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 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
  27 #include "material.h"
  28
  29
  30 ////
  31 //// Local definitions
  32 ////
  33
  34 namespace {
  35
  36   const Value BishopPairMidgameBonus = Value(100);
  37   const Value BishopPairEndgameBonus = Value(100);
  38
  39   Key KPKMaterialKey, KKPMaterialKey;
  40   Key KBNKMaterialKey, KKBNMaterialKey;
  41   Key KRKPMaterialKey, KPKRMaterialKey;
  42   Key KRKBMaterialKey, KBKRMaterialKey;
  43   Key KRKNMaterialKey, KNKRMaterialKey;
  44   Key KQKRMaterialKey, KRKQMaterialKey;
  45   Key KRPKRMaterialKey, KRKRPMaterialKey;
  46   Key KRPPKRPMaterialKey, KRPKRPPMaterialKey;
  47   Key KNNKMaterialKey, KKNNMaterialKey;
  48   Key KBPKBMaterialKey, KBKBPMaterialKey;
  49   Key KBPKNMaterialKey, KNKBPMaterialKey;
  50   Key KNPKMaterialKey, KKNPMaterialKey;
  51   Key KPKPMaterialKey;
  52
  53 }
  54
  55
  56 ////
  57 //// Functions
  58 ////
  59
  60 /// MaterialInfo::init() is called during program initialization.  It
  61 /// precomputes material hash keys for a few basic endgames, in order
  62 /// to make it easy to recognize such endgames when they occur.
  63
  64 void MaterialInfo::init() {
  65   KPKMaterialKey = Position::zobMaterial[WHITE][PAWN][1];
  66   KKPMaterialKey = Position::zobMaterial[BLACK][PAWN][1];
  67   KBNKMaterialKey =
  68     Position::zobMaterial[WHITE][BISHOP][1] ^
  69     Position::zobMaterial[WHITE][KNIGHT][1];
  70   KKBNMaterialKey =
  71     Position::zobMaterial[BLACK][BISHOP][1] ^
  72     Position::zobMaterial[BLACK][KNIGHT][1];
  73   KRKPMaterialKey =
  74     Position::zobMaterial[WHITE][ROOK][1] ^
  75     Position::zobMaterial[BLACK][PAWN][1];
  76   KPKRMaterialKey =
  77     Position::zobMaterial[WHITE][PAWN][1] ^
  78     Position::zobMaterial[BLACK][ROOK][1];
  79   KRKBMaterialKey =
  80     Position::zobMaterial[WHITE][ROOK][1] ^
  81     Position::zobMaterial[BLACK][BISHOP][1];
  82   KBKRMaterialKey =
  83     Position::zobMaterial[WHITE][BISHOP][1] ^
  84     Position::zobMaterial[BLACK][ROOK][1];
  85   KRKNMaterialKey =
  86     Position::zobMaterial[WHITE][ROOK][1] ^
  87     Position::zobMaterial[BLACK][KNIGHT][1];
  88   KNKRMaterialKey =
  89     Position::zobMaterial[WHITE][KNIGHT][1] ^
  90     Position::zobMaterial[BLACK][ROOK][1];
  91   KQKRMaterialKey =
  92     Position::zobMaterial[WHITE][QUEEN][1] ^
  93     Position::zobMaterial[BLACK][ROOK][1];
  94   KRKQMaterialKey =
  95     Position::zobMaterial[WHITE][ROOK][1] ^
  96     Position::zobMaterial[BLACK][QUEEN][1];
  97   KRPKRMaterialKey =
  98     Position::zobMaterial[WHITE][ROOK][1] ^
  99     Position::zobMaterial[WHITE][PAWN][1] ^
 100     Position::zobMaterial[BLACK][ROOK][1];
 101   KRKRPMaterialKey =
 102     Position::zobMaterial[WHITE][ROOK][1] ^
 103     Position::zobMaterial[BLACK][ROOK][1] ^
 104     Position::zobMaterial[BLACK][PAWN][1];
 105   KRPPKRPMaterialKey =
 106     Position::zobMaterial[WHITE][ROOK][1] ^
 107     Position::zobMaterial[WHITE][PAWN][1] ^
 108     Position::zobMaterial[WHITE][PAWN][2] ^
 109     Position::zobMaterial[BLACK][ROOK][1] ^
 110     Position::zobMaterial[BLACK][PAWN][1];
 111   KRPKRPPMaterialKey =
 112     Position::zobMaterial[WHITE][ROOK][1] ^
 113     Position::zobMaterial[WHITE][PAWN][1] ^
 114     Position::zobMaterial[BLACK][ROOK][1] ^
 115     Position::zobMaterial[BLACK][PAWN][1] ^
 116     Position::zobMaterial[BLACK][PAWN][2];
 117   KNNKMaterialKey =
 118     Position::zobMaterial[WHITE][KNIGHT][1] ^
 119     Position::zobMaterial[WHITE][KNIGHT][2];
 120   KKNNMaterialKey =
 121     Position::zobMaterial[BLACK][KNIGHT][1] ^
 122     Position::zobMaterial[BLACK][KNIGHT][2];
 123   KBPKBMaterialKey =
 124     Position::zobMaterial[WHITE][BISHOP][1] ^
 125     Position::zobMaterial[WHITE][PAWN][1] ^
 126     Position::zobMaterial[BLACK][BISHOP][1];
 127   KBKBPMaterialKey =
 128     Position::zobMaterial[WHITE][BISHOP][1] ^
 129     Position::zobMaterial[BLACK][BISHOP][1] ^
 130     Position::zobMaterial[BLACK][PAWN][1];
 131   KBPKNMaterialKey =
 132     Position::zobMaterial[WHITE][BISHOP][1] ^
 133     Position::zobMaterial[WHITE][PAWN][1] ^
 134     Position::zobMaterial[BLACK][KNIGHT][1];
 135   KNKBPMaterialKey =
 136     Position::zobMaterial[WHITE][KNIGHT][1] ^
 137     Position::zobMaterial[BLACK][BISHOP][1] ^
 138     Position::zobMaterial[BLACK][PAWN][1];
 139   KNPKMaterialKey =
 140     Position::zobMaterial[WHITE][KNIGHT][1] ^
 141     Position::zobMaterial[WHITE][PAWN][1];
 142   KKNPMaterialKey =
 143     Position::zobMaterial[BLACK][KNIGHT][1] ^
 144     Position::zobMaterial[BLACK][PAWN][1];
 145   KPKPMaterialKey =
 146     Position::zobMaterial[WHITE][PAWN][1] ^
 147     Position::zobMaterial[BLACK][PAWN][1];
 148 }
 149
 150
 151 /// Constructor for the MaterialInfoTable class.
 152
 153 MaterialInfoTable::MaterialInfoTable(unsigned numOfEntries) {
 154   size = numOfEntries;
 155   entries = new MaterialInfo[size];
 156   if(entries == NULL) {
 157     std::cerr << "Failed to allocate " << (numOfEntries * sizeof(MaterialInfo))
 158               << " bytes for material hash table." << std::endl;
 159     exit(EXIT_FAILURE);
 160   }
 161   this->clear();
 162 }
 163
 164
 165 /// Destructor for the MaterialInfoTable class.
 166
 167 MaterialInfoTable::~MaterialInfoTable() {
 168   delete [] entries;
 169 }
 170
 171
 172 /// MaterialInfoTable::clear() clears a material hash table by setting
 173 /// all entries to 0.
 174
 175 void MaterialInfoTable::clear() {
 176   memset(entries, 0, size * sizeof(MaterialInfo));
 177 }
 178
 179
 180 /// MaterialInfoTable::get_material_info() takes a position object as input,
 181 /// computes or looks up a MaterialInfo object, and returns a pointer to it.
 182 /// If the material configuration is not already present in the table, it
 183 /// is stored there, so we don't have to recompute everything when the
 184 /// same material configuration occurs again.
 185
 186 MaterialInfo *MaterialInfoTable::get_material_info(const Position &pos) {
 187   Key key = pos.get_material_key();
 188   int index = key & (size - 1);
 189   MaterialInfo *mi = entries + index;
 190
 191   // If mi->key matches the position's material hash key, it means that we
 192   // have analysed this material configuration before, and we can simply
 193   // return the information we found the last time instead of recomputing it:
 194   if(mi->key == key)
 195     return mi;
 196
 197   // Clear the MaterialInfo object, and set its key:
 198   mi->clear();
 199   mi->key = key;
 200
 201   // A special case before looking for a specialized evaluation function:
 202   // KNN vs K is a draw:
 203   if(key == KNNKMaterialKey || key == KKNNMaterialKey) {
 204     mi->factor[WHITE] = mi->factor[BLACK] = 0;
 205     return mi;
 206   }
 207
 208   // Let's look if we have a specialized evaluation function for this
 209   // particular material configuration:
 210   if(key == KPKMaterialKey) {
 211     mi->evaluationFunction = &EvaluateKPK;
 212     return mi;
 213   }
 214   else if(key == KKPMaterialKey) {
 215     mi->evaluationFunction = &EvaluateKKP;
 216     return mi;
 217   }
 218   else if(key == KBNKMaterialKey) {
 219     mi->evaluationFunction = &EvaluateKBNK;
 220     return mi;
 221   }
 222   else if(key == KKBNMaterialKey) {
 223     mi->evaluationFunction = &EvaluateKKBN;
 224     return mi;
 225   }
 226   else if(key == KRKPMaterialKey) {
 227     mi->evaluationFunction = &EvaluateKRKP;
 228     return mi;
 229   }
 230   else if(key == KPKRMaterialKey) {
 231     mi->evaluationFunction = &EvaluateKPKR;
 232     return mi;
 233   }
 234   else if(key == KRKBMaterialKey) {
 235     mi->evaluationFunction = &EvaluateKRKB;
 236     return mi;
 237   }
 238   else if(key == KBKRMaterialKey) {
 239     mi->evaluationFunction = &EvaluateKBKR;
 240     return mi;
 241   }
 242   else if(key == KRKNMaterialKey) {
 243     mi->evaluationFunction = &EvaluateKRKN;
 244     return mi;
 245   }
 246   else if(key == KNKRMaterialKey) {
 247     mi->evaluationFunction = &EvaluateKNKR;
 248     return mi;
 249   }
 250   else if(key == KQKRMaterialKey) {
 251     mi->evaluationFunction = &EvaluateKQKR;
 252     return mi;
 253   }
 254   else if(key == KRKQMaterialKey) {
 255     mi->evaluationFunction = &EvaluateKRKQ;
 256     return mi;
 257   }
 258   else if(pos.non_pawn_material(BLACK) == Value(0) &&
 259           pos.piece_count(BLACK, PAWN) == 0 &&
 260           pos.non_pawn_material(WHITE) >= RookValueEndgame) {
 261     mi->evaluationFunction = &EvaluateKXK;
 262     return mi;
 263   }
 264   else if(pos.non_pawn_material(WHITE) == Value(0) &&
 265           pos.piece_count(WHITE, PAWN) == 0 &&
 266           pos.non_pawn_material(BLACK) >= RookValueEndgame) {
 267     mi->evaluationFunction = &EvaluateKKX;
 268     return mi;
 269   }
 270
 271   // OK, we didn't find any special evaluation function for the current
 272   // material configuration.  Is there a suitable scaling function?
 273   //
 274   // The code below is rather messy, and it could easily get worse later,
 275   // if we decide to add more special cases.  We face problems when there
 276   // are several conflicting applicable scaling functions and we need to
 277   // decide which one to use.
 278
 279   if(key == KRPKRMaterialKey) {
 280     mi->scalingFunction[WHITE] = &ScaleKRPKR;
 281     return mi;
 282   }
 283   if(key == KRKRPMaterialKey) {
 284     mi->scalingFunction[BLACK] = &ScaleKRKRP;
 285     return mi;
 286   }
 287   if(key == KRPPKRPMaterialKey) {
 288     mi->scalingFunction[WHITE] = &ScaleKRPPKRP;
 289     return mi;
 290   }
 291   else if(key == KRPKRPPMaterialKey) {
 292     mi->scalingFunction[BLACK] = &ScaleKRPKRPP;
 293     return mi;
 294   }
 295   if(key == KBPKBMaterialKey) {
 296     mi->scalingFunction[WHITE] = &ScaleKBPKB;
 297     return mi;
 298   }
 299   if(key == KBKBPMaterialKey) {
 300     mi->scalingFunction[BLACK] = &ScaleKBKBP;
 301     return mi;
 302   }
 303   if(key == KBPKNMaterialKey) {
 304     mi->scalingFunction[WHITE] = &ScaleKBPKN;
 305     return mi;
 306   }
 307   if(key == KNKBPMaterialKey) {
 308     mi->scalingFunction[BLACK] = &ScaleKNKBP;
 309     return mi;
 310   }
 311   if(key == KNPKMaterialKey) {
 312     mi->scalingFunction[WHITE] = &ScaleKNPK;
 313     return mi;
 314   }
 315   if(key == KKNPMaterialKey) {
 316     mi->scalingFunction[BLACK] = &ScaleKKNP;
 317     return mi;
 318   }
 319
 320   if(pos.non_pawn_material(WHITE) == BishopValueMidgame &&
 321      pos.piece_count(WHITE, BISHOP) == 1 && pos.piece_count(WHITE, PAWN) >= 1)
 322     mi->scalingFunction[WHITE] = &ScaleKBPK;
 323   if(pos.non_pawn_material(BLACK) == BishopValueMidgame &&
 324      pos.piece_count(BLACK, BISHOP) == 1 && pos.piece_count(BLACK, PAWN) >= 1)
 325     mi->scalingFunction[BLACK] = &ScaleKKBP;
 326
 327   if(pos.piece_count(WHITE, PAWN) == 0 &&
 328      pos.non_pawn_material(WHITE) == QueenValueMidgame &&
 329      pos.piece_count(WHITE, QUEEN) == 1 &&
 330      pos.piece_count(BLACK, ROOK) == 1 && pos.piece_count(BLACK, PAWN) >= 1)
 331     mi->scalingFunction[WHITE] = &ScaleKQKRP;
 332   else if(pos.piece_count(BLACK, PAWN) == 0 &&
 333           pos.non_pawn_material(BLACK) == QueenValueMidgame &&
 334           pos.piece_count(BLACK, QUEEN) == 1 &&
 335           pos.piece_count(WHITE, ROOK) == 1 && pos.piece_count(WHITE, PAWN) >= 1)
 336     mi->scalingFunction[BLACK] = &ScaleKRPKQ;
 337
 338   if(pos.non_pawn_material(WHITE) + pos.non_pawn_material(BLACK) == Value(0)) {
 339     if(pos.piece_count(BLACK, PAWN) == 0) {
 340       assert(pos.piece_count(WHITE, PAWN) >= 2);
 341       mi->scalingFunction[WHITE] = &ScaleKPsK;
 342     }
 343     else if(pos.piece_count(WHITE, PAWN) == 0) {
 344       assert(pos.piece_count(BLACK, PAWN) >= 2);
 345       mi->scalingFunction[BLACK] = &ScaleKKPs;
 346     }
 347     else if(pos.piece_count(WHITE, PAWN) == 1 && pos.piece_count(BLACK, PAWN) == 1) {
 348       mi->scalingFunction[WHITE] = &ScaleKPKPw;
 349       mi->scalingFunction[BLACK] = &ScaleKPKPb;
 350     }
 351   }
 352
 353   // Evaluate the material balance.
 354
 355   Color c;
 356   int sign;
 357   Value egValue = Value(0), mgValue = Value(0);
 358
 359   for(c = WHITE, sign = 1; c <= BLACK; c++, sign = -sign) {
 360
 361     // No pawns makes it difficult to win, even with a material advantage:
 362     if(pos.piece_count(c, PAWN) == 0 &&
 363        pos.non_pawn_material(c) - pos.non_pawn_material(opposite_color(c))
 364        <= BishopValueMidgame) {
 365       if(pos.non_pawn_material(c) == pos.non_pawn_material(opposite_color(c)))
 366         mi->factor[c] = 0;
 367       else if(pos.non_pawn_material(c) < RookValueMidgame)
 368         mi->factor[c] = 0;
 369       else {
 370         switch(pos.piece_count(c, BISHOP)) {
 371         case 2:
 372           mi->factor[c] = 32; break;
 373         case 1:
 374           mi->factor[c] = 12; break;
 375         case 0:
 376           mi->factor[c] = 6; break;
 377         }
 378       }
 379     }
 380
 381     // Bishop pair:
 382     if(pos.piece_count(c, BISHOP) >= 2) {
 383       mgValue += sign * BishopPairMidgameBonus;
 384       egValue += sign * BishopPairEndgameBonus;
 385     }
 386
 387     // Knights are stronger when there are many pawns on the board.  The
 388     // formula is taken from Larry Kaufman's paper "The Evaluation of Material
 389     // Imbalances in Chess":
 390     // http://mywebpages.comcast.net/danheisman/Articles/evaluation_of_material_imbalance.htm
 391     mgValue += sign * Value(pos.piece_count(c, KNIGHT)*(pos.piece_count(c, PAWN)-5)*16);
 392     egValue += sign * Value(pos.piece_count(c, KNIGHT)*(pos.piece_count(c, PAWN)-5)*16);
 393
 394     // Redundancy of major pieces, again based on Kaufman's paper:
 395     if(pos.piece_count(c, ROOK) >= 1) {
 396       Value v = Value((pos.piece_count(c, ROOK) - 1) * 32 + pos.piece_count(c, QUEEN) * 16);
 397       mgValue -= sign * v;
 398       egValue -= sign * v;
 399     }
 400
 401   }
 402
 403   mi->mgValue = int16_t(mgValue);
 404   mi->egValue = int16_t(egValue);
 405
 406   return mi;
 407 }