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) 2008-2009 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 <sstream>
  27 #include <map>
  28
  29 #include "material.h"
  30
  31 using std::string;
  32
  33 ////
  34 //// Local definitions
  35 ////
  36
  37 namespace {
  38
  39   // Values modified by Joona Kiiski
  40   const Value BishopPairMidgameBonus = Value(109);
  41   const Value BishopPairEndgameBonus = Value(97);
  42
  43   Key KNNKMaterialKey, KKNNMaterialKey;
  44
  45   // Unmapped endgame evaluation and scaling functions, these
  46   // are accessed direcly and not through the function maps.
  47   EvaluationFunction<KmmKm> EvaluateKmmKm(WHITE);
  48   EvaluationFunction<KXK>   EvaluateKXK(WHITE), EvaluateKKX(BLACK);
  49   ScalingFunction<KBPK>     ScaleKBPK(WHITE),   ScaleKKBP(BLACK);
  50   ScalingFunction<KQKRP>    ScaleKQKRP(WHITE),  ScaleKRPKQ(BLACK);
  51   ScalingFunction<KPsK>     ScaleKPsK(WHITE),   ScaleKKPs(BLACK);
  52   ScalingFunction<KPKP>     ScaleKPKPw(WHITE),  ScaleKPKPb(BLACK);
  53 }
  54
  55
  56 ////
  57 //// Classes
  58 ////
  59
  60
  61 /// See header for a class description. It is declared here to avoid
  62 /// to include <map> in the header file.
  63
  64 class EndgameFunctions {
  65
  66   typedef EndgameEvaluationFunctionBase EF;
  67   typedef EndgameScalingFunctionBase SF;
  68
  69 public:
  70   EndgameFunctions();
  71   ~EndgameFunctions();
  72   EF* getEEF(Key key) const;
  73   SF* getESF(Key key, Color* c) const;
  74
  75 private:
  76   Key buildKey(const string& keyCode);
  77   const string swapColors(const string& keyCode);
  78   template<EndgameType> void add_ef(const string& keyCode);
  79   template<EndgameType> void add_sf(const string& keyCode);
  80
  81   struct ScalingInfo
  82   {
  83       Color col;
  84       SF* fun;
  85   };
  86
  87   std::map<Key, EF*> EEFmap;
  88   std::map<Key, ScalingInfo> ESFmap;
  89 };
  90
  91
  92 ////
  93 //// Functions
  94 ////
  95
  96
  97 /// Constructor for the MaterialInfoTable class
  98
  99 MaterialInfoTable::MaterialInfoTable(unsigned int numOfEntries) {
 100
 101   size = numOfEntries;
 102   entries = new MaterialInfo[size];
 103   funcs = new EndgameFunctions();
 104   if (!entries || !funcs)
 105   {
 106       std::cerr << "Failed to allocate " << (numOfEntries * sizeof(MaterialInfo))
 107                 << " bytes for material hash table." << std::endl;
 108       Application::exit_with_failure();
 109   }
 110 }
 111
 112
 113 /// Destructor for the MaterialInfoTable class
 114
 115 MaterialInfoTable::~MaterialInfoTable() {
 116
 117   delete funcs;
 118   delete [] entries;
 119 }
 120
 121
 122 /// MaterialInfoTable::get_material_info() takes a position object as input,
 123 /// computes or looks up a MaterialInfo object, and returns a pointer to it.
 124 /// If the material configuration is not already present in the table, it
 125 /// is stored there, so we don't have to recompute everything when the
 126 /// same material configuration occurs again.
 127
 128 MaterialInfo* MaterialInfoTable::get_material_info(const Position& pos) {
 129
 130   Key key = pos.get_material_key();
 131   int index = key & (size - 1);
 132   MaterialInfo* mi = entries + index;
 133
 134   // If mi->key matches the position's material hash key, it means that we
 135   // have analysed this material configuration before, and we can simply
 136   // return the information we found the last time instead of recomputing it.
 137   if (mi->key == key)
 138       return mi;
 139
 140   // Clear the MaterialInfo object, and set its key
 141   mi->clear();
 142   mi->key = key;
 143
 144   // A special case before looking for a specialized evaluation function
 145   // KNN vs K is a draw.
 146   if (key == KNNKMaterialKey || key == KKNNMaterialKey)
 147   {
 148       mi->factor[WHITE] = mi->factor[BLACK] = 0;
 149       return mi;
 150   }
 151
 152   // Let's look if we have a specialized evaluation function for this
 153   // particular material configuration. First we look for a fixed
 154   // configuration one, then a generic one if previous search failed.
 155   if ((mi->evaluationFunction = funcs->getEEF(key)) != NULL)
 156       return mi;
 157
 158   else if (   pos.non_pawn_material(BLACK) == Value(0)
 159            && pos.piece_count(BLACK, PAWN) == 0
 160            && pos.non_pawn_material(WHITE) >= RookValueMidgame)
 161   {
 162       mi->evaluationFunction = &EvaluateKXK;
 163       return mi;
 164   }
 165   else if (   pos.non_pawn_material(WHITE) == Value(0)
 166            && pos.piece_count(WHITE, PAWN) == 0
 167            && pos.non_pawn_material(BLACK) >= RookValueMidgame)
 168   {
 169       mi->evaluationFunction = &EvaluateKKX;
 170       return mi;
 171   }
 172   else if (   pos.pawns() == EmptyBoardBB
 173            && pos.rooks() == EmptyBoardBB
 174            && pos.queens() == EmptyBoardBB)
 175   {
 176       // Minor piece endgame with at least one minor piece per side,
 177       // and no pawns.
 178       assert(pos.knights(WHITE) | pos.bishops(WHITE));
 179       assert(pos.knights(BLACK) | pos.bishops(BLACK));
 180
 181       if (   pos.piece_count(WHITE, BISHOP) + pos.piece_count(WHITE, KNIGHT) <= 2
 182           && pos.piece_count(BLACK, BISHOP) + pos.piece_count(BLACK, KNIGHT) <= 2)
 183       {
 184           mi->evaluationFunction = &EvaluateKmmKm;
 185           return mi;
 186       }
 187   }
 188
 189   // OK, we didn't find any special evaluation function for the current
 190   // material configuration. Is there a suitable scaling function?
 191   //
 192   // The code below is rather messy, and it could easily get worse later,
 193   // if we decide to add more special cases. We face problems when there
 194   // are several conflicting applicable scaling functions and we need to
 195   // decide which one to use.
 196   Color c;
 197   EndgameScalingFunctionBase* sf;
 198
 199   if ((sf = funcs->getESF(key, &c)) != NULL)
 200   {
 201       mi->scalingFunction[c] = sf;
 202       return mi;
 203   }
 204
 205   if (   pos.non_pawn_material(WHITE) == BishopValueMidgame
 206       && pos.piece_count(WHITE, BISHOP) == 1
 207       && pos.piece_count(WHITE, PAWN) >= 1)
 208       mi->scalingFunction[WHITE] = &ScaleKBPK;
 209
 210   if (   pos.non_pawn_material(BLACK) == BishopValueMidgame
 211       && pos.piece_count(BLACK, BISHOP) == 1
 212       && pos.piece_count(BLACK, PAWN) >= 1)
 213       mi->scalingFunction[BLACK] = &ScaleKKBP;
 214
 215   if (   pos.piece_count(WHITE, PAWN) == 0
 216       && pos.non_pawn_material(WHITE) == QueenValueMidgame
 217       && pos.piece_count(WHITE, QUEEN) == 1
 218       && pos.piece_count(BLACK, ROOK) == 1
 219       && pos.piece_count(BLACK, PAWN) >= 1)
 220       mi->scalingFunction[WHITE] = &ScaleKQKRP;
 221
 222   else if (   pos.piece_count(BLACK, PAWN) == 0
 223            && pos.non_pawn_material(BLACK) == QueenValueMidgame
 224            && pos.piece_count(BLACK, QUEEN) == 1
 225            && pos.piece_count(WHITE, ROOK) == 1
 226            && pos.piece_count(WHITE, PAWN) >= 1)
 227       mi->scalingFunction[BLACK] = &ScaleKRPKQ;
 228
 229   if (pos.non_pawn_material(WHITE) + pos.non_pawn_material(BLACK) == Value(0))
 230   {
 231       if (pos.piece_count(BLACK, PAWN) == 0)
 232       {
 233           assert(pos.piece_count(WHITE, PAWN) >= 2);
 234           mi->scalingFunction[WHITE] = &ScaleKPsK;
 235       }
 236       else if (pos.piece_count(WHITE, PAWN) == 0)
 237       {
 238           assert(pos.piece_count(BLACK, PAWN) >= 2);
 239           mi->scalingFunction[BLACK] = &ScaleKKPs;
 240       }
 241       else if (pos.piece_count(WHITE, PAWN) == 1 && pos.piece_count(BLACK, PAWN) == 1)
 242       {
 243           mi->scalingFunction[WHITE] = &ScaleKPKPw;
 244           mi->scalingFunction[BLACK] = &ScaleKPKPb;
 245       }
 246   }
 247
 248   // Compute the space weight
 249   if (pos.non_pawn_material(WHITE) + pos.non_pawn_material(BLACK) >=
 250       2*QueenValueMidgame + 4*RookValueMidgame + 2*KnightValueMidgame)
 251   {
 252       int minorPieceCount =  pos.piece_count(WHITE, KNIGHT)
 253                            + pos.piece_count(BLACK, KNIGHT)
 254                            + pos.piece_count(WHITE, BISHOP)
 255                            + pos.piece_count(BLACK, BISHOP);
 256
 257       mi->spaceWeight = minorPieceCount * minorPieceCount;
 258   }
 259
 260   // Evaluate the material balance
 261
 262   int sign;
 263   Value egValue = Value(0);
 264   Value mgValue = Value(0);
 265
 266   for (c = WHITE, sign = 1; c <= BLACK; c++, sign = -sign)
 267   {
 268     // No pawns makes it difficult to win, even with a material advantage
 269     if (   pos.piece_count(c, PAWN) == 0
 270         && pos.non_pawn_material(c) - pos.non_pawn_material(opposite_color(c)) <= BishopValueMidgame)
 271     {
 272         if (   pos.non_pawn_material(c) == pos.non_pawn_material(opposite_color(c))
 273             || pos.non_pawn_material(c) < RookValueMidgame)
 274             mi->factor[c] = 0;
 275         else
 276         {
 277             switch (pos.piece_count(c, BISHOP)) {
 278             case 2:
 279                 mi->factor[c] = 32;
 280                 break;
 281             case 1:
 282                 mi->factor[c] = 12;
 283                 break;
 284             case 0:
 285                 mi->factor[c] = 6;
 286                 break;
 287             }
 288         }
 289     }
 290
 291     // Bishop pair
 292     if (pos.piece_count(c, BISHOP) >= 2)
 293     {
 294         mgValue += sign * BishopPairMidgameBonus;
 295         egValue += sign * BishopPairEndgameBonus;
 296     }
 297
 298     // Knights are stronger when there are many pawns on the board.  The
 299     // formula is taken from Larry Kaufman's paper "The Evaluation of Material
 300     // Imbalances in Chess":
 301     // http://mywebpages.comcast.net/danheisman/Articles/evaluation_of_material_imbalance.htm
 302     mgValue += sign * Value(pos.piece_count(c, KNIGHT)*(pos.piece_count(c, PAWN)-5)*16);
 303     egValue += sign * Value(pos.piece_count(c, KNIGHT)*(pos.piece_count(c, PAWN)-5)*16);
 304
 305     // Redundancy of major pieces, again based on Kaufman's paper:
 306     if (pos.piece_count(c, ROOK) >= 1)
 307     {
 308         Value v = Value((pos.piece_count(c, ROOK) - 1) * 32 + pos.piece_count(c, QUEEN) * 16);
 309         mgValue -= sign * v;
 310         egValue -= sign * v;
 311     }
 312   }
 313   mi->mgValue = int16_t(mgValue);
 314   mi->egValue = int16_t(egValue);
 315   return mi;
 316 }
 317
 318
 319 /// EndgameFunctions member definitions. This class is used to store the maps
 320 /// of end game and scaling functions that MaterialInfoTable will query for
 321 /// each key. The maps are constant and are populated only at construction,
 322 /// but are per-thread instead of globals to avoid expensive locks needed
 323 /// because std::map is not guaranteed to be thread-safe even if accessed
 324 /// only for a lookup.
 325
 326 EndgameFunctions::EndgameFunctions() {
 327
 328   KNNKMaterialKey = buildKey("KNNK");
 329   KKNNMaterialKey = buildKey("KKNN");
 330
 331   add_ef<KPK>("KPK");
 332   add_ef<KBNK>("KBNK");
 333   add_ef<KRKP>("KRKP");
 334   add_ef<KRKB>("KRKB");
 335   add_ef<KRKN>("KRKN");
 336   add_ef<KQKR>("KQKR");
 337   add_ef<KBBKN>("KBBKN");
 338
 339   add_sf<KNPK>("KNPK");
 340   add_sf<KRPKR>("KRPKR");
 341   add_sf<KBPKB>("KBPKB");
 342   add_sf<KBPPKB>("KBPPKB");
 343   add_sf<KBPKN>("KBPKN");
 344   add_sf<KRPPKRP>("KRPPKRP");
 345   add_sf<KRPPKRP>("KRPPKRP");
 346 }
 347
 348 EndgameFunctions::~EndgameFunctions() {
 349
 350     for (std::map<Key, EF*>::iterator it = EEFmap.begin(); it != EEFmap.end(); ++it)
 351         delete (*it).second;
 352
 353     for (std::map<Key, ScalingInfo>::iterator it = ESFmap.begin(); it != ESFmap.end(); ++it)
 354         delete (*it).second.fun;
 355 }
 356
 357 Key EndgameFunctions::buildKey(const string& keyCode) {
 358
 359     assert(keyCode.length() > 0 && keyCode[0] == 'K');
 360     assert(keyCode.length() < 8);
 361
 362     std::stringstream s;
 363     bool upcase = false;
 364
 365     // Build up a fen substring with the given pieces, note
 366     // that the fen string could be of an illegal position.
 367     for (size_t i = 0; i < keyCode.length(); i++)
 368     {
 369         if (keyCode[i] == 'K')
 370             upcase = !upcase;
 371
 372         s << char(upcase? toupper(keyCode[i]) : tolower(keyCode[i]));
 373     }
 374     s << 8 - keyCode.length() << "/8/8/8/8/8/8/8 w -";
 375     return Position(s.str()).get_material_key();
 376 }
 377
 378 const string EndgameFunctions::swapColors(const string& keyCode) {
 379
 380     // Build corresponding key for the opposite color: "KBPKN" -> "KNKBP"
 381     size_t idx = keyCode.find("K", 1);
 382     return keyCode.substr(idx) + keyCode.substr(0, idx);
 383 }
 384
 385 template<EndgameType et>
 386 void EndgameFunctions::add_ef(const string& keyCode) {
 387
 388   EEFmap.insert(std::pair<Key, EF*>(buildKey(keyCode), new EvaluationFunction<et>(WHITE)));
 389   EEFmap.insert(std::pair<Key, EF*>(buildKey(swapColors(keyCode)), new EvaluationFunction<et>(BLACK)));
 390 }
 391
 392 template<EndgameType et>
 393 void EndgameFunctions::add_sf(const string& keyCode) {
 394
 395   ScalingInfo s1 = {WHITE, new ScalingFunction<et>(WHITE)};
 396   ScalingInfo s2 = {BLACK, new ScalingFunction<et>(BLACK)};
 397
 398   ESFmap.insert(std::pair<Key, ScalingInfo>(buildKey(keyCode), s1));
 399   ESFmap.insert(std::pair<Key, ScalingInfo>(buildKey(swapColors(keyCode)), s2));
 400 }
 401
 402 EndgameEvaluationFunctionBase* EndgameFunctions::getEEF(Key key) const {
 403
 404   std::map<Key, EF*>::const_iterator it(EEFmap.find(key));
 405   return (it != EEFmap.end() ? it->second : NULL);
 406 }
 407
 408 EndgameScalingFunctionBase* EndgameFunctions::getESF(Key key, Color* c) const {
 409
 410   std::map<Key, ScalingInfo>::const_iterator it(ESFmap.find(key));
 411   if (it == ESFmap.end())
 412       return NULL;
 413
 414   *c = it->second.col;
 415   return it->second.fun;
 416 }