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) 2008-2012 Marco Costalba, Joona Kiiski, Tord Romstad
   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 #include <algorithm>  // For std::min
  21 #include <cassert>
  22 #include <cstring>
  23
  24 #include "material.h"
  25
  26 using namespace std;
  27
  28 namespace {
  29
  30   // Values modified by Joona Kiiski
  31   const Value MidgameLimit = Value(15581);
  32   const Value EndgameLimit = Value(3998);
  33
  34   // Scale factors used when one side has no more pawns
  35   const int NoPawnsSF[4] = { 6, 12, 32 };
  36
  37   // Polynomial material balance parameters
  38   const Value RedundantQueenPenalty = Value(320);
  39   const Value RedundantRookPenalty  = Value(554);
  40
  41   const int LinearCoefficients[6] = { 1617, -162, -1172, -190, 105, 26 };
  42
  43   const int QuadraticCoefficientsSameColor[][PIECE_TYPE_NB] = {
  44   { 7, 7, 7, 7, 7, 7 }, { 39, 2, 7, 7, 7, 7 }, { 35, 271, -4, 7, 7, 7 },
  45   { 7, 25, 4, 7, 7, 7 }, { -27, -2, 46, 100, 56, 7 }, { 58, 29, 83, 148, -3, -25 } };
  46
  47   const int QuadraticCoefficientsOppositeColor[][PIECE_TYPE_NB] = {
  48   { 41, 41, 41, 41, 41, 41 }, { 37, 41, 41, 41, 41, 41 }, { 10, 62, 41, 41, 41, 41 },
  49   { 57, 64, 39, 41, 41, 41 }, { 50, 40, 23, -22, 41, 41 }, { 106, 101, 3, 151, 171, 41 } };
  50
  51   // Endgame evaluation and scaling functions accessed direcly and not through
  52   // the function maps because correspond to more then one material hash key.
  53   Endgame<KmmKm> EvaluateKmmKm[] = { Endgame<KmmKm>(WHITE), Endgame<KmmKm>(BLACK) };
  54   Endgame<KXK>   EvaluateKXK[]   = { Endgame<KXK>(WHITE),   Endgame<KXK>(BLACK) };
  55
  56   Endgame<KBPsK>  ScaleKBPsK[]  = { Endgame<KBPsK>(WHITE),  Endgame<KBPsK>(BLACK) };
  57   Endgame<KQKRPs> ScaleKQKRPs[] = { Endgame<KQKRPs>(WHITE), Endgame<KQKRPs>(BLACK) };
  58   Endgame<KPsK>   ScaleKPsK[]   = { Endgame<KPsK>(WHITE),   Endgame<KPsK>(BLACK) };
  59   Endgame<KPKP>   ScaleKPKP[]   = { Endgame<KPKP>(WHITE),   Endgame<KPKP>(BLACK) };
  60
  61   // Helper templates used to detect a given material distribution
  62   template<Color Us> bool is_KXK(const Position& pos) {
  63     const Color Them = (Us == WHITE ? BLACK : WHITE);
  64     return   pos.non_pawn_material(Them) == VALUE_ZERO
  65           && pos.piece_count(Them, PAWN) == 0
  66           && pos.non_pawn_material(Us)   >= RookValueMg;
  67   }
  68
  69   template<Color Us> bool is_KBPsKs(const Position& pos) {
  70     return   pos.non_pawn_material(Us)   == BishopValueMg
  71           && pos.piece_count(Us, BISHOP) == 1
  72           && pos.piece_count(Us, PAWN)   >= 1;
  73   }
  74
  75   template<Color Us> bool is_KQKRPs(const Position& pos) {
  76     const Color Them = (Us == WHITE ? BLACK : WHITE);
  77     return   pos.piece_count(Us, PAWN)    == 0
  78           && pos.non_pawn_material(Us)    == QueenValueMg
  79           && pos.piece_count(Us, QUEEN)   == 1
  80           && pos.piece_count(Them, ROOK)  == 1
  81           && pos.piece_count(Them, PAWN)  >= 1;
  82   }
  83
  84   /// imbalance() calculates imbalance comparing piece count of each
  85   /// piece type for both colors.
  86
  87   template<Color Us>
  88   int imbalance(const int pieceCount[][PIECE_TYPE_NB]) {
  89
  90     const Color Them = (Us == WHITE ? BLACK : WHITE);
  91
  92     int pt1, pt2, pc, v;
  93     int value = 0;
  94
  95     // Redundancy of major pieces, formula based on Kaufman's paper
  96     // "The Evaluation of Material Imbalances in Chess"
  97     if (pieceCount[Us][ROOK] > 0)
  98         value -=  RedundantRookPenalty * (pieceCount[Us][ROOK] - 1)
  99                 + RedundantQueenPenalty * pieceCount[Us][QUEEN];
 100
 101     // Second-degree polynomial material imbalance by Tord Romstad
 102     for (pt1 = NO_PIECE_TYPE; pt1 <= QUEEN; pt1++)
 103     {
 104         pc = pieceCount[Us][pt1];
 105         if (!pc)
 106             continue;
 107
 108         v = LinearCoefficients[pt1];
 109
 110         for (pt2 = NO_PIECE_TYPE; pt2 <= pt1; pt2++)
 111             v +=  QuadraticCoefficientsSameColor[pt1][pt2] * pieceCount[Us][pt2]
 112                 + QuadraticCoefficientsOppositeColor[pt1][pt2] * pieceCount[Them][pt2];
 113
 114         value += pc * v;
 115     }
 116     return value;
 117   }
 118
 119 } // namespace
 120
 121 namespace Material {
 122
 123 /// Material::probe() takes a position object as input, looks up a MaterialEntry
 124 /// object, and returns a pointer to it. If the material configuration is not
 125 /// already present in the table, it is computed and stored there, so we don't
 126 /// have to recompute everything when the same material configuration occurs again.
 127
 128 Entry* probe(const Position& pos, Table& entries, Endgames& endgames) {
 129
 130   Key key = pos.material_key();
 131   Entry* e = entries[key];
 132
 133   // If e->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 (e->key == key)
 137       return e;
 138
 139   memset(e, 0, sizeof(Entry));
 140   e->key = key;
 141   e->factor[WHITE] = e->factor[BLACK] = (uint8_t)SCALE_FACTOR_NORMAL;
 142   e->gamePhase = game_phase(pos);
 143
 144   // Let's look if we have a specialized evaluation function for this
 145   // particular material configuration. First we look for a fixed
 146   // configuration one, then a generic one if previous search failed.
 147   if (endgames.probe(key, e->evaluationFunction))
 148       return e;
 149
 150   if (is_KXK<WHITE>(pos))
 151   {
 152       e->evaluationFunction = &EvaluateKXK[WHITE];
 153       return e;
 154   }
 155
 156   if (is_KXK<BLACK>(pos))
 157   {
 158       e->evaluationFunction = &EvaluateKXK[BLACK];
 159       return e;
 160   }
 161
 162   if (!pos.pieces(PAWN) && !pos.pieces(ROOK) && !pos.pieces(QUEEN))
 163   {
 164       // Minor piece endgame with at least one minor piece per side and
 165       // no pawns. Note that the case KmmK is already handled by KXK.
 166       assert((pos.pieces(WHITE, KNIGHT) | pos.pieces(WHITE, BISHOP)));
 167       assert((pos.pieces(BLACK, KNIGHT) | pos.pieces(BLACK, BISHOP)));
 168
 169       if (   pos.piece_count(WHITE, BISHOP) + pos.piece_count(WHITE, KNIGHT) <= 2
 170           && pos.piece_count(BLACK, BISHOP) + pos.piece_count(BLACK, KNIGHT) <= 2)
 171       {
 172           e->evaluationFunction = &EvaluateKmmKm[pos.side_to_move()];
 173           return e;
 174       }
 175   }
 176
 177   // OK, we didn't find any special evaluation function for the current
 178   // material configuration. Is there a suitable scaling function?
 179   //
 180   // We face problems when there are several conflicting applicable
 181   // scaling functions and we need to decide which one to use.
 182   EndgameBase<ScaleFactor>* sf;
 183
 184   if (endgames.probe(key, sf))
 185   {
 186       e->scalingFunction[sf->color()] = sf;
 187       return e;
 188   }
 189
 190   // Generic scaling functions that refer to more then one material
 191   // distribution. Should be probed after the specialized ones.
 192   // Note that these ones don't return after setting the function.
 193   if (is_KBPsKs<WHITE>(pos))
 194       e->scalingFunction[WHITE] = &ScaleKBPsK[WHITE];
 195
 196   if (is_KBPsKs<BLACK>(pos))
 197       e->scalingFunction[BLACK] = &ScaleKBPsK[BLACK];
 198
 199   if (is_KQKRPs<WHITE>(pos))
 200       e->scalingFunction[WHITE] = &ScaleKQKRPs[WHITE];
 201
 202   else if (is_KQKRPs<BLACK>(pos))
 203       e->scalingFunction[BLACK] = &ScaleKQKRPs[BLACK];
 204
 205   Value npm_w = pos.non_pawn_material(WHITE);
 206   Value npm_b = pos.non_pawn_material(BLACK);
 207
 208   if (npm_w + npm_b == VALUE_ZERO)
 209   {
 210       if (pos.piece_count(BLACK, PAWN) == 0)
 211       {
 212           assert(pos.piece_count(WHITE, PAWN) >= 2);
 213           e->scalingFunction[WHITE] = &ScaleKPsK[WHITE];
 214       }
 215       else if (pos.piece_count(WHITE, PAWN) == 0)
 216       {
 217           assert(pos.piece_count(BLACK, PAWN) >= 2);
 218           e->scalingFunction[BLACK] = &ScaleKPsK[BLACK];
 219       }
 220       else if (pos.piece_count(WHITE, PAWN) == 1 && pos.piece_count(BLACK, PAWN) == 1)
 221       {
 222           // This is a special case because we set scaling functions
 223           // for both colors instead of only one.
 224           e->scalingFunction[WHITE] = &ScaleKPKP[WHITE];
 225           e->scalingFunction[BLACK] = &ScaleKPKP[BLACK];
 226       }
 227   }
 228
 229   // No pawns makes it difficult to win, even with a material advantage
 230   if (pos.piece_count(WHITE, PAWN) == 0 && npm_w - npm_b <= BishopValueMg)
 231   {
 232       e->factor[WHITE] = (uint8_t)
 233       (npm_w == npm_b || npm_w < RookValueMg ? 0 : NoPawnsSF[std::min(pos.piece_count(WHITE, BISHOP), 2)]);
 234   }
 235
 236   if (pos.piece_count(BLACK, PAWN) == 0 && npm_b - npm_w <= BishopValueMg)
 237   {
 238       e->factor[BLACK] = (uint8_t)
 239       (npm_w == npm_b || npm_b < RookValueMg ? 0 : NoPawnsSF[std::min(pos.piece_count(BLACK, BISHOP), 2)]);
 240   }
 241
 242   // Compute the space weight
 243   if (npm_w + npm_b >= 2 * QueenValueMg + 4 * RookValueMg + 2 * KnightValueMg)
 244   {
 245       int minorPieceCount =  pos.piece_count(WHITE, KNIGHT) + pos.piece_count(WHITE, BISHOP)
 246                            + pos.piece_count(BLACK, KNIGHT) + pos.piece_count(BLACK, BISHOP);
 247
 248       e->spaceWeight = minorPieceCount * minorPieceCount;
 249   }
 250
 251   // Evaluate the material imbalance. We use PIECE_TYPE_NONE as a place holder
 252   // for the bishop pair "extended piece", this allow us to be more flexible
 253   // in defining bishop pair bonuses.
 254   const int pieceCount[COLOR_NB][PIECE_TYPE_NB] = {
 255   { pos.piece_count(WHITE, BISHOP) > 1, pos.piece_count(WHITE, PAWN), pos.piece_count(WHITE, KNIGHT),
 256     pos.piece_count(WHITE, BISHOP)    , pos.piece_count(WHITE, ROOK), pos.piece_count(WHITE, QUEEN) },
 257   { pos.piece_count(BLACK, BISHOP) > 1, pos.piece_count(BLACK, PAWN), pos.piece_count(BLACK, KNIGHT),
 258     pos.piece_count(BLACK, BISHOP)    , pos.piece_count(BLACK, ROOK), pos.piece_count(BLACK, QUEEN) } };
 259
 260   e->value = (int16_t)((imbalance<WHITE>(pieceCount) - imbalance<BLACK>(pieceCount)) / 16);
 261   return e;
 262 }
 263
 264
 265 /// Material::game_phase() calculates the phase given the current
 266 /// position. Because the phase is strictly a function of the material, it
 267 /// is stored in MaterialEntry.
 268
 269 Phase game_phase(const Position& pos) {
 270
 271   Value npm = pos.non_pawn_material(WHITE) + pos.non_pawn_material(BLACK);
 272
 273   return  npm >= MidgameLimit ? PHASE_MIDGAME
 274         : npm <= EndgameLimit ? PHASE_ENDGAME
 275         : Phase(((npm - EndgameLimit) * 128) / (MidgameLimit - EndgameLimit));
 276 }
 277
 278 } // namespace Material