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   // Values modified by Joona Kiiski
  31   const Value MidgameLimit = Value(15581);
  32   const Value EndgameLimit = Value(3998);
  33
  34   // Polynomial material balance parameters
  35
  36   //                                  pair  pawn knight bishop rook queen
  37   const int LinearCoefficients[6] = { 1852, -162, -1122, -183,  249, -52 };
  38
  39   const int QuadraticCoefficientsSameColor[][PIECE_TYPE_NB] = {
  40     // pair pawn knight bishop rook queen
  41     {   0                               }, // Bishop pair
  42     {  39,    2                         }, // Pawn
  43     {  35,  271,  -4                    }, // Knight
  44     {   0,  105,   4,    0              }, // Bishop
  45     { -27,   -2,  46,   100,  -141      }, // Rook
  46     {  58,   29,  83,   148,  -163,   0 }  // Queen
  47   };
  48
  49   const int QuadraticCoefficientsOppositeColor[][PIECE_TYPE_NB] = {
  50     //           THEIR PIECES
  51     // pair pawn knight bishop rook queen
  52     {   0                               }, // Bishop pair
  53     {  37,    0                         }, // Pawn
  54     {  10,   62,   0                    }, // Knight      OUR PIECES
  55     {  57,   64,  39,     0             }, // Bishop
  56     {  50,   40,  23,   -22,    0       }, // Rook
  57     { 106,  101,   3,   151,  171,    0 }  // Queen
  58   };
  59
  60   // Endgame evaluation and scaling functions are accessed directly and not through
  61   // the function maps because they correspond to more than one material hash key.
  62   Endgame<KXK>   EvaluateKXK[]   = { Endgame<KXK>(WHITE),   Endgame<KXK>(BLACK) };
  63
  64   Endgame<KBPsK>  ScaleKBPsK[]  = { Endgame<KBPsK>(WHITE),  Endgame<KBPsK>(BLACK) };
  65   Endgame<KQKRPs> ScaleKQKRPs[] = { Endgame<KQKRPs>(WHITE), Endgame<KQKRPs>(BLACK) };
  66   Endgame<KPsK>   ScaleKPsK[]   = { Endgame<KPsK>(WHITE),   Endgame<KPsK>(BLACK) };
  67   Endgame<KPKP>   ScaleKPKP[]   = { Endgame<KPKP>(WHITE),   Endgame<KPKP>(BLACK) };
  68
  69   // Helper templates used to detect a given material distribution
  70   template<Color Us> bool is_KXK(const Position& pos) {
  71     const Color Them = (Us == WHITE ? BLACK : WHITE);
  72     return  !pos.count<PAWN>(Them)
  73           && pos.non_pawn_material(Them) == VALUE_ZERO
  74           && pos.non_pawn_material(Us) >= RookValueMg;
  75   }
  76
  77   template<Color Us> bool is_KBPsKs(const Position& pos) {
  78     return   pos.non_pawn_material(Us) == BishopValueMg
  79           && pos.count<BISHOP>(Us) == 1
  80           && pos.count<PAWN  >(Us) >= 1;
  81   }
  82
  83   template<Color Us> bool is_KQKRPs(const Position& pos) {
  84     const Color Them = (Us == WHITE ? BLACK : WHITE);
  85     return  !pos.count<PAWN>(Us)
  86           && pos.non_pawn_material(Us) == QueenValueMg
  87           && pos.count<QUEEN>(Us)  == 1
  88           && pos.count<ROOK>(Them) == 1
  89           && pos.count<PAWN>(Them) >= 1;
  90   }
  91
  92   /// imbalance() calculates the imbalance by comparing the piece count of each
  93   /// piece type for both colors.
  94
  95   template<Color Us>
  96   int imbalance(const int pieceCount[][PIECE_TYPE_NB]) {
  97
  98     const Color Them = (Us == WHITE ? BLACK : WHITE);
  99
 100     int pt1, pt2, pc, v;
 101     int value = 0;
 102
 103     // Second-degree polynomial material imbalance by Tord Romstad
 104     for (pt1 = NO_PIECE_TYPE; pt1 <= QUEEN; ++pt1)
 105     {
 106         pc = pieceCount[Us][pt1];
 107         if (!pc)
 108             continue;
 109
 110         v = LinearCoefficients[pt1];
 111
 112         for (pt2 = NO_PIECE_TYPE; pt2 <= pt1; ++pt2)
 113             v +=  QuadraticCoefficientsSameColor[pt1][pt2] * pieceCount[Us][pt2]
 114                 + QuadraticCoefficientsOppositeColor[pt1][pt2] * pieceCount[Them][pt2];
 115
 116         value += pc * v;
 117     }
 118     return value;
 119   }
 120
 121 } // namespace
 122
 123 namespace Material {
 124
 125 /// Material::probe() takes a position object as input, looks up a MaterialEntry
 126 /// object, and returns a pointer to it. If the material configuration is not
 127 /// already present in the table, it is computed and stored there, so we don't
 128 /// have to recompute everything when the same material configuration occurs again.
 129
 130 Entry* probe(const Position& pos, Table& entries, Endgames& endgames) {
 131
 132   Key key = pos.material_key();
 133   Entry* e = entries[key];
 134
 135   // If e->key matches the position's material hash key, it means that we
 136   // have analysed this material configuration before, and we can simply
 137   // return the information we found the last time instead of recomputing it.
 138   if (e->key == key)
 139       return e;
 140
 141   std::memset(e, 0, sizeof(Entry));
 142   e->key = key;
 143   e->factor[WHITE] = e->factor[BLACK] = (uint8_t)SCALE_FACTOR_NORMAL;
 144   e->gamePhase = game_phase(pos);
 145
 146   // Let's look if we have a specialized evaluation function for this particular
 147   // material configuration. Firstly we look for a fixed configuration one, then
 148   // for a generic one if the previous search failed.
 149   if (endgames.probe(key, e->evaluationFunction))
 150       return e;
 151
 152   if (is_KXK<WHITE>(pos))
 153   {
 154       e->evaluationFunction = &EvaluateKXK[WHITE];
 155       return e;
 156   }
 157
 158   if (is_KXK<BLACK>(pos))
 159   {
 160       e->evaluationFunction = &EvaluateKXK[BLACK];
 161       return e;
 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   // We face problems when there are several conflicting applicable
 168   // scaling functions and we need to decide which one to use.
 169   EndgameBase<ScaleFactor>* sf;
 170
 171   if (endgames.probe(key, sf))
 172   {
 173       e->scalingFunction[sf->color()] = sf;
 174       return e;
 175   }
 176
 177   // Generic scaling functions that refer to more then one material
 178   // distribution. They should be probed after the specialized ones.
 179   // Note that these ones don't return after setting the function.
 180   if (is_KBPsKs<WHITE>(pos))
 181       e->scalingFunction[WHITE] = &ScaleKBPsK[WHITE];
 182
 183   if (is_KBPsKs<BLACK>(pos))
 184       e->scalingFunction[BLACK] = &ScaleKBPsK[BLACK];
 185
 186   if (is_KQKRPs<WHITE>(pos))
 187       e->scalingFunction[WHITE] = &ScaleKQKRPs[WHITE];
 188
 189   else if (is_KQKRPs<BLACK>(pos))
 190       e->scalingFunction[BLACK] = &ScaleKQKRPs[BLACK];
 191
 192   Value npm_w = pos.non_pawn_material(WHITE);
 193   Value npm_b = pos.non_pawn_material(BLACK);
 194
 195   if (npm_w + npm_b == VALUE_ZERO && pos.pieces(PAWN))
 196   {
 197       if (!pos.count<PAWN>(BLACK))
 198       {
 199           assert(pos.count<PAWN>(WHITE) >= 2);
 200           e->scalingFunction[WHITE] = &ScaleKPsK[WHITE];
 201       }
 202       else if (!pos.count<PAWN>(WHITE))
 203       {
 204           assert(pos.count<PAWN>(BLACK) >= 2);
 205           e->scalingFunction[BLACK] = &ScaleKPsK[BLACK];
 206       }
 207       else if (pos.count<PAWN>(WHITE) == 1 && pos.count<PAWN>(BLACK) == 1)
 208       {
 209           // This is a special case because we set scaling functions
 210           // for both colors instead of only one.
 211           e->scalingFunction[WHITE] = &ScaleKPKP[WHITE];
 212           e->scalingFunction[BLACK] = &ScaleKPKP[BLACK];
 213       }
 214   }
 215
 216   // No pawns makes it difficult to win, even with a material advantage. This
 217   // catches some trivial draws like KK, KBK and KNK and gives a very drawish
 218   // scale factor for cases such as KRKBP and KmmKm (except for KBBKN).
 219   if (!pos.count<PAWN>(WHITE) && npm_w - npm_b <= BishopValueMg)
 220       e->factor[WHITE] = uint8_t(npm_w < RookValueMg ? SCALE_FACTOR_DRAW : npm_b <= BishopValueMg ? 4 : 12);
 221
 222   if (!pos.count<PAWN>(BLACK) && npm_b - npm_w <= BishopValueMg)
 223       e->factor[BLACK] = uint8_t(npm_b < RookValueMg ? SCALE_FACTOR_DRAW : npm_w <= BishopValueMg ? 4 : 12);
 224
 225   if (pos.count<PAWN>(WHITE) == 1 && npm_w - npm_b <= BishopValueMg)
 226       e->factor[WHITE] = (uint8_t) SCALE_FACTOR_ONEPAWN;
 227
 228   if (pos.count<PAWN>(BLACK) == 1 && npm_b - npm_w <= BishopValueMg)
 229       e->factor[BLACK] = (uint8_t) SCALE_FACTOR_ONEPAWN;
 230
 231   // Compute the space weight
 232   if (npm_w + npm_b >= 2 * QueenValueMg + 4 * RookValueMg + 2 * KnightValueMg)
 233   {
 234       int minorPieceCount =  pos.count<KNIGHT>(WHITE) + pos.count<BISHOP>(WHITE)
 235                            + pos.count<KNIGHT>(BLACK) + pos.count<BISHOP>(BLACK);
 236
 237       e->spaceWeight = make_score(minorPieceCount * minorPieceCount, 0);
 238   }
 239
 240   // Evaluate the material imbalance. We use PIECE_TYPE_NONE as a place holder
 241   // for the bishop pair "extended piece", which allows us to be more flexible
 242   // in defining bishop pair bonuses.
 243   const int pieceCount[COLOR_NB][PIECE_TYPE_NB] = {
 244   { pos.count<BISHOP>(WHITE) > 1, pos.count<PAWN>(WHITE), pos.count<KNIGHT>(WHITE),
 245     pos.count<BISHOP>(WHITE)    , pos.count<ROOK>(WHITE), pos.count<QUEEN >(WHITE) },
 246   { pos.count<BISHOP>(BLACK) > 1, pos.count<PAWN>(BLACK), pos.count<KNIGHT>(BLACK),
 247     pos.count<BISHOP>(BLACK)    , pos.count<ROOK>(BLACK), pos.count<QUEEN >(BLACK) } };
 248
 249   e->value = (int16_t)((imbalance<WHITE>(pieceCount) - imbalance<BLACK>(pieceCount)) / 16);
 250   return e;
 251 }
 252
 253
 254 /// Material::game_phase() calculates the phase given the current
 255 /// position. Because the phase is strictly a function of the material, it
 256 /// is stored in MaterialEntry.
 257
 258 Phase game_phase(const Position& pos) {
 259
 260   Value npm = pos.non_pawn_material(WHITE) + pos.non_pawn_material(BLACK);
 261
 262   return  npm >= MidgameLimit ? PHASE_MIDGAME
 263         : npm <= EndgameLimit ? PHASE_ENDGAME
 264         : Phase(((npm - EndgameLimit) * 128) / (MidgameLimit - EndgameLimit));
 265 }
 266
 267 } // namespace Material