032b637e6a7680408ea039d4a591bc9cc2f417e0
[stockfish] / src / pawns.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) 2008-2015 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>
21 #include <cassert>
22
23 #include "bitboard.h"
24 #include "bitcount.h"
25 #include "pawns.h"
26 #include "position.h"
27 #include "thread.h"
28
29 namespace {
30
31   #define V Value
32   #define S(mg, eg) make_score(mg, eg)
33
34   // Doubled pawn penalty by file
35   const Score Doubled[FILE_NB] = {
36     S(13, 43), S(20, 48), S(23, 48), S(23, 48),
37     S(23, 48), S(23, 48), S(20, 48), S(13, 43) };
38
39   // Isolated pawn penalty by opposed flag and file
40   const Score Isolated[2][FILE_NB] = {
41   { S(37, 45), S(54, 52), S(60, 52), S(60, 52),
42     S(60, 52), S(60, 52), S(54, 52), S(37, 45) },
43   { S(25, 30), S(36, 35), S(40, 35), S(40, 35),
44     S(40, 35), S(40, 35), S(36, 35), S(25, 30) } };
45
46   // Backward pawn penalty by opposed flag and file
47   const Score Backward[2][FILE_NB] = {
48   { S(30, 42), S(43, 46), S(49, 46), S(49, 46),
49     S(49, 46), S(49, 46), S(43, 46), S(30, 42) },
50   { S(20, 28), S(29, 31), S(33, 31), S(33, 31),
51     S(33, 31), S(33, 31), S(29, 31), S(20, 28) } };
52
53   // Connected pawn bonus by opposed, phalanx flags and rank
54   Score Connected[2][2][RANK_NB];
55
56   // Levers bonus by rank
57   const Score Lever[RANK_NB] = {
58     S( 0, 0), S( 0, 0), S(0, 0), S(0, 0),
59     S(20,20), S(40,40), S(0, 0), S(0, 0) };
60
61   // Unsupported pawn penalty
62   const Score UnsupportedPawnPenalty = S(20, 10);
63
64   // Weakness of our pawn shelter in front of the king by [distance from edge][rank]
65   const Value ShelterWeakness[][RANK_NB] = {
66   { V( 99), V(23), V(24), V(54), V(85), V( 93), V(107) },
67   { V(119), V( 2), V(28), V(72), V(96), V(104), V(114) },
68   { V(103), V( 6), V(47), V(74), V(84), V(103), V( 94) },
69   { V( 78), V(10), V(41), V(64), V(88), V( 92), V(115) } };
70
71   // Danger of enemy pawns moving toward our king by [type][distance from edge][rank]
72   const Value StormDanger[][4][RANK_NB] = {
73   { { V( 0),  V(  65), V( 125), V(37), V(30) },
74     { V( 0),  V(  57), V( 136), V(39), V(24) },
75     { V( 0),  V(  50), V( 114), V(45), V(29) },
76     { V( 0),  V(  58), V( 129), V(56), V(34) } },
77   { { V(20),  V(  45), V(  91), V(47), V(20) },
78     { V(25),  V(  23), V( 105), V(38), V(14) },
79     { V(21),  V(  37), V(  99), V(35), V(21) },
80     { V(30),  V(  18), V( 105), V(38), V(28) } },
81   { { V( 0),  V(   0), V(  81), V(13), V( 4) },
82     { V( 0),  V(   0), V( 169), V(30), V( 4) },
83     { V( 0),  V(   0), V( 166), V(24), V( 6) },
84     { V( 0),  V(   0), V( 164), V(24), V(11) } },
85   { { V( 0),  V(-289), V(-297), V(57), V(29) },
86     { V( 0),  V(  66), V( 136), V(43), V(16) },
87     { V( 0),  V(  66), V( 141), V(50), V(31) },
88     { V( 0),  V(  63), V( 126), V(52), V(23) } } };
89
90   // Max bonus for king safety. Corresponds to start position with all the pawns
91   // in front of the king and no enemy pawn on the horizon.
92   const Value MaxSafetyBonus = V(252);
93
94   #undef S
95   #undef V
96
97   template<Color Us>
98   Score evaluate(const Position& pos, Pawns::Entry* e) {
99
100     const Color  Them  = (Us == WHITE ? BLACK    : WHITE);
101     const Square Up    = (Us == WHITE ? DELTA_N  : DELTA_S);
102     const Square Right = (Us == WHITE ? DELTA_NE : DELTA_SW);
103     const Square Left  = (Us == WHITE ? DELTA_NW : DELTA_SE);
104
105     Bitboard b, p, doubled, connected;
106     Square s;
107     bool passed, isolated, opposed, phalanx, backward, unsupported, lever;
108     Score score = SCORE_ZERO;
109     const Square* pl = pos.list<PAWN>(Us);
110     const Bitboard* pawnAttacksBB = StepAttacksBB[make_piece(Us, PAWN)];
111
112     Bitboard ourPawns   = pos.pieces(Us  , PAWN);
113     Bitboard theirPawns = pos.pieces(Them, PAWN);
114
115     e->passedPawns[Us] = 0;
116     e->kingSquares[Us] = SQ_NONE;
117     e->semiopenFiles[Us] = 0xFF;
118     e->pawnAttacks[Us] = shift_bb<Right>(ourPawns) | shift_bb<Left>(ourPawns);
119     e->pawnsOnSquares[Us][BLACK] = popcount<Max15>(ourPawns & DarkSquares);
120     e->pawnsOnSquares[Us][WHITE] = pos.count<PAWN>(Us) - e->pawnsOnSquares[Us][BLACK];
121
122     // Loop through all pawns of the current color and score each pawn
123     while ((s = *pl++) != SQ_NONE)
124     {
125         assert(pos.piece_on(s) == make_piece(Us, PAWN));
126
127         File f = file_of(s);
128
129         // This file cannot be semi-open
130         e->semiopenFiles[Us] &= ~(1 << f);
131
132         // Previous rank
133         p = rank_bb(s - pawn_push(Us));
134
135         // Flag the pawn as passed, isolated, doubled,
136         // unsupported or connected (but not the backward one).
137         connected   =   ourPawns   & adjacent_files_bb(f) & (rank_bb(s) | p);
138         phalanx     =   connected  & rank_bb(s);
139         unsupported = !(ourPawns   & adjacent_files_bb(f) & p);
140         isolated    = !(ourPawns   & adjacent_files_bb(f));
141         doubled     =   ourPawns   & forward_bb(Us, s);
142         opposed     =   theirPawns & forward_bb(Us, s);
143         passed      = !(theirPawns & passed_pawn_mask(Us, s));
144         lever       =   theirPawns & pawnAttacksBB[s];
145
146         // Test for backward pawn.
147         // If the pawn is passed, isolated, connected or a lever it cannot be
148         // backward. If there are friendly pawns behind on adjacent files
149         // it cannot be backward either.
150         if (   (passed | isolated | lever | connected)
151             || (ourPawns & pawn_attack_span(Them, s)))
152             backward = false;
153         else
154         {
155             // We now know that there are no friendly pawns beside or behind this
156             // pawn on adjacent files. We now check whether the pawn is
157             // backward by looking in the forward direction on the adjacent
158             // files, and picking the closest pawn there.
159             b = pawn_attack_span(Us, s) & (ourPawns | theirPawns);
160             b = pawn_attack_span(Us, s) & rank_bb(backmost_sq(Us, b));
161
162             // If we have an enemy pawn in the same or next rank, the pawn is
163             // backward because it cannot advance without being captured.
164             backward = (b | shift_bb<Up>(b)) & theirPawns;
165         }
166
167         assert(opposed | passed | (pawn_attack_span(Us, s) & theirPawns));
168
169         // Passed pawns will be properly scored in evaluation because we need
170         // full attack info to evaluate passed pawns. Only the frontmost passed
171         // pawn on each file is considered a true passed pawn.
172         if (passed && !doubled)
173             e->passedPawns[Us] |= s;
174
175         // Score this pawn
176         if (isolated)
177             score -= Isolated[opposed][f];
178
179         if (unsupported && !isolated)
180             score -= UnsupportedPawnPenalty;
181
182         if (doubled)
183             score -= Doubled[f] / distance<Rank>(s, frontmost_sq(Us, doubled));
184
185         if (backward)
186             score -= Backward[opposed][f];
187
188         if (connected)
189             score += Connected[opposed][phalanx][relative_rank(Us, s)];
190
191         if (lever)
192             score += Lever[relative_rank(Us, s)];
193     }
194
195     b = e->semiopenFiles[Us] ^ 0xFF;
196     e->pawnSpan[Us] = b ? int(msb(b) - lsb(b)) : 0;
197
198     return score;
199   }
200
201 } // namespace
202
203 namespace Pawns {
204
205 /// Pawns::init() initializes some tables needed by evaluation. Instead of using
206 /// hard-coded tables, when makes sense, we prefer to calculate them with a formula
207 /// to reduce independent parameters and to allow easier tuning and better insight.
208
209 void init()
210 {
211   static const int Seed[RANK_NB] = { 0, 6, 15, 10, 57, 75, 135, 258 };
212
213   for (int opposed = 0; opposed <= 1; ++opposed)
214       for (int phalanx = 0; phalanx <= 1; ++phalanx)
215           for (Rank r = RANK_2; r < RANK_8; ++r)
216           {
217               int bonus = Seed[r] + (phalanx ? (Seed[r + 1] - Seed[r]) / 2 : 0);
218               Connected[opposed][phalanx][r] = make_score(bonus / 2, bonus >> opposed);
219           }
220 }
221
222
223 /// Pawns::probe() looks up the current position's pawns configuration in
224 /// the pawns hash table. It returns a pointer to the Entry if the position
225 /// is found. Otherwise a new Entry is computed and stored there, so we don't
226 /// have to recompute all when the same pawns configuration occurs again.
227
228 Entry* probe(const Position& pos) {
229
230   Key key = pos.pawn_key();
231   Entry* e = pos.this_thread()->pawnsTable[key];
232
233   if (e->key == key)
234       return e;
235
236   e->key = key;
237   e->score = evaluate<WHITE>(pos, e) - evaluate<BLACK>(pos, e);
238   return e;
239 }
240
241
242 /// Entry::shelter_storm() calculates shelter and storm penalties for the file
243 /// the king is on, as well as the two adjacent files.
244
245 template<Color Us>
246 Value Entry::shelter_storm(const Position& pos, Square ksq) {
247
248   const Color Them = (Us == WHITE ? BLACK : WHITE);
249
250   enum { NoFriendlyPawn, Unblocked, BlockedByPawn, BlockedByKing };
251
252   Bitboard b = pos.pieces(PAWN) & (in_front_bb(Us, rank_of(ksq)) | rank_bb(ksq));
253   Bitboard ourPawns = b & pos.pieces(Us);
254   Bitboard theirPawns = b & pos.pieces(Them);
255   Value safety = MaxSafetyBonus;
256   File center = std::max(FILE_B, std::min(FILE_G, file_of(ksq)));
257
258   for (File f = center - File(1); f <= center + File(1); ++f)
259   {
260       b = ourPawns & file_bb(f);
261       Rank rkUs = b ? relative_rank(Us, backmost_sq(Us, b)) : RANK_1;
262
263       b  = theirPawns & file_bb(f);
264       Rank rkThem = b ? relative_rank(Us, frontmost_sq(Them, b)) : RANK_1;
265
266       safety -=  ShelterWeakness[std::min(f, FILE_H - f)][rkUs]
267                + StormDanger
268                  [f == file_of(ksq) && rkThem == relative_rank(Us, ksq) + 1 ? BlockedByKing  :
269                   rkUs   == RANK_1                                          ? NoFriendlyPawn :
270                   rkThem == rkUs + 1                                        ? BlockedByPawn  : Unblocked]
271                  [std::min(f, FILE_H - f)][rkThem];
272   }
273
274   return safety;
275 }
276
277
278 /// Entry::do_king_safety() calculates a bonus for king safety. It is called only
279 /// when king square changes, which is about 20% of total king_safety() calls.
280
281 template<Color Us>
282 Score Entry::do_king_safety(const Position& pos, Square ksq) {
283
284   kingSquares[Us] = ksq;
285   castlingRights[Us] = pos.can_castle(Us);
286   minKingPawnDistance[Us] = 0;
287
288   Bitboard pawns = pos.pieces(Us, PAWN);
289   if (pawns)
290       while (!(DistanceRingBB[ksq][minKingPawnDistance[Us]++] & pawns)) {}
291
292   if (relative_rank(Us, ksq) > RANK_4)
293       return make_score(0, -16 * minKingPawnDistance[Us]);
294
295   Value bonus = shelter_storm<Us>(pos, ksq);
296
297   // If we can castle use the bonus after the castling if it is bigger
298   if (pos.can_castle(MakeCastling<Us, KING_SIDE>::right))
299       bonus = std::max(bonus, shelter_storm<Us>(pos, relative_square(Us, SQ_G1)));
300
301   if (pos.can_castle(MakeCastling<Us, QUEEN_SIDE>::right))
302       bonus = std::max(bonus, shelter_storm<Us>(pos, relative_square(Us, SQ_C1)));
303
304   return make_score(bonus, -16 * minKingPawnDistance[Us]);
305 }
306
307 // Explicit template instantiation
308 template Score Entry::do_king_safety<WHITE>(const Position& pos, Square ksq);
309 template Score Entry::do_king_safety<BLACK>(const Position& pos, Square ksq);
310
311 } // namespace Pawns