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) 2008-2014 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   // Polynomial material balance parameters
  31
  32   //                                  pair  pawn knight bishop rook queen
  33   const int LinearCoefficients[6] = { 1852, -162, -1122, -183,  249, -154 };
  34
  35   const int QuadraticCoefficientsSameSide[][PIECE_TYPE_NB] = {
  36     //            OUR PIECES
  37     // pair pawn knight bishop rook queen
  38     {   0                               }, // Bishop pair
  39     {  39,    2                         }, // Pawn
  40     {  35,  271,  -4                    }, // knight      OUR PIECES
  41     {   0,  105,   4,    0              }, // Bishop
  42     { -27,   -2,  46,   100,  -141      }, // Rook
  43     {-177,   25, 129,   142,  -137,   0 }  // Queen
  44   };
  45
  46   const int QuadraticCoefficientsOppositeSide[][PIECE_TYPE_NB] = {
  47     //           THEIR PIECES
  48     // pair pawn knight bishop rook queen
  49     {   0                               }, // Bishop pair
  50     {  37,    0                         }, // Pawn
  51     {  10,   62,   0                    }, // Knight      OUR PIECES
  52     {  57,   64,  39,     0             }, // Bishop
  53     {  50,   40,  23,   -22,    0       }, // Rook
  54     {  98,  105, -39,   141,  274,    0 }  // Queen
  55   };
  56
  57   // Endgame evaluation and scaling functions are accessed directly and not through
  58   // the function maps because they correspond to more than one material hash key.
  59   Endgame<KXK>   EvaluateKXK[]   = { Endgame<KXK>(WHITE),   Endgame<KXK>(BLACK) };
  60
  61   Endgame<KBPsK>  ScaleKBPsK[]  = { Endgame<KBPsK>(WHITE),  Endgame<KBPsK>(BLACK) };
  62   Endgame<KQKRPs> ScaleKQKRPs[] = { Endgame<KQKRPs>(WHITE), Endgame<KQKRPs>(BLACK) };
  63   Endgame<KPsK>   ScaleKPsK[]   = { Endgame<KPsK>(WHITE),   Endgame<KPsK>(BLACK) };
  64   Endgame<KPKP>   ScaleKPKP[]   = { Endgame<KPKP>(WHITE),   Endgame<KPKP>(BLACK) };
  65
  66   // Helper templates used to detect a given material distribution
  67   template<Color Us> bool is_KXK(const Position& pos) {
  68     const Color Them = (Us == WHITE ? BLACK : WHITE);
  69     return  !pos.count<PAWN>(Them)
  70           && pos.non_pawn_material(Them) == VALUE_ZERO
  71           && pos.non_pawn_material(Us) >= RookValueMg;
  72   }
  73
  74   template<Color Us> bool is_KBPsKs(const Position& pos) {
  75     return   pos.non_pawn_material(Us) == BishopValueMg
  76           && pos.count<BISHOP>(Us) == 1
  77           && pos.count<PAWN  >(Us) >= 1;
  78   }
  79
  80   template<Color Us> bool is_KQKRPs(const Position& pos) {
  81     const Color Them = (Us == WHITE ? BLACK : WHITE);
  82     return  !pos.count<PAWN>(Us)
  83           && pos.non_pawn_material(Us) == QueenValueMg
  84           && pos.count<QUEEN>(Us)  == 1
  85           && pos.count<ROOK>(Them) == 1
  86           && pos.count<PAWN>(Them) >= 1;
  87   }
  88
  89   /// imbalance() calculates the imbalance by comparing the piece count of each
  90   /// piece type for both colors.
  91
  92   template<Color Us>
  93   int imbalance(const int pieceCount[][PIECE_TYPE_NB]) {
  94
  95     const Color Them = (Us == WHITE ? BLACK : WHITE);
  96
  97     int pt1, pt2, pc, v;
  98     int value = 0;
  99
 100     // Second-degree polynomial material imbalance by Tord Romstad
 101     for (pt1 = NO_PIECE_TYPE; pt1 <= QUEEN; ++pt1)
 102     {
 103         pc = pieceCount[Us][pt1];
 104         if (!pc)
 105             continue;
 106
 107         v = LinearCoefficients[pt1];
 108
 109         for (pt2 = NO_PIECE_TYPE; pt2 <= pt1; ++pt2)
 110             v +=  QuadraticCoefficientsSameSide[pt1][pt2] * pieceCount[Us][pt2]
 111                 + QuadraticCoefficientsOppositeSide[pt1][pt2] * pieceCount[Them][pt2];
 112
 113         value += pc * v;
 114     }
 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   std::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 particular
 145   // material configuration. Firstly we look for a fixed configuration one, then
 146   // for a generic one if the 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   // OK, we didn't find any special evaluation function for the current
 163   // material configuration. Is there a suitable scaling function?
 164   //
 165   // We face problems when there are several conflicting applicable
 166   // scaling functions and we need to decide which one to use.
 167   EndgameBase<ScaleFactor>* sf;
 168
 169   if (endgames.probe(key, sf))
 170   {
 171       e->scalingFunction[sf->color()] = sf;
 172       return e;
 173   }
 174
 175   // Generic scaling functions that refer to more than one material
 176   // distribution. They should be probed after the specialized ones.
 177   // Note that these ones don't return after setting the function.
 178   if (is_KBPsKs<WHITE>(pos))
 179       e->scalingFunction[WHITE] = &ScaleKBPsK[WHITE];
 180
 181   if (is_KBPsKs<BLACK>(pos))
 182       e->scalingFunction[BLACK] = &ScaleKBPsK[BLACK];
 183
 184   if (is_KQKRPs<WHITE>(pos))
 185       e->scalingFunction[WHITE] = &ScaleKQKRPs[WHITE];
 186
 187   else if (is_KQKRPs<BLACK>(pos))
 188       e->scalingFunction[BLACK] = &ScaleKQKRPs[BLACK];
 189
 190   Value npm_w = pos.non_pawn_material(WHITE);
 191   Value npm_b = pos.non_pawn_material(BLACK);
 192
 193   if (npm_w + npm_b == VALUE_ZERO && pos.pieces(PAWN))
 194   {
 195       if (!pos.count<PAWN>(BLACK))
 196       {
 197           assert(pos.count<PAWN>(WHITE) >= 2);
 198           e->scalingFunction[WHITE] = &ScaleKPsK[WHITE];
 199       }
 200       else if (!pos.count<PAWN>(WHITE))
 201       {
 202           assert(pos.count<PAWN>(BLACK) >= 2);
 203           e->scalingFunction[BLACK] = &ScaleKPsK[BLACK];
 204       }
 205       else if (pos.count<PAWN>(WHITE) == 1 && pos.count<PAWN>(BLACK) == 1)
 206       {
 207           // This is a special case because we set scaling functions
 208           // for both colors instead of only one.
 209           e->scalingFunction[WHITE] = &ScaleKPKP[WHITE];
 210           e->scalingFunction[BLACK] = &ScaleKPKP[BLACK];
 211       }
 212   }
 213
 214   // No pawns makes it difficult to win, even with a material advantage. This
 215   // catches some trivial draws like KK, KBK and KNK and gives a very drawish
 216   // scale factor for cases such as KRKBP and KmmKm (except for KBBKN).
 217   if (!pos.count<PAWN>(WHITE) && npm_w - npm_b <= BishopValueMg)
 218       e->factor[WHITE] = uint8_t(npm_w < RookValueMg ? SCALE_FACTOR_DRAW : npm_b <= BishopValueMg ? 4 : 12);
 219
 220   if (!pos.count<PAWN>(BLACK) && npm_b - npm_w <= BishopValueMg)
 221       e->factor[BLACK] = uint8_t(npm_b < RookValueMg ? SCALE_FACTOR_DRAW : npm_w <= BishopValueMg ? 4 : 12);
 222
 223   if (pos.count<PAWN>(WHITE) == 1 && npm_w - npm_b <= BishopValueMg)
 224       e->factor[WHITE] = (uint8_t) SCALE_FACTOR_ONEPAWN;
 225
 226   if (pos.count<PAWN>(BLACK) == 1 && npm_b - npm_w <= BishopValueMg)
 227       e->factor[BLACK] = (uint8_t) SCALE_FACTOR_ONEPAWN;
 228
 229   // Compute the space weight
 230   if (npm_w + npm_b >= 2 * QueenValueMg + 4 * RookValueMg + 2 * KnightValueMg)
 231   {
 232       int minorPieceCount =  pos.count<KNIGHT>(WHITE) + pos.count<BISHOP>(WHITE)
 233                            + pos.count<KNIGHT>(BLACK) + pos.count<BISHOP>(BLACK);
 234
 235       e->spaceWeight = make_score(minorPieceCount * minorPieceCount, 0);
 236   }
 237
 238   // Evaluate the material imbalance. We use PIECE_TYPE_NONE as a place holder
 239   // for the bishop pair "extended piece", which allows us to be more flexible
 240   // in defining bishop pair bonuses.
 241   const int pieceCount[COLOR_NB][PIECE_TYPE_NB] = {
 242   { pos.count<BISHOP>(WHITE) > 1, pos.count<PAWN>(WHITE), pos.count<KNIGHT>(WHITE),
 243     pos.count<BISHOP>(WHITE)    , pos.count<ROOK>(WHITE), pos.count<QUEEN >(WHITE) },
 244   { pos.count<BISHOP>(BLACK) > 1, pos.count<PAWN>(BLACK), pos.count<KNIGHT>(BLACK),
 245     pos.count<BISHOP>(BLACK)    , pos.count<ROOK>(BLACK), pos.count<QUEEN >(BLACK) } };
 246
 247   e->value = (int16_t)((imbalance<WHITE>(pieceCount) - imbalance<BLACK>(pieceCount)) / 16);
 248   return e;
 249 }
 250
 251
 252 /// Material::game_phase() calculates the phase given the current
 253 /// position. Because the phase is strictly a function of the material, it
 254 /// is stored in MaterialEntry.
 255
 256 Phase game_phase(const Position& pos) {
 257
 258   Value npm = pos.non_pawn_material(WHITE) + pos.non_pawn_material(BLACK);
 259
 260   return  npm >= MidgameLimit ? PHASE_MIDGAME
 261         : npm <= EndgameLimit ? PHASE_ENDGAME
 262         : Phase(((npm - EndgameLimit) * 128) / (MidgameLimit - EndgameLimit));
 263 }
 264
 265 } // namespace Material