    >("KNPK");
 369   add<ScalingFunction<KRPKR>   >("KRPKR");
 370   add<ScalingFunction<KBPKB>   >("KBPKB");
 371   add<ScalingFunction<KBPPKB>  >("KBPPKB");
 372   add<ScalingFunction<KBPKN>   >("KBPKN");
 373   add<ScalingFunction<KRPPKRP> >("KRPPKRP");
 374   add<ScalingFunction<KRPPKRP> >("KRPPKRP");
 375 }
 376
 377 EndgameFunctions::~EndgameFunctions() {
 378
 379     for (map<Key, EF*>::iterator it = maps.first.begin(); it != maps.first.end(); ++it)
 380         delete (*it).second;
 381
 382     for (map<Key, SF*>::iterator it = maps.second.begin(); it != maps.second.end(); ++it)
 383         delete (*it).second;
 384 }
 385
 386 Key EndgameFunctions::buildKey(const string& keyCode) {
 387
 388     assert(keyCode.length() > 0 && keyCode[0] == 'K');
 389     assert(keyCode.length() < 8);
 390
 391     stringstream s;
 392     bool upcase = false;
 393
 394     // Build up a fen string with the given pieces, note that
 395     // the fen string could be of an illegal position.
 396     for (size_t i = 0; i < keyCode.length(); i++)
 397     {
 398         if (keyCode[i] == 'K')
 399             upcase = !upcase;
 400
 401         s << char(upcase? toupper(keyCode[i]) : tolower(keyCode[i]));
 402     }
 403     s << 8 - keyCode.length() << "/8/8/8/8/8/8/8 w -";
 404     return Position(s.str()).get_material_key();
 405 }
 406
 407 const string EndgameFunctions::swapColors(const string& keyCode) {
 408
 409     // Build corresponding key for the opposite color: "KBPKN" -> "KNKBP"
 410     size_t idx = keyCode.find("K", 1);
 411     return keyCode.substr(idx) + keyCode.substr(0, idx);
 412 }
 413
 414 template<class T>
 415 void EndgameFunctions::add(const string& keyCode) {
 416
 417   typedef typename T::Base F;
 418
 419   get<F>().insert(pair<Key, F*>(buildKey(keyCode), new T(WHITE)));
 420   get<F>().insert(pair<Key, F*>(buildKey(swapColors(keyCode)), new T(BLACK)));
 421 }
 422
 423 template<class T>
 424 T* EndgameFunctions::get(Key key) const {
 425
 426   typename map<Key, T*>::const_iterator it(get<T>().find(key));
 427   return (it != get<T>().end() ? it->second : NULL);
 428 }