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) 2008-2013 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   // Scale factors used when one side has no more pawns
  35   const int NoPawnsSF[4] = { 6, 12, 32 };
  36
  37   // Polynomial material balance parameters
  38   const Value RedundantMajor = Value(160);
  39
  40   //                                  pair  pawn knight bishop rook queen
  41   const int LinearCoefficients[6] = { 1852, -162, -1122, -183,  302,  1 };
  42
  43   const int QuadraticCoefficientsSameColor[][PIECE_TYPE_NB] = {
  44     // pair pawn knight bishop rook queen
  45     {   0                               }, // Bishop pair
  46     {  39,    2                         }, // Pawn
  47     {  35,  271,  -4                    }, // Knight
  48     {   0,  105,   4,    0              }, // Bishop
  49     { -27,   -2,  46,   100,  -141      }, // Rook
  50     {  58,   29,  83,   148,  -163,   0 }  // Queen
  51   };
  52
  53   const int QuadraticCoefficientsOppositeColor[][PIECE_TYPE_NB] = {
  54     //           THEIR PIECES
  55     // pair pawn knight bishop rook queen
  56     {   0                               }, // Bishop pair
  57     {  37,    0                         }, // Pawn
  58     {  10,   62,   0                    }, // Knight      OUR PIECES
  59     {  57,   64,  39,     0             }, // Bishop
  60     {  50,   40,  23,   -22,    0       }, // Rook
  61     { 106,  101,   3,   151,  171,    0 }  // Queen
  62   };
  63
  64   // Endgame evaluation and scaling functions accessed direcly and not through
  65   // the function maps because correspond to more then one material hash key.
  66   Endgame<KmmKm> EvaluateKmmKm[] = { Endgame<KmmKm>(WHITE), Endgame<KmmKm>(BLACK) };
  67   Endgame<KXK>   EvaluateKXK[]   = { Endgame<KXK>(WHITE),   Endgame<KXK>(BLACK) };
  68
  69   Endgame<KBPsK>  ScaleKBPsK[]  = { Endgame<KBPsK>(WHITE),  Endgame<KBPsK>(BLACK) };
  70   Endgame<KQKRPs> ScaleKQKRPs[] = { Endgame<KQKRPs>(WHITE), Endgame<KQKRPs>(BLACK) };
  71   Endgame<KPsK>   ScaleKPsK[]   = { Endgame<KPsK>(WHITE),   Endgame<KPsK>(BLACK) };
  72   Endgame<KPKP>   ScaleKPKP[]   = { Endgame<KPKP>(WHITE),   Endgame<KPKP>(BLACK) };
  73
  74   // Helper templates used to detect a given material distribution
  75   template<Color Us> bool is_KXK(const Position& pos) {
  76     const Color Them = (Us == WHITE ? BLACK : WHITE);
  77     return  !pos.count<PAWN>(Them)
  78           && pos.non_pawn_material(Them) == VALUE_ZERO
  79           && pos.non_pawn_material(Us) >= RookValueMg;
  80   }
  81
  82   template<Color Us> bool is_KBPsKs(const Position& pos) {
  83     return   pos.non_pawn_material(Us) == BishopValueMg
  84           && pos.count<BISHOP>(Us) == 1
  85           && pos.count<PAWN  >(Us) >= 1;
  86   }
  87
  88   template<Color Us> bool is_KQKRPs(const Position& pos) {
  89     const Color Them = (Us == WHITE ? BLACK : WHITE);
  90     return  !pos.count<PAWN>(Us)
  91           && pos.non_pawn_material(Us) == QueenValueMg
  92           && pos.count<QUEEN>(Us)  == 1
  93           && pos.count<ROOK>(Them) == 1
  94           && pos.count<PAWN>(Them) >= 1;
  95   }
  96
  97   /// imbalance() calculates imbalance comparing piece count of each
  98   /// piece type for both colors.
  99
 100   template<Color Us>
 101   int imbalance(const int pieceCount[][PIECE_TYPE_NB]) {
 102
 103     const Color Them = (Us == WHITE ? BLACK : WHITE);
 104
 105     int pt1, pt2, pc, v;
 106     int value = 0;
 107
 108     // Penalty for major piece redundancy
 109     if (pieceCount[Us][ROOK] + pieceCount[Us][QUEEN] > 1)
 110         value -= RedundantMajor;
 111
 112     // Second-degree polynomial material imbalance by Tord Romstad
 113     for (pt1 = NO_PIECE_TYPE; pt1 <= QUEEN; ++pt1)
 114     {
 115         pc = pieceCount[Us][pt1];
 116         if (!pc)
 117             continue;
 118
 119         v = LinearCoefficients[pt1];
 120
 121         for (pt2 = NO_PIECE_TYPE; pt2 <= pt1; ++pt2)
 122             v +=  QuadraticCoefficientsSameColor[pt1][pt2] * pieceCount[Us][pt2]
 123                 + QuadraticCoefficientsOppositeColor[pt1][pt2] * pieceCount[Them][pt2];
 124
 125         value += pc * v;
 126     }
 127     return value;
 128   }
 129
 130 } // namespace
 131
 132 namespace Material {
 133
 134 /// Material::probe() takes a position object as input, looks up a MaterialEntry
 135 /// object, and returns a pointer to it. If the material configuration is not
 136 /// already present in the table, it is computed and stored there, so we don't
 137 /// have to recompute everything when the same material configuration occurs again.
 138
 139 Entry* probe(const Position& pos, Table& entries, Endgames& endgames) {
 140
 141   Key key = pos.material_key();
 142   Entry* e = entries[key];
 143
 144   // If e->key matches the position's material hash key, it means that we
 145   // have analysed this material configuration before, and we can simply
 146   // return the information we found the last time instead of recomputing it.
 147   if (e->key == key)
 148       return e;
 149
 150   std::memset(e, 0, sizeof(Entry));
 151   e->key = key;
 152   e->factor[WHITE] = e->factor[BLACK] = (uint8_t)SCALE_FACTOR_NORMAL;
 153   e->gamePhase = game_phase(pos);
 154
 155   // Let's look if we have a specialized evaluation function for this
 156   // particular material configuration. First we look for a fixed
 157   // configuration one, then a generic one if previous search failed.
 158   if (endgames.probe(key, e->evaluationFunction))
 159       return e;
 160
 161   if (is_KXK<WHITE>(pos))
 162   {
 163       e->evaluationFunction = &EvaluateKXK[WHITE];
 164       return e;
 165   }
 166
 167   if (is_KXK<BLACK>(pos))
 168   {
 169       e->evaluationFunction = &EvaluateKXK[BLACK];
 170       return e;
 171   }
 172
 173   if (!pos.pieces(PAWN) && !pos.pieces(ROOK) && !pos.pieces(QUEEN))
 174   {
 175       // Minor piece endgame with at least one minor piece per side and
 176       // no pawns. Note that the case KmmK is already handled by KXK.
 177       assert((pos.pieces(WHITE, KNIGHT) | pos.pieces(WHITE, BISHOP)));
 178       assert((pos.pieces(BLACK, KNIGHT) | pos.pieces(BLACK, BISHOP)));
 179
 180       if (   pos.count<BISHOP>(WHITE) + pos.count<KNIGHT>(WHITE) <= 2
 181           && pos.count<BISHOP>(BLACK) + pos.count<KNIGHT>(BLACK) <= 2)
 182       {
 183           e->evaluationFunction = &EvaluateKmmKm[pos.side_to_move()];
 184           return e;
 185       }
 186   }
 187
 188   // OK, we didn't find any special evaluation function for the current
 189   // material configuration. Is there a suitable scaling function?
 190   //
 191   // We face problems when there are several conflicting applicable
 192   // scaling functions and we need to decide which one to use.
 193   EndgameBase<ScaleFactor>* sf;
 194
 195   if (endgames.probe(key, sf))
 196   {
 197       e->scalingFunction[sf->color()] = sf;
 198       return e;
 199   }
 200
 201   // Generic scaling functions that refer to more then one material
 202   // distribution. Should be probed after the specialized ones.
 203   // Note that these ones don't return after setting the function.
 204   if (is_KBPsKs<WHITE>(pos))
 205       e->scalingFunction[WHITE] = &ScaleKBPsK[WHITE];
 206
 207   if (is_KBPsKs<BLACK>(pos))
 208       e->scalingFunction[BLACK] = &ScaleKBPsK[BLACK];
 209
 210   if (is_KQKRPs<WHITE>(pos))
 211       e->scalingFunction[WHITE] = &ScaleKQKRPs[WHITE];
 212
 213   else if (is_KQKRPs<BLACK>(pos))
 214       e->scalingFunction[BLACK] = &ScaleKQKRPs[BLACK];
 215
 216   Value npm_w = pos.non_pawn_material(WHITE);
 217   Value npm_b = pos.non_pawn_material(BLACK);
 218
 219   if (npm_w + npm_b == VALUE_ZERO)
 220   {
 221       if (!pos.count<PAWN>(BLACK))
 222       {
 223           assert(pos.count<PAWN>(WHITE) >= 2);
 224           e->scalingFunction[WHITE] = &ScaleKPsK[WHITE];
 225       }
 226       else if (!pos.count<PAWN>(WHITE))
 227       {
 228           assert(pos.count<PAWN>(BLACK) >= 2);
 229           e->scalingFunction[BLACK] = &ScaleKPsK[BLACK];
 230       }
 231       else if (pos.count<PAWN>(WHITE) == 1 && pos.count<PAWN>(BLACK) == 1)
 232       {
 233           // This is a special case because we set scaling functions
 234           // for both colors instead of only one.
 235           e->scalingFunction[WHITE] = &ScaleKPKP[WHITE];
 236           e->scalingFunction[BLACK] = &ScaleKPKP[BLACK];
 237       }
 238   }
 239
 240   // No pawns makes it difficult to win, even with a material advantage. This
 241   // catches some trivial draws like KK, KBK and KNK
 242   if (!pos.count<PAWN>(WHITE) && npm_w - npm_b <= BishopValueMg)
 243   {
 244       e->factor[WHITE] = (uint8_t)
 245       (npm_w == npm_b || npm_w < RookValueMg ? 0 : NoPawnsSF[std::min(pos.count<BISHOP>(WHITE), 2)]);
 246   }
 247
 248   if (!pos.count<PAWN>(BLACK) && npm_b - npm_w <= BishopValueMg)
 249   {
 250       e->factor[BLACK] = (uint8_t)
 251       (npm_w == npm_b || npm_b < RookValueMg ? 0 : NoPawnsSF[std::min(pos.count<BISHOP>(BLACK), 2)]);
 252   }
 253
 254   // Compute the space weight
 255   if (npm_w + npm_b >= 2 * QueenValueMg + 4 * RookValueMg + 2 * KnightValueMg)
 256   {
 257       int minorPieceCount =  pos.count<KNIGHT>(WHITE) + pos.count<BISHOP>(WHITE)
 258                            + pos.count<KNIGHT>(BLACK) + pos.count<BISHOP>(BLACK);
 259
 260       e->spaceWeight = make_score(minorPieceCount * minorPieceCount, 0);
 261   }
 262
 263   // Evaluate the material imbalance. We use PIECE_TYPE_NONE as a place holder
 264   // for the bishop pair "extended piece", this allow us to be more flexible
 265   // in defining bishop pair bonuses.
 266   const int pieceCount[COLOR_NB][PIECE_TYPE_NB] = {
 267   { pos.count<BISHOP>(WHITE) > 1, pos.count<PAWN>(WHITE), pos.count<KNIGHT>(WHITE),
 268     pos.count<BISHOP>(WHITE)    , pos.count<ROOK>(WHITE), pos.count<QUEEN >(WHITE) },
 269   { pos.count<BISHOP>(BLACK) > 1, pos.count<PAWN>(BLACK), pos.count<KNIGHT>(BLACK),
 270     pos.count<BISHOP>(BLACK)    , pos.count<ROOK>(BLACK), pos.count<QUEEN >(BLACK) } };
 271
 272   e->value = (int16_t)((imbalance<WHITE>(pieceCount) - imbalance<BLACK>(pieceCount)) / 16);
 273   return e;
 274 }
 275
 276
 277 /// Material::game_phase() calculates the phase given the current
 278 /// position. Because the phase is strictly a function of the material, it
 279 /// is stored in MaterialEntry.
 280
 281 Phase game_phase(const Position& pos) {
 282
 283   Value npm = pos.non_pawn_material(WHITE) + pos.non_pawn_material(BLACK);
 284
 285   return  npm >= MidgameLimit ? PHASE_MIDGAME
 286         : npm <= EndgameLimit ? PHASE_ENDGAME
 287         : Phase(((npm - EndgameLimit) * 128) / (MidgameLimit - EndgameLimit));
 288 }
 289
 290 } // namespace Material