Bonus for file distance of the outermost pawns
[stockfish] / src / pawns.cpp
1 /*
2   Stockfish, a UCI chess playing engine derived from Glaurung 2.1
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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
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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
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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
28 namespace {
29
30   #define V Value
31   #define S(mg, eg) make_score(mg, eg)
32
33   // Doubled pawn penalty by file
34   const Score Doubled[FILE_NB] = {
35     S(13, 43), S(20, 48), S(23, 48), S(23, 48),
36     S(23, 48), S(23, 48), S(20, 48), S(13, 43) };
37
38   // Isolated pawn penalty by opposed flag and file
39   const Score Isolated[2][FILE_NB] = {
40   { S(37, 45), S(54, 52), S(60, 52), S(60, 52),
41     S(60, 52), S(60, 52), S(54, 52), S(37, 45) },
42   { S(25, 30), S(36, 35), S(40, 35), S(40, 35),
43     S(40, 35), S(40, 35), S(36, 35), S(25, 30) } };
44
45   // Backward pawn penalty by opposed flag and file
46   const Score Backward[2][FILE_NB] = {
47   { S(30, 42), S(43, 46), S(49, 46), S(49, 46),
48     S(49, 46), S(49, 46), S(43, 46), S(30, 42) },
49   { S(20, 28), S(29, 31), S(33, 31), S(33, 31),
50     S(33, 31), S(33, 31), S(29, 31), S(20, 28) } };
51
52   // Pawn chain membership bonus by file and rank (initialized by formula)
53   Score ChainMember[FILE_NB][RANK_NB];
54
55   // Candidate passed pawn bonus by rank
56   const Score CandidatePassed[RANK_NB] = {
57     S( 0, 0), S( 6, 13), S(6,13), S(14,29),
58     S(34,68), S(83,166), S(0, 0), S( 0, 0) };
59
60   // Bonus for file distance of the two outermost pawns
61   const Score PawnsFileSpan = S(0, 10);
62
63   // Weakness of our pawn shelter in front of the king indexed by [rank]
64   const Value ShelterWeakness[RANK_NB] =
65   { V(100), V(0), V(27), V(73), V(92), V(101), V(101) };
66
67   // Danger of enemy pawns moving toward our king indexed by
68   // [no friendly pawn | pawn unblocked | pawn blocked][rank of enemy pawn]
69   const Value StormDanger[3][RANK_NB] = {
70   { V( 0),  V(64), V(128), V(51), V(26) },
71   { V(26),  V(32), V( 96), V(38), V(20) },
72   { V( 0),  V( 0), V( 64), V(25), V(13) } };
73
74   // Max bonus for king safety. Corresponds to start position with all the pawns
75   // in front of the king and no enemy pawn on the horizon.
76   const Value MaxSafetyBonus = V(263);
77
78   #undef S
79   #undef V
80
81   template<Color Us>
82   Score evaluate(const Position& pos, Pawns::Entry* e) {
83
84     const Color  Them  = (Us == WHITE ? BLACK    : WHITE);
85     const Square Up    = (Us == WHITE ? DELTA_N  : DELTA_S);
86     const Square Right = (Us == WHITE ? DELTA_NE : DELTA_SW);
87     const Square Left  = (Us == WHITE ? DELTA_NW : DELTA_SE);
88
89     Bitboard b;
90     Square s;
91     File f;
92     bool passed, isolated, doubled, opposed, chain, backward, candidate;
93     Score value = SCORE_ZERO;
94     const Square* pl = pos.list<PAWN>(Us);
95
96     Bitboard ourPawns = pos.pieces(Us, PAWN);
97     Bitboard theirPawns = pos.pieces(Them, PAWN);
98
99     e->passedPawns[Us] = e->candidatePawns[Us] = 0;
100     e->kingSquares[Us] = SQ_NONE;
101     e->semiopenFiles[Us] = 0xFF;
102     e->pawnAttacks[Us] = shift_bb<Right>(ourPawns) | shift_bb<Left>(ourPawns);
103     e->pawnsOnSquares[Us][BLACK] = popcount<Max15>(ourPawns & DarkSquares);
104     e->pawnsOnSquares[Us][WHITE] = pos.count<PAWN>(Us) - e->pawnsOnSquares[Us][BLACK];
105
106     // Loop through all pawns of the current color and score each pawn
107     while ((s = *pl++) != SQ_NONE)
108     {
109         assert(pos.piece_on(s) == make_piece(Us, PAWN));
110
111         f = file_of(s);
112
113         // This file cannot be semi-open
114         e->semiopenFiles[Us] &= ~(1 << f);
115
116         // Our rank plus previous one. Used for chain detection
117         b = rank_bb(s) | rank_bb(s - pawn_push(Us));
118
119         // Flag the pawn as passed, isolated, doubled or member of a pawn
120         // chain (but not the backward one).
121         chain    =   ourPawns   & adjacent_files_bb(f) & b;
122         isolated = !(ourPawns   & adjacent_files_bb(f));
123         doubled  =   ourPawns   & forward_bb(Us, s);
124         opposed  =   theirPawns & forward_bb(Us, s);
125         passed   = !(theirPawns & passed_pawn_mask(Us, s));
126
127         // Test for backward pawn.
128         // If the pawn is passed, isolated, or member of a pawn chain it cannot
129         // be backward. If there are friendly pawns behind on adjacent files
130         // or if it can capture an enemy pawn it cannot be backward either.
131         if (   (passed | isolated | chain)
132             || (ourPawns & pawn_attack_span(Them, s))
133             || (pos.attacks_from<PAWN>(s, Us) & theirPawns))
134             backward = false;
135         else
136         {
137             // We now know that there are no friendly pawns beside or behind this
138             // pawn on adjacent files. We now check whether the pawn is
139             // backward by looking in the forward direction on the adjacent
140             // files, and picking the closest pawn there.
141             b = pawn_attack_span(Us, s) & (ourPawns | theirPawns);
142             b = pawn_attack_span(Us, s) & rank_bb(backmost_sq(Us, b));
143
144             // If we have an enemy pawn in the same or next rank, the pawn is
145             // backward because it cannot advance without being captured.
146             backward = (b | shift_bb<Up>(b)) & theirPawns;
147         }
148
149         assert(opposed | passed | (pawn_attack_span(Us, s) & theirPawns));
150
151         // A not-passed pawn is a candidate to become passed, if it is free to
152         // advance and if the number of friendly pawns beside or behind this
153         // pawn on adjacent files is higher than or equal to the number of
154         // enemy pawns in the forward direction on the adjacent files.
155         candidate =   !(opposed | passed | backward | isolated)
156                    && (b = pawn_attack_span(Them, s + pawn_push(Us)) & ourPawns) != 0
157                    &&  popcount<Max15>(b) >= popcount<Max15>(pawn_attack_span(Us, s) & theirPawns);
158
159         // Passed pawns will be properly scored in evaluation because we need
160         // full attack info to evaluate passed pawns. Only the frontmost passed
161         // pawn on each file is considered a true passed pawn.
162         if (passed && !doubled)
163             e->passedPawns[Us] |= s;
164
165         // Score this pawn
166         if (isolated)
167             value -= Isolated[opposed][f];
168
169         if (doubled)
170             value -= Doubled[f];
171
172         if (backward)
173             value -= Backward[opposed][f];
174
175         if (chain)
176             value += ChainMember[f][relative_rank(Us, s)];
177
178         if (candidate)
179         {
180             value += CandidatePassed[relative_rank(Us, s)];
181
182             if (!doubled)
183                 e->candidatePawns[Us] |= s;
184         }
185     }
186
187     // In endgame it's better to have pawns on both wings. So give a bonus according
188     // to file distance between left and right outermost pawns.
189     if (pos.count<PAWN>(Us) > 1)
190     {
191         b = ~e->semiopenFiles[Us] & 0xFF;
192         value += PawnsFileSpan * int(msb(b) - lsb(b));
193     }
194
195     return value;
196   }
197
198 } // namespace
199
200 namespace Pawns {
201
202 /// init() initializes some tables by formula instead of hard-coding their values
203
204 void init() {
205
206   const int chainByFile[8] = { 1, 3, 3, 4, 4, 3, 3, 1 };
207   int bonus;
208
209   for (Rank r = RANK_1; r < RANK_8; ++r)
210       for (File f = FILE_A; f <= FILE_H; ++f)
211       {
212           bonus = r * (r-1) * (r-2) + chainByFile[f] * (r/2 + 1);
213           ChainMember[f][r] = make_score(bonus, bonus);
214       }
215 }
216
217
218 /// probe() takes a position object as input, computes a Entry object, and returns
219 /// a pointer to it. The result is also stored in a hash table, so we don't have
220 /// to recompute everything when the same pawn structure occurs again.
221
222 Entry* probe(const Position& pos, Table& entries) {
223
224   Key key = pos.pawn_key();
225   Entry* e = entries[key];
226
227   if (e->key == key)
228       return e;
229
230   e->key = key;
231   e->value = evaluate<WHITE>(pos, e) - evaluate<BLACK>(pos, e);
232   return e;
233 }
234
235
236 /// Entry::shelter_storm() calculates shelter and storm penalties for the file
237 /// the king is on, as well as the two adjacent files.
238
239 template<Color Us>
240 Value Entry::shelter_storm(const Position& pos, Square ksq) {
241
242   const Color Them = (Us == WHITE ? BLACK : WHITE);
243
244   Value safety = MaxSafetyBonus;
245   Bitboard b = pos.pieces(PAWN) & (in_front_bb(Us, rank_of(ksq)) | rank_bb(ksq));
246   Bitboard ourPawns = b & pos.pieces(Us);
247   Bitboard theirPawns = b & pos.pieces(Them);
248   Rank rkUs, rkThem;
249   File kf = std::max(FILE_B, std::min(FILE_G, file_of(ksq)));
250
251   for (File f = kf - File(1); f <= kf + File(1); ++f)
252   {
253       b = ourPawns & file_bb(f);
254       rkUs = b ? relative_rank(Us, backmost_sq(Us, b)) : RANK_1;
255       safety -= ShelterWeakness[rkUs];
256
257       b  = theirPawns & file_bb(f);
258       rkThem = b ? relative_rank(Us, frontmost_sq(Them, b)) : RANK_1;
259       safety -= StormDanger[rkUs == RANK_1 ? 0 : rkThem == rkUs + 1 ? 2 : 1][rkThem];
260   }
261
262   return safety;
263 }
264
265
266 /// Entry::update_safety() calculates and caches a bonus for king safety.
267 /// It is called only when king square changes, which is about 20% of total
268 /// king_safety() calls.
269
270 template<Color Us>
271 Score Entry::update_safety(const Position& pos, Square ksq) {
272
273   kingSquares[Us] = ksq;
274   castlingFlags[Us] = pos.can_castle(Us);
275   minKPdistance[Us] = 0;
276
277   Bitboard pawns = pos.pieces(Us, PAWN);
278   if (pawns)
279       while (!(DistanceRingsBB[ksq][minKPdistance[Us]++] & pawns)) {}
280
281   if (relative_rank(Us, ksq) > RANK_4)
282       return kingSafety[Us] = make_score(0, -16 * minKPdistance[Us]);
283
284   Value bonus = shelter_storm<Us>(pos, ksq);
285
286   // If we can castle use the bonus after the castling if it is bigger
287   if (pos.can_castle(make_castling_flag(Us, KING_SIDE)))
288       bonus = std::max(bonus, shelter_storm<Us>(pos, relative_square(Us, SQ_G1)));
289
290   if (pos.can_castle(make_castling_flag(Us, QUEEN_SIDE)))
291       bonus = std::max(bonus, shelter_storm<Us>(pos, relative_square(Us, SQ_C1)));
292
293   return kingSafety[Us] = make_score(bonus, -16 * minKPdistance[Us]);
294 }
295
296 // Explicit template instantiation
297 template Score Entry::update_safety<WHITE>(const Position& pos, Square ksq);
298 template Score Entry::update_safety<BLACK>(const Position& pos, Square ksq);
299
300 } // namespace Pawns