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 }
  46
  47 ////
  48 //// Classes
  49 ////
  50
  51
  52 /// See header for a class description. It is declared here to avoid
  53 /// to include <map> in the header file.
  54
  55 class EndgameFunctions {
  56
  57 public:
  58   EndgameFunctions();
  59   EndgameEvaluationFunctionBase* getEEF(Key key) const;
  60   EndgameScalingFunctionBase* getESF(Key key, Color* c) const;
  61
  62 private:
  63   void add(const string& keyCode, EndgameEvaluationFunctionBase* f);
  64   void add(const string& keyCode, Color c, EndgameScalingFunctionBase* f);
  65   Key buildKey(const string& keyCode);
  66
  67   struct ScalingInfo
  68   {
  69       Color col;
  70       EndgameScalingFunctionBase* fun;
  71   };
  72
  73   std::map<Key, EndgameEvaluationFunctionBase*> EEFmap;
  74   std::map<Key, ScalingInfo> ESFmap;
  75 };
  76
  77
  78 ////
  79 //// Functions
  80 ////
  81
  82
  83 /// Constructor for the MaterialInfoTable class
  84
  85 MaterialInfoTable::MaterialInfoTable(unsigned int numOfEntries) {
  86
  87   size = numOfEntries;
  88   entries = new MaterialInfo[size];
  89   funcs = new EndgameFunctions();
  90   if (!entries || !funcs)
  91   {
  92       std::cerr << "Failed to allocate " << (numOfEntries * sizeof(MaterialInfo))
  93                 << " bytes for material hash table." << std::endl;
  94       Application::exit_with_failure();
  95   }
  96 }
  97
  98
  99 /// Destructor for the MaterialInfoTable class
 100
 101 MaterialInfoTable::~MaterialInfoTable() {
 102
 103   delete funcs;
 104   delete [] entries;
 105 }
 106
 107
 108 /// MaterialInfoTable::get_material_info() takes a position object as input,
 109 /// computes or looks up a MaterialInfo object, and returns a pointer to it.
 110 /// If the material configuration is not already present in the table, it
 111 /// is stored there, so we don't have to recompute everything when the
 112 /// same material configuration occurs again.
 113
 114 MaterialInfo* MaterialInfoTable::get_material_info(const Position& pos) {
 115
 116   Key key = pos.get_material_key();
 117   int index = key & (size - 1);
 118   MaterialInfo* mi = entries + index;
 119
 120   // If mi->key matches the position's material hash key, it means that we
 121   // have analysed this material configuration before, and we can simply
 122   // return the information we found the last time instead of recomputing it.
 123   if (mi->key == key)
 124       return mi;
 125
 126   // Clear the MaterialInfo object, and set its key
 127   mi->clear();
 128   mi->key = key;
 129
 130   // A special case before looking for a specialized evaluation function
 131   // KNN vs K is a draw.
 132   if (key == KNNKMaterialKey || key == KKNNMaterialKey)
 133   {
 134       mi->factor[WHITE] = mi->factor[BLACK] = 0;
 135       return mi;
 136   }
 137
 138   // Let's look if we have a specialized evaluation function for this
 139   // particular material configuration. First we look for a fixed
 140   // configuration one, then a generic one if previous search failed.
 141   if ((mi->evaluationFunction = funcs->getEEF(key)) != NULL)
 142       return mi;
 143
 144   else if (   pos.non_pawn_material(BLACK) == Value(0)
 145            && pos.piece_count(BLACK, PAWN) == 0
 146            && pos.non_pawn_material(WHITE) >= RookValueMidgame)
 147   {
 148       mi->evaluationFunction = &EvaluateKXK;
 149       return mi;
 150   }
 151   else if (   pos.non_pawn_material(WHITE) == Value(0)
 152            && pos.piece_count(WHITE, PAWN) == 0
 153            && pos.non_pawn_material(BLACK) >= RookValueMidgame)
 154   {
 155       mi->evaluationFunction = &EvaluateKKX;
 156       return mi;
 157   }
 158   else if (   pos.pawns() == EmptyBoardBB
 159            && pos.rooks() == EmptyBoardBB
 160            && pos.queens() == EmptyBoardBB)
 161   {
 162       // Minor piece endgame with at least one minor piece per side,
 163       // and no pawns.
 164       assert(pos.knights(WHITE) | pos.bishops(WHITE));
 165       assert(pos.knights(BLACK) | pos.bishops(BLACK));
 166
 167       if (   pos.piece_count(WHITE, BISHOP) + pos.piece_count(WHITE, KNIGHT) <= 2
 168           && pos.piece_count(BLACK, BISHOP) + pos.piece_count(BLACK, KNIGHT) <= 2)
 169       {
 170           mi->evaluationFunction = &EvaluateKmmKm;
 171           return mi;
 172       }
 173   }
 174
 175   // OK, we didn't find any special evaluation function for the current
 176   // material configuration. Is there a suitable scaling function?
 177   //
 178   // The code below is rather messy, and it could easily get worse later,
 179   // if we decide to add more special cases.  We face problems when there
 180   // are several conflicting applicable scaling functions and we need to
 181   // decide which one to use.
 182   Color c;
 183   EndgameScalingFunctionBase* sf;
 184
 185   if ((sf = funcs->getESF(key, &c)) != NULL)
 186   {
 187       mi->scalingFunction[c] = sf;
 188       return mi;
 189   }
 190
 191   if (   pos.non_pawn_material(WHITE) == BishopValueMidgame
 192       && pos.piece_count(WHITE, BISHOP) == 1
 193       && pos.piece_count(WHITE, PAWN) >= 1)
 194       mi->scalingFunction[WHITE] = &ScaleKBPK;
 195
 196   if (   pos.non_pawn_material(BLACK) == BishopValueMidgame
 197       && pos.piece_count(BLACK, BISHOP) == 1
 198       && pos.piece_count(BLACK, PAWN) >= 1)
 199       mi->scalingFunction[BLACK] = &ScaleKKBP;
 200
 201   if (   pos.piece_count(WHITE, PAWN) == 0
 202       && pos.non_pawn_material(WHITE) == QueenValueMidgame
 203       && pos.piece_count(WHITE, QUEEN) == 1
 204       && pos.piece_count(BLACK, ROOK) == 1
 205       && pos.piece_count(BLACK, PAWN) >= 1)
 206       mi->scalingFunction[WHITE] = &ScaleKQKRP;
 207
 208   else if (   pos.piece_count(BLACK, PAWN) == 0
 209            && pos.non_pawn_material(BLACK) == QueenValueMidgame
 210            && pos.piece_count(BLACK, QUEEN) == 1
 211            && pos.piece_count(WHITE, ROOK) == 1
 212            && pos.piece_count(WHITE, PAWN) >= 1)
 213       mi->scalingFunction[BLACK] = &ScaleKRPKQ;
 214
 215   if (pos.non_pawn_material(WHITE) + pos.non_pawn_material(BLACK) == Value(0))
 216   {
 217       if (pos.piece_count(BLACK, PAWN) == 0)
 218       {
 219           assert(pos.piece_count(WHITE, PAWN) >= 2);
 220           mi->scalingFunction[WHITE] = &ScaleKPsK;
 221       }
 222       else if (pos.piece_count(WHITE, PAWN) == 0)
 223       {
 224           assert(pos.piece_count(BLACK, PAWN) >= 2);
 225           mi->scalingFunction[BLACK] = &ScaleKKPs;
 226       }
 227       else if (pos.piece_count(WHITE, PAWN) == 1 && pos.piece_count(BLACK, PAWN) == 1)
 228       {
 229           mi->scalingFunction[WHITE] = &ScaleKPKPw;
 230           mi->scalingFunction[BLACK] = &ScaleKPKPb;
 231       }
 232   }
 233
 234   // Compute the space weight
 235   if (pos.non_pawn_material(WHITE) + pos.non_pawn_material(BLACK) >=
 236       2*QueenValueMidgame + 4*RookValueMidgame + 2*KnightValueMidgame)
 237   {
 238       int minorPieceCount =  pos.piece_count(WHITE, KNIGHT)
 239                            + pos.piece_count(BLACK, KNIGHT)
 240                            + pos.piece_count(WHITE, BISHOP)
 241                            + pos.piece_count(BLACK, BISHOP);
 242
 243       mi->spaceWeight = minorPieceCount * minorPieceCount;
 244   }
 245
 246   // Evaluate the material balance
 247
 248   int sign;
 249   Value egValue = Value(0);
 250   Value mgValue = Value(0);
 251
 252   for (c = WHITE, sign = 1; c <= BLACK; c++, sign = -sign)
 253   {
 254     // No pawns makes it difficult to win, even with a material advantage
 255     if (   pos.piece_count(c, PAWN) == 0
 256         && pos.non_pawn_material(c) - pos.non_pawn_material(opposite_color(c)) <= BishopValueMidgame)
 257     {
 258         if (   pos.non_pawn_material(c) == pos.non_pawn_material(opposite_color(c))
 259             || pos.non_pawn_material(c) < RookValueMidgame)
 260             mi->factor[c] = 0;
 261         else
 262         {
 263             switch (pos.piece_count(c, BISHOP)) {
 264             case 2:
 265                 mi->factor[c] = 32;
 266                 break;
 267             case 1:
 268                 mi->factor[c] = 12;
 269                 break;
 270             case 0:
 271                 mi->factor[c] = 6;
 272                 break;
 273             }
 274         }
 275     }
 276
 277     // Bishop pair
 278     if (pos.piece_count(c, BISHOP) >= 2)
 279     {
 280         mgValue += sign * BishopPairMidgameBonus;
 281         egValue += sign * BishopPairEndgameBonus;
 282     }
 283
 284     // Knights are stronger when there are many pawns on the board.  The
 285     // formula is taken from Larry Kaufman's paper "The Evaluation of Material
 286     // Imbalances in Chess":
 287     // http://mywebpages.comcast.net/danheisman/Articles/evaluation_of_material_imbalance.htm
 288     mgValue += sign * Value(pos.piece_count(c, KNIGHT)*(pos.piece_count(c, PAWN)-5)*16);
 289     egValue += sign * Value(pos.piece_count(c, KNIGHT)*(pos.piece_count(c, PAWN)-5)*16);
 290
 291     // Redundancy of major pieces, again based on Kaufman's paper:
 292     if (pos.piece_count(c, ROOK) >= 1)
 293     {
 294         Value v = Value((pos.piece_count(c, ROOK) - 1) * 32 + pos.piece_count(c, QUEEN) * 16);
 295         mgValue -= sign * v;
 296         egValue -= sign * v;
 297     }
 298   }
 299   mi->mgValue = int16_t(mgValue);
 300   mi->egValue = int16_t(egValue);
 301   return mi;
 302 }
 303
 304
 305 /// EndgameFunctions member definitions. This class is used to store the maps
 306 /// of end game and scaling functions that MaterialInfoTable will query for
 307 /// each key. The maps are constant and are populated only at construction,
 308 /// but are per-thread instead of globals to avoid expensive locks.
 309
 310 EndgameFunctions::EndgameFunctions() {
 311
 312   KNNKMaterialKey = buildKey("KNNK");
 313   KKNNMaterialKey = buildKey("KKNN");
 314
 315   add("KPK",   &EvaluateKPK);
 316   add("KKP",   &EvaluateKKP);
 317   add("KBNK",  &EvaluateKBNK);
 318   add("KKBN",  &EvaluateKKBN);
 319   add("KRKP",  &EvaluateKRKP);
 320   add("KPKR",  &EvaluateKPKR);
 321   add("KRKB",  &EvaluateKRKB);
 322   add("KBKR",  &EvaluateKBKR);
 323   add("KRKN",  &EvaluateKRKN);
 324   add("KNKR",  &EvaluateKNKR);
 325   add("KQKR",  &EvaluateKQKR);
 326   add("KRKQ",  &EvaluateKRKQ);
 327   add("KBBKN", &EvaluateKBBKN);
 328   add("KNKBB", &EvaluateKNKBB);
 329
 330   add("KNPK",    WHITE, &ScaleKNPK);
 331   add("KKNP",    BLACK, &ScaleKKNP);
 332   add("KRPKR",   WHITE, &ScaleKRPKR);
 333   add("KRKRP",   BLACK, &ScaleKRKRP);
 334   add("KBPKB",   WHITE, &ScaleKBPKB);
 335   add("KBKBP",   BLACK, &ScaleKBKBP);
 336   add("KBPPKB",  WHITE, &ScaleKBPPKB);
 337   add("KBKBPP",  BLACK, &ScaleKBKBPP);
 338   add("KBPKN",   WHITE, &ScaleKBPKN);
 339   add("KNKBP",   BLACK, &ScaleKNKBP);
 340   add("KRPPKRP", WHITE, &ScaleKRPPKRP);
 341   add("KRPKRPP", BLACK, &ScaleKRPKRPP);
 342   add("KRPPKRP", WHITE, &ScaleKRPPKRP);
 343   add("KRPKRPP", BLACK, &ScaleKRPKRPP);
 344 }
 345
 346 Key EndgameFunctions::buildKey(const string& keyCode) {
 347
 348     assert(keyCode.length() > 0 && keyCode[0] == 'K');
 349     assert(keyCode.length() < 8);
 350
 351     std::stringstream s;
 352     bool upcase = false;
 353
 354     // Build up a fen substring with the given pieces, note
 355     // that the fen string could be of an illegal position.
 356     for (size_t i = 0; i < keyCode.length(); i++)
 357     {
 358         if (keyCode[i] == 'K')
 359             upcase = !upcase;
 360
 361         s << char(upcase? toupper(keyCode[i]) : tolower(keyCode[i]));
 362     }
 363     s << 8 - keyCode.length() << "/8/8/8/8/8/8/8 w -";
 364     return Position(s.str()).get_material_key();
 365 }
 366
 367 void EndgameFunctions::add(const string& keyCode, EndgameEvaluationFunctionBase* f) {
 368
 369   EEFmap.insert(std::pair<Key, EndgameEvaluationFunctionBase*>(buildKey(keyCode), f));
 370 }
 371
 372 void EndgameFunctions::add(const string& keyCode, Color c, EndgameScalingFunctionBase* f) {
 373
 374   ScalingInfo s = {c, f};
 375   ESFmap.insert(std::pair<Key, ScalingInfo>(buildKey(keyCode), s));
 376 }
 377
 378 EndgameEvaluationFunctionBase* EndgameFunctions::getEEF(Key key) const {
 379
 380   std::map<Key, EndgameEvaluationFunctionBase*>::const_iterator it(EEFmap.find(key));
 381   return (it != EEFmap.end() ? it->second : NULL);
 382 }
 383
 384 EndgameScalingFunctionBase* EndgameFunctions::getESF(Key key, Color* c) const {
 385
 386   std::map<Key, ScalingInfo>::const_iterator it(ESFmap.find(key));
 387   if (it == ESFmap.end())
 388       return NULL;
 389
 390   *c = it->second.col;
 391   return it->second.fun;
 392 }