41127d1f4a57e64192869876f9cc55edc8dce5c6
[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   Copyright (C) 2015-2016 Marco Costalba, Joona Kiiski, Gary Linscott, Tord Romstad
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
9   the Free Software Foundation, either version 3 of the License, or
10   (at your option) any later version.
11
12   Stockfish is distributed in the hope that it will be useful,
13   but WITHOUT ANY WARRANTY; without even the implied warranty of
14   MERCHANTABILITY or FITNESS FOR A PARTICULAR PURPOSE.  See the
15   GNU General Public License for more details.
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 by opposed flag
35   const Score Isolated[2] = { S(45, 40), S(30, 27) };
36
37   // Backward pawn penalty by opposed flag
38   const Score Backward[2] = { S(56, 33), S(41, 19) };
39
40   // Unsupported pawn penalty for pawns which are neither isolated or backward,
41   // by number of pawns it supports [less than 2 / exactly 2].
42   const Score Unsupported[2] = { S(17, 8), S(21, 12) };
43
44   // Connected pawn bonus by opposed, phalanx, twice supported and rank
45   Score Connected[2][2][2][RANK_NB];
46
47   // Doubled pawn penalty
48   const Score Doubled = S(18,38);
49
50   // Lever bonus by rank
51   const Score Lever[RANK_NB] = {
52     S( 0,  0), S( 0,  0), S(0, 0), S(0, 0),
53     S(17, 16), S(33, 32), S(0, 0), S(0, 0) };
54
55   // Weakness of our pawn shelter in front of the king by [distance from edge][rank]
56   const Value ShelterWeakness[][RANK_NB] = {
57     { V( 97), V(21), V(26), V(51), V(87), V( 89), V( 99) },
58     { V(120), V( 0), V(28), V(76), V(88), V(103), V(104) },
59     { V(101), V( 7), V(54), V(78), V(77), V( 92), V(101) },
60     { V( 80), V(11), V(44), V(68), V(87), V( 90), V(119) } };
61
62   // Danger of enemy pawns moving toward our king by [type][distance from edge][rank]
63   const Value StormDanger[][4][RANK_NB] = {
64     { { V( 0),  V(  67), V( 134), V(38), V(32) },
65       { V( 0),  V(  57), V( 139), V(37), V(22) },
66       { V( 0),  V(  43), V( 115), V(43), V(27) },
67       { V( 0),  V(  68), V( 124), V(57), V(32) } },
68     { { V(20),  V(  43), V( 100), V(56), V(20) },
69       { V(23),  V(  20), V(  98), V(40), V(15) },
70       { V(23),  V(  39), V( 103), V(36), V(18) },
71       { V(28),  V(  19), V( 108), V(42), V(26) } },
72     { { V( 0),  V(   0), V(  75), V(14), V( 2) },
73       { V( 0),  V(   0), V( 150), V(30), V( 4) },
74       { V( 0),  V(   0), V( 160), V(22), V( 5) },
75       { V( 0),  V(   0), V( 166), V(24), V(13) } },
76     { { V( 0),  V(-283), V(-281), V(57), V(31) },
77       { V( 0),  V(  58), V( 141), V(39), V(18) },
78       { V( 0),  V(  65), V( 142), V(48), V(32) },
79       { V( 0),  V(  60), V( 126), V(51), V(19) } } };
80
81   // Max bonus for king safety. Corresponds to start position with all the pawns
82   // in front of the king and no enemy pawn on the horizon.
83   const Value MaxSafetyBonus = V(258);
84
85   #undef S
86   #undef V
87
88   template<Color Us>
89   Score evaluate(const Position& pos, Pawns::Entry* e) {
90
91     const Color  Them  = (Us == WHITE ? BLACK    : WHITE);
92     const Square Up    = (Us == WHITE ? DELTA_N  : DELTA_S);
93     const Square Right = (Us == WHITE ? DELTA_NE : DELTA_SW);
94     const Square Left  = (Us == WHITE ? DELTA_NW : DELTA_SE);
95
96     Bitboard b, neighbours, stoppers, doubled, supported, phalanx;
97     Square s;
98     bool opposed, lever, connected, backward;
99     Score score = SCORE_ZERO;
100     const Square* pl = pos.squares<PAWN>(Us);
101     const Bitboard* pawnAttacksBB = StepAttacksBB[make_piece(Us, PAWN)];
102
103     Bitboard ourPawns   = pos.pieces(Us  , PAWN);
104     Bitboard theirPawns = pos.pieces(Them, PAWN);
105
106     e->passedPawns[Us] = e->pawnAttacksSpan[Us] = 0;
107     e->kingSquares[Us] = SQ_NONE;
108     e->semiopenFiles[Us] = 0xFF;
109     e->pawnAttacks[Us] = shift_bb<Right>(ourPawns) | shift_bb<Left>(ourPawns);
110     e->pawnsOnSquares[Us][BLACK] = popcount(ourPawns & DarkSquares);
111     e->pawnsOnSquares[Us][WHITE] = pos.count<PAWN>(Us) - e->pawnsOnSquares[Us][BLACK];
112
113     // Loop through all pawns of the current color and score each pawn
114     while ((s = *pl++) != SQ_NONE)
115     {
116         assert(pos.piece_on(s) == make_piece(Us, PAWN));
117
118         File f = file_of(s);
119
120         e->semiopenFiles[Us] &= ~(1 << f);
121         e->pawnAttacksSpan[Us] |= pawn_attack_span(Us, s);
122
123         // Flag the pawn
124         opposed    = theirPawns & forward_bb(Us, s);
125         stoppers   = theirPawns & passed_pawn_mask(Us, s);
126         lever      = theirPawns & pawnAttacksBB[s];
127         doubled    = ourPawns   & (s + Up);
128         neighbours = ourPawns   & adjacent_files_bb(f);
129         phalanx    = neighbours & rank_bb(s);
130         supported  = neighbours & rank_bb(s - Up);
131         connected  = supported | phalanx;
132
133         // A pawn is backward when it is behind all pawns of the same color on the
134         // adjacent files and cannot be safely advanced.
135         if (!neighbours || lever || relative_rank(Us, s) >= RANK_5)
136             backward = false;
137         else
138         {
139             // Find the backmost rank with neighbours or stoppers
140             b = rank_bb(backmost_sq(Us, neighbours | stoppers));
141
142             // The pawn is backward when it cannot safely progress to that rank:
143             // either there is a stopper in the way on this rank, or there is a
144             // stopper on adjacent file which controls the way to that rank.
145             backward = (b | shift_bb<Up>(b & adjacent_files_bb(f))) & stoppers;
146
147             assert(!backward || !(pawn_attack_span(Them, s + Up) & neighbours));
148         }
149
150         // Passed pawns will be properly scored in evaluation because we need
151         // full attack info to evaluate them.
152         if (!stoppers && !(ourPawns & forward_bb(Us, s)))
153             e->passedPawns[Us] |= s;
154
155         // Score this pawn
156         if (!neighbours)
157             score -= Isolated[opposed];
158
159         else if (backward)
160             score -= Backward[opposed];
161
162         else if (!supported)
163             score -= Unsupported[more_than_one(neighbours & pawnAttacksBB[s])];
164
165         if (connected)
166             score += Connected[opposed][!!phalanx][more_than_one(supported)][relative_rank(Us, s)];
167
168         if (doubled)
169             score -= Doubled;
170
171         if (lever)
172             score += Lever[relative_rank(Us, s)];
173     }
174
175     b = e->semiopenFiles[Us] ^ 0xFF;
176     return score;
177   }
178
179 } // namespace
180
181 namespace Pawns {
182
183 /// Pawns::init() initializes some tables needed by evaluation. Instead of using
184 /// hard-coded tables, when makes sense, we prefer to calculate them with a formula
185 /// to reduce independent parameters and to allow easier tuning and better insight.
186
187 void init()
188 {
189   static const int Seed[RANK_NB] = { 0, 8, 19, 13, 71, 94, 169, 324 };
190
191   for (int opposed = 0; opposed <= 1; ++opposed)
192       for (int phalanx = 0; phalanx <= 1; ++phalanx)
193           for (int apex = 0; apex <= 1; ++apex)
194               for (Rank r = RANK_2; r < RANK_8; ++r)
195   {
196       int v = (Seed[r] + (phalanx ? (Seed[r + 1] - Seed[r]) / 2 : 0)) >> opposed;
197       v += (apex ? v / 2 : 0);
198       Connected[opposed][phalanx][apex][r] = make_score(v, v * 5 / 8);
199   }
200 }
201
202
203 /// Pawns::probe() looks up the current position's pawns configuration in
204 /// the pawns hash table. It returns a pointer to the Entry if the position
205 /// is found. Otherwise a new Entry is computed and stored there, so we don't
206 /// have to recompute all when the same pawns configuration occurs again.
207
208 Entry* probe(const Position& pos) {
209
210   Key key = pos.pawn_key();
211   Entry* e = pos.this_thread()->pawnsTable[key];
212
213   if (e->key == key)
214       return e;
215
216   e->key = key;
217   e->score = evaluate<WHITE>(pos, e) - evaluate<BLACK>(pos, e);
218   e->asymmetry = popcount(e->semiopenFiles[WHITE] ^ e->semiopenFiles[BLACK]);
219   return e;
220 }
221
222
223 /// Entry::shelter_storm() calculates shelter and storm penalties for the file
224 /// the king is on, as well as the two adjacent files.
225
226 template<Color Us>
227 Value Entry::shelter_storm(const Position& pos, Square ksq) {
228
229   const Color Them = (Us == WHITE ? BLACK : WHITE);
230
231   enum { NoFriendlyPawn, Unblocked, BlockedByPawn, BlockedByKing };
232
233   Bitboard b = pos.pieces(PAWN) & (in_front_bb(Us, rank_of(ksq)) | rank_bb(ksq));
234   Bitboard ourPawns = b & pos.pieces(Us);
235   Bitboard theirPawns = b & pos.pieces(Them);
236   Value safety = MaxSafetyBonus;
237   File center = std::max(FILE_B, std::min(FILE_G, file_of(ksq)));
238
239   for (File f = center - File(1); f <= center + File(1); ++f)
240   {
241       b = ourPawns & file_bb(f);
242       Rank rkUs = b ? relative_rank(Us, backmost_sq(Us, b)) : RANK_1;
243
244       b  = theirPawns & file_bb(f);
245       Rank rkThem = b ? relative_rank(Us, frontmost_sq(Them, b)) : RANK_1;
246
247       safety -=  ShelterWeakness[std::min(f, FILE_H - f)][rkUs]
248                + StormDanger
249                  [f == file_of(ksq) && rkThem == relative_rank(Us, ksq) + 1 ? BlockedByKing  :
250                   rkUs   == RANK_1                                          ? NoFriendlyPawn :
251                   rkThem == rkUs + 1                                        ? BlockedByPawn  : Unblocked]
252                  [std::min(f, FILE_H - f)][rkThem];
253   }
254
255   return safety;
256 }
257
258
259 /// Entry::do_king_safety() calculates a bonus for king safety. It is called only
260 /// when king square changes, which is about 20% of total king_safety() calls.
261
262 template<Color Us>
263 Score Entry::do_king_safety(const Position& pos, Square ksq) {
264
265   kingSquares[Us] = ksq;
266   castlingRights[Us] = pos.can_castle(Us);
267   int minKingPawnDistance = 0;
268
269   Bitboard pawns = pos.pieces(Us, PAWN);
270   if (pawns)
271       while (!(DistanceRingBB[ksq][minKingPawnDistance++] & pawns)) {}
272
273   Value bonus = shelter_storm<Us>(pos, ksq);
274
275   // If we can castle use the bonus after the castling if it is bigger
276   if (pos.can_castle(MakeCastling<Us, KING_SIDE>::right))
277       bonus = std::max(bonus, shelter_storm<Us>(pos, relative_square(Us, SQ_G1)));
278
279   if (pos.can_castle(MakeCastling<Us, QUEEN_SIDE>::right))
280       bonus = std::max(bonus, shelter_storm<Us>(pos, relative_square(Us, SQ_C1)));
281
282   return make_score(bonus, -16 * minKingPawnDistance);
283 }
284
285 // Explicit template instantiation
286 template Score Entry::do_king_safety<WHITE>(const Position& pos, Square ksq);
287 template Score Entry::do_king_safety<BLACK>(const Position& pos, Square ksq);
288
289 } // namespace Pawns