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   // Polynomial material balance parameters
  44   const Value RedundantQueenPenalty = Value(320);
  45   const Value RedundantRookPenalty  = Value(554);
  46   const int LinearCoefficients[6]   = { 1709, -137, -1185, -166, 141, 59 };
  47
  48   const int QuadraticCoefficientsSameColor[][6] = {
  49   { 0, 0, 0, 0, 0, 0 }, { 33, -6, 0, 0, 0, 0 }, { 29, 269, -12, 0, 0, 0 },
  50   { 0, 19, -4, 0, 0, 0 }, { -35, -10, 40, 95, 50, 0 }, { 52, 23, 78, 144, -11, -33 } };
  51
  52   const int QuadraticCoefficientsOppositeColor[][6] = {
  53   { 0, 0, 0, 0, 0, 0 }, { -5, 0, 0, 0, 0, 0 }, { -33, 23, 0, 0, 0, 0 },
  54   { 17, 25, -3, 0, 0, 0 }, { 10, -2, -19, -67, 0, 0 }, { 69, 64, -41, 116, 137, 0 } };
  55
  56   // Unmapped endgame evaluation and scaling functions, these
  57   // are accessed direcly and not through the function maps.
  58   EvaluationFunction<KmmKm> EvaluateKmmKm(WHITE);
  59   EvaluationFunction<KXK>   EvaluateKXK(WHITE), EvaluateKKX(BLACK);
  60   ScalingFunction<KBPK>     ScaleKBPK(WHITE),   ScaleKKBP(BLACK);
  61   ScalingFunction<KQKRP>    ScaleKQKRP(WHITE),  ScaleKRPKQ(BLACK);
  62   ScalingFunction<KPsK>     ScaleKPsK(WHITE),   ScaleKKPs(BLACK);
  63   ScalingFunction<KPKP>     ScaleKPKPw(WHITE),  ScaleKPKPb(BLACK);
  64
  65   Key KNNKMaterialKey, KKNNMaterialKey;
  66 }
  67
  68
  69 ////
  70 //// Classes
  71 ////
  72
  73 typedef EndgameEvaluationFunctionBase EF;
  74 typedef EndgameScalingFunctionBase SF;
  75
  76 /// See header for a class description. It is declared here to avoid
  77 /// to include <map> in the header file.
  78
  79 class EndgameFunctions {
  80 public:
  81   EndgameFunctions();
  82   ~EndgameFunctions();
  83   template<class T> T* get(Key key) const;
  84
  85 private:
  86   template<class T> void add(const string& keyCode);
  87
  88   static Key buildKey(const string& keyCode);
  89   static const string swapColors(const string& keyCode);
  90
  91   std::map<Key, EF*> EEFmap;
  92   std::map<Key, SF*> ESFmap;
  93
  94   // Maps accessing functions for const and non-const references
  95   template<typename T> const std::map<Key, T*>& map() const { return EEFmap; }
  96   template<typename T> std::map<Key, T*>& map() { return EEFmap; }
  97 };
  98
  99 // Explicit specializations of a member function shall be declared in
 100 // the namespace of which the class template is a member.
 101 template<> const std::map<Key, SF*>&
 102 EndgameFunctions::map<SF>() const { return ESFmap; }
 103
 104 template<> std::map<Key, SF*>&
 105 EndgameFunctions::map<SF>() { return ESFmap; }
 106
 107
 108 ////
 109 //// Functions
 110 ////
 111
 112
 113 /// Constructor for the MaterialInfoTable class
 114
 115 MaterialInfoTable::MaterialInfoTable(unsigned int numOfEntries) {
 116
 117   size = numOfEntries;
 118   entries = new MaterialInfo[size];
 119   funcs = new EndgameFunctions();
 120   if (!entries || !funcs)
 121   {
 122       std::cerr << "Failed to allocate " << (numOfEntries * sizeof(MaterialInfo))
 123                 << " bytes for material hash table." << std::endl;
 124       Application::exit_with_failure();
 125   }
 126 }
 127
 128
 129 /// Destructor for the MaterialInfoTable class
 130
 131 MaterialInfoTable::~MaterialInfoTable() {
 132
 133   delete funcs;
 134   delete [] entries;
 135 }
 136
 137
 138 /// MaterialInfoTable::get_material_info() takes a position object as input,
 139 /// computes or looks up a MaterialInfo object, and returns a pointer to it.
 140 /// If the material configuration is not already present in the table, it
 141 /// is stored there, so we don't have to recompute everything when the
 142 /// same material configuration occurs again.
 143
 144 MaterialInfo* MaterialInfoTable::get_material_info(const Position& pos) {
 145
 146   Key key = pos.get_material_key();
 147   int index = key & (size - 1);
 148   MaterialInfo* mi = entries + index;
 149
 150   // If mi->key matches the position's material hash key, it means that we
 151   // have analysed this material configuration before, and we can simply
 152   // return the information we found the last time instead of recomputing it.
 153   if (mi->key == key)
 154       return mi;
 155
 156   // Clear the MaterialInfo object, and set its key
 157   mi->clear();
 158   mi->key = key;
 159
 160   // A special case before looking for a specialized evaluation function
 161   // KNN vs K is a draw.
 162   if (key == KNNKMaterialKey || key == KKNNMaterialKey)
 163   {
 164       mi->factor[WHITE] = mi->factor[BLACK] = 0;
 165       return mi;
 166   }
 167
 168   // Let's look if we have a specialized evaluation function for this
 169   // particular material configuration. First we look for a fixed
 170   // configuration one, then a generic one if previous search failed.
 171   if ((mi->evaluationFunction = funcs->get<EF>(key)) != NULL)
 172       return mi;
 173
 174   else if (   pos.non_pawn_material(BLACK) == Value(0)
 175            && pos.piece_count(BLACK, PAWN) == 0
 176            && pos.non_pawn_material(WHITE) >= RookValueMidgame)
 177   {
 178       mi->evaluationFunction = &EvaluateKXK;
 179       return mi;
 180   }
 181   else if (   pos.non_pawn_material(WHITE) == Value(0)
 182            && pos.piece_count(WHITE, PAWN) == 0
 183            && pos.non_pawn_material(BLACK) >= RookValueMidgame)
 184   {
 185       mi->evaluationFunction = &EvaluateKKX;
 186       return mi;
 187   }
 188   else if (   pos.pawns() == EmptyBoardBB
 189            && pos.rooks() == EmptyBoardBB
 190            && pos.queens() == EmptyBoardBB)
 191   {
 192       // Minor piece endgame with at least one minor piece per side,
 193       // and no pawns.
 194       assert(pos.knights(WHITE) | pos.bishops(WHITE));
 195       assert(pos.knights(BLACK) | pos.bishops(BLACK));
 196
 197       if (   pos.piece_count(WHITE, BISHOP) + pos.piece_count(WHITE, KNIGHT) <= 2
 198           && pos.piece_count(BLACK, BISHOP) + pos.piece_count(BLACK, KNIGHT) <= 2)
 199       {
 200           mi->evaluationFunction = &EvaluateKmmKm;
 201           return mi;
 202       }
 203   }
 204
 205   // OK, we didn't find any special evaluation function for the current
 206   // material configuration. Is there a suitable scaling function?
 207   //
 208   // The code below is rather messy, and it could easily get worse later,
 209   // if we decide to add more special cases. We face problems when there
 210   // are several conflicting applicable scaling functions and we need to
 211   // decide which one to use.
 212   SF* sf;
 213
 214   if ((sf = funcs->get<SF>(key)) != NULL)
 215   {
 216       mi->scalingFunction[sf->color()] = sf;
 217       return mi;
 218   }
 219
 220   if (   pos.non_pawn_material(WHITE) == BishopValueMidgame
 221       && pos.piece_count(WHITE, BISHOP) == 1
 222       && pos.piece_count(WHITE, PAWN) >= 1)
 223       mi->scalingFunction[WHITE] = &ScaleKBPK;
 224
 225   if (   pos.non_pawn_material(BLACK) == BishopValueMidgame
 226       && pos.piece_count(BLACK, BISHOP) == 1
 227       && pos.piece_count(BLACK, PAWN) >= 1)
 228       mi->scalingFunction[BLACK] = &ScaleKKBP;
 229
 230   if (   pos.piece_count(WHITE, PAWN) == 0
 231       && pos.non_pawn_material(WHITE) == QueenValueMidgame
 232       && pos.piece_count(WHITE, QUEEN) == 1
 233       && pos.piece_count(BLACK, ROOK) == 1
 234       && pos.piece_count(BLACK, PAWN) >= 1)
 235       mi->scalingFunction[WHITE] = &ScaleKQKRP;
 236
 237   else if (   pos.piece_count(BLACK, PAWN) == 0
 238            && pos.non_pawn_material(BLACK) == QueenValueMidgame
 239            && pos.piece_count(BLACK, QUEEN) == 1
 240            && pos.piece_count(WHITE, ROOK) == 1
 241            && pos.piece_count(WHITE, PAWN) >= 1)
 242       mi->scalingFunction[BLACK] = &ScaleKRPKQ;
 243
 244   if (pos.non_pawn_material(WHITE) + pos.non_pawn_material(BLACK) == Value(0))
 245   {
 246       if (pos.piece_count(BLACK, PAWN) == 0)
 247       {
 248           assert(pos.piece_count(WHITE, PAWN) >= 2);
 249           mi->scalingFunction[WHITE] = &ScaleKPsK;
 250       }
 251       else if (pos.piece_count(WHITE, PAWN) == 0)
 252       {
 253           assert(pos.piece_count(BLACK, PAWN) >= 2);
 254           mi->scalingFunction[BLACK] = &ScaleKKPs;
 255       }
 256       else if (pos.piece_count(WHITE, PAWN) == 1 && pos.piece_count(BLACK, PAWN) == 1)
 257       {
 258           mi->scalingFunction[WHITE] = &ScaleKPKPw;
 259           mi->scalingFunction[BLACK] = &ScaleKPKPb;
 260       }
 261   }
 262
 263   // Compute the space weight
 264   if (pos.non_pawn_material(WHITE) + pos.non_pawn_material(BLACK) >=
 265       2*QueenValueMidgame + 4*RookValueMidgame + 2*KnightValueMidgame)
 266   {
 267       int minorPieceCount =  pos.piece_count(WHITE, KNIGHT)
 268                            + pos.piece_count(BLACK, KNIGHT)
 269                            + pos.piece_count(WHITE, BISHOP)
 270                            + pos.piece_count(BLACK, BISHOP);
 271
 272       mi->spaceWeight = minorPieceCount * minorPieceCount;
 273   }
 274
 275   // Evaluate the material balance
 276
 277   const int bishopsPair_count[2] = { pos.piece_count(WHITE, BISHOP) > 1, pos.piece_count(BLACK, BISHOP) > 1 };
 278   Color c, them;
 279   int sign;
 280   int matValue = 0;
 281
 282   for (c = WHITE, sign = 1; c <= BLACK; c++, sign = -sign)
 283   {
 284     // No pawns makes it difficult to win, even with a material advantage
 285     if (   pos.piece_count(c, PAWN) == 0
 286         && pos.non_pawn_material(c) - pos.non_pawn_material(opposite_color(c)) <= BishopValueMidgame)
 287     {
 288         if (   pos.non_pawn_material(c) == pos.non_pawn_material(opposite_color(c))
 289             || pos.non_pawn_material(c) < RookValueMidgame)
 290             mi->factor[c] = 0;
 291         else
 292         {
 293             switch (pos.piece_count(c, BISHOP)) {
 294             case 2:
 295                 mi->factor[c] = 32;
 296                 break;
 297             case 1:
 298                 mi->factor[c] = 12;
 299                 break;
 300             case 0:
 301                 mi->factor[c] = 6;
 302                 break;
 303             }
 304         }
 305     }
 306
 307     // Redundancy of major pieces, formula based on Kaufman's paper
 308     // "The Evaluation of Material Imbalances in Chess"
 309     // http://mywebpages.comcast.net/danheisman/Articles/evaluation_of_material_imbalance.htm
 310     if (pos.piece_count(c, ROOK) >= 1)
 311         matValue -= sign * ((pos.piece_count(c, ROOK) - 1) * RedundantRookPenalty + pos.piece_count(c, QUEEN) * RedundantQueenPenalty);
 312
 313     // Second-degree polynomial material imbalance by Tord Romstad
 314     //
 315     // We use NO_PIECE_TYPE as a place holder for the bishop pair "extended piece",
 316     // this allow us to be more flexible in defining bishop pair bonuses.
 317     them = opposite_color(c);
 318     for (PieceType pt1 = NO_PIECE_TYPE; pt1 <= QUEEN; pt1++)
 319     {
 320         int c1, c2, c3;
 321         c1 = sign * (pt1 != NO_PIECE_TYPE ? pos.piece_count(c, pt1) : bishopsPair_count[c]);
 322         if (!c1)
 323             continue;
 324
 325         matValue += c1 * LinearCoefficients[pt1];
 326
 327         for (PieceType pt2 = NO_PIECE_TYPE; pt2 <= pt1; pt2++)
 328         {
 329             c2 = (pt2 != NO_PIECE_TYPE ? pos.piece_count(c,    pt2) : bishopsPair_count[c]);
 330             c3 = (pt2 != NO_PIECE_TYPE ? pos.piece_count(them, pt2) : bishopsPair_count[them]);
 331             matValue += c1 * c2 * QuadraticCoefficientsSameColor[pt1][pt2];
 332             matValue += c1 * c3 * QuadraticCoefficientsOppositeColor[pt1][pt2];
 333         }
 334     }
 335   }
 336
 337   mi->value = int16_t(matValue / 16);
 338   return mi;
 339 }
 340
 341
 342 /// EndgameFunctions member definitions. This class is used to store the maps
 343 /// of end game and scaling functions that MaterialInfoTable will query for
 344 /// each key. The maps are constant and are populated only at construction,
 345 /// but are per-thread instead of globals to avoid expensive locks needed
 346 /// because std::map is not guaranteed to be thread-safe even if accessed
 347 /// only for a lookup.
 348
 349 EndgameFunctions::EndgameFunctions() {
 350
 351   KNNKMaterialKey = buildKey("KNNK");
 352   KKNNMaterialKey = buildKey("KKNN");
 353
 354   add<EvaluationFunction<KPK>   >("KPK");
 355   add<EvaluationFunction<KBNK>  >("KBNK");
 356   add<EvaluationFunction<KRKP>  >("KRKP");
 357   add<EvaluationFunction<KRKB>  >("KRKB");
 358   add<EvaluationFunction<KRKN>  >("KRKN");
 359   add<EvaluationFunction<KQKR>  >("KQKR");
 360   add<EvaluationFunction<KBBKN> >("KBBKN");
 361
 362   add<ScalingFunction<KNPK>    >("KNPK");
 363   add<ScalingFunction<KRPKR>   >("KRPKR");
 364   add<ScalingFunction<KBPKB>   >("KBPKB");
 365   add<ScalingFunction<KBPPKB>  >("KBPPKB");
 366   add<ScalingFunction<KBPKN>   >("KBPKN");
 367   add<ScalingFunction<KRPPKRP> >("KRPPKRP");
 368   add<ScalingFunction<KRPPKRP> >("KRPPKRP");
 369 }
 370
 371 EndgameFunctions::~EndgameFunctions() {
 372
 373     for (std::map<Key, EF*>::iterator it = EEFmap.begin(); it != EEFmap.end(); ++it)
 374         delete (*it).second;
 375
 376     for (std::map<Key, SF*>::iterator it = ESFmap.begin(); it != ESFmap.end(); ++it)
 377         delete (*it).second;
 378 }
 379
 380 Key EndgameFunctions::buildKey(const string& keyCode) {
 381
 382     assert(keyCode.length() > 0 && keyCode[0] == 'K');
 383     assert(keyCode.length() < 8);
 384
 385     std::stringstream s;
 386     bool upcase = false;
 387
 388     // Build up a fen substring with the given pieces, note
 389     // that the fen string could be of an illegal position.
 390     for (size_t i = 0; i < keyCode.length(); i++)
 391     {
 392         if (keyCode[i] == 'K')
 393             upcase = !upcase;
 394
 395         s << char(upcase? toupper(keyCode[i]) : tolower(keyCode[i]));
 396     }
 397     s << 8 - keyCode.length() << "/8/8/8/8/8/8/8 w -";
 398     return Position(s.str()).get_material_key();
 399 }
 400
 401 const string EndgameFunctions::swapColors(const string& keyCode) {
 402
 403     // Build corresponding key for the opposite color: "KBPKN" -> "KNKBP"
 404     size_t idx = keyCode.find("K", 1);
 405     return keyCode.substr(idx) + keyCode.substr(0, idx);
 406 }
 407
 408 template<class T>
 409 void EndgameFunctions::add(const string& keyCode) {
 410
 411   typedef typename T::Base F;
 412
 413   map<F>().insert(std::pair<Key, F*>(buildKey(keyCode), new T(WHITE)));
 414   map<F>().insert(std::pair<Key, F*>(buildKey(swapColors(keyCode)), new T(BLACK)));
 415 }
 416
 417 template<class T>
 418 T* EndgameFunctions::get(Key key) const {
 419
 420   typename std::map<Key, T*>::const_iterator it(map<T>().find(key));
 421   return (it != map<T>().end() ? it->second : NULL);
 422 }