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   // Polynomial material balance parameters
  31
  32   //                                  pair  pawn knight bishop rook queen
  33   const int LinearCoefficients[6] = { 1852, -162, -1122, -183,  249, -154 };
  34
  35   const int QuadraticCoefficientsSameColor[][PIECE_TYPE_NB] = {
  36     // pair pawn knight bishop rook queen
  37     {   0                               }, // Bishop pair
  38     {  39,    2                         }, // Pawn
  39     {  35,  271,  -4                    }, // Knight
  40     {   0,  105,   4,    0              }, // Bishop
  41     { -27,   -2,  46,   100,  -141      }, // Rook
  42     {-177,   25, 129,   142,  -137,   0 }  // Queen
  43   };
  44
  45   const int QuadraticCoefficientsOppositeColor[][PIECE_TYPE_NB] = {
  46     //           THEIR PIECES
  47     // pair pawn knight bishop rook queen
  48     {   0                               }, // Bishop pair
  49     {  37,    0                         }, // Pawn
  50     {  10,   62,   0                    }, // Knight      OUR PIECES
  51     {  57,   64,  39,     0             }, // Bishop
  52     {  50,   40,  23,   -22,    0       }, // Rook
  53     {  98,  105, -39,   141,  274,    0 }  // Queen
  54   };
  55
  56   // Endgame evaluation and scaling functions are accessed directly and not through
  57   // the function maps because they correspond to more than one material hash key.
  58   Endgame<KXK>   EvaluateKXK[]   = { Endgame<KXK>(WHITE),   Endgame<KXK>(BLACK) };
  59
  60   Endgame<KBPsK>  ScaleKBPsK[]  = { Endgame<KBPsK>(WHITE),  Endgame<KBPsK>(BLACK) };
  61   Endgame<KQKRPs> ScaleKQKRPs[] = { Endgame<KQKRPs>(WHITE), Endgame<KQKRPs>(BLACK) };
  62   Endgame<KPsK>   ScaleKPsK[]   = { Endgame<KPsK>(WHITE),   Endgame<KPsK>(BLACK) };
  63   Endgame<KPKP>   ScaleKPKP[]   = { Endgame<KPKP>(WHITE),   Endgame<KPKP>(BLACK) };
  64
  65   // Helper templates used to detect a given material distribution
  66   template<Color Us> bool is_KXK(const Position& pos) {
  67     const Color Them = (Us == WHITE ? BLACK : WHITE);
  68     return  !pos.count<PAWN>(Them)
  69           && pos.non_pawn_material(Them) == VALUE_ZERO
  70           && pos.non_pawn_material(Us) >= RookValueMg;
  71   }
  72
  73   template<Color Us> bool is_KBPsKs(const Position& pos) {
  74     return   pos.non_pawn_material(Us) == BishopValueMg
  75           && pos.count<BISHOP>(Us) == 1
  76           && pos.count<PAWN  >(Us) >= 1;
  77   }
  78
  79   template<Color Us> bool is_KQKRPs(const Position& pos) {
  80     const Color Them = (Us == WHITE ? BLACK : WHITE);
  81     return  !pos.count<PAWN>(Us)
  82           && pos.non_pawn_material(Us) == QueenValueMg
  83           && pos.count<QUEEN>(Us)  == 1
  84           && pos.count<ROOK>(Them) == 1
  85           && pos.count<PAWN>(Them) >= 1;
  86   }
  87
  88   /// imbalance() calculates the imbalance by comparing the piece count of each
  89   /// piece type for both colors.
  90
  91   template<Color Us>
  92   int imbalance(const int pieceCount[][PIECE_TYPE_NB]) {
  93
  94     const Color Them = (Us == WHITE ? BLACK : WHITE);
  95
  96     int pt1, pt2, pc, v;
  97     int value = 0;
  98
  99     // Second-degree polynomial material imbalance by Tord Romstad
 100     for (pt1 = NO_PIECE_TYPE; pt1 <= QUEEN; ++pt1)
 101     {
 102         pc = pieceCount[Us][pt1];
 103         if (!pc)
 104             continue;
 105
 106         v = LinearCoefficients[pt1];
 107
 108         for (pt2 = NO_PIECE_TYPE; pt2 <= pt1; ++pt2)
 109             v +=  QuadraticCoefficientsSameColor[pt1][pt2] * pieceCount[Us][pt2]
 110                 + QuadraticCoefficientsOppositeColor[pt1][pt2] * pieceCount[Them][pt2];
 111
 112         value += pc * v;
 113     }
 114
 115     return value;
 116   }
 117
 118 } // namespace
 119
 120 namespace Material {
 121
 122 /// Material::probe() takes a position object as input, looks up a MaterialEntry
 123 /// object, and returns a pointer to it. If the material configuration is not
 124 /// already present in the table, it is computed and stored there, so we don't
 125 /// have to recompute everything when the same material configuration occurs again.
 126
 127 Entry* probe(const Position& pos, Table& entries, Endgames& endgames) {
 128
 129   Key key = pos.material_key();
 130   Entry* e = entries[key];
 131
 132   // If e->key matches the position's material hash key, it means that we
 133   // have analysed this material configuration before, and we can simply
 134   // return the information we found the last time instead of recomputing it.
 135   if (e->key == key)
 136       return e;
 137
 138   std::memset(e, 0, sizeof(Entry));
 139   e->key = key;
 140   e->factor[WHITE] = e->factor[BLACK] = (uint8_t)SCALE_FACTOR_NORMAL;
 141   e->gamePhase = game_phase(pos);
 142
 143   // Let's look if we have a specialized evaluation function for this particular
 144   // material configuration. Firstly we look for a fixed configuration one, then
 145   // for a generic one if the previous search failed.
 146   if (endgames.probe(key, e->evaluationFunction))
 147       return e;
 148
 149   if (is_KXK<WHITE>(pos))
 150   {
 151       e->evaluationFunction = &EvaluateKXK[WHITE];
 152       return e;
 153   }
 154
 155   if (is_KXK<BLACK>(pos))
 156   {
 157       e->evaluationFunction = &EvaluateKXK[BLACK];
 158       return e;
 159   }
 160
 161   // OK, we didn't find any special evaluation function for the current
 162   // material configuration. Is there a suitable scaling function?
 163   //
 164   // We face problems when there are several conflicting applicable
 165   // scaling functions and we need to decide which one to use.
 166   EndgameBase<ScaleFactor>* sf;
 167
 168   if (endgames.probe(key, sf))
 169   {
 170       e->scalingFunction[sf->color()] = sf;
 171       return e;
 172   }
 173
 174   // Generic scaling functions that refer to more than one material
 175   // distribution. They should be probed after the specialized ones.
 176   // Note that these ones don't return after setting the function.
 177   if (is_KBPsKs<WHITE>(pos))
 178       e->scalingFunction[WHITE] = &ScaleKBPsK[WHITE];
 179
 180   if (is_KBPsKs<BLACK>(pos))
 181       e->scalingFunction[BLACK] = &ScaleKBPsK[BLACK];
 182
 183   if (is_KQKRPs<WHITE>(pos))
 184       e->scalingFunction[WHITE] = &ScaleKQKRPs[WHITE];
 185
 186   else if (is_KQKRPs<BLACK>(pos))
 187       e->scalingFunction[BLACK] = &ScaleKQKRPs[BLACK];
 188
 189   Value npm_w = pos.non_pawn_material(WHITE);
 190   Value npm_b = pos.non_pawn_material(BLACK);
 191
 192   if (npm_w + npm_b == VALUE_ZERO && pos.pieces(PAWN))
 193   {
 194       if (!pos.count<PAWN>(BLACK))
 195       {
 196           assert(pos.count<PAWN>(WHITE) >= 2);
 197           e->scalingFunction[WHITE] = &ScaleKPsK[WHITE];
 198       }
 199       else if (!pos.count<PAWN>(WHITE))
 200       {
 201           assert(pos.count<PAWN>(BLACK) >= 2);
 202           e->scalingFunction[BLACK] = &ScaleKPsK[BLACK];
 203       }
 204       else if (pos.count<PAWN>(WHITE) == 1 && pos.count<PAWN>(BLACK) == 1)
 205       {
 206           // This is a special case because we set scaling functions
 207           // for both colors instead of only one.
 208           e->scalingFunction[WHITE] = &ScaleKPKP[WHITE];
 209           e->scalingFunction[BLACK] = &ScaleKPKP[BLACK];
 210       }
 211   }
 212
 213   // No pawns makes it difficult to win, even with a material advantage. This
 214   // catches some trivial draws like KK, KBK and KNK and gives a very drawish
 215   // scale factor for cases such as KRKBP and KmmKm (except for KBBKN).
 216   if (!pos.count<PAWN>(WHITE) && npm_w - npm_b <= BishopValueMg)
 217       e->factor[WHITE] = uint8_t(npm_w < RookValueMg ? SCALE_FACTOR_DRAW : npm_b <= BishopValueMg ? 4 : 12);
 218
 219   if (!pos.count<PAWN>(BLACK) && npm_b - npm_w <= BishopValueMg)
 220       e->factor[BLACK] = uint8_t(npm_b < RookValueMg ? SCALE_FACTOR_DRAW : npm_w <= BishopValueMg ? 4 : 12);
 221
 222   if (pos.count<PAWN>(WHITE) == 1 && npm_w - npm_b <= BishopValueMg)
 223       e->factor[WHITE] = (uint8_t) SCALE_FACTOR_ONEPAWN;
 224
 225   if (pos.count<PAWN>(BLACK) == 1 && npm_b - npm_w <= BishopValueMg)
 226       e->factor[BLACK] = (uint8_t) SCALE_FACTOR_ONEPAWN;
 227
 228   // Compute the space weight
 229   if (npm_w + npm_b >= 2 * QueenValueMg + 4 * RookValueMg + 2 * KnightValueMg)
 230   {
 231       int minorPieceCount =  pos.count<KNIGHT>(WHITE) + pos.count<BISHOP>(WHITE)
 232                            + pos.count<KNIGHT>(BLACK) + pos.count<BISHOP>(BLACK);
 233
 234       e->spaceWeight = make_score(minorPieceCount * minorPieceCount, 0);
 235   }
 236
 237   // Evaluate the material imbalance. We use PIECE_TYPE_NONE as a place holder
 238   // for the bishop pair "extended piece", which allows us to be more flexible
 239   // in defining bishop pair bonuses.
 240   const int pieceCount[COLOR_NB][PIECE_TYPE_NB] = {
 241   { pos.count<BISHOP>(WHITE) > 1, pos.count<PAWN>(WHITE), pos.count<KNIGHT>(WHITE),
 242     pos.count<BISHOP>(WHITE)    , pos.count<ROOK>(WHITE), pos.count<QUEEN >(WHITE) },
 243   { pos.count<BISHOP>(BLACK) > 1, pos.count<PAWN>(BLACK), pos.count<KNIGHT>(BLACK),
 244     pos.count<BISHOP>(BLACK)    , pos.count<ROOK>(BLACK), pos.count<QUEEN >(BLACK) } };
 245
 246   e->value = (int16_t)((imbalance<WHITE>(pieceCount) - imbalance<BLACK>(pieceCount)) / 16);
 247   return e;
 248 }
 249
 250
 251 /// Material::game_phase() calculates the phase given the current
 252 /// position. Because the phase is strictly a function of the material, it
 253 /// is stored in MaterialEntry.
 254
 255 Phase game_phase(const Position& pos) {
 256
 257   Value npm = pos.non_pawn_material(WHITE) + pos.non_pawn_material(BLACK);
 258
 259   return  npm >= MidgameLimit ? PHASE_MIDGAME
 260         : npm <= EndgameLimit ? PHASE_ENDGAME
 261         : Phase(((npm - EndgameLimit) * 128) / (MidgameLimit - EndgameLimit));
 262 }
 263
 264 } // namespace Material