b8b6233cc278dc523f94d755c802b90d74480bbe
[stockfish] / 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