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 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 <map>
  27
  28 #include "material.h"
  29
  30
  31 ////
  32 //// Local definitions
  33 ////
  34
  35 namespace {
  36
  37   const Value BishopPairMidgameBonus = Value(100);
  38   const Value BishopPairEndgameBonus = Value(100);
  39
  40   Key KNNKMaterialKey, KKNNMaterialKey;
  41
  42   struct ScalingInfo
  43   {
  44       Color col;
  45       ScalingFunction* fun;
  46   };
  47
  48 }
  49
  50 ////
  51 //// Classes
  52 ////
  53
  54 class EndgameFunctions {
  55
  56 public:
  57   EndgameFunctions();
  58   EndgameEvaluationFunction* getEEF(Key key);
  59   ScalingInfo getESF(Key key);
  60
  61 private:
  62   void add(Key k, EndgameEvaluationFunction* f);
  63   void add(Key k, Color c, ScalingFunction* f);
  64
  65   std::map<Key, EndgameEvaluationFunction*> EEFmap;
  66   std::map<Key, ScalingInfo> ESFmap;
  67 };
  68
  69
  70 ////
  71 //// Functions
  72 ////
  73
  74 /// MaterialInfo::init() is called during program initialization. It
  75 /// precomputes material hash keys for a few basic endgames, in order
  76 /// to make it easy to recognize such endgames when they occur.
  77
  78 void MaterialInfo::init() {
  79
  80   typedef Key ZM[2][8][16];
  81   const ZM& z = Position::zobMaterial;
  82
  83   KNNKMaterialKey = z[WHITE][KNIGHT][1] ^ z[WHITE][KNIGHT][2];
  84   KKNNMaterialKey = z[BLACK][KNIGHT][1] ^ z[BLACK][KNIGHT][2];
  85 }
  86
  87
  88 /// Constructor for the MaterialInfoTable class
  89
  90 MaterialInfoTable::MaterialInfoTable(unsigned int numOfEntries) {
  91
  92   size = numOfEntries;
  93   entries = new MaterialInfo[size];
  94   funcs = new EndgameFunctions();
  95   if (!entries || !funcs)
  96   {
  97       std::cerr << "Failed to allocate " << (numOfEntries * sizeof(MaterialInfo))
  98                 << " bytes for material hash table." << std::endl;
  99       exit(EXIT_FAILURE);
 100   }
 101   clear();
 102 }
 103
 104
 105 /// Destructor for the MaterialInfoTable class
 106
 107 MaterialInfoTable::~MaterialInfoTable() {
 108
 109   delete [] entries;
 110   delete funcs;
 111 }
 112
 113
 114 /// MaterialInfoTable::clear() clears a material hash table by setting
 115 /// all entries to 0.
 116
 117 void MaterialInfoTable::clear() {
 118
 119   memset(entries, 0, size * sizeof(MaterialInfo));
 120 }
 121
 122
 123 /// MaterialInfoTable::get_material_info() takes a position object as input,
 124 /// computes or looks up a MaterialInfo object, and returns a pointer to it.
 125 /// If the material configuration is not already present in the table, it
 126 /// is stored there, so we don't have to recompute everything when the
 127 /// same material configuration occurs again.
 128
 129 MaterialInfo *MaterialInfoTable::get_material_info(const Position& pos) {
 130
 131   Key key = pos.get_material_key();
 132   int index = key & (size - 1);
 133   MaterialInfo* mi = entries + index;
 134
 135   // If mi->key matches the position's material hash key, it means that we
 136   // have analysed this material configuration before, and we can simply
 137   // return the information we found the last time instead of recomputing it.
 138   if (mi->key == key)
 139     return mi;
 140
 141   // Clear the MaterialInfo object, and set its key
 142   mi->clear();
 143   mi->key = key;
 144
 145   // A special case before looking for a specialized evaluation function
 146   // KNN vs K is a draw.
 147   if (key == KNNKMaterialKey || key == KKNNMaterialKey)
 148   {
 149     mi->factor[WHITE] = mi->factor[BLACK] = 0;
 150     return mi;
 151   }
 152
 153   // Let's look if we have a specialized evaluation function for this
 154   // particular material configuration.
 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) >= RookValueEndgame)
 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) >= RookValueEndgame)
 168   {
 169       mi->evaluationFunction = &EvaluateKKX;
 170       return mi;
 171   }
 172
 173   // OK, we didn't find any special evaluation function for the current
 174   // material configuration. Is there a suitable scaling function?
 175   //
 176   // The code below is rather messy, and it could easily get worse later,
 177   // if we decide to add more special cases.  We face problems when there
 178   // are several conflicting applicable scaling functions and we need to
 179   // decide which one to use.
 180   ScalingInfo si = funcs->getESF(key);
 181   if (si.fun != NULL)
 182   {
 183       mi->scalingFunction[si.col] = si.fun;
 184       return mi;
 185   }
 186
 187   if (   pos.non_pawn_material(WHITE) == BishopValueMidgame
 188       && pos.piece_count(WHITE, BISHOP) == 1
 189       && pos.piece_count(WHITE, PAWN) >= 1)
 190       mi->scalingFunction[WHITE] = &ScaleKBPK;
 191
 192   if (   pos.non_pawn_material(BLACK) == BishopValueMidgame
 193       && pos.piece_count(BLACK, BISHOP) == 1
 194       && pos.piece_count(BLACK, PAWN) >= 1)
 195       mi->scalingFunction[BLACK] = &ScaleKKBP;
 196
 197   if (   pos.piece_count(WHITE, PAWN) == 0
 198       && pos.non_pawn_material(WHITE) == QueenValueMidgame
 199       && pos.piece_count(WHITE, QUEEN) == 1
 200       && pos.piece_count(BLACK, ROOK) == 1
 201       && pos.piece_count(BLACK, PAWN) >= 1)
 202       mi->scalingFunction[WHITE] = &ScaleKQKRP;
 203
 204   else if (   pos.piece_count(BLACK, PAWN) == 0
 205            && pos.non_pawn_material(BLACK) == QueenValueMidgame
 206            && pos.piece_count(BLACK, QUEEN) == 1
 207            && pos.piece_count(WHITE, ROOK) == 1
 208            && pos.piece_count(WHITE, PAWN) >= 1)
 209       mi->scalingFunction[BLACK] = &ScaleKRPKQ;
 210
 211   if (pos.non_pawn_material(WHITE) + pos.non_pawn_material(BLACK) == Value(0))
 212   {
 213       if (pos.piece_count(BLACK, PAWN) == 0)
 214       {
 215           assert(pos.piece_count(WHITE, PAWN) >= 2);
 216           mi->scalingFunction[WHITE] = &ScaleKPsK;
 217       }
 218       else if (pos.piece_count(WHITE, PAWN) == 0)
 219       {
 220           assert(pos.piece_count(BLACK, PAWN) >= 2);
 221           mi->scalingFunction[BLACK] = &ScaleKKPs;
 222       }
 223       else if (pos.piece_count(WHITE, PAWN) == 1 && pos.piece_count(BLACK, PAWN) == 1)
 224       {
 225           mi->scalingFunction[WHITE] = &ScaleKPKPw;
 226           mi->scalingFunction[BLACK] = &ScaleKPKPb;
 227       }
 228   }
 229
 230   // Evaluate the material balance
 231
 232   Color c;
 233   int sign;
 234   Value egValue = Value(0);
 235   Value mgValue = Value(0);
 236
 237   for (c = WHITE, sign = 1; c <= BLACK; c++, sign = -sign)
 238   {
 239     // No pawns makes it difficult to win, even with a material advantage
 240     if (   pos.piece_count(c, PAWN) == 0
 241         && pos.non_pawn_material(c) - pos.non_pawn_material(opposite_color(c)) <= BishopValueMidgame)
 242     {
 243         if (   pos.non_pawn_material(c) == pos.non_pawn_material(opposite_color(c))
 244             || pos.non_pawn_material(c) < RookValueMidgame)
 245             mi->factor[c] = 0;
 246         else
 247         {
 248             switch (pos.piece_count(c, BISHOP)) {
 249             case 2:
 250                 mi->factor[c] = 32;
 251                 break;
 252             case 1:
 253                 mi->factor[c] = 12;
 254                 break;
 255             case 0:
 256                 mi->factor[c] = 6;
 257                 break;
 258             }
 259         }
 260     }
 261
 262     // Bishop pair
 263     if (pos.piece_count(c, BISHOP) >= 2)
 264     {
 265         mgValue += sign * BishopPairMidgameBonus;
 266         egValue += sign * BishopPairEndgameBonus;
 267     }
 268
 269     // Knights are stronger when there are many pawns on the board.  The
 270     // formula is taken from Larry Kaufman's paper "The Evaluation of Material
 271     // Imbalances in Chess":
 272     // http://mywebpages.comcast.net/danheisman/Articles/evaluation_of_material_imbalance.htm
 273     mgValue += sign * Value(pos.piece_count(c, KNIGHT)*(pos.piece_count(c, PAWN)-5)*16);
 274     egValue += sign * Value(pos.piece_count(c, KNIGHT)*(pos.piece_count(c, PAWN)-5)*16);
 275
 276     // Redundancy of major pieces, again based on Kaufman's paper:
 277     if (pos.piece_count(c, ROOK) >= 1)
 278     {
 279         Value v = Value((pos.piece_count(c, ROOK) - 1) * 32 + pos.piece_count(c, QUEEN) * 16);
 280         mgValue -= sign * v;
 281         egValue -= sign * v;
 282     }
 283   }
 284
 285   mi->mgValue = int16_t(mgValue);
 286   mi->egValue = int16_t(egValue);
 287   return mi;
 288 }
 289
 290
 291 /// EndgameFunctions members definition. This helper class is used to
 292 /// store the maps of end game and scaling functions that MaterialInfoTable
 293 /// will query for each key. The maps are constant, and are populated only
 294 /// at construction. Being per thread avoids to use locks to access them.
 295
 296 EndgameFunctions::EndgameFunctions() {
 297
 298   typedef Key ZM[2][8][16];
 299   const ZM& z = Position::zobMaterial;
 300
 301   static const Color W = WHITE;
 302   static const Color B = BLACK;
 303
 304   KNNKMaterialKey = z[W][KNIGHT][1] ^ z[W][KNIGHT][2];
 305   KKNNMaterialKey = z[B][KNIGHT][1] ^ z[B][KNIGHT][2];
 306
 307   add(z[W][PAWN][1], &EvaluateKPK);
 308   add(z[B][PAWN][1], &EvaluateKKP);
 309
 310   add(z[W][BISHOP][1] ^ z[W][KNIGHT][1], &EvaluateKBNK);
 311   add(z[B][BISHOP][1] ^ z[B][KNIGHT][1], &EvaluateKKBN);
 312   add(z[W][ROOK][1]   ^ z[B][PAWN][1],   &EvaluateKRKP);
 313   add(z[W][PAWN][1]   ^ z[B][ROOK][1],   &EvaluateKPKR);
 314   add(z[W][ROOK][1]   ^ z[B][BISHOP][1], &EvaluateKRKB);
 315   add(z[W][BISHOP][1] ^ z[B][ROOK][1],   &EvaluateKBKR);
 316   add(z[W][ROOK][1]   ^ z[B][KNIGHT][1], &EvaluateKRKN);
 317   add(z[W][KNIGHT][1] ^ z[B][ROOK][1],   &EvaluateKNKR);
 318   add(z[W][QUEEN][1]  ^ z[B][ROOK][1],   &EvaluateKQKR);
 319   add(z[W][ROOK][1]   ^ z[B][QUEEN][1],  &EvaluateKRKQ);
 320
 321   add(z[W][KNIGHT][1] ^ z[W][PAWN][1], W, &ScaleKNPK);
 322   add(z[B][KNIGHT][1] ^ z[B][PAWN][1], B, &ScaleKKNP);
 323
 324   add(z[W][ROOK][1]   ^ z[W][PAWN][1]   ^ z[B][ROOK][1]  , W, &ScaleKRPKR);
 325   add(z[W][ROOK][1]   ^ z[B][ROOK][1]   ^ z[B][PAWN][1]  , B, &ScaleKRKRP);
 326   add(z[W][BISHOP][1] ^ z[W][PAWN][1]   ^ z[B][BISHOP][1], W, &ScaleKBPKB);
 327   add(z[W][BISHOP][1] ^ z[B][BISHOP][1] ^ z[B][PAWN][1]  , B, &ScaleKBKBP);
 328   add(z[W][BISHOP][1] ^ z[W][PAWN][1]   ^ z[B][KNIGHT][1], W, &ScaleKBPKN);
 329   add(z[W][KNIGHT][1] ^ z[B][BISHOP][1] ^ z[B][PAWN][1]  , B, &ScaleKNKBP);
 330
 331   add(z[W][ROOK][1] ^ z[W][PAWN][1] ^ z[W][PAWN][2] ^ z[B][ROOK][1] ^ z[B][PAWN][1], W, &ScaleKRPPKRP);
 332   add(z[W][ROOK][1] ^ z[W][PAWN][1] ^ z[B][ROOK][1] ^ z[B][PAWN][1] ^ z[B][PAWN][2], B, &ScaleKRPKRPP);
 333 }
 334
 335 void EndgameFunctions::add(Key k, EndgameEvaluationFunction* f) {
 336
 337   EEFmap.insert(std::pair<Key, EndgameEvaluationFunction*>(k, f));
 338 }
 339
 340 void EndgameFunctions::add(Key k, Color c, ScalingFunction* f) {
 341
 342   ScalingInfo s = {c, f};
 343   ESFmap.insert(std::pair<Key, ScalingInfo>(k, s));
 344 }
 345
 346 EndgameEvaluationFunction* EndgameFunctions::getEEF(Key key) {
 347
 348   EndgameEvaluationFunction* f = NULL;
 349   std::map<Key, EndgameEvaluationFunction*>::iterator it(EEFmap.find(key));
 350   if (it != EEFmap.end())
 351       f = it->second;
 352
 353   return f;
 354 }
 355
 356 ScalingInfo EndgameFunctions::getESF(Key key) {
 357
 358   ScalingInfo si = {WHITE, NULL};
 359   std::map<Key, ScalingInfo>::iterator it(ESFmap.find(key));
 360   if (it != ESFmap.end())
 361       si = it->second;
 362
 363   return si;
 364 }