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 namespace std;
  32
  33 ////
  34 //// Local definitions
  35 ////
  36
  37 namespace {
  38
  39   // Polynomial material balance parameters
  40   const Value RedundantQueenPenalty = Value(320);
  41   const Value RedundantRookPenalty  = Value(554);
  42   const int LinearCoefficients[6]   = { 1709, -137, -1185, -166, 141, 59 };
  43
  44   const int QuadraticCoefficientsSameColor[][6] = {
  45   { 0, 0, 0, 0, 0, 0 }, { 33, -6, 0, 0, 0, 0 }, { 29, 269, -12, 0, 0, 0 },
  46   { 0, 19, -4, 0, 0, 0 }, { -35, -10, 40, 95, 50, 0 }, { 52, 23, 78, 144, -11, -33 } };
  47
  48   const int QuadraticCoefficientsOppositeColor[][6] = {
  49   { 0, 0, 0, 0, 0, 0 }, { -5, 0, 0, 0, 0, 0 }, { -33, 23, 0, 0, 0, 0 },
  50   { 17, 25, -3, 0, 0, 0 }, { 10, -2, -19, -67, 0, 0 }, { 69, 64, -41, 116, 137, 0 } };
  51
  52   // Unmapped endgame evaluation and scaling functions, these
  53   // are accessed direcly and not through the function maps.
  54   EvaluationFunction<KmmKm> EvaluateKmmKm(WHITE);
  55   EvaluationFunction<KXK>   EvaluateKXK(WHITE), EvaluateKKX(BLACK);
  56   ScalingFunction<KBPK>     ScaleKBPK(WHITE),   ScaleKKBP(BLACK);
  57   ScalingFunction<KQKRP>    ScaleKQKRP(WHITE),  ScaleKRPKQ(BLACK);
  58   ScalingFunction<KPsK>     ScaleKPsK(WHITE),   ScaleKKPs(BLACK);
  59   ScalingFunction<KPKP>     ScaleKPKPw(WHITE),  ScaleKPKPb(BLACK);
  60 }
  61
  62
  63 ////
  64 //// Classes
  65 ////
  66
  67 typedef EndgameEvaluationFunctionBase EF;
  68 typedef EndgameScalingFunctionBase SF;
  69
  70 /// See header for a class description. It is declared here to avoid
  71 /// to include <map> in the header file.
  72
  73 class EndgameFunctions {
  74 public:
  75   EndgameFunctions();
  76   ~EndgameFunctions();
  77   template<class T> T* get(Key key) const;
  78
  79 private:
  80   template<class T> void add(const string& keyCode);
  81
  82   static Key buildKey(const string& keyCode);
  83   static const string swapColors(const string& keyCode);
  84
  85   // Here we store two maps, one for evaluate and one for scaling
  86   pair<map<Key, EF*>, map<Key, SF*> > maps;
  87
  88   // Maps accessing functions for const and non-const references
  89   template<typename T> const map<Key, T*>& get() const { return maps.first; }
  90   template<typename T> map<Key, T*>& get() { return maps.first; }
  91 };
  92
  93 // Explicit specializations of a member function shall be declared in
  94 // the namespace of which the class template is a member.
  95 template<> const map<Key, SF*>&
  96 EndgameFunctions::get<SF>() const { return maps.second; }
  97
  98 template<> map<Key, SF*>&
  99 EndgameFunctions::get<SF>() { return maps.second; }
 100
 101
 102 ////
 103 //// Functions
 104 ////
 105
 106
 107 /// Constructor for the MaterialInfoTable class
 108
 109 MaterialInfoTable::MaterialInfoTable(unsigned int numOfEntries) {
 110
 111   size = numOfEntries;
 112   entries = new MaterialInfo[size];
 113   funcs = new EndgameFunctions();
 114   if (!entries || !funcs)
 115   {
 116       cerr << "Failed to allocate " << (numOfEntries * sizeof(MaterialInfo))
 117            << " bytes for material hash table." << endl;
 118       Application::exit_with_failure();
 119   }
 120 }
 121
 122
 123 /// Destructor for the MaterialInfoTable class
 124
 125 MaterialInfoTable::~MaterialInfoTable() {
 126
 127   delete funcs;
 128   delete [] entries;
 129 }
 130
 131
 132 /// MaterialInfoTable::get_material_info() takes a position object as input,
 133 /// computes or looks up a MaterialInfo object, and returns a pointer to it.
 134 /// If the material configuration is not already present in the table, it
 135 /// is stored there, so we don't have to recompute everything when the
 136 /// same material configuration occurs again.
 137
 138 MaterialInfo* MaterialInfoTable::get_material_info(const Position& pos) {
 139
 140   Key key = pos.get_material_key();
 141   int index = key & (size - 1);
 142   MaterialInfo* mi = entries + index;
 143
 144   // If mi->key matches the position's material hash key, it means that we
 145   // have analysed this material configuration before, and we can simply
 146   // return the information we found the last time instead of recomputing it.
 147   if (mi->key == key)
 148       return mi;
 149
 150   // Clear the MaterialInfo object, and set its key
 151   mi->clear();
 152   mi->key = key;
 153
 154   // Let's look if we have a specialized evaluation function for this
 155   // particular material configuration. First we look for a fixed
 156   // configuration one, then a generic one if previous search failed.
 157   if ((mi->evaluationFunction = funcs->get<EF>(key)) != NULL)
 158       return mi;
 159
 160   else if (   pos.non_pawn_material(BLACK) == Value(0)
 161            && pos.piece_count(BLACK, PAWN) == 0
 162            && pos.non_pawn_material(WHITE) >= RookValueMidgame)
 163   {
 164       mi->evaluationFunction = &EvaluateKXK;
 165       return mi;
 166   }
 167   else if (   pos.non_pawn_material(WHITE) == Value(0)
 168            && pos.piece_count(WHITE, PAWN) == 0
 169            && pos.non_pawn_material(BLACK) >= RookValueMidgame)
 170   {
 171       mi->evaluationFunction = &EvaluateKKX;
 172       return mi;
 173   }
 174   else if (   pos.pawns() == EmptyBoardBB
 175            && pos.rooks() == EmptyBoardBB
 176            && pos.queens() == EmptyBoardBB)
 177   {
 178       // Minor piece endgame with at least one minor piece per side,
 179       // and no pawns.
 180       assert(pos.knights(WHITE) | pos.bishops(WHITE));
 181       assert(pos.knights(BLACK) | pos.bishops(BLACK));
 182
 183       if (   pos.piece_count(WHITE, BISHOP) + pos.piece_count(WHITE, KNIGHT) <= 2
 184           && pos.piece_count(BLACK, BISHOP) + pos.piece_count(BLACK, KNIGHT) <= 2)
 185       {
 186           mi->evaluationFunction = &EvaluateKmmKm;
 187           return mi;
 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   // The code below is rather messy, and it could easily get worse later,
 195   // if we decide to add more special cases. We face problems when there
 196   // are several conflicting applicable scaling functions and we need to
 197   // decide which one to use.
 198   SF* sf;
 199
 200   if ((sf = funcs->get<SF>(key)) != NULL)
 201   {
 202       mi->scalingFunction[sf->color()] = sf;
 203       return mi;
 204   }
 205
 206   if (   pos.non_pawn_material(WHITE) == BishopValueMidgame
 207       && pos.piece_count(WHITE, BISHOP) == 1
 208       && pos.piece_count(WHITE, PAWN) >= 1)
 209       mi->scalingFunction[WHITE] = &ScaleKBPK;
 210
 211   if (   pos.non_pawn_material(BLACK) == BishopValueMidgame
 212       && pos.piece_count(BLACK, BISHOP) == 1
 213       && pos.piece_count(BLACK, PAWN) >= 1)
 214       mi->scalingFunction[BLACK] = &ScaleKKBP;
 215
 216   if (   pos.piece_count(WHITE, PAWN) == 0
 217       && pos.non_pawn_material(WHITE) == QueenValueMidgame
 218       && pos.piece_count(WHITE, QUEEN) == 1
 219       && pos.piece_count(BLACK, ROOK) == 1
 220       && pos.piece_count(BLACK, PAWN) >= 1)
 221       mi->scalingFunction[WHITE] = &ScaleKQKRP;
 222
 223   else if (   pos.piece_count(BLACK, PAWN) == 0
 224            && pos.non_pawn_material(BLACK) == QueenValueMidgame
 225            && pos.piece_count(BLACK, QUEEN) == 1
 226            && pos.piece_count(WHITE, ROOK) == 1
 227            && pos.piece_count(WHITE, PAWN) >= 1)
 228       mi->scalingFunction[BLACK] = &ScaleKRPKQ;
 229
 230   if (pos.non_pawn_material(WHITE) + pos.non_pawn_material(BLACK) == Value(0))
 231   {
 232       if (pos.piece_count(BLACK, PAWN) == 0)
 233       {
 234           assert(pos.piece_count(WHITE, PAWN) >= 2);
 235           mi->scalingFunction[WHITE] = &ScaleKPsK;
 236       }
 237       else if (pos.piece_count(WHITE, PAWN) == 0)
 238       {
 239           assert(pos.piece_count(BLACK, PAWN) >= 2);
 240           mi->scalingFunction[BLACK] = &ScaleKKPs;
 241       }
 242       else if (pos.piece_count(WHITE, PAWN) == 1 && pos.piece_count(BLACK, PAWN) == 1)
 243       {
 244           mi->scalingFunction[WHITE] = &ScaleKPKPw;
 245           mi->scalingFunction[BLACK] = &ScaleKPKPb;
 246       }
 247   }
 248
 249   // Compute the space weight
 250   if (pos.non_pawn_material(WHITE) + pos.non_pawn_material(BLACK) >=
 251       2*QueenValueMidgame + 4*RookValueMidgame + 2*KnightValueMidgame)
 252   {
 253       int minorPieceCount =  pos.piece_count(WHITE, KNIGHT)
 254                            + pos.piece_count(BLACK, KNIGHT)
 255                            + pos.piece_count(WHITE, BISHOP)
 256                            + pos.piece_count(BLACK, BISHOP);
 257
 258       mi->spaceWeight = minorPieceCount * minorPieceCount;
 259   }
 260
 261   // Evaluate the material balance
 262   const int pieceCount[2][6] = { { pos.piece_count(WHITE, BISHOP) > 1, pos.piece_count(WHITE, PAWN), pos.piece_count(WHITE, KNIGHT),
 263                                    pos.piece_count(WHITE, BISHOP), pos.piece_count(WHITE, ROOK), pos.piece_count(WHITE, QUEEN) },
 264                                  { pos.piece_count(BLACK, BISHOP) > 1, pos.piece_count(BLACK, PAWN), pos.piece_count(BLACK, KNIGHT),
 265                                    pos.piece_count(BLACK, BISHOP), pos.piece_count(BLACK, ROOK), pos.piece_count(BLACK, QUEEN) } };
 266   Color c, them;
 267   int sign;
 268   int matValue = 0;
 269
 270   for (c = WHITE, sign = 1; c <= BLACK; c++, sign = -sign)
 271   {
 272     // No pawns makes it difficult to win, even with a material advantage
 273     if (   pos.piece_count(c, PAWN) == 0
 274         && pos.non_pawn_material(c) - pos.non_pawn_material(opposite_color(c)) <= BishopValueMidgame)
 275     {
 276         if (   pos.non_pawn_material(c) == pos.non_pawn_material(opposite_color(c))
 277             || pos.non_pawn_material(c) < RookValueMidgame)
 278             mi->factor[c] = 0;
 279         else
 280         {
 281             switch (pos.piece_count(c, BISHOP)) {
 282             case 2:
 283                 mi->factor[c] = 32;
 284                 break;
 285             case 1:
 286                 mi->factor[c] = 12;
 287                 break;
 288             case 0:
 289                 mi->factor[c] = 6;
 290                 break;
 291             }
 292         }
 293     }
 294
 295     // Redundancy of major pieces, formula based on Kaufman's paper
 296     // "The Evaluation of Material Imbalances in Chess"
 297     // http://mywebpages.comcast.net/danheisman/Articles/evaluation_of_material_imbalance.htm
 298     if (pieceCount[c][ROOK] >= 1)
 299         matValue -= sign * ((pieceCount[c][ROOK] - 1) * RedundantRookPenalty + pieceCount[c][QUEEN] * RedundantQueenPenalty);
 300
 301     // Second-degree polynomial material imbalance by Tord Romstad
 302     //
 303     // We use NO_PIECE_TYPE as a place holder for the bishop pair "extended piece",
 304     // this allow us to be more flexible in defining bishop pair bonuses.
 305     them = opposite_color(c);
 306     for (int pt1 = NO_PIECE_TYPE; pt1 <= QUEEN; pt1++)
 307     {
 308         int c1 = sign * pieceCount[c][pt1];
 309         if (!c1)
 310             continue;
 311
 312         matValue += c1 * LinearCoefficients[pt1];
 313
 314         for (int pt2 = NO_PIECE_TYPE; pt2 <= pt1; pt2++)
 315         {
 316             matValue += c1 * pieceCount[c][pt2] * QuadraticCoefficientsSameColor[pt1][pt2];
 317             matValue += c1 * pieceCount[them][pt2] * QuadraticCoefficientsOppositeColor[pt1][pt2];
 318         }
 319     }
 320   }
 321
 322   mi->value = int16_t(matValue / 16);
 323   return mi;
 324 }
 325
 326
 327 /// EndgameFunctions member definitions. This class is used to store the maps
 328 /// of end game and scaling functions that MaterialInfoTable will query for
 329 /// each key. The maps are constant and are populated only at construction,
 330 /// but are per-thread instead of globals to avoid expensive locks needed
 331 /// because std::map is not guaranteed to be thread-safe even if accessed
 332 /// only for a lookup.
 333
 334 EndgameFunctions::EndgameFunctions() {
 335
 336   add<EvaluationFunction<KNNK>  >("KNNK");
 337   add<EvaluationFunction<KPK>   >("KPK");
 338   add<EvaluationFunction<KBNK>  >("KBNK");
 339   add<EvaluationFunction<KRKP>  >("KRKP");
 340   add<EvaluationFunction<KRKB>  >("KRKB");
 341   add<EvaluationFunction<KRKN>  >("KRKN");
 342   add<EvaluationFunction<KQKR>  >("KQKR");
 343   add<EvaluationFunction<KBBKN> >("KBBKN");
 344
 345   add<ScalingFunction<KNPK>    >("KNPK");
 346   add<ScalingFunction<KRPKR>   >("KRPKR");
 347   add<ScalingFunction<KBPKB>   >("KBPKB");
 348   add<ScalingFunction<KBPPKB>  >("KBPPKB");
 349   add<ScalingFunction<KBPKN>   >("KBPKN");
 350   add<ScalingFunction<KRPPKRP> >("KRPPKRP");
 351   add<ScalingFunction<KRPPKRP> >("KRPPKRP");
 352 }
 353
 354 EndgameFunctions::~EndgameFunctions() {
 355
 356     for (map<Key, EF*>::iterator it = maps.first.begin(); it != maps.first.end(); ++it)
 357         delete (*it).second;
 358
 359     for (map<Key, SF*>::iterator it = maps.second.begin(); it != maps.second.end(); ++it)
 360         delete (*it).second;
 361 }
 362
 363 Key EndgameFunctions::buildKey(const string& keyCode) {
 364
 365     assert(keyCode.length() > 0 && keyCode[0] == 'K');
 366     assert(keyCode.length() < 8);
 367
 368     stringstream s;
 369     bool upcase = false;
 370
 371     // Build up a fen substring with the given pieces, note
 372     // that the fen string could be of an illegal position.
 373     for (size_t i = 0; i < keyCode.length(); i++)
 374     {
 375         if (keyCode[i] == 'K')
 376             upcase = !upcase;
 377
 378         s << char(upcase? toupper(keyCode[i]) : tolower(keyCode[i]));
 379     }
 380     s << 8 - keyCode.length() << "/8/8/8/8/8/8/8 w -";
 381     return Position(s.str()).get_material_key();
 382 }
 383
 384 const string EndgameFunctions::swapColors(const string& keyCode) {
 385
 386     // Build corresponding key for the opposite color: "KBPKN" -> "KNKBP"
 387     size_t idx = keyCode.find("K", 1);
 388     return keyCode.substr(idx) + keyCode.substr(0, idx);
 389 }
 390
 391 template<class T>
 392 void EndgameFunctions::add(const string& keyCode) {
 393
 394   typedef typename T::Base F;
 395
 396   get<F>().insert(pair<Key, F*>(buildKey(keyCode), new T(WHITE)));
 397   get<F>().insert(pair<Key, F*>(buildKey(swapColors(keyCode)), new T(BLACK)));
 398 }
 399
 400 template<class T>
 401 T* EndgameFunctions::get(Key key) const {
 402
 403   typename map<Key, T*>::const_iterator it(get<T>().find(key));
 404   return (it != get<T>().end() ? it->second : NULL);
 405 }