Two more parameters eliminated
[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) 2008-2013 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