Make imbalance table more clear
[stockfish] / 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