Consolidate pawn storm types
[stockfish] / src / pawns.cpp
1 /*
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6
7   Stockfish is free software: you can redistribute it and/or modify
8   it under the terms of the GNU General Public License as published by
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11
12   Stockfish is distributed in the hope that it will be useful,
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14   MERCHANTABILITY or FITNESS FOR A PARTICULAR PURPOSE.  See the
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16
17   You should have received a copy of the GNU General Public License
18   along with this program.  If not, see <http://www.gnu.org/licenses/>.
19 */
20
21 #include <algorithm>
22 #include <cassert>
23
24 #include "bitboard.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   // Isolated pawn penalty
35   constexpr Score Isolated = S(13, 16);
36
37   // Backward pawn penalty
38   constexpr Score Backward = S(17, 11);
39
40   // Connected pawn bonus by opposed, phalanx, #support and rank
41   Score Connected[2][2][3][RANK_NB];
42
43   // Doubled pawn penalty
44   constexpr Score Doubled = S(13, 40);
45
46   // Strength of pawn shelter for our king by [distance from edge][rank].
47   // RANK_1 = 0 is used for files where we have no pawn, or pawn is behind our king.
48   constexpr Value ShelterStrength[int(FILE_NB) / 2][RANK_NB] = {
49     { V( 7), V(76), V(84), V( 38), V( 7), V( 30), V(-19) },
50     { V(-3), V(93), V(52), V(-17), V(12), V(-22), V(-35) },
51     { V(-6), V(83), V(25), V(-24), V(15), V( 22), V(-39) },
52     { V(11), V(83), V(19), V(  8), V(18), V(-21), V(-30) }
53   };
54
55   // Danger of enemy pawns moving toward our king by [type][distance from edge][rank].
56   // For the unblocked case, RANK_1 = 0 is used when opponent has no pawn on the
57   // given file, or their pawn is behind our king.
58   constexpr Value StormDanger[][4][RANK_NB] = {
59     { { V(25),  V( 79), V(107), V( 51), V( 27) },  // UnBlocked
60       { V(15),  V( 45), V(131), V(  8), V( 25) },
61       { V( 0),  V( 42), V(118), V( 56), V( 27) },
62       { V( 3),  V( 54), V(110), V( 55), V( 26) } },
63     { { V( 0),  V(  0), V( 37), V(  5), V(-48) },  // BlockedByPawn
64       { V( 0),  V(  0), V( 68), V(-12), V( 13) },
65       { V( 0),  V(  0), V(111), V(-25), V( -3) },
66       { V( 0),  V(  0), V(108), V( 14), V( 21) } }
67   };
68
69   #undef S
70   #undef V
71
72   template<Color Us>
73   Score evaluate(const Position& pos, Pawns::Entry* e) {
74
75     constexpr Color     Them = (Us == WHITE ? BLACK : WHITE);
76     constexpr Direction Up   = (Us == WHITE ? NORTH : SOUTH);
77
78     Bitboard b, neighbours, stoppers, doubled, supported, phalanx;
79     Bitboard lever, leverPush;
80     Square s;
81     bool opposed, backward;
82     Score score = SCORE_ZERO;
83     const Square* pl = pos.squares<PAWN>(Us);
84
85     Bitboard ourPawns   = pos.pieces(  Us, PAWN);
86     Bitboard theirPawns = pos.pieces(Them, PAWN);
87
88     e->passedPawns[Us] = e->pawnAttacksSpan[Us] = e->weakUnopposed[Us] = 0;
89     e->semiopenFiles[Us] = 0xFF;
90     e->kingSquares[Us]   = SQ_NONE;
91     e->pawnAttacks[Us]   = pawn_attacks_bb<Us>(ourPawns);
92     e->pawnsOnSquares[Us][BLACK] = popcount(ourPawns & DarkSquares);
93     e->pawnsOnSquares[Us][WHITE] = pos.count<PAWN>(Us) - e->pawnsOnSquares[Us][BLACK];
94
95     // Loop through all pawns of the current color and score each pawn
96     while ((s = *pl++) != SQ_NONE)
97     {
98         assert(pos.piece_on(s) == make_piece(Us, PAWN));
99
100         File f = file_of(s);
101
102         e->semiopenFiles[Us]   &= ~(1 << f);
103         e->pawnAttacksSpan[Us] |= pawn_attack_span(Us, s);
104
105         // Flag the pawn
106         opposed    = theirPawns & forward_file_bb(Us, s);
107         stoppers   = theirPawns & passed_pawn_mask(Us, s);
108         lever      = theirPawns & PawnAttacks[Us][s];
109         leverPush  = theirPawns & PawnAttacks[Us][s + Up];
110         doubled    = ourPawns   & (s - Up);
111         neighbours = ourPawns   & adjacent_files_bb(f);
112         phalanx    = neighbours & rank_bb(s);
113         supported  = neighbours & rank_bb(s - Up);
114
115         // A pawn is backward when it is behind all pawns of the same color
116         // on the adjacent files and cannot be safely advanced.
117         backward =  !(ourPawns & pawn_attack_span(Them, s + Up))
118                   && (stoppers & (leverPush | (s + Up)));
119
120         // Passed pawns will be properly scored in evaluation because we need
121         // full attack info to evaluate them. Include also not passed pawns
122         // which could become passed after one or two pawn pushes when are
123         // not attacked more times than defended.
124         if (   !(stoppers ^ lever ^ leverPush)
125             && !(ourPawns & forward_file_bb(Us, s))
126             && popcount(supported) >= popcount(lever) - 1
127             && popcount(phalanx)   >= popcount(leverPush))
128             e->passedPawns[Us] |= s;
129
130         else if (   stoppers == SquareBB[s + Up]
131                  && relative_rank(Us, s) >= RANK_5)
132         {
133             b = shift<Up>(supported) & ~theirPawns;
134             while (b)
135                 if (!more_than_one(theirPawns & PawnAttacks[Us][pop_lsb(&b)]))
136                     e->passedPawns[Us] |= s;
137         }
138
139         // Score this pawn
140         if (supported | phalanx)
141             score += Connected[opposed][bool(phalanx)][popcount(supported)][relative_rank(Us, s)];
142
143         else if (!neighbours)
144             score -= Isolated, e->weakUnopposed[Us] += !opposed;
145
146         else if (backward)
147             score -= Backward, e->weakUnopposed[Us] += !opposed;
148
149         if (doubled && !supported)
150             score -= Doubled;
151     }
152
153     return score;
154   }
155
156 } // namespace
157
158 namespace Pawns {
159
160 /// Pawns::init() initializes some tables needed by evaluation. Instead of using
161 /// hard-coded tables, when makes sense, we prefer to calculate them with a formula
162 /// to reduce independent parameters and to allow easier tuning and better insight.
163
164 void init() {
165
166   static constexpr int Seed[RANK_NB] = { 0, 13, 24, 18, 65, 100, 175, 330 };
167
168   for (int opposed = 0; opposed <= 1; ++opposed)
169       for (int phalanx = 0; phalanx <= 1; ++phalanx)
170           for (int support = 0; support <= 2; ++support)
171               for (Rank r = RANK_2; r < RANK_8; ++r)
172   {
173       int v = 17 * support;
174       v += (Seed[r] + (phalanx ? (Seed[r + 1] - Seed[r]) / 2 : 0)) >> opposed;
175
176       Connected[opposed][phalanx][support][r] = make_score(v, v * (r - 2) / 4);
177   }
178 }
179
180
181 /// Pawns::probe() looks up the current position's pawns configuration in
182 /// the pawns hash table. It returns a pointer to the Entry if the position
183 /// is found. Otherwise a new Entry is computed and stored there, so we don't
184 /// have to recompute all when the same pawns configuration occurs again.
185
186 Entry* probe(const Position& pos) {
187
188   Key key = pos.pawn_key();
189   Entry* e = pos.this_thread()->pawnsTable[key];
190
191   if (e->key == key)
192       return e;
193
194   e->key = key;
195   e->scores[WHITE] = evaluate<WHITE>(pos, e);
196   e->scores[BLACK] = evaluate<BLACK>(pos, e);
197   e->openFiles = popcount(e->semiopenFiles[WHITE] & e->semiopenFiles[BLACK]);
198   e->asymmetry = popcount(  (e->passedPawns[WHITE]   | e->passedPawns[BLACK])
199                           | (e->semiopenFiles[WHITE] ^ e->semiopenFiles[BLACK]));
200
201   return e;
202 }
203
204
205 /// Entry::evaluate_shelter() calculates the shelter bonus and the storm
206 /// penalty for a king, looking at the king file and the two closest files.
207
208 template<Color Us>
209 Value Entry::evaluate_shelter(const Position& pos, Square ksq) {
210
211   enum { UnBlocked, BlockedByPawn };
212   constexpr Color     Them = (Us == WHITE ? BLACK : WHITE);
213   constexpr Direction Down = (Us == WHITE ? SOUTH : NORTH);
214   constexpr Bitboard  BlockRanks = (Us == WHITE ? Rank1BB | Rank2BB : Rank8BB | Rank7BB);
215
216   Bitboard b = pos.pieces(PAWN) & (forward_ranks_bb(Us, ksq) | rank_bb(ksq));
217   Bitboard ourPawns = b & pos.pieces(Us);
218   Bitboard theirPawns = b & pos.pieces(Them);
219
220   Value safety = (ourPawns & file_bb(ksq)) ? Value(5) : Value(-5);
221
222   if (shift<Down>(theirPawns) & (FileABB | FileHBB) & BlockRanks & ksq)
223       safety += Value(374);
224
225   File center = std::max(FILE_B, std::min(FILE_G, file_of(ksq)));
226   for (File f = File(center - 1); f <= File(center + 1); ++f)
227   {
228       b = ourPawns & file_bb(f);
229       int ourRank = b ? relative_rank(Us, backmost_sq(Us, b)) : 0;
230
231       b = theirPawns & file_bb(f);
232       int theirRank = b ? relative_rank(Us, frontmost_sq(Them, b)) : 0;
233
234       int d = std::min(f, ~f);
235
236       safety += ShelterStrength[d][ourRank];
237       if (ourRank || theirRank)
238          safety -= StormDanger[ourRank && (ourRank == theirRank - 1) ? BlockedByPawn : UnBlocked][d][theirRank];
239   }
240
241   return safety;
242 }
243
244
245 /// Entry::do_king_safety() calculates a bonus for king safety. It is called only
246 /// when king square changes, which is about 20% of total king_safety() calls.
247
248 template<Color Us>
249 Score Entry::do_king_safety(const Position& pos, Square ksq) {
250
251   kingSquares[Us] = ksq;
252   castlingRights[Us] = pos.can_castle(Us);
253   int minKingPawnDistance = 0;
254
255   Bitboard pawns = pos.pieces(Us, PAWN);
256   if (pawns)
257       while (!(DistanceRingBB[ksq][minKingPawnDistance++] & pawns)) {}
258
259   Value bonus = evaluate_shelter<Us>(pos, ksq);
260
261   // If we can castle use the bonus after the castling if it is bigger
262   if (pos.can_castle(MakeCastling<Us, KING_SIDE>::right))
263       bonus = std::max(bonus, evaluate_shelter<Us>(pos, relative_square(Us, SQ_G1)));
264
265   if (pos.can_castle(MakeCastling<Us, QUEEN_SIDE>::right))
266       bonus = std::max(bonus, evaluate_shelter<Us>(pos, relative_square(Us, SQ_C1)));
267
268   return make_score(bonus, -16 * minKingPawnDistance);
269 }
270
271 // Explicit template instantiation
272 template Score Entry::do_king_safety<WHITE>(const Position& pos, Square ksq);
273 template Score Entry::do_king_safety<BLACK>(const Position& pos, Square ksq);
274
275 } // namespace Pawns