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) 2008-2009 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 <cstring>
  27 #include <sstream>
  28 #include <map>
  29
  30 #include "material.h"
  31
  32 using std::string;
  33
  34 ////
  35 //// Local definitions
  36 ////
  37
  38 namespace {
  39
  40   const Value BishopPairMidgameBonus = Value(109);
  41   const Value BishopPairEndgameBonus = Value(97);
  42
  43   Key KNNKMaterialKey, KKNNMaterialKey;
  44
  45 }
  46
  47 ////
  48 //// Classes
  49 ////
  50
  51
  52 /// See header for a class description. It is declared here to avoid
  53 /// to include <map> in the header file.
  54
  55 class EndgameFunctions {
  56
  57 public:
  58   EndgameFunctions();
  59   EndgameEvaluationFunctionBase* getEEF(Key key) const;
  60   EndgameScalingFunctionBase* getESF(Key key, Color* c) const;
  61
  62 private:
  63   void add(const string& keyCode, EndgameEvaluationFunctionBase* f);
  64   void add(const string& keyCode, Color c, EndgameScalingFunctionBase* f);
  65   Key buildKey(const string& keyCode);
  66
  67   struct ScalingInfo
  68   {
  69       Color col;
  70       EndgameScalingFunctionBase* fun;
  71   };
  72
  73   std::map<Key, EndgameEvaluationFunctionBase*> EEFmap;
  74   std::map<Key, ScalingInfo> ESFmap;
  75 };
  76
  77
  78 ////
  79 //// Functions
  80 ////
  81
  82
  83 /// Constructor for the MaterialInfoTable class
  84
  85 MaterialInfoTable::MaterialInfoTable(unsigned int numOfEntries) {
  86
  87   size = numOfEntries;
  88   entries = new MaterialInfo[size];
  89   funcs = new EndgameFunctions();
  90   if (!entries || !funcs)
  91   {
  92       std::cerr << "Failed to allocate " << (numOfEntries * sizeof(MaterialInfo))
  93                 << " bytes for material hash table." << std::endl;
  94       Application::exit_with_failure();
  95   }
  96   clear();
  97 }
  98
  99
 100 /// Destructor for the MaterialInfoTable class
 101
 102 MaterialInfoTable::~MaterialInfoTable() {
 103
 104   delete [] entries;
 105   delete funcs;
 106 }
 107
 108
 109 /// MaterialInfoTable::clear() clears a material hash table by setting
 110 /// all entries to 0.
 111
 112 void MaterialInfoTable::clear() {
 113
 114   memset(entries, 0, size * sizeof(MaterialInfo));
 115 }
 116
 117
 118 /// MaterialInfoTable::get_material_info() takes a position object as input,
 119 /// computes or looks up a MaterialInfo object, and returns a pointer to it.
 120 /// If the material configuration is not already present in the table, it
 121 /// is stored there, so we don't have to recompute everything when the
 122 /// same material configuration occurs again.
 123
 124 MaterialInfo* MaterialInfoTable::get_material_info(const Position& pos) {
 125
 126   Key key = pos.get_material_key();
 127   int index = key & (size - 1);
 128   MaterialInfo* mi = entries + index;
 129
 130   // If mi->key matches the position's material hash key, it means that we
 131   // have analysed this material configuration before, and we can simply
 132   // return the information we found the last time instead of recomputing it.
 133   if (mi->key == key)
 134       return mi;
 135
 136   // Clear the MaterialInfo object, and set its key
 137   mi->clear();
 138   mi->key = key;
 139
 140   // A special case before looking for a specialized evaluation function
 141   // KNN vs K is a draw.
 142   if (key == KNNKMaterialKey || key == KKNNMaterialKey)
 143   {
 144       mi->factor[WHITE] = mi->factor[BLACK] = 0;
 145       return mi;
 146   }
 147
 148   // Let's look if we have a specialized evaluation function for this
 149   // particular material configuration. First we look for a fixed
 150   // configuration one, then a generic one if previous search failed.
 151   if ((mi->evaluationFunction = funcs->getEEF(key)) != NULL)
 152       return mi;
 153
 154   else if (   pos.non_pawn_material(BLACK) == Value(0)
 155            && pos.piece_count(BLACK, PAWN) == 0
 156            && pos.non_pawn_material(WHITE) >= RookValueEndgame)
 157   {
 158       mi->evaluationFunction = &EvaluateKXK;
 159       return mi;
 160   }
 161   else if (   pos.non_pawn_material(WHITE) == Value(0)
 162            && pos.piece_count(WHITE, PAWN) == 0
 163            && pos.non_pawn_material(BLACK) >= RookValueEndgame)
 164   {
 165       mi->evaluationFunction = &EvaluateKKX;
 166       return mi;
 167   }
 168   else if (   pos.pawns() == EmptyBoardBB
 169            && pos.rooks() == EmptyBoardBB
 170            && pos.queens() == EmptyBoardBB)
 171   {
 172       // Minor piece endgame with at least one minor piece per side,
 173       // and no pawns.
 174       assert(pos.knights(WHITE) | pos.bishops(WHITE));
 175       assert(pos.knights(BLACK) | pos.bishops(BLACK));
 176
 177       if (   pos.piece_count(WHITE, BISHOP) + pos.piece_count(WHITE, KNIGHT) <= 2
 178           && pos.piece_count(BLACK, BISHOP) + pos.piece_count(BLACK, KNIGHT) <= 2)
 179       {
 180           mi->evaluationFunction = &EvaluateKmmKm;
 181           return mi;
 182       }
 183   }
 184
 185   // OK, we didn't find any special evaluation function for the current
 186   // material configuration. Is there a suitable scaling function?
 187   //
 188   // The code below is rather messy, and it could easily get worse later,
 189   // if we decide to add more special cases.  We face problems when there
 190   // are several conflicting applicable scaling functions and we need to
 191   // decide which one to use.
 192   Color c;
 193   EndgameScalingFunctionBase* sf;
 194
 195   if ((sf = funcs->getESF(key, &c)) != NULL)
 196   {
 197       mi->scalingFunction[c] = sf;
 198       return mi;
 199   }
 200
 201   if (   pos.non_pawn_material(WHITE) == BishopValueMidgame
 202       && pos.piece_count(WHITE, BISHOP) == 1
 203       && pos.piece_count(WHITE, PAWN) >= 1)
 204       mi->scalingFunction[WHITE] = &ScaleKBPK;
 205
 206   if (   pos.non_pawn_material(BLACK) == BishopValueMidgame
 207       && pos.piece_count(BLACK, BISHOP) == 1
 208       && pos.piece_count(BLACK, PAWN) >= 1)
 209       mi->scalingFunction[BLACK] = &ScaleKKBP;
 210
 211   if (   pos.piece_count(WHITE, PAWN) == 0
 212       && pos.non_pawn_material(WHITE) == QueenValueMidgame
 213       && pos.piece_count(WHITE, QUEEN) == 1
 214       && pos.piece_count(BLACK, ROOK) == 1
 215       && pos.piece_count(BLACK, PAWN) >= 1)
 216       mi->scalingFunction[WHITE] = &ScaleKQKRP;
 217
 218   else if (   pos.piece_count(BLACK, PAWN) == 0
 219            && pos.non_pawn_material(BLACK) == QueenValueMidgame
 220            && pos.piece_count(BLACK, QUEEN) == 1
 221            && pos.piece_count(WHITE, ROOK) == 1
 222            && pos.piece_count(WHITE, PAWN) >= 1)
 223       mi->scalingFunction[BLACK] = &ScaleKRPKQ;
 224
 225   if (pos.non_pawn_material(WHITE) + pos.non_pawn_material(BLACK) == Value(0))
 226   {
 227       if (pos.piece_count(BLACK, PAWN) == 0)
 228       {
 229           assert(pos.piece_count(WHITE, PAWN) >= 2);
 230           mi->scalingFunction[WHITE] = &ScaleKPsK;
 231       }
 232       else if (pos.piece_count(WHITE, PAWN) == 0)
 233       {
 234           assert(pos.piece_count(BLACK, PAWN) >= 2);
 235           mi->scalingFunction[BLACK] = &ScaleKKPs;
 236       }
 237       else if (pos.piece_count(WHITE, PAWN) == 1 && pos.piece_count(BLACK, PAWN) == 1)
 238       {
 239           mi->scalingFunction[WHITE] = &ScaleKPKPw;
 240           mi->scalingFunction[BLACK] = &ScaleKPKPb;
 241       }
 242   }
 243
 244   // Compute the space weight
 245   if (pos.non_pawn_material(WHITE) + pos.non_pawn_material(BLACK) >=
 246       2*QueenValueMidgame + 4*RookValueMidgame + 2*KnightValueMidgame)
 247   {
 248       int minorPieceCount =  pos.piece_count(WHITE, KNIGHT)
 249                            + pos.piece_count(BLACK, KNIGHT)
 250                            + pos.piece_count(WHITE, BISHOP)
 251                            + pos.piece_count(BLACK, BISHOP);
 252
 253       mi->spaceWeight = minorPieceCount * minorPieceCount;
 254   }
 255
 256   // Evaluate the material balance
 257
 258   int sign;
 259   Value egValue = Value(0);
 260   Value mgValue = Value(0);
 261
 262   for (c = WHITE, sign = 1; c <= BLACK; c++, sign = -sign)
 263   {
 264     // No pawns makes it difficult to win, even with a material advantage
 265     if (   pos.piece_count(c, PAWN) == 0
 266         && pos.non_pawn_material(c) - pos.non_pawn_material(opposite_color(c)) <= BishopValueMidgame)
 267     {
 268         if (   pos.non_pawn_material(c) == pos.non_pawn_material(opposite_color(c))
 269             || pos.non_pawn_material(c) < RookValueMidgame)
 270             mi->factor[c] = 0;
 271         else
 272         {
 273             switch (pos.piece_count(c, BISHOP)) {
 274             case 2:
 275                 mi->factor[c] = 32;
 276                 break;
 277             case 1:
 278                 mi->factor[c] = 12;
 279                 break;
 280             case 0:
 281                 mi->factor[c] = 6;
 282                 break;
 283             }
 284         }
 285     }
 286
 287     // Bishop pair
 288     if (pos.piece_count(c, BISHOP) >= 2)
 289     {
 290         mgValue += sign * BishopPairMidgameBonus;
 291         egValue += sign * BishopPairEndgameBonus;
 292     }
 293
 294     // Knights are stronger when there are many pawns on the board.  The
 295     // formula is taken from Larry Kaufman's paper "The Evaluation of Material
 296     // Imbalances in Chess":
 297     // http://mywebpages.comcast.net/danheisman/Articles/evaluation_of_material_imbalance.htm
 298     mgValue += sign * Value(pos.piece_count(c, KNIGHT)*(pos.piece_count(c, PAWN)-5)*16);
 299     egValue += sign * Value(pos.piece_count(c, KNIGHT)*(pos.piece_count(c, PAWN)-5)*16);
 300
 301     // Redundancy of major pieces, again based on Kaufman's paper:
 302     if (pos.piece_count(c, ROOK) >= 1)
 303     {
 304         Value v = Value((pos.piece_count(c, ROOK) - 1) * 32 + pos.piece_count(c, QUEEN) * 16);
 305         mgValue -= sign * v;
 306         egValue -= sign * v;
 307     }
 308   }
 309   mi->mgValue = int16_t(mgValue);
 310   mi->egValue = int16_t(egValue);
 311   return mi;
 312 }
 313
 314
 315 /// EndgameFunctions member definitions. This class is used to store the maps
 316 /// of end game and scaling functions that MaterialInfoTable will query for
 317 /// each key. The maps are constant and are populated only at construction,
 318 /// but are per-thread instead of globals to avoid expensive locks.
 319
 320 EndgameFunctions::EndgameFunctions() {
 321
 322   KNNKMaterialKey = buildKey("KNNK");
 323   KKNNMaterialKey = buildKey("KKNN");
 324
 325   add("KPK",   &EvaluateKPK);
 326   add("KKP",   &EvaluateKKP);
 327   add("KBNK",  &EvaluateKBNK);
 328   add("KKBN",  &EvaluateKKBN);
 329   add("KRKP",  &EvaluateKRKP);
 330   add("KPKR",  &EvaluateKPKR);
 331   add("KRKB",  &EvaluateKRKB);
 332   add("KBKR",  &EvaluateKBKR);
 333   add("KRKN",  &EvaluateKRKN);
 334   add("KNKR",  &EvaluateKNKR);
 335   add("KQKR",  &EvaluateKQKR);
 336   add("KRKQ",  &EvaluateKRKQ);
 337   add("KBBKN", &EvaluateKBBKN);
 338   add("KNKBB", &EvaluateKNKBB);
 339
 340   add("KNPK",    WHITE, &ScaleKNPK);
 341   add("KKNP",    BLACK, &ScaleKKNP);
 342   add("KRPKR",   WHITE, &ScaleKRPKR);
 343   add("KRKRP",   BLACK, &ScaleKRKRP);
 344   add("KBPKB",   WHITE, &ScaleKBPKB);
 345   add("KBKBP",   BLACK, &ScaleKBKBP);
 346   add("KBPPKB",  WHITE, &ScaleKBPPKB);
 347   add("KBKBPP",  BLACK, &ScaleKBKBPP);
 348   add("KBPKN",   WHITE, &ScaleKBPKN);
 349   add("KNKBP",   BLACK, &ScaleKNKBP);
 350   add("KRPPKRP", WHITE, &ScaleKRPPKRP);
 351   add("KRPKRPP", BLACK, &ScaleKRPKRPP);
 352   add("KRPPKRP", WHITE, &ScaleKRPPKRP);
 353   add("KRPKRPP", BLACK, &ScaleKRPKRPP);
 354 }
 355
 356 Key EndgameFunctions::buildKey(const string& keyCode) {
 357
 358     assert(keyCode.length() > 0 && keyCode[0] == 'K');
 359     assert(keyCode.length() < 8);
 360
 361     std::stringstream s;
 362     bool upcase = false;
 363
 364     // Build up a fen substring with the given pieces, note
 365     // that the fen string could be of an illegal position.
 366     for (size_t i = 0; i < keyCode.length(); i++)
 367     {
 368         if (keyCode[i] == 'K')
 369             upcase = !upcase;
 370
 371         s << char(upcase? toupper(keyCode[i]) : tolower(keyCode[i]));
 372     }
 373     s << 8 - keyCode.length() << "/8/8/8/8/8/8/8 w -";
 374     return Position(s.str()).get_material_key();
 375 }
 376
 377 void EndgameFunctions::add(const string& keyCode, EndgameEvaluationFunctionBase* f) {
 378
 379   EEFmap.insert(std::pair<Key, EndgameEvaluationFunctionBase*>(buildKey(keyCode), f));
 380 }
 381
 382 void EndgameFunctions::add(const string& keyCode, Color c, EndgameScalingFunctionBase* f) {
 383
 384   ScalingInfo s = {c, f};
 385   ESFmap.insert(std::pair<Key, ScalingInfo>(buildKey(keyCode), s));
 386 }
 387
 388 EndgameEvaluationFunctionBase* EndgameFunctions::getEEF(Key key) const {
 389
 390   std::map<Key, EndgameEvaluationFunctionBase*>::const_iterator it(EEFmap.find(key));
 391   return (it != EEFmap.end() ? it->second : NULL);
 392 }
 393
 394 EndgameScalingFunctionBase* EndgameFunctions::getESF(Key key, Color* c) const {
 395
 396   std::map<Key, ScalingInfo>::const_iterator it(ESFmap.find(key));
 397   if (it == ESFmap.end())
 398       return NULL;
 399
 400   *c = it->second.col;
 401   return it->second.fun;
 402 }