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 <cassert>
  21 #include <cstring>
  22 #include <algorithm>
  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[][8] = {
  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[][8] = {
  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)   >= RookValueMidgame;
  67   }
  68
  69   template<Color Us> bool is_KBPsKs(const Position& pos) {
  70     return   pos.non_pawn_material(Us)   == BishopValueMidgame
  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)    == QueenValueMidgame
  79           && pos.piece_count(Us, QUEEN)   == 1
  80           && pos.piece_count(Them, ROOK)  == 1
  81           && pos.piece_count(Them, PAWN)  >= 1;
  82   }
  83
  84 } // namespace
  85
  86
  87 /// MaterialInfoTable c'tor and d'tor allocate and free the space for Endgames
  88
  89 void MaterialInfoTable::init() { Base::init(); if (!funcs) funcs = new Endgames(); }
  90 MaterialInfoTable::~MaterialInfoTable() { delete funcs; }
  91
  92
  93 /// MaterialInfoTable::material_info() takes a position object as input,
  94 /// computes or looks up a MaterialInfo object, and returns a pointer to it.
  95 /// If the material configuration is not already present in the table, it
  96 /// is stored there, so we don't have to recompute everything when the
  97 /// same material configuration occurs again.
  98
  99 MaterialInfo* MaterialInfoTable::material_info(const Position& pos) const {
 100
 101   Key key = pos.material_key();
 102   MaterialInfo* mi = probe(key);
 103
 104   // If mi->key matches the position's material hash key, it means that we
 105   // have analysed this material configuration before, and we can simply
 106   // return the information we found the last time instead of recomputing it.
 107   if (mi->key == key)
 108       return mi;
 109
 110   // Initialize MaterialInfo entry
 111   memset(mi, 0, sizeof(MaterialInfo));
 112   mi->key = key;
 113   mi->factor[WHITE] = mi->factor[BLACK] = (uint8_t)SCALE_FACTOR_NORMAL;
 114
 115   // Store game phase
 116   mi->gamePhase = MaterialInfoTable::game_phase(pos);
 117
 118   // Let's look if we have a specialized evaluation function for this
 119   // particular material configuration. First we look for a fixed
 120   // configuration one, then a generic one if previous search failed.
 121   if ((mi->evaluationFunction = funcs->get<Value>(key)) != NULL)
 122       return mi;
 123
 124   if (is_KXK<WHITE>(pos))
 125   {
 126       mi->evaluationFunction = &EvaluateKXK[WHITE];
 127       return mi;
 128   }
 129
 130   if (is_KXK<BLACK>(pos))
 131   {
 132       mi->evaluationFunction = &EvaluateKXK[BLACK];
 133       return mi;
 134   }
 135
 136   if (!pos.pieces(PAWN) && !pos.pieces(ROOK) && !pos.pieces(QUEEN))
 137   {
 138       // Minor piece endgame with at least one minor piece per side and
 139       // no pawns. Note that the case KmmK is already handled by KXK.
 140       assert((pos.pieces(KNIGHT, WHITE) | pos.pieces(BISHOP, WHITE)));
 141       assert((pos.pieces(KNIGHT, BLACK) | pos.pieces(BISHOP, BLACK)));
 142
 143       if (   pos.piece_count(WHITE, BISHOP) + pos.piece_count(WHITE, KNIGHT) <= 2
 144           && pos.piece_count(BLACK, BISHOP) + pos.piece_count(BLACK, KNIGHT) <= 2)
 145       {
 146           mi->evaluationFunction = &EvaluateKmmKm[pos.side_to_move()];
 147           return mi;
 148       }
 149   }
 150
 151   // OK, we didn't find any special evaluation function for the current
 152   // material configuration. Is there a suitable scaling function?
 153   //
 154   // We face problems when there are several conflicting applicable
 155   // scaling functions and we need to decide which one to use.
 156   EndgameBase<ScaleFactor>* sf;
 157
 158   if ((sf = funcs->get<ScaleFactor>(key)) != NULL)
 159   {
 160       mi->scalingFunction[sf->color()] = sf;
 161       return mi;
 162   }
 163
 164   // Generic scaling functions that refer to more then one material
 165   // distribution. Should be probed after the specialized ones.
 166   // Note that these ones don't return after setting the function.
 167   if (is_KBPsKs<WHITE>(pos))
 168       mi->scalingFunction[WHITE] = &ScaleKBPsK[WHITE];
 169
 170   if (is_KBPsKs<BLACK>(pos))
 171       mi->scalingFunction[BLACK] = &ScaleKBPsK[BLACK];
 172
 173   if (is_KQKRPs<WHITE>(pos))
 174       mi->scalingFunction[WHITE] = &ScaleKQKRPs[WHITE];
 175
 176   else if (is_KQKRPs<BLACK>(pos))
 177       mi->scalingFunction[BLACK] = &ScaleKQKRPs[BLACK];
 178
 179   Value npm_w = pos.non_pawn_material(WHITE);
 180   Value npm_b = pos.non_pawn_material(BLACK);
 181
 182   if (npm_w + npm_b == VALUE_ZERO)
 183   {
 184       if (pos.piece_count(BLACK, PAWN) == 0)
 185       {
 186           assert(pos.piece_count(WHITE, PAWN) >= 2);
 187           mi->scalingFunction[WHITE] = &ScaleKPsK[WHITE];
 188       }
 189       else if (pos.piece_count(WHITE, PAWN) == 0)
 190       {
 191           assert(pos.piece_count(BLACK, PAWN) >= 2);
 192           mi->scalingFunction[BLACK] = &ScaleKPsK[BLACK];
 193       }
 194       else if (pos.piece_count(WHITE, PAWN) == 1 && pos.piece_count(BLACK, PAWN) == 1)
 195       {
 196           // This is a special case because we set scaling functions
 197           // for both colors instead of only one.
 198           mi->scalingFunction[WHITE] = &ScaleKPKP[WHITE];
 199           mi->scalingFunction[BLACK] = &ScaleKPKP[BLACK];
 200       }
 201   }
 202
 203   // No pawns makes it difficult to win, even with a material advantage
 204   if (pos.piece_count(WHITE, PAWN) == 0 && npm_w - npm_b <= BishopValueMidgame)
 205   {
 206       mi->factor[WHITE] = (uint8_t)
 207       (npm_w == npm_b || npm_w < RookValueMidgame ? 0 : NoPawnsSF[std::min(pos.piece_count(WHITE, BISHOP), 2)]);
 208   }
 209
 210   if (pos.piece_count(BLACK, PAWN) == 0 && npm_b - npm_w <= BishopValueMidgame)
 211   {
 212       mi->factor[BLACK] = (uint8_t)
 213       (npm_w == npm_b || npm_b < RookValueMidgame ? 0 : NoPawnsSF[std::min(pos.piece_count(BLACK, BISHOP), 2)]);
 214   }
 215
 216   // Compute the space weight
 217   if (npm_w + npm_b >= 2 * QueenValueMidgame + 4 * RookValueMidgame + 2 * KnightValueMidgame)
 218   {
 219       int minorPieceCount =  pos.piece_count(WHITE, KNIGHT) + pos.piece_count(WHITE, BISHOP)
 220                            + pos.piece_count(BLACK, KNIGHT) + pos.piece_count(BLACK, BISHOP);
 221
 222       mi->spaceWeight = minorPieceCount * minorPieceCount;
 223   }
 224
 225   // Evaluate the material imbalance. We use PIECE_TYPE_NONE as a place holder
 226   // for the bishop pair "extended piece", this allow us to be more flexible
 227   // in defining bishop pair bonuses.
 228   const int pieceCount[2][8] = {
 229   { pos.piece_count(WHITE, BISHOP) > 1, pos.piece_count(WHITE, PAWN), pos.piece_count(WHITE, KNIGHT),
 230     pos.piece_count(WHITE, BISHOP)    , pos.piece_count(WHITE, ROOK), pos.piece_count(WHITE, QUEEN) },
 231   { pos.piece_count(BLACK, BISHOP) > 1, pos.piece_count(BLACK, PAWN), pos.piece_count(BLACK, KNIGHT),
 232     pos.piece_count(BLACK, BISHOP)    , pos.piece_count(BLACK, ROOK), pos.piece_count(BLACK, QUEEN) } };
 233
 234   mi->value = (int16_t)((imbalance<WHITE>(pieceCount) - imbalance<BLACK>(pieceCount)) / 16);
 235   return mi;
 236 }
 237
 238
 239 /// MaterialInfoTable::imbalance() calculates imbalance comparing piece count of each
 240 /// piece type for both colors.
 241
 242 template<Color Us>
 243 int MaterialInfoTable::imbalance(const int pieceCount[][8]) {
 244
 245   const Color Them = (Us == WHITE ? BLACK : WHITE);
 246
 247   int pt1, pt2, pc, v;
 248   int value = 0;
 249
 250   // Redundancy of major pieces, formula based on Kaufman's paper
 251   // "The Evaluation of Material Imbalances in Chess"
 252   if (pieceCount[Us][ROOK] > 0)
 253       value -=  RedundantRookPenalty * (pieceCount[Us][ROOK] - 1)
 254               + RedundantQueenPenalty * pieceCount[Us][QUEEN];
 255
 256   // Second-degree polynomial material imbalance by Tord Romstad
 257   for (pt1 = NO_PIECE_TYPE; pt1 <= QUEEN; pt1++)
 258   {
 259       pc = pieceCount[Us][pt1];
 260       if (!pc)
 261           continue;
 262
 263       v = LinearCoefficients[pt1];
 264
 265       for (pt2 = NO_PIECE_TYPE; pt2 <= pt1; pt2++)
 266           v +=  QuadraticCoefficientsSameColor[pt1][pt2] * pieceCount[Us][pt2]
 267               + QuadraticCoefficientsOppositeColor[pt1][pt2] * pieceCount[Them][pt2];
 268
 269       value += pc * v;
 270   }
 271   return value;
 272 }
 273
 274
 275 /// MaterialInfoTable::game_phase() calculates the phase given the current
 276 /// position. Because the phase is strictly a function of the material, it
 277 /// is stored in MaterialInfo.
 278
 279 Phase MaterialInfoTable::game_phase(const Position& pos) {
 280
 281   Value npm = pos.non_pawn_material(WHITE) + pos.non_pawn_material(BLACK);
 282
 283   return  npm >= MidgameLimit ? PHASE_MIDGAME
 284         : npm <= EndgameLimit ? PHASE_ENDGAME
 285         : Phase(((npm - EndgameLimit) * 128) / (MidgameLimit - EndgameLimit));
 286 }