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 namespace std;
  32
  33
  34 ////
  35 //// Local definitions
  36 ////
  37
  38 namespace {
  39
  40   // Polynomial material balance parameters
  41   const Value RedundantQueenPenalty = Value(320);
  42   const Value RedundantRookPenalty  = Value(554);
  43   const int LinearCoefficients[6]   = { 1617, -162, -1172, -190, 105, 26 };
  44
  45   const int QuadraticCoefficientsSameColor[][6] = {
  46   { 7, 7, 7, 7, 7, 7 }, { 39, 2, 7, 7, 7, 7 }, { 35, 271, -4, 7, 7, 7 },
  47   { 7, 25, 4, 7, 7, 7 }, { -27, -2, 46, 100, 56, 7 }, { 58, 29, 83, 148, -3, -25 } };
  48
  49   const int QuadraticCoefficientsOppositeColor[][6] = {
  50   { 41, 41, 41, 41, 41, 41 }, { 37, 41, 41, 41, 41, 41 }, { 10, 62, 41, 41, 41, 41 },
  51   { 57, 64, 39, 41, 41, 41 }, { 50, 40, 23, -22, 41, 41 }, { 106, 101, 3, 151, 171, 41 } };
  52
  53   // Named endgame evaluation and scaling functions, these
  54   // are accessed direcly and not through the function maps.
  55   EvaluationFunction<KmmKm> EvaluateKmmKm(WHITE);
  56   EvaluationFunction<KXK>   EvaluateKXK(WHITE), EvaluateKKX(BLACK);
  57   ScalingFunction<KBPsK>    ScaleKBPsK(WHITE),  ScaleKKBPs(BLACK);
  58   ScalingFunction<KQKRPs>   ScaleKQKRPs(WHITE), ScaleKRPsKQ(BLACK);
  59   ScalingFunction<KPsK>     ScaleKPsK(WHITE),   ScaleKKPs(BLACK);
  60   ScalingFunction<KPKP>     ScaleKPKPw(WHITE),  ScaleKPKPb(BLACK);
  61
  62   typedef EndgameEvaluationFunctionBase EF;
  63   typedef EndgameScalingFunctionBase SF;
  64 }
  65
  66
  67 ////
  68 //// Classes
  69 ////
  70
  71 /// EndgameFunctions class stores endgame evaluation and scaling functions
  72 /// in two std::map. Because STL library is not guaranteed to be thread
  73 /// safe even for read access, the maps, although with identical content,
  74 /// are replicated for each thread. This is faster then using locks.
  75
  76 class EndgameFunctions {
  77 public:
  78   EndgameFunctions();
  79   ~EndgameFunctions();
  80   template<class T> T* get(Key key) const;
  81
  82 private:
  83   template<class T> void add(const string& keyCode);
  84
  85   static Key buildKey(const string& keyCode);
  86   static const string swapColors(const string& keyCode);
  87
  88   // Here we store two maps, for evaluate and scaling functions
  89   pair<map<Key, EF*>, map<Key, SF*> > maps;
  90
  91   // Maps accessing functions returning const and non-const references
  92   template<typename T> const map<Key, T*>& get() const { return maps.first; }
  93   template<typename T> map<Key, T*>& get() { return maps.first; }
  94 };
  95
  96 // Explicit specializations of a member function shall be declared in
  97 // the namespace of which the class template is a member.
  98 template<> const map<Key, SF*>&
  99 EndgameFunctions::get<SF>() const { return maps.second; }
 100
 101 template<> map<Key, SF*>&
 102 EndgameFunctions::get<SF>() { return maps.second; }
 103
 104
 105 ////
 106 //// Functions
 107 ////
 108
 109 /// MaterialInfoTable c'tor and d'tor, called once by each thread
 110
 111 MaterialInfoTable::MaterialInfoTable(unsigned int numOfEntries) {
 112
 113   size = numOfEntries;
 114   entries = new MaterialInfo[size];
 115   funcs = new EndgameFunctions();
 116
 117   if (!entries || !funcs)
 118   {
 119       cerr << "Failed to allocate " << numOfEntries * sizeof(MaterialInfo)
 120            << " bytes for material hash table." << endl;
 121       Application::exit_with_failure();
 122   }
 123 }
 124
 125 MaterialInfoTable::~MaterialInfoTable() {
 126
 127   delete funcs;
 128   delete [] entries;
 129 }
 130
 131
 132 /// MaterialInfoTable::get_material_info() takes a position object as input,
 133 /// computes or looks up a MaterialInfo object, and returns a pointer to it.
 134 /// If the material configuration is not already present in the table, it
 135 /// is stored there, so we don't have to recompute everything when the
 136 /// same material configuration occurs again.
 137
 138 MaterialInfo* MaterialInfoTable::get_material_info(const Position& pos) {
 139
 140   Key key = pos.get_material_key();
 141   int index = key & (size - 1);
 142   MaterialInfo* mi = entries + index;
 143
 144   // If mi->key matches the position's material hash key, it means that we
 145   // have analysed this material configuration before, and we can simply
 146   // return the information we found the last time instead of recomputing it.
 147   if (mi->key == key)
 148       return mi;
 149
 150   // Clear the MaterialInfo object, and set its key
 151   mi->clear();
 152   mi->key = key;
 153
 154   // Let's look if we have a specialized evaluation function for this
 155   // particular material configuration. First we look for a fixed
 156   // configuration one, then a generic one if previous search failed.
 157   if ((mi->evaluationFunction = funcs->get<EF>(key)) != NULL)
 158       return mi;
 159
 160   else if (   pos.non_pawn_material(BLACK) == Value(0)
 161            && pos.piece_count(BLACK, PAWN) == 0
 162            && pos.non_pawn_material(WHITE) >= RookValueMidgame)
 163   {
 164       mi->evaluationFunction = &EvaluateKXK;
 165       return mi;
 166   }
 167   else if (   pos.non_pawn_material(WHITE) == Value(0)
 168            && pos.piece_count(WHITE, PAWN) == 0
 169            && pos.non_pawn_material(BLACK) >= RookValueMidgame)
 170   {
 171       mi->evaluationFunction = &EvaluateKKX;
 172       return mi;
 173   }
 174   else if (   pos.pieces(PAWN) == EmptyBoardBB
 175            && pos.pieces(ROOK) == EmptyBoardBB
 176            && pos.pieces(QUEEN) == EmptyBoardBB)
 177   {
 178       // Minor piece endgame with at least one minor piece per side and
 179       // no pawns. Note that the case KmmK is already handled by KXK.
 180       assert((pos.pieces(KNIGHT, WHITE) | pos.pieces(BISHOP, WHITE)));
 181       assert((pos.pieces(KNIGHT, BLACK) | pos.pieces(BISHOP, BLACK)));
 182
 183       if (   pos.piece_count(WHITE, BISHOP) + pos.piece_count(WHITE, KNIGHT) <= 2
 184           && pos.piece_count(BLACK, BISHOP) + pos.piece_count(BLACK, KNIGHT) <= 2)
 185       {
 186           mi->evaluationFunction = &EvaluateKmmKm;
 187           return mi;
 188       }
 189   }
 190
 191   // OK, we didn't find any special evaluation function for the current
 192   // material configuration. Is there a suitable scaling function?
 193   //
 194   // The code below is rather messy, and it could easily get worse later,
 195   // if we decide to add more special cases. We face problems when there
 196   // are several conflicting applicable scaling functions and we need to
 197   // decide which one to use.
 198   SF* sf;
 199
 200   if ((sf = funcs->get<SF>(key)) != NULL)
 201   {
 202       mi->scalingFunction[sf->color()] = sf;
 203       return mi;
 204   }
 205
 206   // Generic scaling functions that refer to more then one material
 207   // distribution. Should be probed after the specialized ones.
 208   // Note that these ones don't return after setting the function.
 209   if (   pos.non_pawn_material(WHITE) == BishopValueMidgame
 210       && pos.piece_count(WHITE, BISHOP) == 1
 211       && pos.piece_count(WHITE, PAWN) >= 1)
 212       mi->scalingFunction[WHITE] = &ScaleKBPsK;
 213
 214   if (   pos.non_pawn_material(BLACK) == BishopValueMidgame
 215       && pos.piece_count(BLACK, BISHOP) == 1
 216       && pos.piece_count(BLACK, PAWN) >= 1)
 217       mi->scalingFunction[BLACK] = &ScaleKKBPs;
 218
 219   if (   pos.piece_count(WHITE, PAWN) == 0
 220       && pos.non_pawn_material(WHITE) == QueenValueMidgame
 221       && pos.piece_count(WHITE, QUEEN) == 1
 222       && pos.piece_count(BLACK, ROOK) == 1
 223       && pos.piece_count(BLACK, PAWN) >= 1)
 224       mi->scalingFunction[WHITE] = &ScaleKQKRPs;
 225
 226   else if (   pos.piece_count(BLACK, PAWN) == 0
 227            && pos.non_pawn_material(BLACK) == QueenValueMidgame
 228            && pos.piece_count(BLACK, QUEEN) == 1
 229            && pos.piece_count(WHITE, ROOK) == 1
 230            && pos.piece_count(WHITE, PAWN) >= 1)
 231       mi->scalingFunction[BLACK] = &ScaleKRPsKQ;
 232
 233   if (pos.non_pawn_material(WHITE) + pos.non_pawn_material(BLACK) == Value(0))
 234   {
 235       if (pos.piece_count(BLACK, PAWN) == 0)
 236       {
 237           assert(pos.piece_count(WHITE, PAWN) >= 2);
 238           mi->scalingFunction[WHITE] = &ScaleKPsK;
 239       }
 240       else if (pos.piece_count(WHITE, PAWN) == 0)
 241       {
 242           assert(pos.piece_count(BLACK, PAWN) >= 2);
 243           mi->scalingFunction[BLACK] = &ScaleKKPs;
 244       }
 245       else if (pos.piece_count(WHITE, PAWN) == 1 && pos.piece_count(BLACK, PAWN) == 1)
 246       {
 247           // This is a special case because we set scaling functions
 248           // for both colors instead of only one.
 249           mi->scalingFunction[WHITE] = &ScaleKPKPw;
 250           mi->scalingFunction[BLACK] = &ScaleKPKPb;
 251       }
 252   }
 253
 254   // Compute the space weight
 255   if (pos.non_pawn_material(WHITE) + pos.non_pawn_material(BLACK) >=
 256       2*QueenValueMidgame + 4*RookValueMidgame + 2*KnightValueMidgame)
 257   {
 258       int minorPieceCount =  pos.piece_count(WHITE, KNIGHT)
 259                            + pos.piece_count(BLACK, KNIGHT)
 260                            + pos.piece_count(WHITE, BISHOP)
 261                            + pos.piece_count(BLACK, BISHOP);
 262
 263       mi->spaceWeight = minorPieceCount * minorPieceCount;
 264   }
 265
 266   // Evaluate the material balance
 267   const int pieceCount[2][6] = { { pos.piece_count(WHITE, BISHOP) > 1, pos.piece_count(WHITE, PAWN), pos.piece_count(WHITE, KNIGHT),
 268                                    pos.piece_count(WHITE, BISHOP), pos.piece_count(WHITE, ROOK), pos.piece_count(WHITE, QUEEN) },
 269                                  { pos.piece_count(BLACK, BISHOP) > 1, pos.piece_count(BLACK, PAWN), pos.piece_count(BLACK, KNIGHT),
 270                                    pos.piece_count(BLACK, BISHOP), pos.piece_count(BLACK, ROOK), pos.piece_count(BLACK, QUEEN) } };
 271   Color c, them;
 272   int sign;
 273   int matValue = 0;
 274
 275   for (c = WHITE, sign = 1; c <= BLACK; c++, sign = -sign)
 276   {
 277     // No pawns makes it difficult to win, even with a material advantage
 278     if (   pos.piece_count(c, PAWN) == 0
 279         && pos.non_pawn_material(c) - pos.non_pawn_material(opposite_color(c)) <= BishopValueMidgame)
 280     {
 281         if (   pos.non_pawn_material(c) == pos.non_pawn_material(opposite_color(c))
 282             || pos.non_pawn_material(c) < RookValueMidgame)
 283             mi->factor[c] = 0;
 284         else
 285         {
 286             switch (pos.piece_count(c, BISHOP)) {
 287             case 2:
 288                 mi->factor[c] = 32;
 289                 break;
 290             case 1:
 291                 mi->factor[c] = 12;
 292                 break;
 293             case 0:
 294                 mi->factor[c] = 6;
 295                 break;
 296             }
 297         }
 298     }
 299
 300     // Redundancy of major pieces, formula based on Kaufman's paper
 301     // "The Evaluation of Material Imbalances in Chess"
 302     // http://mywebpages.comcast.net/danheisman/Articles/evaluation_of_material_imbalance.htm
 303     if (pieceCount[c][ROOK] >= 1)
 304         matValue -= sign * ((pieceCount[c][ROOK] - 1) * RedundantRookPenalty + pieceCount[c][QUEEN] * RedundantQueenPenalty);
 305
 306     them = opposite_color(c);
 307
 308     // Second-degree polynomial material imbalance by Tord Romstad
 309     //
 310     // We use NO_PIECE_TYPE as a place holder for the bishop pair "extended piece",
 311     // this allow us to be more flexible in defining bishop pair bonuses.
 312     for (int pt1 = NO_PIECE_TYPE; pt1 <= QUEEN; pt1++)
 313     {
 314         int c1 = sign * pieceCount[c][pt1];
 315         if (!c1)
 316             continue;
 317
 318         matValue += c1 * LinearCoefficients[pt1];
 319
 320         for (int pt2 = NO_PIECE_TYPE; pt2 <= pt1; pt2++)
 321         {
 322             matValue += c1 * pieceCount[c][pt2] * QuadraticCoefficientsSameColor[pt1][pt2];
 323             matValue += c1 * pieceCount[them][pt2] * QuadraticCoefficientsOppositeColor[pt1][pt2];
 324         }
 325     }
 326   }
 327   mi->value = int16_t(matValue / 16);
 328   return mi;
 329 }
 330
 331
 332 /// EndgameFunctions member definitions.
 333
 334 EndgameFunctions::EndgameFunctions() {
 335
 336   add<EvaluationFunction<KNNK>  >("KNNK");
 337   add<EvaluationFunction<KPK>   >("KPK");
 338   add<EvaluationFunction<KBNK>  >("KBNK");
 339   add<EvaluationFunction<KRKP>  >("KRKP");
 340   add<EvaluationFunction<KRKB>  >("KRKB");
 341   add<EvaluationFunction<KRKN>  >("KRKN");
 342   add<EvaluationFunction<KQKR>  >("KQKR");
 343   add<EvaluationFunction<KBBKN> >("KBBKN");
 344
 345   add<ScalingFunction<KNPK>    >("KNPK");
 346   add<ScalingFunction<KRPKR>   >("KRPKR");
 347   add<ScalingFunction<KBPKB>   >("KBPKB");
 348   add<ScalingFunction<KBPPKB>  >("KBPPKB");
 349   add<ScalingFunction<KBPKN>   >("KBPKN");
 350   add<ScalingFunction<KRPPKRP> >("KRPPKRP");
 351   add<ScalingFunction<KRPPKRP> >("KRPPKRP");
 352 }
 353
 354 EndgameFunctions::~EndgameFunctions() {
 355
 356     for (map<Key, EF*>::iterator it = maps.first.begin(); it != maps.first.end(); ++it)
 357         delete (*it).second;
 358
 359     for (map<Key, SF*>::iterator it = maps.second.begin(); it != maps.second.end(); ++it)
 360         delete (*it).second;
 361 }
 362
 363 Key EndgameFunctions::buildKey(const string& keyCode) {
 364
 365     assert(keyCode.length() > 0 && keyCode[0] == 'K');
 366     assert(keyCode.length() < 8);
 367
 368     stringstream s;
 369     bool upcase = false;
 370
 371     // Build up a fen string with the given pieces, note that
 372     // the fen string could be of an illegal position.
 373     for (size_t i = 0; i < keyCode.length(); i++)
 374     {
 375         if (keyCode[i] == 'K')
 376             upcase = !upcase;
 377
 378         s << char(upcase? toupper(keyCode[i]) : tolower(keyCode[i]));
 379     }
 380     s << 8 - keyCode.length() << "/8/8/8/8/8/8/8 w -";
 381     return Position(s.str()).get_material_key();
 382 }
 383
 384 const string EndgameFunctions::swapColors(const string& keyCode) {
 385
 386     // Build corresponding key for the opposite color: "KBPKN" -> "KNKBP"
 387     size_t idx = keyCode.find("K", 1);
 388     return keyCode.substr(idx) + keyCode.substr(0, idx);
 389 }
 390
 391 template<class T>
 392 void EndgameFunctions::add(const string& keyCode) {
 393
 394   typedef typename T::Base F;
 395
 396   get<F>().insert(pair<Key, F*>(buildKey(keyCode), new T(WHITE)));
 397   get<F>().insert(pair<Key, F*>(buildKey(swapColors(keyCode)), new T(BLACK)));
 398 }
 399
 400 template<class T>
 401 T* EndgameFunctions::get(Key key) const {
 402
 403   typename map<Key, T*>::const_iterator it(get<T>().find(key));
 404   return (it != get<T>().end() ? it->second : NULL);
 405 }