Small simplification in space eval scoring
[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 RedundantQueen = Value(320);
39   const Value RedundantRook  = Value(554);
40
41   //                                  pair  pawn knight bishop rook queen
42   const int LinearCoefficients[6] = { 1617, -162, -1172, -190,  105,  26 };
43
44   const int QuadraticCoefficientsSameColor[][PIECE_TYPE_NB] = {
45     // pair pawn knight bishop rook queen
46     {   7                               }, // Bishop pair
47     {  39,    2                         }, // Pawn
48     {  35,  271,  -4                    }, // Knight
49     {   7,  105,   4,    7              }, // Bishop
50     { -27,   -2,  46,   100,   56       }, // Rook
51     {  58,   29,  83,   148,   -3,  -25 }  // Queen
52   };
53
54   const int QuadraticCoefficientsOppositeColor[][PIECE_TYPE_NB] = {
55     //           THEIR PIECES
56     // pair pawn knight bishop rook queen
57     {  41                               }, // Bishop pair
58     {  37,   41                         }, // Pawn
59     {  10,   62,  41                    }, // Knight      OUR PIECES
60     {  57,   64,  39,    41             }, // Bishop
61     {  50,   40,  23,   -22,   41       }, // Rook
62     { 106,  101,   3,   151,  171,   41 }  // Queen
63   };
64
65   // Endgame evaluation and scaling functions accessed direcly and not through
66   // the function maps because correspond to more then one material hash key.
67   Endgame<KmmKm> EvaluateKmmKm[] = { Endgame<KmmKm>(WHITE), Endgame<KmmKm>(BLACK) };
68   Endgame<KXK>   EvaluateKXK[]   = { Endgame<KXK>(WHITE),   Endgame<KXK>(BLACK) };
69
70   Endgame<KBPsK>  ScaleKBPsK[]  = { Endgame<KBPsK>(WHITE),  Endgame<KBPsK>(BLACK) };
71   Endgame<KQKRPs> ScaleKQKRPs[] = { Endgame<KQKRPs>(WHITE), Endgame<KQKRPs>(BLACK) };
72   Endgame<KPsK>   ScaleKPsK[]   = { Endgame<KPsK>(WHITE),   Endgame<KPsK>(BLACK) };
73   Endgame<KPKP>   ScaleKPKP[]   = { Endgame<KPKP>(WHITE),   Endgame<KPKP>(BLACK) };
74
75   // Helper templates used to detect a given material distribution
76   template<Color Us> bool is_KXK(const Position& pos) {
77     const Color Them = (Us == WHITE ? BLACK : WHITE);
78     return  !pos.count<PAWN>(Them)
79           && pos.non_pawn_material(Them) == VALUE_ZERO
80           && pos.non_pawn_material(Us) >= RookValueMg;
81   }
82
83   template<Color Us> bool is_KBPsKs(const Position& pos) {
84     return   pos.non_pawn_material(Us) == BishopValueMg
85           && pos.count<BISHOP>(Us) == 1
86           && pos.count<PAWN  >(Us) >= 1;
87   }
88
89   template<Color Us> bool is_KQKRPs(const Position& pos) {
90     const Color Them = (Us == WHITE ? BLACK : WHITE);
91     return  !pos.count<PAWN>(Us)
92           && pos.non_pawn_material(Us) == QueenValueMg
93           && pos.count<QUEEN>(Us)  == 1
94           && pos.count<ROOK>(Them) == 1
95           && pos.count<PAWN>(Them) >= 1;
96   }
97
98   /// imbalance() calculates imbalance comparing piece count of each
99   /// piece type for both colors.
100
101   template<Color Us>
102   int imbalance(const int pieceCount[][PIECE_TYPE_NB]) {
103
104     const Color Them = (Us == WHITE ? BLACK : WHITE);
105
106     int pt1, pt2, pc, v;
107     int value = 0;
108
109     // Redundancy of major pieces, formula based on Kaufman's paper
110     // "The Evaluation of Material Imbalances in Chess"
111     if (pieceCount[Us][ROOK] > 0)
112         value -=  RedundantRook * (pieceCount[Us][ROOK] - 1)
113                 + RedundantQueen * pieceCount[Us][QUEEN];
114
115     // Second-degree polynomial material imbalance by Tord Romstad
116     for (pt1 = NO_PIECE_TYPE; pt1 <= QUEEN; pt1++)
117     {
118         pc = pieceCount[Us][pt1];
119         if (!pc)
120             continue;
121
122         v = LinearCoefficients[pt1];
123
124         for (pt2 = NO_PIECE_TYPE; pt2 <= pt1; pt2++)
125             v +=  QuadraticCoefficientsSameColor[pt1][pt2] * pieceCount[Us][pt2]
126                 + QuadraticCoefficientsOppositeColor[pt1][pt2] * pieceCount[Them][pt2];
127
128         value += pc * v;
129     }
130     return value;
131   }
132
133 } // namespace
134
135 namespace Material {
136
137 /// Material::probe() takes a position object as input, looks up a MaterialEntry
138 /// object, and returns a pointer to it. If the material configuration is not
139 /// already present in the table, it is computed and stored there, so we don't
140 /// have to recompute everything when the same material configuration occurs again.
141
142 Entry* probe(const Position& pos, Table& entries, Endgames& endgames) {
143
144   Key key = pos.material_key();
145   Entry* e = entries[key];
146
147   // If e->key matches the position's material hash key, it means that we
148   // have analysed this material configuration before, and we can simply
149   // return the information we found the last time instead of recomputing it.
150   if (e->key == key)
151       return e;
152
153   std::memset(e, 0, sizeof(Entry));
154   e->key = key;
155   e->factor[WHITE] = e->factor[BLACK] = (uint8_t)SCALE_FACTOR_NORMAL;
156   e->gamePhase = game_phase(pos);
157
158   // Let's look if we have a specialized evaluation function for this
159   // particular material configuration. First we look for a fixed
160   // configuration one, then a generic one if previous search failed.
161   if (endgames.probe(key, e->evaluationFunction))
162       return e;
163
164   if (is_KXK<WHITE>(pos))
165   {
166       e->evaluationFunction = &EvaluateKXK[WHITE];
167       return e;
168   }
169
170   if (is_KXK<BLACK>(pos))
171   {
172       e->evaluationFunction = &EvaluateKXK[BLACK];
173       return e;
174   }
175
176   if (!pos.pieces(PAWN) && !pos.pieces(ROOK) && !pos.pieces(QUEEN))
177   {
178       // Minor piece endgame with at least one minor piece per side and
179       // no pawns. Note that the case KmmK is already handled by KXK.
180       assert((pos.pieces(WHITE, KNIGHT) | pos.pieces(WHITE, BISHOP)));
181       assert((pos.pieces(BLACK, KNIGHT) | pos.pieces(BLACK, BISHOP)));
182
183       if (   pos.count<BISHOP>(WHITE) + pos.count<KNIGHT>(WHITE) <= 2
184           && pos.count<BISHOP>(BLACK) + pos.count<KNIGHT>(BLACK) <= 2)
185       {
186           e->evaluationFunction = &EvaluateKmmKm[pos.side_to_move()];
187           return e;
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   // We face problems when there are several conflicting applicable
195   // scaling functions and we need to decide which one to use.
196   EndgameBase<ScaleFactor>* sf;
197
198   if (endgames.probe(key, sf))
199   {
200       e->scalingFunction[sf->color()] = sf;
201       return e;
202   }
203
204   // Generic scaling functions that refer to more then one material
205   // distribution. Should be probed after the specialized ones.
206   // Note that these ones don't return after setting the function.
207   if (is_KBPsKs<WHITE>(pos))
208       e->scalingFunction[WHITE] = &ScaleKBPsK[WHITE];
209
210   if (is_KBPsKs<BLACK>(pos))
211       e->scalingFunction[BLACK] = &ScaleKBPsK[BLACK];
212
213   if (is_KQKRPs<WHITE>(pos))
214       e->scalingFunction[WHITE] = &ScaleKQKRPs[WHITE];
215
216   else if (is_KQKRPs<BLACK>(pos))
217       e->scalingFunction[BLACK] = &ScaleKQKRPs[BLACK];
218
219   Value npm_w = pos.non_pawn_material(WHITE);
220   Value npm_b = pos.non_pawn_material(BLACK);
221
222   if (npm_w + npm_b == VALUE_ZERO)
223   {
224       if (!pos.count<PAWN>(BLACK))
225       {
226           assert(pos.count<PAWN>(WHITE) >= 2);
227           e->scalingFunction[WHITE] = &ScaleKPsK[WHITE];
228       }
229       else if (!pos.count<PAWN>(WHITE))
230       {
231           assert(pos.count<PAWN>(BLACK) >= 2);
232           e->scalingFunction[BLACK] = &ScaleKPsK[BLACK];
233       }
234       else if (pos.count<PAWN>(WHITE) == 1 && pos.count<PAWN>(BLACK) == 1)
235       {
236           // This is a special case because we set scaling functions
237           // for both colors instead of only one.
238           e->scalingFunction[WHITE] = &ScaleKPKP[WHITE];
239           e->scalingFunction[BLACK] = &ScaleKPKP[BLACK];
240       }
241   }
242
243   // No pawns makes it difficult to win, even with a material advantage
244   if (!pos.count<PAWN>(WHITE) && npm_w - npm_b <= BishopValueMg)
245   {
246       e->factor[WHITE] = (uint8_t)
247       (npm_w == npm_b || npm_w < RookValueMg ? 0 : NoPawnsSF[std::min(pos.count<BISHOP>(WHITE), 2)]);
248   }
249
250   if (!pos.count<PAWN>(BLACK) && npm_b - npm_w <= BishopValueMg)
251   {
252       e->factor[BLACK] = (uint8_t)
253       (npm_w == npm_b || npm_b < RookValueMg ? 0 : NoPawnsSF[std::min(pos.count<BISHOP>(BLACK), 2)]);
254   }
255
256   // Compute the space weight
257   if (npm_w + npm_b >= 2 * QueenValueMg + 4 * RookValueMg + 2 * KnightValueMg)
258   {
259       int minorPieceCount =  pos.count<KNIGHT>(WHITE) + pos.count<BISHOP>(WHITE)
260                            + pos.count<KNIGHT>(BLACK) + pos.count<BISHOP>(BLACK);
261
262       e->spaceWeight = make_score(minorPieceCount * minorPieceCount, 0);
263   }
264
265   // Evaluate the material imbalance. We use PIECE_TYPE_NONE as a place holder
266   // for the bishop pair "extended piece", this allow us to be more flexible
267   // in defining bishop pair bonuses.
268   const int pieceCount[COLOR_NB][PIECE_TYPE_NB] = {
269   { pos.count<BISHOP>(WHITE) > 1, pos.count<PAWN>(WHITE), pos.count<KNIGHT>(WHITE),
270     pos.count<BISHOP>(WHITE)    , pos.count<ROOK>(WHITE), pos.count<QUEEN >(WHITE) },
271   { pos.count<BISHOP>(BLACK) > 1, pos.count<PAWN>(BLACK), pos.count<KNIGHT>(BLACK),
272     pos.count<BISHOP>(BLACK)    , pos.count<ROOK>(BLACK), pos.count<QUEEN >(BLACK) } };
273
274   e->value = (int16_t)((imbalance<WHITE>(pieceCount) - imbalance<BLACK>(pieceCount)) / 16);
275   return e;
276 }
277
278
279 /// Material::game_phase() calculates the phase given the current
280 /// position. Because the phase is strictly a function of the material, it
281 /// is stored in MaterialEntry.
282
283 Phase game_phase(const Position& pos) {
284
285   Value npm = pos.non_pawn_material(WHITE) + pos.non_pawn_material(BLACK);
286
287   return  npm >= MidgameLimit ? PHASE_MIDGAME
288         : npm <= EndgameLimit ? PHASE_ENDGAME
289         : Phase(((npm - EndgameLimit) * 128) / (MidgameLimit - EndgameLimit));
290 }
291
292 } // namespace Material