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