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 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 <map>
  27
  28 #include "material.h"
  29
  30
  31 ////
  32 //// Local definitions
  33 ////
  34
  35 namespace {
  36
  37   const Value BishopPairMidgameBonus = Value(100);
  38   const Value BishopPairEndgameBonus = Value(100);
  39
  40   Key KRPKRMaterialKey, KRKRPMaterialKey;
  41   Key KNNKMaterialKey,  KKNNMaterialKey;
  42   Key KBPKBMaterialKey, KBKBPMaterialKey;
  43   Key KBPKNMaterialKey, KNKBPMaterialKey;
  44   Key KNPKMaterialKey,  KKNPMaterialKey;
  45   Key KPKPMaterialKey;
  46   Key KRPPKRPMaterialKey, KRPKRPPMaterialKey;
  47
  48   std::map<Key, EndgameEvaluationFunction*> EEFmap;
  49
  50   void EEFAdd(Key k, EndgameEvaluationFunction* f) {
  51
  52       EEFmap.insert(std::pair<Key, EndgameEvaluationFunction*>(k, f));
  53   }
  54 }
  55
  56
  57 ////
  58 //// Functions
  59 ////
  60
  61 /// MaterialInfo::init() is called during program initialization. It
  62 /// precomputes material hash keys for a few basic endgames, in order
  63 /// to make it easy to recognize such endgames when they occur.
  64
  65 void MaterialInfo::init() {
  66
  67   typedef Key ZM[2][8][16];
  68   const ZM& z = Position::zobMaterial;
  69
  70   static const Color W = WHITE;
  71   static const Color B = BLACK;
  72
  73   EEFAdd(z[W][PAWN][1], &EvaluateKPK);
  74   EEFAdd(z[B][PAWN][1], &EvaluateKKP);
  75
  76   EEFAdd(z[W][BISHOP][1] ^ z[W][KNIGHT][1], &EvaluateKBNK);
  77   EEFAdd(z[B][BISHOP][1] ^ z[B][KNIGHT][1], &EvaluateKKBN);
  78   EEFAdd(z[W][ROOK][1]   ^ z[B][PAWN][1],   &EvaluateKRKP);
  79   EEFAdd(z[W][PAWN][1]   ^ z[B][ROOK][1],   &EvaluateKPKR);
  80   EEFAdd(z[W][ROOK][1]   ^ z[B][BISHOP][1], &EvaluateKRKB);
  81   EEFAdd(z[W][BISHOP][1] ^ z[B][ROOK][1],   &EvaluateKBKR);
  82   EEFAdd(z[W][ROOK][1]   ^ z[B][KNIGHT][1], &EvaluateKRKN);
  83   EEFAdd(z[W][KNIGHT][1] ^ z[B][ROOK][1],   &EvaluateKNKR);
  84   EEFAdd(z[W][QUEEN][1]  ^ z[B][ROOK][1],   &EvaluateKQKR);
  85   EEFAdd(z[W][ROOK][1]   ^ z[B][QUEEN][1],  &EvaluateKRKQ);
  86
  87   KRPKRMaterialKey = z[W][ROOK][1]
  88                    ^ z[W][PAWN][1]
  89                    ^ z[B][ROOK][1];
  90
  91   KRKRPMaterialKey = z[W][ROOK][1]
  92                    ^ z[B][ROOK][1]
  93                    ^ z[B][PAWN][1];
  94
  95   KRPPKRPMaterialKey =
  96     z[W][ROOK][1] ^
  97     z[W][PAWN][1] ^
  98     z[W][PAWN][2] ^
  99     z[B][ROOK][1] ^
 100     z[B][PAWN][1];
 101   KRPKRPPMaterialKey =
 102     z[W][ROOK][1] ^
 103     z[W][PAWN][1] ^
 104     z[B][ROOK][1] ^
 105     z[B][PAWN][1] ^
 106     z[B][PAWN][2];
 107   KNNKMaterialKey =
 108     z[W][KNIGHT][1] ^
 109     z[W][KNIGHT][2];
 110   KKNNMaterialKey =
 111     z[B][KNIGHT][1] ^
 112     z[B][KNIGHT][2];
 113   KBPKBMaterialKey =
 114     z[W][BISHOP][1] ^
 115     z[W][PAWN][1] ^
 116     z[B][BISHOP][1];
 117   KBKBPMaterialKey =
 118     z[W][BISHOP][1] ^
 119     z[B][BISHOP][1] ^
 120     z[B][PAWN][1];
 121   KBPKNMaterialKey =
 122     z[W][BISHOP][1] ^
 123     z[W][PAWN][1] ^
 124     z[B][KNIGHT][1];
 125   KNKBPMaterialKey =
 126     z[W][KNIGHT][1] ^
 127     z[B][BISHOP][1] ^
 128     z[B][PAWN][1];
 129   KNPKMaterialKey =
 130     z[W][KNIGHT][1] ^
 131     z[W][PAWN][1];
 132   KKNPMaterialKey =
 133     z[B][KNIGHT][1] ^
 134     z[B][PAWN][1];
 135   KPKPMaterialKey =
 136     z[W][PAWN][1] ^
 137     z[B][PAWN][1];
 138
 139
 140 }
 141
 142
 143 /// Constructor for the MaterialInfoTable class.
 144
 145 MaterialInfoTable::MaterialInfoTable(unsigned numOfEntries) {
 146
 147   size = numOfEntries;
 148   entries = new MaterialInfo[size];
 149   if (!entries)
 150   {
 151       std::cerr << "Failed to allocate " << (numOfEntries * sizeof(MaterialInfo))
 152                 << " bytes for material hash table." << std::endl;
 153       exit(EXIT_FAILURE);
 154   }
 155   clear();
 156 }
 157
 158
 159 /// Destructor for the MaterialInfoTable class.
 160
 161 MaterialInfoTable::~MaterialInfoTable() {
 162
 163   delete [] entries;
 164 }
 165
 166
 167 /// MaterialInfoTable::clear() clears a material hash table by setting
 168 /// all entries to 0.
 169
 170 void MaterialInfoTable::clear() {
 171
 172   memset(entries, 0, size * sizeof(MaterialInfo));
 173 }
 174
 175
 176 /// MaterialInfoTable::get_material_info() takes a position object as input,
 177 /// computes or looks up a MaterialInfo object, and returns a pointer to it.
 178 /// If the material configuration is not already present in the table, it
 179 /// is stored there, so we don't have to recompute everything when the
 180 /// same material configuration occurs again.
 181
 182 MaterialInfo *MaterialInfoTable::get_material_info(const Position &pos) {
 183
 184   Key key = pos.get_material_key();
 185   int index = key & (size - 1);
 186   MaterialInfo *mi = entries + index;
 187
 188   // If mi->key matches the position's material hash key, it means that we
 189   // have analysed this material configuration before, and we can simply
 190   // return the information we found the last time instead of recomputing it:
 191   if(mi->key == key)
 192     return mi;
 193
 194   // Clear the MaterialInfo object, and set its key:
 195   mi->clear();
 196   mi->key = key;
 197
 198   // A special case before looking for a specialized evaluation function:
 199   // KNN vs K is a draw:
 200   if (key == KNNKMaterialKey || key == KKNNMaterialKey)
 201   {
 202     mi->factor[WHITE] = mi->factor[BLACK] = 0;
 203     return mi;
 204   }
 205
 206   // Let's look if we have a specialized evaluation function for this
 207   // particular material configuration
 208   if (EEFmap.find(key) != EEFmap.end())
 209   {
 210       mi->evaluationFunction = EEFmap[key];
 211       return mi;
 212   }
 213   else if (   pos.non_pawn_material(BLACK) == Value(0)
 214            && pos.piece_count(BLACK, PAWN) == 0
 215            && pos.non_pawn_material(WHITE) >= RookValueEndgame)
 216   {
 217       mi->evaluationFunction = &EvaluateKXK;
 218       return mi;
 219   }
 220   else if (   pos.non_pawn_material(WHITE) == Value(0)
 221            && pos.piece_count(WHITE, PAWN) == 0
 222            && pos.non_pawn_material(BLACK) >= RookValueEndgame)
 223   {
 224       mi->evaluationFunction = &EvaluateKKX;
 225       return mi;
 226   }
 227
 228   // OK, we didn't find any special evaluation function for the current
 229   // material configuration. Is there a suitable scaling function?
 230   //
 231   // The code below is rather messy, and it could easily get worse later,
 232   // if we decide to add more special cases.  We face problems when there
 233   // are several conflicting applicable scaling functions and we need to
 234   // decide which one to use.
 235
 236   if(key == KRPKRMaterialKey) {
 237     mi->scalingFunction[WHITE] = &ScaleKRPKR;
 238     return mi;
 239   }
 240   if(key == KRKRPMaterialKey) {
 241     mi->scalingFunction[BLACK] = &ScaleKRKRP;
 242     return mi;
 243   }
 244   if(key == KRPPKRPMaterialKey) {
 245     mi->scalingFunction[WHITE] = &ScaleKRPPKRP;
 246     return mi;
 247   }
 248   else if(key == KRPKRPPMaterialKey) {
 249     mi->scalingFunction[BLACK] = &ScaleKRPKRPP;
 250     return mi;
 251   }
 252   if(key == KBPKBMaterialKey) {
 253     mi->scalingFunction[WHITE] = &ScaleKBPKB;
 254     return mi;
 255   }
 256   if(key == KBKBPMaterialKey) {
 257     mi->scalingFunction[BLACK] = &ScaleKBKBP;
 258     return mi;
 259   }
 260   if(key == KBPKNMaterialKey) {
 261     mi->scalingFunction[WHITE] = &ScaleKBPKN;
 262     return mi;
 263   }
 264   if(key == KNKBPMaterialKey) {
 265     mi->scalingFunction[BLACK] = &ScaleKNKBP;
 266     return mi;
 267   }
 268   if(key == KNPKMaterialKey) {
 269     mi->scalingFunction[WHITE] = &ScaleKNPK;
 270     return mi;
 271   }
 272   if(key == KKNPMaterialKey) {
 273     mi->scalingFunction[BLACK] = &ScaleKKNP;
 274     return mi;
 275   }
 276
 277   if(pos.non_pawn_material(WHITE) == BishopValueMidgame &&
 278      pos.piece_count(WHITE, BISHOP) == 1 && pos.piece_count(WHITE, PAWN) >= 1)
 279     mi->scalingFunction[WHITE] = &ScaleKBPK;
 280   if(pos.non_pawn_material(BLACK) == BishopValueMidgame &&
 281      pos.piece_count(BLACK, BISHOP) == 1 && pos.piece_count(BLACK, PAWN) >= 1)
 282     mi->scalingFunction[BLACK] = &ScaleKKBP;
 283
 284   if(pos.piece_count(WHITE, PAWN) == 0 &&
 285      pos.non_pawn_material(WHITE) == QueenValueMidgame &&
 286      pos.piece_count(WHITE, QUEEN) == 1 &&
 287      pos.piece_count(BLACK, ROOK) == 1 && pos.piece_count(BLACK, PAWN) >= 1)
 288     mi->scalingFunction[WHITE] = &ScaleKQKRP;
 289   else if(pos.piece_count(BLACK, PAWN) == 0 &&
 290           pos.non_pawn_material(BLACK) == QueenValueMidgame &&
 291           pos.piece_count(BLACK, QUEEN) == 1 &&
 292           pos.piece_count(WHITE, ROOK) == 1 && pos.piece_count(WHITE, PAWN) >= 1)
 293     mi->scalingFunction[BLACK] = &ScaleKRPKQ;
 294
 295   if(pos.non_pawn_material(WHITE) + pos.non_pawn_material(BLACK) == Value(0)) {
 296     if(pos.piece_count(BLACK, PAWN) == 0) {
 297       assert(pos.piece_count(WHITE, PAWN) >= 2);
 298       mi->scalingFunction[WHITE] = &ScaleKPsK;
 299     }
 300     else if(pos.piece_count(WHITE, PAWN) == 0) {
 301       assert(pos.piece_count(BLACK, PAWN) >= 2);
 302       mi->scalingFunction[BLACK] = &ScaleKKPs;
 303     }
 304     else if(pos.piece_count(WHITE, PAWN) == 1 && pos.piece_count(BLACK, PAWN) == 1) {
 305       mi->scalingFunction[WHITE] = &ScaleKPKPw;
 306       mi->scalingFunction[BLACK] = &ScaleKPKPb;
 307     }
 308   }
 309
 310   // Evaluate the material balance.
 311
 312   Color c;
 313   int sign;
 314   Value egValue = Value(0), mgValue = Value(0);
 315
 316   for(c = WHITE, sign = 1; c <= BLACK; c++, sign = -sign) {
 317
 318     // No pawns makes it difficult to win, even with a material advantage:
 319     if(pos.piece_count(c, PAWN) == 0 &&
 320        pos.non_pawn_material(c) - pos.non_pawn_material(opposite_color(c))
 321        <= BishopValueMidgame) {
 322       if(pos.non_pawn_material(c) == pos.non_pawn_material(opposite_color(c)))
 323         mi->factor[c] = 0;
 324       else if(pos.non_pawn_material(c) < RookValueMidgame)
 325         mi->factor[c] = 0;
 326       else {
 327         switch(pos.piece_count(c, BISHOP)) {
 328         case 2:
 329           mi->factor[c] = 32; break;
 330         case 1:
 331           mi->factor[c] = 12; break;
 332         case 0:
 333           mi->factor[c] = 6; break;
 334         }
 335       }
 336     }
 337
 338     // Bishop pair:
 339     if(pos.piece_count(c, BISHOP) >= 2) {
 340       mgValue += sign * BishopPairMidgameBonus;
 341       egValue += sign * BishopPairEndgameBonus;
 342     }
 343
 344     // Knights are stronger when there are many pawns on the board.  The
 345     // formula is taken from Larry Kaufman's paper "The Evaluation of Material
 346     // Imbalances in Chess":
 347     // http://mywebpages.comcast.net/danheisman/Articles/evaluation_of_material_imbalance.htm
 348     mgValue += sign * Value(pos.piece_count(c, KNIGHT)*(pos.piece_count(c, PAWN)-5)*16);
 349     egValue += sign * Value(pos.piece_count(c, KNIGHT)*(pos.piece_count(c, PAWN)-5)*16);
 350
 351     // Redundancy of major pieces, again based on Kaufman's paper:
 352     if(pos.piece_count(c, ROOK) >= 1) {
 353       Value v = Value((pos.piece_count(c, ROOK) - 1) * 32 + pos.piece_count(c, QUEEN) * 16);
 354       mgValue -= sign * v;
 355       egValue -= sign * v;
 356     }
 357
 358   }
 359
 360   mi->mgValue = int16_t(mgValue);
 361   mi->egValue = int16_t(egValue);
 362
 363   return mi;
 364 }