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