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) 2008-2010 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
  21 ////
  22 //// Includes
  23 ////
  24
  25 #include <cassert>
  26 #include <cstring>
  27 #include <map>
  28
  29 #include "material.h"
  30
  31 using namespace std;
  32
  33
  34 ////
  35 //// Local definitions
  36 ////
  37
  38 namespace {
  39
  40   // Values modified by Joona Kiiski
  41   const Value MidgameLimit = Value(15581);
  42   const Value EndgameLimit = Value(3998);
  43
  44   // Polynomial material balance parameters
  45   const Value RedundantQueenPenalty = Value(320);
  46   const Value RedundantRookPenalty  = Value(554);
  47
  48   const int LinearCoefficients[6] = { 1617, -162, -1172, -190, 105, 26 };
  49
  50   const int QuadraticCoefficientsSameColor[][8] = {
  51   { 7, 7, 7, 7, 7, 7 }, { 39, 2, 7, 7, 7, 7 }, { 35, 271, -4, 7, 7, 7 },
  52   { 7, 25, 4, 7, 7, 7 }, { -27, -2, 46, 100, 56, 7 }, { 58, 29, 83, 148, -3, -25 } };
  53
  54   const int QuadraticCoefficientsOppositeColor[][8] = {
  55   { 41, 41, 41, 41, 41, 41 }, { 37, 41, 41, 41, 41, 41 }, { 10, 62, 41, 41, 41, 41 },
  56   { 57, 64, 39, 41, 41, 41 }, { 50, 40, 23, -22, 41, 41 }, { 106, 101, 3, 151, 171, 41 } };
  57
  58   typedef EndgameEvaluationFunctionBase EF;
  59   typedef EndgameScalingFunctionBase SF;
  60   typedef map<Key, EF*> EFMap;
  61   typedef map<Key, SF*> SFMap;
  62
  63   // Endgame evaluation and scaling functions accessed direcly and not through
  64   // the function maps because correspond to more then one material hash key.
  65   EvaluationFunction<KmmKm> EvaluateKmmKm[] = { EvaluationFunction<KmmKm>(WHITE), EvaluationFunction<KmmKm>(BLACK) };
  66   EvaluationFunction<KXK>   EvaluateKXK[]   = { EvaluationFunction<KXK>(WHITE),   EvaluationFunction<KXK>(BLACK) };
  67   ScalingFunction<KBPsK>    ScaleKBPsK[]    = { ScalingFunction<KBPsK>(WHITE),    ScalingFunction<KBPsK>(BLACK) };
  68   ScalingFunction<KQKRPs>   ScaleKQKRPs[]   = { ScalingFunction<KQKRPs>(WHITE),   ScalingFunction<KQKRPs>(BLACK) };
  69   ScalingFunction<KPsK>     ScaleKPsK[]     = { ScalingFunction<KPsK>(WHITE),     ScalingFunction<KPsK>(BLACK) };
  70   ScalingFunction<KPKP>     ScaleKPKP[]     = { ScalingFunction<KPKP>(WHITE),     ScalingFunction<KPKP>(BLACK) };
  71
  72   // Helper templates used to detect a given material distribution
  73   template<Color Us> bool is_KXK(const Position& pos) {
  74     const Color Them = (Us == WHITE ? BLACK : WHITE);
  75     return   pos.non_pawn_material(Them) == VALUE_ZERO
  76           && pos.piece_count(Them, PAWN) == 0
  77           && pos.non_pawn_material(Us)   >= RookValueMidgame;
  78   }
  79
  80   template<Color Us> bool is_KBPsK(const Position& pos) {
  81     return   pos.non_pawn_material(Us)   == BishopValueMidgame
  82           && pos.piece_count(Us, BISHOP) == 1
  83           && pos.piece_count(Us, PAWN)   >= 1;
  84   }
  85
  86   template<Color Us> bool is_KQKRPs(const Position& pos) {
  87     const Color Them = (Us == WHITE ? BLACK : WHITE);
  88     return   pos.piece_count(Us, PAWN)    == 0
  89           && pos.non_pawn_material(Us)    == QueenValueMidgame
  90           && pos.piece_count(Us, QUEEN)   == 1
  91           && pos.piece_count(Them, ROOK)  == 1
  92           && pos.piece_count(Them, PAWN)  >= 1;
  93   }
  94 }
  95
  96
  97 ////
  98 //// Classes
  99 ////
 100
 101 /// EndgameFunctions class stores endgame evaluation and scaling functions
 102 /// in two std::map. Because STL library is not guaranteed to be thread
 103 /// safe even for read access, the maps, although with identical content,
 104 /// are replicated for each thread. This is faster then using locks.
 105
 106 class EndgameFunctions {
 107 public:
 108   EndgameFunctions();
 109   ~EndgameFunctions();
 110   template<class T> T* get(Key key) const;
 111
 112 private:
 113   template<class T> void add(const string& keyCode);
 114
 115   static Key buildKey(const string& keyCode);
 116   static const string swapColors(const string& keyCode);
 117
 118   // Here we store two maps, for evaluate and scaling functions...
 119   pair<EFMap, SFMap> maps;
 120
 121   // ...and here is the accessing template function
 122   template<typename T> const map<Key, T*>& get() const;
 123 };
 124
 125 // Explicit specializations of a member function shall be declared in
 126 // the namespace of which the class template is a member.
 127 template<> const EFMap& EndgameFunctions::get<EF>() const { return maps.first; }
 128 template<> const SFMap& EndgameFunctions::get<SF>() const { return maps.second; }
 129
 130
 131 ////
 132 //// Functions
 133 ////
 134
 135 MaterialInfoTable::MaterialInfoTable() { funcs = new EndgameFunctions(); }
 136 MaterialInfoTable::~MaterialInfoTable() { delete funcs; }
 137
 138 /// MaterialInfoTable::game_phase() calculates the phase given the current
 139 /// position. Because the phase is strictly a function of the material, it
 140 /// is stored in MaterialInfo.
 141
 142 Phase MaterialInfoTable::game_phase(const Position& pos) {
 143
 144   Value npm = pos.non_pawn_material(WHITE) + pos.non_pawn_material(BLACK);
 145
 146   if (npm >= MidgameLimit)
 147       return PHASE_MIDGAME;
 148
 149   if (npm <= EndgameLimit)
 150       return PHASE_ENDGAME;
 151
 152   return Phase(((npm - EndgameLimit) * 128) / (MidgameLimit - EndgameLimit));
 153 }
 154
 155 /// MaterialInfoTable::get_material_info() takes a position object as input,
 156 /// computes or looks up a MaterialInfo object, and returns a pointer to it.
 157 /// If the material configuration is not already present in the table, it
 158 /// is stored there, so we don't have to recompute everything when the
 159 /// same material configuration occurs again.
 160
 161 MaterialInfo* MaterialInfoTable::get_material_info(const Position& pos) {
 162
 163   Key key = pos.get_material_key();
 164   MaterialInfo* mi = find(key);
 165
 166   // If mi->key matches the position's material hash key, it means that we
 167   // have analysed this material configuration before, and we can simply
 168   // return the information we found the last time instead of recomputing it.
 169   if (mi->key == key)
 170       return mi;
 171
 172   // Clear the MaterialInfo object, and set its key
 173   memset(mi, 0, sizeof(MaterialInfo));
 174   mi->factor[WHITE] = mi->factor[BLACK] = (uint8_t)SCALE_FACTOR_NORMAL;
 175   mi->key = key;
 176
 177   // Store game phase
 178   mi->gamePhase = MaterialInfoTable::game_phase(pos);
 179
 180   // Let's look if we have a specialized evaluation function for this
 181   // particular material configuration. First we look for a fixed
 182   // configuration one, then a generic one if previous search failed.
 183   if ((mi->evaluationFunction = funcs->get<EF>(key)) != NULL)
 184       return mi;
 185
 186   if (is_KXK<WHITE>(pos) || is_KXK<BLACK>(pos))
 187   {
 188       mi->evaluationFunction = is_KXK<WHITE>(pos) ? &EvaluateKXK[WHITE] : &EvaluateKXK[BLACK];
 189       return mi;
 190   }
 191
 192   if (   pos.pieces(PAWN)  == EmptyBoardBB
 193       && pos.pieces(ROOK)  == EmptyBoardBB
 194       && pos.pieces(QUEEN) == EmptyBoardBB)
 195   {
 196       // Minor piece endgame with at least one minor piece per side and
 197       // no pawns. Note that the case KmmK is already handled by KXK.
 198       assert((pos.pieces(KNIGHT, WHITE) | pos.pieces(BISHOP, WHITE)));
 199       assert((pos.pieces(KNIGHT, BLACK) | pos.pieces(BISHOP, BLACK)));
 200
 201       if (   pos.piece_count(WHITE, BISHOP) + pos.piece_count(WHITE, KNIGHT) <= 2
 202           && pos.piece_count(BLACK, BISHOP) + pos.piece_count(BLACK, KNIGHT) <= 2)
 203       {
 204           mi->evaluationFunction = &EvaluateKmmKm[WHITE];
 205           return mi;
 206       }
 207   }
 208
 209   // OK, we didn't find any special evaluation function for the current
 210   // material configuration. Is there a suitable scaling function?
 211   //
 212   // We face problems when there are several conflicting applicable
 213   // scaling functions and we need to decide which one to use.
 214   SF* sf;
 215
 216   if ((sf = funcs->get<SF>(key)) != NULL)
 217   {
 218       mi->scalingFunction[sf->color()] = sf;
 219       return mi;
 220   }
 221
 222   // Generic scaling functions that refer to more then one material
 223   // distribution. Should be probed after the specialized ones.
 224   // Note that these ones don't return after setting the function.
 225   if (is_KBPsK<WHITE>(pos))
 226       mi->scalingFunction[WHITE] = &ScaleKBPsK[WHITE];
 227
 228   if (is_KBPsK<BLACK>(pos))
 229       mi->scalingFunction[BLACK] = &ScaleKBPsK[BLACK];
 230
 231   if (is_KQKRPs<WHITE>(pos))
 232       mi->scalingFunction[WHITE] = &ScaleKQKRPs[WHITE];
 233
 234   else if (is_KQKRPs<BLACK>(pos))
 235       mi->scalingFunction[BLACK] = &ScaleKQKRPs[BLACK];
 236
 237   if (pos.non_pawn_material(WHITE) + pos.non_pawn_material(BLACK) == VALUE_ZERO)
 238   {
 239       if (pos.piece_count(BLACK, PAWN) == 0)
 240       {
 241           assert(pos.piece_count(WHITE, PAWN) >= 2);
 242           mi->scalingFunction[WHITE] = &ScaleKPsK[WHITE];
 243       }
 244       else if (pos.piece_count(WHITE, PAWN) == 0)
 245       {
 246           assert(pos.piece_count(BLACK, PAWN) >= 2);
 247           mi->scalingFunction[BLACK] = &ScaleKPsK[BLACK];
 248       }
 249       else if (pos.piece_count(WHITE, PAWN) == 1 && pos.piece_count(BLACK, PAWN) == 1)
 250       {
 251           // This is a special case because we set scaling functions
 252           // for both colors instead of only one.
 253           mi->scalingFunction[WHITE] = &ScaleKPKP[WHITE];
 254           mi->scalingFunction[BLACK] = &ScaleKPKP[BLACK];
 255       }
 256   }
 257
 258   // Compute the space weight
 259   if (pos.non_pawn_material(WHITE) + pos.non_pawn_material(BLACK) >=
 260       2*QueenValueMidgame + 4*RookValueMidgame + 2*KnightValueMidgame)
 261   {
 262       int minorPieceCount =  pos.piece_count(WHITE, KNIGHT)
 263                            + pos.piece_count(BLACK, KNIGHT)
 264                            + pos.piece_count(WHITE, BISHOP)
 265                            + pos.piece_count(BLACK, BISHOP);
 266
 267       mi->spaceWeight = minorPieceCount * minorPieceCount;
 268   }
 269
 270   // Evaluate the material balance
 271   const int pieceCount[2][8] = {
 272   { pos.piece_count(WHITE, BISHOP) > 1, pos.piece_count(WHITE, PAWN), pos.piece_count(WHITE, KNIGHT),
 273     pos.piece_count(WHITE, BISHOP), pos.piece_count(WHITE, ROOK), pos.piece_count(WHITE, QUEEN) },
 274   { pos.piece_count(BLACK, BISHOP) > 1, pos.piece_count(BLACK, PAWN), pos.piece_count(BLACK, KNIGHT),
 275     pos.piece_count(BLACK, BISHOP), pos.piece_count(BLACK, ROOK), pos.piece_count(BLACK, QUEEN) } };
 276
 277   Color c, them;
 278   int sign, pt1, pt2, pc;
 279   int v, vv, matValue = 0;
 280
 281   for (c = WHITE, sign = 1; c <= BLACK; c++, sign = -sign)
 282   {
 283     // No pawns makes it difficult to win, even with a material advantage
 284     if (   pos.piece_count(c, PAWN) == 0
 285         && pos.non_pawn_material(c) - pos.non_pawn_material(opposite_color(c)) <= BishopValueMidgame)
 286     {
 287         if (   pos.non_pawn_material(c) == pos.non_pawn_material(opposite_color(c))
 288             || pos.non_pawn_material(c) < RookValueMidgame)
 289             mi->factor[c] = 0;
 290         else
 291         {
 292             switch (pos.piece_count(c, BISHOP)) {
 293             case 2:
 294                 mi->factor[c] = 32;
 295                 break;
 296             case 1:
 297                 mi->factor[c] = 12;
 298                 break;
 299             case 0:
 300                 mi->factor[c] = 6;
 301                 break;
 302             }
 303         }
 304     }
 305
 306     // Redundancy of major pieces, formula based on Kaufman's paper
 307     // "The Evaluation of Material Imbalances in Chess"
 308     // http://mywebpages.comcast.net/danheisman/Articles/evaluation_of_material_imbalance.htm
 309     if (pieceCount[c][ROOK] >= 1)
 310         matValue -= sign * ((pieceCount[c][ROOK] - 1) * RedundantRookPenalty + pieceCount[c][QUEEN] * RedundantQueenPenalty);
 311
 312     them = opposite_color(c);
 313     v = 0;
 314
 315     // Second-degree polynomial material imbalance by Tord Romstad
 316     //
 317     // We use PIECE_TYPE_NONE as a place holder for the bishop pair "extended piece",
 318     // this allow us to be more flexible in defining bishop pair bonuses.
 319     for (pt1 = PIECE_TYPE_NONE; pt1 <= QUEEN; pt1++)
 320     {
 321         pc = pieceCount[c][pt1];
 322         if (!pc)
 323             continue;
 324
 325         vv = LinearCoefficients[pt1];
 326
 327         for (pt2 = PIECE_TYPE_NONE; pt2 <= pt1; pt2++)
 328             vv +=  pieceCount[c][pt2] * QuadraticCoefficientsSameColor[pt1][pt2]
 329                  + pieceCount[them][pt2] * QuadraticCoefficientsOppositeColor[pt1][pt2];
 330
 331         v += pc * vv;
 332     }
 333     matValue += sign * v;
 334   }
 335   mi->value = (int16_t)(matValue / 16);
 336   return mi;
 337 }
 338
 339
 340 /// EndgameFunctions member definitions
 341
 342 EndgameFunctions::EndgameFunctions() {
 343
 344   add<EvaluationFunction<KNNK>  >("KNNK");
 345   add<EvaluationFunction<KPK>   >("KPK");
 346   add<EvaluationFunction<KBNK>  >("KBNK");
 347   add<EvaluationFunction<KRKP>  >("KRKP");
 348   add<EvaluationFunction<KRKB>  >("KRKB");
 349   add<EvaluationFunction<KRKN>  >("KRKN");
 350   add<EvaluationFunction<KQKR>  >("KQKR");
 351   add<EvaluationFunction<KBBKN> >("KBBKN");
 352
 353   add<ScalingFunction<KNPK>    >("KNPK");
 354   add<ScalingFunction<KRPKR>   >("KRPKR");
 355   add<ScalingFunction<KBPKB>   >("KBPKB");
 356   add<ScalingFunction<KBPPKB>  >("KBPPKB");
 357   add<ScalingFunction<KBPKN>   >("KBPKN");
 358   add<ScalingFunction<KRPPKRP> >("KRPPKRP");
 359 }
 360
 361 EndgameFunctions::~EndgameFunctions() {
 362
 363     for (EFMap::const_iterator it = maps.first.begin(); it != maps.first.end(); ++it)
 364         delete it->second;
 365
 366     for (SFMap::const_iterator it = maps.second.begin(); it != maps.second.end(); ++it)
 367         delete it->second;
 368 }
 369
 370 Key EndgameFunctions::buildKey(const string& keyCode) {
 371
 372     assert(keyCode.length() > 0 && keyCode.length() < 8);
 373     assert(keyCode[0] == 'K');
 374
 375     string fen;
 376     bool upcase = false;
 377
 378     // Build up a fen string with the given pieces, note that
 379     // the fen string could be of an illegal position.
 380     for (size_t i = 0; i < keyCode.length(); i++)
 381     {
 382         if (keyCode[i] == 'K')
 383             upcase = !upcase;
 384
 385         fen += char(upcase ? toupper(keyCode[i]) : tolower(keyCode[i]));
 386     }
 387     fen += char(8 - keyCode.length() + '0');
 388     fen += "/8/8/8/8/8/8/8 w - -";
 389     return Position(fen, false, 0).get_material_key();
 390 }
 391
 392 const string EndgameFunctions::swapColors(const string& keyCode) {
 393
 394     // Build corresponding key for the opposite color: "KBPKN" -> "KNKBP"
 395     size_t idx = keyCode.find('K', 1);
 396     return keyCode.substr(idx) + keyCode.substr(0, idx);
 397 }
 398
 399 template<class T>
 400 void EndgameFunctions::add(const string& keyCode) {
 401
 402   typedef typename T::Base F;
 403   typedef map<Key, F*> M;
 404
 405   const_cast<M&>(get<F>()).insert(pair<Key, F*>(buildKey(keyCode), new T(WHITE)));
 406   const_cast<M&>(get<F>()).insert(pair<Key, F*>(buildKey(swapColors(keyCode)), new T(BLACK)));
 407 }
 408
 409 template<class T>
 410 T* EndgameFunctions::get(Key key) const {
 411
 412   typename map<Key, T*>::const_iterator it = get<T>().find(key);
 413   return it != get<T>().end() ? it->second : NULL;
 414 }