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) 2008-2013 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   const Value RedundantQueen = Value(320);
  39   const Value RedundantRook  = Value(554);
  40
  41   //                                  pair  pawn knight bishop rook queen
  42   const int LinearCoefficients[6] = { 1617, -162, -1172, -190,  105,  26 };
  43
  44   const int QuadraticCoefficientsSameColor[][PIECE_TYPE_NB] = {
  45     // pair pawn knight bishop rook queen
  46     {   7                               }, // Bishop pair
  47     {  39,    2                         }, // Pawn
  48     {  35,  271,  -4                    }, // Knight
  49     {   7,  105,   4,    7              }, // Bishop
  50     { -27,   -2,  46,   100,   56       }, // Rook
  51     {  58,   29,  83,   148,   -3,  -25 }  // Queen
  52   };
  53
  54   const int QuadraticCoefficientsOppositeColor[][PIECE_TYPE_NB] = {
  55     //           THEIR PIECES
  56     // pair pawn knight bishop rook queen
  57     {  41                               }, // Bishop pair
  58     {  37,   41                         }, // Pawn
  59     {  10,   62,  41                    }, // Knight      OUR PIECES
  60     {  57,   64,  39,    41             }, // Bishop
  61     {  50,   40,  23,   -22,   41       }, // Rook
  62     { 106,  101,   3,   151,  171,   41 }  // Queen
  63   };
  64
  65   // Endgame evaluation and scaling functions accessed direcly and not through
  66   // the function maps because correspond to more then one material hash key.
  67   Endgame<KmmKm> EvaluateKmmKm[] = { Endgame<KmmKm>(WHITE), Endgame<KmmKm>(BLACK) };
  68   Endgame<KXK>   EvaluateKXK[]   = { Endgame<KXK>(WHITE),   Endgame<KXK>(BLACK) };
  69
  70   Endgame<KBPsK>  ScaleKBPsK[]  = { Endgame<KBPsK>(WHITE),  Endgame<KBPsK>(BLACK) };
  71   Endgame<KQKRPs> ScaleKQKRPs[] = { Endgame<KQKRPs>(WHITE), Endgame<KQKRPs>(BLACK) };
  72   Endgame<KPsK>   ScaleKPsK[]   = { Endgame<KPsK>(WHITE),   Endgame<KPsK>(BLACK) };
  73   Endgame<KPKP>   ScaleKPKP[]   = { Endgame<KPKP>(WHITE),   Endgame<KPKP>(BLACK) };
  74
  75   // Helper templates used to detect a given material distribution
  76   template<Color Us> bool is_KXK(const Position& pos) {
  77     const Color Them = (Us == WHITE ? BLACK : WHITE);
  78     return  !pos.count<PAWN>(Them)
  79           && pos.non_pawn_material(Them) == VALUE_ZERO
  80           && pos.non_pawn_material(Us) >= RookValueMg;
  81   }
  82
  83   template<Color Us> bool is_KBPsKs(const Position& pos) {
  84     return   pos.non_pawn_material(Us) == BishopValueMg
  85           && pos.count<BISHOP>(Us) == 1
  86           && pos.count<PAWN  >(Us) >= 1;
  87   }
  88
  89   template<Color Us> bool is_KQKRPs(const Position& pos) {
  90     const Color Them = (Us == WHITE ? BLACK : WHITE);
  91     return  !pos.count<PAWN>(Us)
  92           && pos.non_pawn_material(Us) == QueenValueMg
  93           && pos.count<QUEEN>(Us)  == 1
  94           && pos.count<ROOK>(Them) == 1
  95           && pos.count<PAWN>(Them) >= 1;
  96   }
  97
  98   /// imbalance() calculates imbalance comparing piece count of each
  99   /// piece type for both colors.
 100
 101   template<Color Us>
 102   int imbalance(const int pieceCount[][PIECE_TYPE_NB]) {
 103
 104     const Color Them = (Us == WHITE ? BLACK : WHITE);
 105
 106     int pt1, pt2, pc, v;
 107     int value = 0;
 108
 109     // Redundancy of major pieces, formula based on Kaufman's paper
 110     // "The Evaluation of Material Imbalances in Chess"
 111     if (pieceCount[Us][ROOK] > 0)
 112         value -=  RedundantRook * (pieceCount[Us][ROOK] - 1)
 113                 + RedundantQueen * pieceCount[Us][QUEEN];
 114
 115     // Second-degree polynomial material imbalance by Tord Romstad
 116     for (pt1 = NO_PIECE_TYPE; pt1 <= QUEEN; pt1++)
 117     {
 118         pc = pieceCount[Us][pt1];
 119         if (!pc)
 120             continue;
 121
 122         v = LinearCoefficients[pt1];
 123
 124         for (pt2 = NO_PIECE_TYPE; pt2 <= pt1; pt2++)
 125             v +=  QuadraticCoefficientsSameColor[pt1][pt2] * pieceCount[Us][pt2]
 126                 + QuadraticCoefficientsOppositeColor[pt1][pt2] * pieceCount[Them][pt2];
 127
 128         value += pc * v;
 129     }
 130     return value;
 131   }
 132
 133 } // namespace
 134
 135 namespace Material {
 136
 137 /// Material::probe() takes a position object as input, looks up a MaterialEntry
 138 /// object, and returns a pointer to it. If the material configuration is not
 139 /// already present in the table, it is computed and stored there, so we don't
 140 /// have to recompute everything when the same material configuration occurs again.
 141
 142 Entry* probe(const Position& pos, Table& entries, Endgames& endgames) {
 143
 144   Key key = pos.material_key();
 145   Entry* e = entries[key];
 146
 147   // If e->key matches the position's material hash key, it means that we
 148   // have analysed this material configuration before, and we can simply
 149   // return the information we found the last time instead of recomputing it.
 150   if (e->key == key)
 151       return e;
 152
 153   memset(e, 0, sizeof(Entry));
 154   e->key = key;
 155   e->factor[WHITE] = e->factor[BLACK] = (uint8_t)SCALE_FACTOR_NORMAL;
 156   e->gamePhase = game_phase(pos);
 157
 158   // Let's look if we have a specialized evaluation function for this
 159   // particular material configuration. First we look for a fixed
 160   // configuration one, then a generic one if previous search failed.
 161   if (endgames.probe(key, e->evaluationFunction))
 162       return e;
 163
 164   if (is_KXK<WHITE>(pos))
 165   {
 166       e->evaluationFunction = &EvaluateKXK[WHITE];
 167       return e;
 168   }
 169
 170   if (is_KXK<BLACK>(pos))
 171   {
 172       e->evaluationFunction = &EvaluateKXK[BLACK];
 173       return e;
 174   }
 175
 176   if (!pos.pieces(PAWN) && !pos.pieces(ROOK) && !pos.pieces(QUEEN))
 177   {
 178       // Minor piece endgame with at least one minor piece per side and
 179       // no pawns. Note that the case KmmK is already handled by KXK.
 180       assert((pos.pieces(WHITE, KNIGHT) | pos.pieces(WHITE, BISHOP)));
 181       assert((pos.pieces(BLACK, KNIGHT) | pos.pieces(BLACK, BISHOP)));
 182
 183       if (   pos.count<BISHOP>(WHITE) + pos.count<KNIGHT>(WHITE) <= 2
 184           && pos.count<BISHOP>(BLACK) + pos.count<KNIGHT>(BLACK) <= 2)
 185       {
 186           e->evaluationFunction = &EvaluateKmmKm[pos.side_to_move()];
 187           return e;
 188       }
 189   }
 190
 191   // OK, we didn't find any special evaluation function for the current
 192   // material configuration. Is there a suitable scaling function?
 193   //
 194   // We face problems when there are several conflicting applicable
 195   // scaling functions and we need to decide which one to use.
 196   EndgameBase<ScaleFactor>* sf;
 197
 198   if (endgames.probe(key, sf))
 199   {
 200       e->scalingFunction[sf->color()] = sf;
 201       return e;
 202   }
 203
 204   // Generic scaling functions that refer to more then one material
 205   // distribution. Should be probed after the specialized ones.
 206   // Note that these ones don't return after setting the function.
 207   if (is_KBPsKs<WHITE>(pos))
 208       e->scalingFunction[WHITE] = &ScaleKBPsK[WHITE];
 209
 210   if (is_KBPsKs<BLACK>(pos))
 211       e->scalingFunction[BLACK] = &ScaleKBPsK[BLACK];
 212
 213   if (is_KQKRPs<WHITE>(pos))
 214       e->scalingFunction[WHITE] = &ScaleKQKRPs[WHITE];
 215
 216   else if (is_KQKRPs<BLACK>(pos))
 217       e->scalingFunction[BLACK] = &ScaleKQKRPs[BLACK];
 218
 219   Value npm_w = pos.non_pawn_material(WHITE);
 220   Value npm_b = pos.non_pawn_material(BLACK);
 221
 222   if (npm_w + npm_b == VALUE_ZERO)
 223   {
 224       if (!pos.count<PAWN>(BLACK))
 225       {
 226           assert(pos.count<PAWN>(WHITE) >= 2);
 227           e->scalingFunction[WHITE] = &ScaleKPsK[WHITE];
 228       }
 229       else if (!pos.count<PAWN>(WHITE))
 230       {
 231           assert(pos.count<PAWN>(BLACK) >= 2);
 232           e->scalingFunction[BLACK] = &ScaleKPsK[BLACK];
 233       }
 234       else if (pos.count<PAWN>(WHITE) == 1 && pos.count<PAWN>(BLACK) == 1)
 235       {
 236           // This is a special case because we set scaling functions
 237           // for both colors instead of only one.
 238           e->scalingFunction[WHITE] = &ScaleKPKP[WHITE];
 239           e->scalingFunction[BLACK] = &ScaleKPKP[BLACK];
 240       }
 241   }
 242
 243   // No pawns makes it difficult to win, even with a material advantage
 244   if (!pos.count<PAWN>(WHITE) && npm_w - npm_b <= BishopValueMg)
 245   {
 246       e->factor[WHITE] = (uint8_t)
 247       (npm_w == npm_b || npm_w < RookValueMg ? 0 : NoPawnsSF[std::min(pos.count<BISHOP>(WHITE), 2)]);
 248   }
 249
 250   if (!pos.count<PAWN>(BLACK) && npm_b - npm_w <= BishopValueMg)
 251   {
 252       e->factor[BLACK] = (uint8_t)
 253       (npm_w == npm_b || npm_b < RookValueMg ? 0 : NoPawnsSF[std::min(pos.count<BISHOP>(BLACK), 2)]);
 254   }
 255
 256   // Compute the space weight
 257   if (npm_w + npm_b >= 2 * QueenValueMg + 4 * RookValueMg + 2 * KnightValueMg)
 258   {
 259       int minorPieceCount =  pos.count<KNIGHT>(WHITE) + pos.count<BISHOP>(WHITE)
 260                            + pos.count<KNIGHT>(BLACK) + pos.count<BISHOP>(BLACK);
 261
 262       e->spaceWeight = minorPieceCount * minorPieceCount;
 263   }
 264
 265   // Evaluate the material imbalance. We use PIECE_TYPE_NONE as a place holder
 266   // for the bishop pair "extended piece", this allow us to be more flexible
 267   // in defining bishop pair bonuses.
 268   const int pieceCount[COLOR_NB][PIECE_TYPE_NB] = {
 269   { pos.count<BISHOP>(WHITE) > 1, pos.count<PAWN>(WHITE), pos.count<KNIGHT>(WHITE),
 270     pos.count<BISHOP>(WHITE)    , pos.count<ROOK>(WHITE), pos.count<QUEEN >(WHITE) },
 271   { pos.count<BISHOP>(BLACK) > 1, pos.count<PAWN>(BLACK), pos.count<KNIGHT>(BLACK),
 272     pos.count<BISHOP>(BLACK)    , pos.count<ROOK>(BLACK), pos.count<QUEEN >(BLACK) } };
 273
 274   e->value = (int16_t)((imbalance<WHITE>(pieceCount) - imbalance<BLACK>(pieceCount)) / 16);
 275   return e;
 276 }
 277
 278
 279 /// Material::game_phase() calculates the phase given the current
 280 /// position. Because the phase is strictly a function of the material, it
 281 /// is stored in MaterialEntry.
 282
 283 Phase game_phase(const Position& pos) {
 284
 285   Value npm = pos.non_pawn_material(WHITE) + pos.non_pawn_material(BLACK);
 286
 287   return  npm >= MidgameLimit ? PHASE_MIDGAME
 288         : npm <= EndgameLimit ? PHASE_ENDGAME
 289         : Phase(((npm - EndgameLimit) * 128) / (MidgameLimit - EndgameLimit));
 290 }
 291
 292 } // namespace Material