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 <cstring>
  27 #include <map>
  28
  29 #include "material.h"
  30
  31
  32 ////
  33 //// Local definitions
  34 ////
  35
  36 namespace {
  37
  38   const Value BishopPairMidgameBonus = Value(100);
  39   const Value BishopPairEndgameBonus = Value(100);
  40
  41   Key KNNKMaterialKey, KKNNMaterialKey;
  42
  43 }
  44
  45 ////
  46 //// Classes
  47 ////
  48
  49
  50 /// See header for a class description. It is declared here to avoid
  51 /// to include <map> in the header file.
  52
  53 class EndgameFunctions {
  54
  55 public:
  56   EndgameFunctions();
  57   EndgameEvaluationFunction* getEEF(Key key) const;
  58   ScalingFunction* getESF(Key key, Color* c) const;
  59
  60 private:
  61   void add(Key k, EndgameEvaluationFunction* f);
  62   void add(Key k, Color c, ScalingFunction* f);
  63
  64   struct ScalingInfo
  65   {
  66       Color col;
  67       ScalingFunction* fun;
  68   };
  69
  70   std::map<Key, EndgameEvaluationFunction*> EEFmap;
  71   std::map<Key, ScalingInfo> ESFmap;
  72 };
  73
  74
  75 ////
  76 //// Functions
  77 ////
  78
  79
  80 /// Constructor for the MaterialInfoTable class
  81
  82 MaterialInfoTable::MaterialInfoTable(unsigned int numOfEntries) {
  83
  84   size = numOfEntries;
  85   entries = new MaterialInfo[size];
  86   funcs = new EndgameFunctions();
  87   if (!entries || !funcs)
  88   {
  89       std::cerr << "Failed to allocate " << (numOfEntries * sizeof(MaterialInfo))
  90                 << " bytes for material hash table." << std::endl;
  91       exit(EXIT_FAILURE);
  92   }
  93   clear();
  94 }
  95
  96
  97 /// Destructor for the MaterialInfoTable class
  98
  99 MaterialInfoTable::~MaterialInfoTable() {
 100
 101   delete [] entries;
 102   delete funcs;
 103 }
 104
 105
 106 /// MaterialInfoTable::clear() clears a material hash table by setting
 107 /// all entries to 0.
 108
 109 void MaterialInfoTable::clear() {
 110
 111   memset(entries, 0, size * sizeof(MaterialInfo));
 112 }
 113
 114
 115 /// MaterialInfoTable::get_material_info() takes a position object as input,
 116 /// computes or looks up a MaterialInfo object, and returns a pointer to it.
 117 /// If the material configuration is not already present in the table, it
 118 /// is stored there, so we don't have to recompute everything when the
 119 /// same material configuration occurs again.
 120
 121 MaterialInfo* MaterialInfoTable::get_material_info(const Position& pos) {
 122
 123   Key key = pos.get_material_key();
 124   int index = key & (size - 1);
 125   MaterialInfo* mi = entries + index;
 126
 127   // If mi->key matches the position's material hash key, it means that we
 128   // have analysed this material configuration before, and we can simply
 129   // return the information we found the last time instead of recomputing it.
 130   if (mi->key == key)
 131       return mi;
 132
 133   // Clear the MaterialInfo object, and set its key
 134   mi->clear();
 135   mi->key = key;
 136
 137   // A special case before looking for a specialized evaluation function
 138   // KNN vs K is a draw.
 139   if (key == KNNKMaterialKey || key == KKNNMaterialKey)
 140   {
 141       mi->factor[WHITE] = mi->factor[BLACK] = 0;
 142       return mi;
 143   }
 144
 145   // Let's look if we have a specialized evaluation function for this
 146   // particular material configuration. First we look for a fixed
 147   // configuration one, then a generic one if previous search failed.
 148   if ((mi->evaluationFunction = funcs->getEEF(key)) != NULL)
 149       return mi;
 150
 151   else if (   pos.non_pawn_material(BLACK) == Value(0)
 152            && pos.piece_count(BLACK, PAWN) == 0
 153            && pos.non_pawn_material(WHITE) >= RookValueEndgame)
 154   {
 155       mi->evaluationFunction = &EvaluateKXK;
 156       return mi;
 157   }
 158   else if (   pos.non_pawn_material(WHITE) == Value(0)
 159            && pos.piece_count(WHITE, PAWN) == 0
 160            && pos.non_pawn_material(BLACK) >= RookValueEndgame)
 161   {
 162       mi->evaluationFunction = &EvaluateKKX;
 163       return mi;
 164   }
 165   else if (   pos.pawns() == EmptyBoardBB
 166            && pos.rooks() == EmptyBoardBB
 167            && pos.queens() == EmptyBoardBB)
 168   {
 169       // Minor piece endgame with at least one minor piece per side,
 170       // and no pawns.
 171       assert(pos.knights(WHITE) | pos.bishops(WHITE));
 172       assert(pos.knights(BLACK) | pos.bishops(BLACK));
 173
 174       if (   pos.piece_count(WHITE, BISHOP) + pos.piece_count(WHITE, KNIGHT) <= 2
 175           && pos.piece_count(BLACK, BISHOP) + pos.piece_count(BLACK, KNIGHT) <= 2)
 176       {
 177           mi->evaluationFunction = &EvaluateKmmKm;
 178           return mi;
 179       }
 180   }
 181
 182   // OK, we didn't find any special evaluation function for the current
 183   // material configuration. Is there a suitable scaling function?
 184   //
 185   // The code below is rather messy, and it could easily get worse later,
 186   // if we decide to add more special cases.  We face problems when there
 187   // are several conflicting applicable scaling functions and we need to
 188   // decide which one to use.
 189   Color c;
 190   ScalingFunction* sf;
 191
 192   if ((sf = funcs->getESF(key, &c)) != NULL)
 193   {
 194       mi->scalingFunction[c] = sf;
 195       return mi;
 196   }
 197
 198   if (   pos.non_pawn_material(WHITE) == BishopValueMidgame
 199       && pos.piece_count(WHITE, BISHOP) == 1
 200       && pos.piece_count(WHITE, PAWN) >= 1)
 201       mi->scalingFunction[WHITE] = &ScaleKBPK;
 202
 203   if (   pos.non_pawn_material(BLACK) == BishopValueMidgame
 204       && pos.piece_count(BLACK, BISHOP) == 1
 205       && pos.piece_count(BLACK, PAWN) >= 1)
 206       mi->scalingFunction[BLACK] = &ScaleKKBP;
 207
 208   if (   pos.piece_count(WHITE, PAWN) == 0
 209       && pos.non_pawn_material(WHITE) == QueenValueMidgame
 210       && pos.piece_count(WHITE, QUEEN) == 1
 211       && pos.piece_count(BLACK, ROOK) == 1
 212       && pos.piece_count(BLACK, PAWN) >= 1)
 213       mi->scalingFunction[WHITE] = &ScaleKQKRP;
 214
 215   else if (   pos.piece_count(BLACK, PAWN) == 0
 216            && pos.non_pawn_material(BLACK) == QueenValueMidgame
 217            && pos.piece_count(BLACK, QUEEN) == 1
 218            && pos.piece_count(WHITE, ROOK) == 1
 219            && pos.piece_count(WHITE, PAWN) >= 1)
 220       mi->scalingFunction[BLACK] = &ScaleKRPKQ;
 221
 222   if (pos.non_pawn_material(WHITE) + pos.non_pawn_material(BLACK) == Value(0))
 223   {
 224       if (pos.piece_count(BLACK, PAWN) == 0)
 225       {
 226           assert(pos.piece_count(WHITE, PAWN) >= 2);
 227           mi->scalingFunction[WHITE] = &ScaleKPsK;
 228       }
 229       else if (pos.piece_count(WHITE, PAWN) == 0)
 230       {
 231           assert(pos.piece_count(BLACK, PAWN) >= 2);
 232           mi->scalingFunction[BLACK] = &ScaleKKPs;
 233       }
 234       else if (pos.piece_count(WHITE, PAWN) == 1 && pos.piece_count(BLACK, PAWN) == 1)
 235       {
 236           mi->scalingFunction[WHITE] = &ScaleKPKPw;
 237           mi->scalingFunction[BLACK] = &ScaleKPKPb;
 238       }
 239   }
 240
 241   // Compute the space weight
 242   if (pos.non_pawn_material(WHITE) + pos.non_pawn_material(BLACK) >=
 243       2*QueenValueMidgame + 4*RookValueMidgame + 2*KnightValueMidgame)
 244   {
 245       int minorPieceCount =  pos.piece_count(WHITE, KNIGHT)
 246                            + pos.piece_count(BLACK, KNIGHT)
 247                            + pos.piece_count(WHITE, BISHOP)
 248                            + pos.piece_count(BLACK, BISHOP);
 249
 250       mi->spaceWeight = minorPieceCount * minorPieceCount;
 251   }
 252
 253   // Evaluate the material balance
 254
 255   int sign;
 256   Value egValue = Value(0);
 257   Value mgValue = Value(0);
 258
 259   for (c = WHITE, sign = 1; c <= BLACK; c++, sign = -sign)
 260   {
 261     // No pawns makes it difficult to win, even with a material advantage
 262     if (   pos.piece_count(c, PAWN) == 0
 263         && pos.non_pawn_material(c) - pos.non_pawn_material(opposite_color(c)) <= BishopValueMidgame)
 264     {
 265         if (   pos.non_pawn_material(c) == pos.non_pawn_material(opposite_color(c))
 266             || pos.non_pawn_material(c) < RookValueMidgame)
 267             mi->factor[c] = 0;
 268         else
 269         {
 270             switch (pos.piece_count(c, BISHOP)) {
 271             case 2:
 272                 mi->factor[c] = 32;
 273                 break;
 274             case 1:
 275                 mi->factor[c] = 12;
 276                 break;
 277             case 0:
 278                 mi->factor[c] = 6;
 279                 break;
 280             }
 281         }
 282     }
 283
 284     // Bishop pair
 285     if (pos.piece_count(c, BISHOP) >= 2)
 286     {
 287         mgValue += sign * BishopPairMidgameBonus;
 288         egValue += sign * BishopPairEndgameBonus;
 289     }
 290
 291     // Knights are stronger when there are many pawns on the board.  The
 292     // formula is taken from Larry Kaufman's paper "The Evaluation of Material
 293     // Imbalances in Chess":
 294     // http://mywebpages.comcast.net/danheisman/Articles/evaluation_of_material_imbalance.htm
 295     mgValue += sign * Value(pos.piece_count(c, KNIGHT)*(pos.piece_count(c, PAWN)-5)*16);
 296     egValue += sign * Value(pos.piece_count(c, KNIGHT)*(pos.piece_count(c, PAWN)-5)*16);
 297
 298     // Redundancy of major pieces, again based on Kaufman's paper:
 299     if (pos.piece_count(c, ROOK) >= 1)
 300     {
 301         Value v = Value((pos.piece_count(c, ROOK) - 1) * 32 + pos.piece_count(c, QUEEN) * 16);
 302         mgValue -= sign * v;
 303         egValue -= sign * v;
 304     }
 305   }
 306   mi->mgValue = int16_t(mgValue);
 307   mi->egValue = int16_t(egValue);
 308   return mi;
 309 }
 310
 311
 312 /// EndgameFunctions member definitions. This class is used to store the maps
 313 /// of end game and scaling functions that MaterialInfoTable will query for
 314 /// each key. The maps are constant and are populated only at construction,
 315 /// but are per-thread instead of globals to avoid expensive locks.
 316
 317 EndgameFunctions::EndgameFunctions() {
 318
 319   typedef Key ZM[2][8][16];
 320   const ZM& z = Position::zobMaterial;
 321
 322   static const Color W = WHITE;
 323   static const Color B = BLACK;
 324
 325   KNNKMaterialKey = z[W][KNIGHT][1] ^ z[W][KNIGHT][2];
 326   KKNNMaterialKey = z[B][KNIGHT][1] ^ z[B][KNIGHT][2];
 327
 328   add(z[W][PAWN][1], &EvaluateKPK);
 329   add(z[B][PAWN][1], &EvaluateKKP);
 330
 331   add(z[W][BISHOP][1] ^ z[W][KNIGHT][1], &EvaluateKBNK);
 332   add(z[B][BISHOP][1] ^ z[B][KNIGHT][1], &EvaluateKKBN);
 333   add(z[W][ROOK][1]   ^ z[B][PAWN][1],   &EvaluateKRKP);
 334   add(z[W][PAWN][1]   ^ z[B][ROOK][1],   &EvaluateKPKR);
 335   add(z[W][ROOK][1]   ^ z[B][BISHOP][1], &EvaluateKRKB);
 336   add(z[W][BISHOP][1] ^ z[B][ROOK][1],   &EvaluateKBKR);
 337   add(z[W][ROOK][1]   ^ z[B][KNIGHT][1], &EvaluateKRKN);
 338   add(z[W][KNIGHT][1] ^ z[B][ROOK][1],   &EvaluateKNKR);
 339   add(z[W][QUEEN][1]  ^ z[B][ROOK][1],   &EvaluateKQKR);
 340   add(z[W][ROOK][1]   ^ z[B][QUEEN][1],  &EvaluateKRKQ);
 341   add(z[W][BISHOP][2] ^ z[B][KNIGHT][1], &EvaluateKBBKN);
 342   add(z[W][KNIGHT][1] ^ z[B][BISHOP][2], &EvaluateKNKBB);
 343
 344   add(z[W][KNIGHT][1] ^ z[W][PAWN][1], W, &ScaleKNPK);
 345   add(z[B][KNIGHT][1] ^ z[B][PAWN][1], B, &ScaleKKNP);
 346
 347   add(z[W][ROOK][1]   ^ z[W][PAWN][1]   ^ z[B][ROOK][1]  , W, &ScaleKRPKR);
 348   add(z[W][ROOK][1]   ^ z[B][ROOK][1]   ^ z[B][PAWN][1]  , B, &ScaleKRKRP);
 349   add(z[W][BISHOP][1] ^ z[W][PAWN][1]   ^ z[B][BISHOP][1], W, &ScaleKBPKB);
 350   add(z[W][BISHOP][1] ^ z[B][BISHOP][1] ^ z[B][PAWN][1]  , B, &ScaleKBKBP);
 351   add(z[W][BISHOP][1] ^ z[W][PAWN][1]   ^ z[B][KNIGHT][1], W, &ScaleKBPKN);
 352   add(z[W][KNIGHT][1] ^ z[B][BISHOP][1] ^ z[B][PAWN][1]  , B, &ScaleKNKBP);
 353
 354   add(z[W][ROOK][1] ^ z[W][PAWN][1] ^ z[W][PAWN][2] ^ z[B][ROOK][1] ^ z[B][PAWN][1], W, &ScaleKRPPKRP);
 355   add(z[W][ROOK][1] ^ z[W][PAWN][1] ^ z[B][ROOK][1] ^ z[B][PAWN][1] ^ z[B][PAWN][2], B, &ScaleKRPKRPP);
 356 }
 357
 358 void EndgameFunctions::add(Key k, EndgameEvaluationFunction* f) {
 359
 360   EEFmap.insert(std::pair<Key, EndgameEvaluationFunction*>(k, f));
 361 }
 362
 363 void EndgameFunctions::add(Key k, Color c, ScalingFunction* f) {
 364
 365   ScalingInfo s = {c, f};
 366   ESFmap.insert(std::pair<Key, ScalingInfo>(k, s));
 367 }
 368
 369 EndgameEvaluationFunction* EndgameFunctions::getEEF(Key key) const {
 370
 371   std::map<Key, EndgameEvaluationFunction*>::const_iterator it(EEFmap.find(key));
 372   return (it != EEFmap.end() ? it->second : NULL);
 373 }
 374
 375 ScalingFunction* EndgameFunctions::getESF(Key key, Color* c) const {
 376
 377   std::map<Key, ScalingInfo>::const_iterator it(ESFmap.find(key));
 378   if (it == ESFmap.end())
 379       return NULL;
 380
 381   *c = it->second.col;
 382   return it->second.fun;
 383 }