Refactor Thread class
[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) 2008-2012 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 <cassert>
21 #include <cstring>
22 #include <algorithm>
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 RedundantQueenPenalty = Value(320);
39   const Value RedundantRookPenalty  = Value(554);
40
41   const int LinearCoefficients[6] = { 1617, -162, -1172, -190, 105, 26 };
42
43   const int QuadraticCoefficientsSameColor[][8] = {
44   { 7, 7, 7, 7, 7, 7 }, { 39, 2, 7, 7, 7, 7 }, { 35, 271, -4, 7, 7, 7 },
45   { 7, 25, 4, 7, 7, 7 }, { -27, -2, 46, 100, 56, 7 }, { 58, 29, 83, 148, -3, -25 } };
46
47   const int QuadraticCoefficientsOppositeColor[][8] = {
48   { 41, 41, 41, 41, 41, 41 }, { 37, 41, 41, 41, 41, 41 }, { 10, 62, 41, 41, 41, 41 },
49   { 57, 64, 39, 41, 41, 41 }, { 50, 40, 23, -22, 41, 41 }, { 106, 101, 3, 151, 171, 41 } };
50
51   // Endgame evaluation and scaling functions accessed direcly and not through
52   // the function maps because correspond to more then one material hash key.
53   Endgame<KmmKm> EvaluateKmmKm[] = { Endgame<KmmKm>(WHITE), Endgame<KmmKm>(BLACK) };
54   Endgame<KXK>   EvaluateKXK[]   = { Endgame<KXK>(WHITE),   Endgame<KXK>(BLACK) };
55
56   Endgame<KBPsK>  ScaleKBPsK[]  = { Endgame<KBPsK>(WHITE),  Endgame<KBPsK>(BLACK) };
57   Endgame<KQKRPs> ScaleKQKRPs[] = { Endgame<KQKRPs>(WHITE), Endgame<KQKRPs>(BLACK) };
58   Endgame<KPsK>   ScaleKPsK[]   = { Endgame<KPsK>(WHITE),   Endgame<KPsK>(BLACK) };
59   Endgame<KPKP>   ScaleKPKP[]   = { Endgame<KPKP>(WHITE),   Endgame<KPKP>(BLACK) };
60
61   // Helper templates used to detect a given material distribution
62   template<Color Us> bool is_KXK(const Position& pos) {
63     const Color Them = (Us == WHITE ? BLACK : WHITE);
64     return   pos.non_pawn_material(Them) == VALUE_ZERO
65           && pos.piece_count(Them, PAWN) == 0
66           && pos.non_pawn_material(Us)   >= RookValueMidgame;
67   }
68
69   template<Color Us> bool is_KBPsKs(const Position& pos) {
70     return   pos.non_pawn_material(Us)   == BishopValueMidgame
71           && pos.piece_count(Us, BISHOP) == 1
72           && pos.piece_count(Us, PAWN)   >= 1;
73   }
74
75   template<Color Us> bool is_KQKRPs(const Position& pos) {
76     const Color Them = (Us == WHITE ? BLACK : WHITE);
77     return   pos.piece_count(Us, PAWN)    == 0
78           && pos.non_pawn_material(Us)    == QueenValueMidgame
79           && pos.piece_count(Us, QUEEN)   == 1
80           && pos.piece_count(Them, ROOK)  == 1
81           && pos.piece_count(Them, PAWN)  >= 1;
82   }
83
84 } // namespace
85
86
87 /// MaterialInfoTable::material_info() takes a position object as input,
88 /// computes or looks up a MaterialInfo object, and returns a pointer to it.
89 /// If the material configuration is not already present in the table, it
90 /// is stored there, so we don't have to recompute everything when the
91 /// same material configuration occurs again.
92
93 MaterialInfo* MaterialInfoTable::material_info(const Position& pos) const {
94
95   Key key = pos.material_key();
96   MaterialInfo* mi = probe(key);
97
98   // If mi->key matches the position's material hash key, it means that we
99   // have analysed this material configuration before, and we can simply
100   // return the information we found the last time instead of recomputing it.
101   if (mi->key == key)
102       return mi;
103
104   // Initialize MaterialInfo entry
105   memset(mi, 0, sizeof(MaterialInfo));
106   mi->key = key;
107   mi->factor[WHITE] = mi->factor[BLACK] = (uint8_t)SCALE_FACTOR_NORMAL;
108
109   // Store game phase
110   mi->gamePhase = MaterialInfoTable::game_phase(pos);
111
112   // Let's look if we have a specialized evaluation function for this
113   // particular material configuration. First we look for a fixed
114   // configuration one, then a generic one if previous search failed.
115   if ((mi->evaluationFunction = funcs->get<Value>(key)) != NULL)
116       return mi;
117
118   if (is_KXK<WHITE>(pos))
119   {
120       mi->evaluationFunction = &EvaluateKXK[WHITE];
121       return mi;
122   }
123
124   if (is_KXK<BLACK>(pos))
125   {
126       mi->evaluationFunction = &EvaluateKXK[BLACK];
127       return mi;
128   }
129
130   if (!pos.pieces(PAWN) && !pos.pieces(ROOK) && !pos.pieces(QUEEN))
131   {
132       // Minor piece endgame with at least one minor piece per side and
133       // no pawns. Note that the case KmmK is already handled by KXK.
134       assert((pos.pieces(KNIGHT, WHITE) | pos.pieces(BISHOP, WHITE)));
135       assert((pos.pieces(KNIGHT, BLACK) | pos.pieces(BISHOP, BLACK)));
136
137       if (   pos.piece_count(WHITE, BISHOP) + pos.piece_count(WHITE, KNIGHT) <= 2
138           && pos.piece_count(BLACK, BISHOP) + pos.piece_count(BLACK, KNIGHT) <= 2)
139       {
140           mi->evaluationFunction = &EvaluateKmmKm[pos.side_to_move()];
141           return mi;
142       }
143   }
144
145   // OK, we didn't find any special evaluation function for the current
146   // material configuration. Is there a suitable scaling function?
147   //
148   // We face problems when there are several conflicting applicable
149   // scaling functions and we need to decide which one to use.
150   EndgameBase<ScaleFactor>* sf;
151
152   if ((sf = funcs->get<ScaleFactor>(key)) != NULL)
153   {
154       mi->scalingFunction[sf->color()] = sf;
155       return mi;
156   }
157
158   // Generic scaling functions that refer to more then one material
159   // distribution. Should be probed after the specialized ones.
160   // Note that these ones don't return after setting the function.
161   if (is_KBPsKs<WHITE>(pos))
162       mi->scalingFunction[WHITE] = &ScaleKBPsK[WHITE];
163
164   if (is_KBPsKs<BLACK>(pos))
165       mi->scalingFunction[BLACK] = &ScaleKBPsK[BLACK];
166
167   if (is_KQKRPs<WHITE>(pos))
168       mi->scalingFunction[WHITE] = &ScaleKQKRPs[WHITE];
169
170   else if (is_KQKRPs<BLACK>(pos))
171       mi->scalingFunction[BLACK] = &ScaleKQKRPs[BLACK];
172
173   Value npm_w = pos.non_pawn_material(WHITE);
174   Value npm_b = pos.non_pawn_material(BLACK);
175
176   if (npm_w + npm_b == VALUE_ZERO)
177   {
178       if (pos.piece_count(BLACK, PAWN) == 0)
179       {
180           assert(pos.piece_count(WHITE, PAWN) >= 2);
181           mi->scalingFunction[WHITE] = &ScaleKPsK[WHITE];
182       }
183       else if (pos.piece_count(WHITE, PAWN) == 0)
184       {
185           assert(pos.piece_count(BLACK, PAWN) >= 2);
186           mi->scalingFunction[BLACK] = &ScaleKPsK[BLACK];
187       }
188       else if (pos.piece_count(WHITE, PAWN) == 1 && pos.piece_count(BLACK, PAWN) == 1)
189       {
190           // This is a special case because we set scaling functions
191           // for both colors instead of only one.
192           mi->scalingFunction[WHITE] = &ScaleKPKP[WHITE];
193           mi->scalingFunction[BLACK] = &ScaleKPKP[BLACK];
194       }
195   }
196
197   // No pawns makes it difficult to win, even with a material advantage
198   if (pos.piece_count(WHITE, PAWN) == 0 && npm_w - npm_b <= BishopValueMidgame)
199   {
200       mi->factor[WHITE] = (uint8_t)
201       (npm_w == npm_b || npm_w < RookValueMidgame ? 0 : NoPawnsSF[std::min(pos.piece_count(WHITE, BISHOP), 2)]);
202   }
203
204   if (pos.piece_count(BLACK, PAWN) == 0 && npm_b - npm_w <= BishopValueMidgame)
205   {
206       mi->factor[BLACK] = (uint8_t)
207       (npm_w == npm_b || npm_b < RookValueMidgame ? 0 : NoPawnsSF[std::min(pos.piece_count(BLACK, BISHOP), 2)]);
208   }
209
210   // Compute the space weight
211   if (npm_w + npm_b >= 2 * QueenValueMidgame + 4 * RookValueMidgame + 2 * KnightValueMidgame)
212   {
213       int minorPieceCount =  pos.piece_count(WHITE, KNIGHT) + pos.piece_count(WHITE, BISHOP)
214                            + pos.piece_count(BLACK, KNIGHT) + pos.piece_count(BLACK, BISHOP);
215
216       mi->spaceWeight = minorPieceCount * minorPieceCount;
217   }
218
219   // Evaluate the material imbalance. We use PIECE_TYPE_NONE as a place holder
220   // for the bishop pair "extended piece", this allow us to be more flexible
221   // in defining bishop pair bonuses.
222   const int pieceCount[2][8] = {
223   { pos.piece_count(WHITE, BISHOP) > 1, pos.piece_count(WHITE, PAWN), pos.piece_count(WHITE, KNIGHT),
224     pos.piece_count(WHITE, BISHOP)    , pos.piece_count(WHITE, ROOK), pos.piece_count(WHITE, QUEEN) },
225   { pos.piece_count(BLACK, BISHOP) > 1, pos.piece_count(BLACK, PAWN), pos.piece_count(BLACK, KNIGHT),
226     pos.piece_count(BLACK, BISHOP)    , pos.piece_count(BLACK, ROOK), pos.piece_count(BLACK, QUEEN) } };
227
228   mi->value = (int16_t)((imbalance<WHITE>(pieceCount) - imbalance<BLACK>(pieceCount)) / 16);
229   return mi;
230 }
231
232
233 /// MaterialInfoTable::imbalance() calculates imbalance comparing piece count of each
234 /// piece type for both colors.
235
236 template<Color Us>
237 int MaterialInfoTable::imbalance(const int pieceCount[][8]) {
238
239   const Color Them = (Us == WHITE ? BLACK : WHITE);
240
241   int pt1, pt2, pc, v;
242   int value = 0;
243
244   // Redundancy of major pieces, formula based on Kaufman's paper
245   // "The Evaluation of Material Imbalances in Chess"
246   if (pieceCount[Us][ROOK] > 0)
247       value -=  RedundantRookPenalty * (pieceCount[Us][ROOK] - 1)
248               + RedundantQueenPenalty * pieceCount[Us][QUEEN];
249
250   // Second-degree polynomial material imbalance by Tord Romstad
251   for (pt1 = NO_PIECE_TYPE; pt1 <= QUEEN; pt1++)
252   {
253       pc = pieceCount[Us][pt1];
254       if (!pc)
255           continue;
256
257       v = LinearCoefficients[pt1];
258
259       for (pt2 = NO_PIECE_TYPE; pt2 <= pt1; pt2++)
260           v +=  QuadraticCoefficientsSameColor[pt1][pt2] * pieceCount[Us][pt2]
261               + QuadraticCoefficientsOppositeColor[pt1][pt2] * pieceCount[Them][pt2];
262
263       value += pc * v;
264   }
265   return value;
266 }
267
268
269 /// MaterialInfoTable::game_phase() calculates the phase given the current
270 /// position. Because the phase is strictly a function of the material, it
271 /// is stored in MaterialInfo.
272
273 Phase MaterialInfoTable::game_phase(const Position& pos) {
274
275   Value npm = pos.non_pawn_material(WHITE) + pos.non_pawn_material(BLACK);
276
277   return  npm >= MidgameLimit ? PHASE_MIDGAME
278         : npm <= EndgameLimit ? PHASE_ENDGAME
279         : Phase(((npm - EndgameLimit) * 128) / (MidgameLimit - EndgameLimit));
280 }