d5d670ba27324dbe3d1164a29fae18535f3be6a1
[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
39   //                                  pair  pawn knight bishop rook queen
40   const int LinearCoefficients[6] = { 1852, -162, -1122, -183,  249, -52 };
41
42   const int QuadraticCoefficientsSameColor[][PIECE_TYPE_NB] = {
43     // pair pawn knight bishop rook queen
44     {   0                               }, // Bishop pair
45     {  39,    2                         }, // Pawn
46     {  35,  271,  -4                    }, // Knight
47     {   0,  105,   4,    0              }, // Bishop
48     { -27,   -2,  46,   100,  -141      }, // Rook
49     {  58,   29,  83,   148,  -163,   0 }  // Queen
50   };
51
52   const int QuadraticCoefficientsOppositeColor[][PIECE_TYPE_NB] = {
53     //           THEIR PIECES
54     // pair pawn knight bishop rook queen
55     {   0                               }, // Bishop pair
56     {  37,    0                         }, // Pawn
57     {  10,   62,   0                    }, // Knight      OUR PIECES
58     {  57,   64,  39,     0             }, // Bishop
59     {  50,   40,  23,   -22,    0       }, // Rook
60     { 106,  101,   3,   151,  171,    0 }  // Queen
61   };
62
63   // Endgame evaluation and scaling functions are accessed directly and not through
64   // the function maps because they correspond to more then one material hash key.
65   Endgame<KmmKm> EvaluateKmmKm[] = { Endgame<KmmKm>(WHITE), Endgame<KmmKm>(BLACK) };
66   Endgame<KXK>   EvaluateKXK[]   = { Endgame<KXK>(WHITE),   Endgame<KXK>(BLACK) };
67
68   Endgame<KBPsK>  ScaleKBPsK[]  = { Endgame<KBPsK>(WHITE),  Endgame<KBPsK>(BLACK) };
69   Endgame<KQKRPs> ScaleKQKRPs[] = { Endgame<KQKRPs>(WHITE), Endgame<KQKRPs>(BLACK) };
70   Endgame<KPsK>   ScaleKPsK[]   = { Endgame<KPsK>(WHITE),   Endgame<KPsK>(BLACK) };
71   Endgame<KPKP>   ScaleKPKP[]   = { Endgame<KPKP>(WHITE),   Endgame<KPKP>(BLACK) };
72
73   // Helper templates used to detect a given material distribution
74   template<Color Us> bool is_KXK(const Position& pos) {
75     const Color Them = (Us == WHITE ? BLACK : WHITE);
76     return  !pos.count<PAWN>(Them)
77           && pos.non_pawn_material(Them) == VALUE_ZERO
78           && pos.non_pawn_material(Us) >= RookValueMg;
79   }
80
81   template<Color Us> bool is_KBPsKs(const Position& pos) {
82     return   pos.non_pawn_material(Us) == BishopValueMg
83           && pos.count<BISHOP>(Us) == 1
84           && pos.count<PAWN  >(Us) >= 1;
85   }
86
87   template<Color Us> bool is_KQKRPs(const Position& pos) {
88     const Color Them = (Us == WHITE ? BLACK : WHITE);
89     return  !pos.count<PAWN>(Us)
90           && pos.non_pawn_material(Us) == QueenValueMg
91           && pos.count<QUEEN>(Us)  == 1
92           && pos.count<ROOK>(Them) == 1
93           && pos.count<PAWN>(Them) >= 1;
94   }
95
96   /// imbalance() calculates the imbalance by comparing the piece count of each
97   /// piece type for both colors.
98
99   template<Color Us>
100   int imbalance(const int pieceCount[][PIECE_TYPE_NB]) {
101
102     const Color Them = (Us == WHITE ? BLACK : WHITE);
103
104     int pt1, pt2, pc, v;
105     int value = 0;
106
107     // Second-degree polynomial material imbalance by Tord Romstad
108     for (pt1 = NO_PIECE_TYPE; pt1 <= QUEEN; ++pt1)
109     {
110         pc = pieceCount[Us][pt1];
111         if (!pc)
112             continue;
113
114         v = LinearCoefficients[pt1];
115
116         for (pt2 = NO_PIECE_TYPE; pt2 <= pt1; ++pt2)
117             v +=  QuadraticCoefficientsSameColor[pt1][pt2] * pieceCount[Us][pt2]
118                 + QuadraticCoefficientsOppositeColor[pt1][pt2] * pieceCount[Them][pt2];
119
120         value += pc * v;
121     }
122     return value;
123   }
124
125 } // namespace
126
127 namespace Material {
128
129 /// Material::probe() takes a position object as input, looks up a MaterialEntry
130 /// object, and returns a pointer to it. If the material configuration is not
131 /// already present in the table, it is computed and stored there, so we don't
132 /// have to recompute everything when the same material configuration occurs again.
133
134 Entry* probe(const Position& pos, Table& entries, Endgames& endgames) {
135
136   Key key = pos.material_key();
137   Entry* e = entries[key];
138
139   // If e->key matches the position's material hash key, it means that we
140   // have analysed this material configuration before, and we can simply
141   // return the information we found the last time instead of recomputing it.
142   if (e->key == key)
143       return e;
144
145   std::memset(e, 0, sizeof(Entry));
146   e->key = key;
147   e->factor[WHITE] = e->factor[BLACK] = (uint8_t)SCALE_FACTOR_NORMAL;
148   e->gamePhase = game_phase(pos);
149
150   // Let's look if we have a specialized evaluation function for this particular
151   // material configuration. Firstly we look for a fixed configuration one, then
152   // for a generic one if the previous search failed.
153   if (endgames.probe(key, e->evaluationFunction))
154       return e;
155
156   if (is_KXK<WHITE>(pos))
157   {
158       e->evaluationFunction = &EvaluateKXK[WHITE];
159       return e;
160   }
161
162   if (is_KXK<BLACK>(pos))
163   {
164       e->evaluationFunction = &EvaluateKXK[BLACK];
165       return e;
166   }
167
168   if (!pos.pieces(PAWN) && !pos.pieces(ROOK) && !pos.pieces(QUEEN))
169   {
170       // Minor piece endgame with at least one minor piece per side and
171       // no pawns. Note that the case KmmK is already handled by KXK.
172       assert((pos.pieces(WHITE, KNIGHT) | pos.pieces(WHITE, BISHOP)));
173       assert((pos.pieces(BLACK, KNIGHT) | pos.pieces(BLACK, BISHOP)));
174
175       if (   pos.count<BISHOP>(WHITE) + pos.count<KNIGHT>(WHITE) <= 2
176           && pos.count<BISHOP>(BLACK) + pos.count<KNIGHT>(BLACK) <= 2)
177       {
178           e->evaluationFunction = &EvaluateKmmKm[pos.side_to_move()];
179           return e;
180       }
181   }
182
183   // OK, we didn't find any special evaluation function for the current
184   // material configuration. Is there a suitable scaling function?
185   //
186   // We face problems when there are several conflicting applicable
187   // scaling functions and we need to decide which one to use.
188   EndgameBase<ScaleFactor>* sf;
189
190   if (endgames.probe(key, sf))
191   {
192       e->scalingFunction[sf->color()] = sf;
193       return e;
194   }
195
196   // Generic scaling functions that refer to more then one material
197   // distribution. They should be probed after the specialized ones.
198   // Note that these ones don't return after setting the function.
199   if (is_KBPsKs<WHITE>(pos))
200       e->scalingFunction[WHITE] = &ScaleKBPsK[WHITE];
201
202   if (is_KBPsKs<BLACK>(pos))
203       e->scalingFunction[BLACK] = &ScaleKBPsK[BLACK];
204
205   if (is_KQKRPs<WHITE>(pos))
206       e->scalingFunction[WHITE] = &ScaleKQKRPs[WHITE];
207
208   else if (is_KQKRPs<BLACK>(pos))
209       e->scalingFunction[BLACK] = &ScaleKQKRPs[BLACK];
210
211   Value npm_w = pos.non_pawn_material(WHITE);
212   Value npm_b = pos.non_pawn_material(BLACK);
213
214   if (npm_w + npm_b == VALUE_ZERO)
215   {
216       if (!pos.count<PAWN>(BLACK))
217       {
218           assert(pos.count<PAWN>(WHITE) >= 2);
219           e->scalingFunction[WHITE] = &ScaleKPsK[WHITE];
220       }
221       else if (!pos.count<PAWN>(WHITE))
222       {
223           assert(pos.count<PAWN>(BLACK) >= 2);
224           e->scalingFunction[BLACK] = &ScaleKPsK[BLACK];
225       }
226       else if (pos.count<PAWN>(WHITE) == 1 && pos.count<PAWN>(BLACK) == 1)
227       {
228           // This is a special case because we set scaling functions
229           // for both colors instead of only one.
230           e->scalingFunction[WHITE] = &ScaleKPKP[WHITE];
231           e->scalingFunction[BLACK] = &ScaleKPKP[BLACK];
232       }
233   }
234
235   // No pawns makes it difficult to win, even with a material advantage. This
236   // catches some trivial draws like KK, KBK and KNK
237   if (!pos.count<PAWN>(WHITE) && npm_w - npm_b <= BishopValueMg)
238   {
239       e->factor[WHITE] = (uint8_t)
240       (npm_w == npm_b || npm_w < RookValueMg ? 0 : NoPawnsSF[std::min(pos.count<BISHOP>(WHITE), 2)]);
241   }
242
243   if (!pos.count<PAWN>(BLACK) && npm_b - npm_w <= BishopValueMg)
244   {
245       e->factor[BLACK] = (uint8_t)
246       (npm_w == npm_b || npm_b < RookValueMg ? 0 : NoPawnsSF[std::min(pos.count<BISHOP>(BLACK), 2)]);
247   }
248
249   // Compute the space weight
250   if (npm_w + npm_b >= 2 * QueenValueMg + 4 * RookValueMg + 2 * KnightValueMg)
251   {
252       int minorPieceCount =  pos.count<KNIGHT>(WHITE) + pos.count<BISHOP>(WHITE)
253                            + pos.count<KNIGHT>(BLACK) + pos.count<BISHOP>(BLACK);
254
255       e->spaceWeight = make_score(minorPieceCount * minorPieceCount, 0);
256   }
257
258   // Evaluate the material imbalance. We use PIECE_TYPE_NONE as a place holder
259   // for the bishop pair "extended piece", which allows us to be more flexible
260   // in defining bishop pair bonuses.
261   const int pieceCount[COLOR_NB][PIECE_TYPE_NB] = {
262   { pos.count<BISHOP>(WHITE) > 1, pos.count<PAWN>(WHITE), pos.count<KNIGHT>(WHITE),
263     pos.count<BISHOP>(WHITE)    , pos.count<ROOK>(WHITE), pos.count<QUEEN >(WHITE) },
264   { pos.count<BISHOP>(BLACK) > 1, pos.count<PAWN>(BLACK), pos.count<KNIGHT>(BLACK),
265     pos.count<BISHOP>(BLACK)    , pos.count<ROOK>(BLACK), pos.count<QUEEN >(BLACK) } };
266
267   e->value = (int16_t)((imbalance<WHITE>(pieceCount) - imbalance<BLACK>(pieceCount)) / 16);
268   return e;
269 }
270
271
272 /// Material::game_phase() calculates the phase given the current
273 /// position. Because the phase is strictly a function of the material, it
274 /// is stored in MaterialEntry.
275
276 Phase game_phase(const Position& pos) {
277
278   Value npm = pos.non_pawn_material(WHITE) + pos.non_pawn_material(BLACK);
279
280   return  npm >= MidgameLimit ? PHASE_MIDGAME
281         : npm <= EndgameLimit ? PHASE_ENDGAME
282         : Phase(((npm - EndgameLimit) * 128) / (MidgameLimit - EndgameLimit));
283 }
284
285 } // namespace Material