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 #include <map>
  27
  28 #include "material.h"
  29
  30
  31 ////
  32 //// Local definitions
  33 ////
  34
  35 namespace {
  36
  37   const Value BishopPairMidgameBonus = Value(100);
  38   const Value BishopPairEndgameBonus = Value(100);
  39
  40   Key KNNKMaterialKey, KKNNMaterialKey;
  41
  42 }
  43
  44 ////
  45 //// Classes
  46 ////
  47
  48
  49 /// See header for a class description. It is declared here to avoid
  50 /// to include <map> in the header file.
  51
  52 class EndgameFunctions {
  53
  54 public:
  55   EndgameFunctions();
  56   EndgameEvaluationFunction* getEEF(Key key) const;
  57   ScalingFunction* getESF(Key key, Color* c) const;
  58
  59 private:
  60   void add(Key k, EndgameEvaluationFunction* f);
  61   void add(Key k, Color c, ScalingFunction* f);
  62
  63   struct ScalingInfo
  64   {
  65       Color col;
  66       ScalingFunction* fun;
  67   };
  68
  69   std::map<Key, EndgameEvaluationFunction*> EEFmap;
  70   std::map<Key, ScalingInfo> ESFmap;
  71 };
  72
  73
  74 ////
  75 //// Functions
  76 ////
  77
  78
  79 /// Constructor for the MaterialInfoTable class
  80
  81 MaterialInfoTable::MaterialInfoTable(unsigned int numOfEntries) {
  82
  83   size = numOfEntries;
  84   entries = new MaterialInfo[size];
  85   funcs = new EndgameFunctions();
  86   if (!entries || !funcs)
  87   {
  88       std::cerr << "Failed to allocate " << (numOfEntries * sizeof(MaterialInfo))
  89                 << " bytes for material hash table." << std::endl;
  90       exit(EXIT_FAILURE);
  91   }
  92   clear();
  93 }
  94
  95
  96 /// Destructor for the MaterialInfoTable class
  97
  98 MaterialInfoTable::~MaterialInfoTable() {
  99
 100   delete [] entries;
 101   delete funcs;
 102 }
 103
 104
 105 /// MaterialInfoTable::clear() clears a material hash table by setting
 106 /// all entries to 0.
 107
 108 void MaterialInfoTable::clear() {
 109
 110   memset(entries, 0, size * sizeof(MaterialInfo));
 111 }
 112
 113
 114 /// MaterialInfoTable::get_material_info() takes a position object as input,
 115 /// computes or looks up a MaterialInfo object, and returns a pointer to it.
 116 /// If the material configuration is not already present in the table, it
 117 /// is stored there, so we don't have to recompute everything when the
 118 /// same material configuration occurs again.
 119
 120 MaterialInfo* MaterialInfoTable::get_material_info(const Position& pos) {
 121
 122   Key key = pos.get_material_key();
 123   int index = key & (size - 1);
 124   MaterialInfo* mi = entries + index;
 125
 126   // If mi->key matches the position's material hash key, it means that we
 127   // have analysed this material configuration before, and we can simply
 128   // return the information we found the last time instead of recomputing it.
 129   if (mi->key == key)
 130       return mi;
 131
 132   // Clear the MaterialInfo object, and set its key
 133   mi->clear();
 134   mi->key = key;
 135
 136   // A special case before looking for a specialized evaluation function
 137   // KNN vs K is a draw.
 138   if (key == KNNKMaterialKey || key == KKNNMaterialKey)
 139   {
 140       mi->factor[WHITE] = mi->factor[BLACK] = 0;
 141       return mi;
 142   }
 143
 144   // Let's look if we have a specialized evaluation function for this
 145   // particular material configuration.
 146   if ((mi->evaluationFunction = funcs->getEEF(key)) != NULL)
 147       return mi;
 148
 149   else if (   pos.non_pawn_material(BLACK) == Value(0)
 150            && pos.piece_count(BLACK, PAWN) == 0
 151            && pos.non_pawn_material(WHITE) >= RookValueEndgame)
 152   {
 153       mi->evaluationFunction = &EvaluateKXK;
 154       return mi;
 155   }
 156   else if (   pos.non_pawn_material(WHITE) == Value(0)
 157            && pos.piece_count(WHITE, PAWN) == 0
 158            && pos.non_pawn_material(BLACK) >= RookValueEndgame)
 159   {
 160       mi->evaluationFunction = &EvaluateKKX;
 161       return mi;
 162   }
 163
 164   // OK, we didn't find any special evaluation function for the current
 165   // material configuration. Is there a suitable scaling function?
 166   //
 167   // The code below is rather messy, and it could easily get worse later,
 168   // if we decide to add more special cases.  We face problems when there
 169   // are several conflicting applicable scaling functions and we need to
 170   // decide which one to use.
 171   Color c;
 172   ScalingFunction* sf;
 173
 174   if ((sf = funcs->getESF(key, &c)) != NULL)
 175   {
 176       mi->scalingFunction[c] = sf;
 177       return mi;
 178   }
 179
 180   if (   pos.non_pawn_material(WHITE) == BishopValueMidgame
 181       && pos.piece_count(WHITE, BISHOP) == 1
 182       && pos.piece_count(WHITE, PAWN) >= 1)
 183       mi->scalingFunction[WHITE] = &ScaleKBPK;
 184
 185   if (   pos.non_pawn_material(BLACK) == BishopValueMidgame
 186       && pos.piece_count(BLACK, BISHOP) == 1
 187       && pos.piece_count(BLACK, PAWN) >= 1)
 188       mi->scalingFunction[BLACK] = &ScaleKKBP;
 189
 190   if (   pos.piece_count(WHITE, PAWN) == 0
 191       && pos.non_pawn_material(WHITE) == QueenValueMidgame
 192       && pos.piece_count(WHITE, QUEEN) == 1
 193       && pos.piece_count(BLACK, ROOK) == 1
 194       && pos.piece_count(BLACK, PAWN) >= 1)
 195       mi->scalingFunction[WHITE] = &ScaleKQKRP;
 196
 197   else if (   pos.piece_count(BLACK, PAWN) == 0
 198            && pos.non_pawn_material(BLACK) == QueenValueMidgame
 199            && pos.piece_count(BLACK, QUEEN) == 1
 200            && pos.piece_count(WHITE, ROOK) == 1
 201            && pos.piece_count(WHITE, PAWN) >= 1)
 202       mi->scalingFunction[BLACK] = &ScaleKRPKQ;
 203
 204   if (pos.non_pawn_material(WHITE) + pos.non_pawn_material(BLACK) == Value(0))
 205   {
 206       if (pos.piece_count(BLACK, PAWN) == 0)
 207       {
 208           assert(pos.piece_count(WHITE, PAWN) >= 2);
 209           mi->scalingFunction[WHITE] = &ScaleKPsK;
 210       }
 211       else if (pos.piece_count(WHITE, PAWN) == 0)
 212       {
 213           assert(pos.piece_count(BLACK, PAWN) >= 2);
 214           mi->scalingFunction[BLACK] = &ScaleKKPs;
 215       }
 216       else if (pos.piece_count(WHITE, PAWN) == 1 && pos.piece_count(BLACK, PAWN) == 1)
 217       {
 218           mi->scalingFunction[WHITE] = &ScaleKPKPw;
 219           mi->scalingFunction[BLACK] = &ScaleKPKPb;
 220       }
 221   }
 222
 223   // Evaluate the material balance
 224
 225   int sign;
 226   Value egValue = Value(0);
 227   Value mgValue = Value(0);
 228
 229   for (c = WHITE, sign = 1; c <= BLACK; c++, sign = -sign)
 230   {
 231     // No pawns makes it difficult to win, even with a material advantage
 232     if (   pos.piece_count(c, PAWN) == 0
 233         && pos.non_pawn_material(c) - pos.non_pawn_material(opposite_color(c)) <= BishopValueMidgame)
 234     {
 235         if (   pos.non_pawn_material(c) == pos.non_pawn_material(opposite_color(c))
 236             || pos.non_pawn_material(c) < RookValueMidgame)
 237             mi->factor[c] = 0;
 238         else
 239         {
 240             switch (pos.piece_count(c, BISHOP)) {
 241             case 2:
 242                 mi->factor[c] = 32;
 243                 break;
 244             case 1:
 245                 mi->factor[c] = 12;
 246                 break;
 247             case 0:
 248                 mi->factor[c] = 6;
 249                 break;
 250             }
 251         }
 252     }
 253
 254     // Bishop pair
 255     if (pos.piece_count(c, BISHOP) >= 2)
 256     {
 257         mgValue += sign * BishopPairMidgameBonus;
 258         egValue += sign * BishopPairEndgameBonus;
 259     }
 260
 261     // Knights are stronger when there are many pawns on the board.  The
 262     // formula is taken from Larry Kaufman's paper "The Evaluation of Material
 263     // Imbalances in Chess":
 264     // http://mywebpages.comcast.net/danheisman/Articles/evaluation_of_material_imbalance.htm
 265     mgValue += sign * Value(pos.piece_count(c, KNIGHT)*(pos.piece_count(c, PAWN)-5)*16);
 266     egValue += sign * Value(pos.piece_count(c, KNIGHT)*(pos.piece_count(c, PAWN)-5)*16);
 267
 268     // Redundancy of major pieces, again based on Kaufman's paper:
 269     if (pos.piece_count(c, ROOK) >= 1)
 270     {
 271         Value v = Value((pos.piece_count(c, ROOK) - 1) * 32 + pos.piece_count(c, QUEEN) * 16);
 272         mgValue -= sign * v;
 273         egValue -= sign * v;
 274     }
 275   }
 276   mi->mgValue = int16_t(mgValue);
 277   mi->egValue = int16_t(egValue);
 278   return mi;
 279 }
 280
 281
 282 /// EndgameFunctions member definitions. This class is used to store the maps
 283 /// of end game and scaling functions that MaterialInfoTable will query for
 284 /// each key. The maps are constant and are populated only at construction,
 285 /// but are per-thread instead of globals to avoid expensive locks.
 286
 287 EndgameFunctions::EndgameFunctions() {
 288
 289   typedef Key ZM[2][8][16];
 290   const ZM& z = Position::zobMaterial;
 291
 292   static const Color W = WHITE;
 293   static const Color B = BLACK;
 294
 295   KNNKMaterialKey = z[W][KNIGHT][1] ^ z[W][KNIGHT][2];
 296   KKNNMaterialKey = z[B][KNIGHT][1] ^ z[B][KNIGHT][2];
 297
 298   add(z[W][PAWN][1], &EvaluateKPK);
 299   add(z[B][PAWN][1], &EvaluateKKP);
 300
 301   add(z[W][BISHOP][1] ^ z[W][KNIGHT][1], &EvaluateKBNK);
 302   add(z[B][BISHOP][1] ^ z[B][KNIGHT][1], &EvaluateKKBN);
 303   add(z[W][ROOK][1]   ^ z[B][PAWN][1],   &EvaluateKRKP);
 304   add(z[W][PAWN][1]   ^ z[B][ROOK][1],   &EvaluateKPKR);
 305   add(z[W][ROOK][1]   ^ z[B][BISHOP][1], &EvaluateKRKB);
 306   add(z[W][BISHOP][1] ^ z[B][ROOK][1],   &EvaluateKBKR);
 307   add(z[W][ROOK][1]   ^ z[B][KNIGHT][1], &EvaluateKRKN);
 308   add(z[W][KNIGHT][1] ^ z[B][ROOK][1],   &EvaluateKNKR);
 309   add(z[W][QUEEN][1]  ^ z[B][ROOK][1],   &EvaluateKQKR);
 310   add(z[W][ROOK][1]   ^ z[B][QUEEN][1],  &EvaluateKRKQ);
 311
 312   add(z[W][KNIGHT][1] ^ z[W][PAWN][1], W, &ScaleKNPK);
 313   add(z[B][KNIGHT][1] ^ z[B][PAWN][1], B, &ScaleKKNP);
 314
 315   add(z[W][ROOK][1]   ^ z[W][PAWN][1]   ^ z[B][ROOK][1]  , W, &ScaleKRPKR);
 316   add(z[W][ROOK][1]   ^ z[B][ROOK][1]   ^ z[B][PAWN][1]  , B, &ScaleKRKRP);
 317   add(z[W][BISHOP][1] ^ z[W][PAWN][1]   ^ z[B][BISHOP][1], W, &ScaleKBPKB);
 318   add(z[W][BISHOP][1] ^ z[B][BISHOP][1] ^ z[B][PAWN][1]  , B, &ScaleKBKBP);
 319   add(z[W][BISHOP][1] ^ z[W][PAWN][1]   ^ z[B][KNIGHT][1], W, &ScaleKBPKN);
 320   add(z[W][KNIGHT][1] ^ z[B][BISHOP][1] ^ z[B][PAWN][1]  , B, &ScaleKNKBP);
 321
 322   add(z[W][ROOK][1] ^ z[W][PAWN][1] ^ z[W][PAWN][2] ^ z[B][ROOK][1] ^ z[B][PAWN][1], W, &ScaleKRPPKRP);
 323   add(z[W][ROOK][1] ^ z[W][PAWN][1] ^ z[B][ROOK][1] ^ z[B][PAWN][1] ^ z[B][PAWN][2], B, &ScaleKRPKRPP);
 324 }
 325
 326 void EndgameFunctions::add(Key k, EndgameEvaluationFunction* f) {
 327
 328   EEFmap.insert(std::pair<Key, EndgameEvaluationFunction*>(k, f));
 329 }
 330
 331 void EndgameFunctions::add(Key k, Color c, ScalingFunction* f) {
 332
 333   ScalingInfo s = {c, f};
 334   ESFmap.insert(std::pair<Key, ScalingInfo>(k, s));
 335 }
 336
 337 EndgameEvaluationFunction* EndgameFunctions::getEEF(Key key) const {
 338
 339   std::map<Key, EndgameEvaluationFunction*>::const_iterator it(EEFmap.find(key));
 340   return (it != EEFmap.end() ? it->second : NULL);
 341 }
 342
 343 ScalingFunction* EndgameFunctions::getESF(Key key, Color* c) const {
 344
 345   std::map<Key, ScalingInfo>::const_iterator it(ESFmap.find(key));
 346   if (it == ESFmap.end())
 347       return NULL;
 348
 349   *c = it->second.col;
 350   return it->second.fun;
 351 }