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