git.sesse.net Git - stockfish/blob - 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) 2015-2018 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
  35   const Score Isolated = S(13, 18);
  36
  37   // Backward pawn penalty
  38   const Score Backward = S(24, 12);
  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   const Score Doubled = S(18, 38);
  45
  46   // Weakness of our pawn shelter in front of the king by [isKingFile][distance from edge][rank].
  47   // RANK_1 = 0 is used for files where we have no pawns or our pawn is behind our king.
  48   const Value ShelterWeakness[][int(FILE_NB) / 2][RANK_NB] = {
  49     { { V( 98), V(20), V(11), V(42), V( 83), V( 84), V(101) }, // Not On King file
  50       { V(103), V( 8), V(33), V(86), V( 87), V(105), V(113) },
  51       { V(100), V( 2), V(65), V(95), V( 59), V( 89), V(115) },
  52       { V( 72), V( 6), V(52), V(74), V( 83), V( 84), V(112) } },
  53     { { V(105), V(19), V( 3), V(27), V( 85), V( 93), V( 84) }, // On King file
  54       { V(121), V( 7), V(33), V(95), V(112), V( 86), V( 72) },
  55       { V(121), V(26), V(65), V(90), V( 65), V( 76), V(117) },
  56       { V( 79), V( 0), V(45), V(65), V( 94), V( 92), V(105) } }
  57   };
  58
  59   // Danger of enemy pawns moving toward our king by [type][distance from edge][rank].
  60   // For the unopposed and unblocked cases, RANK_1 = 0 is used when opponent has
  61   // no pawn on the given file, or their pawn is behind our king.
  62   const Value StormDanger[][4][RANK_NB] = {
  63     { { V( 0),  V(-290), V(-274), V(57), V(41) },  // BlockedByKing
  64       { V( 0),  V(  60), V( 144), V(39), V(13) },
  65       { V( 0),  V(  65), V( 141), V(41), V(34) },
  66       { V( 0),  V(  53), V( 127), V(56), V(14) } },
  67     { { V( 4),  V(  73), V( 132), V(46), V(31) },  // Unopposed
  68       { V( 1),  V(  64), V( 143), V(26), V(13) },
  69       { V( 1),  V(  47), V( 110), V(44), V(24) },
  70       { V( 0),  V(  72), V( 127), V(50), V(31) } },
  71     { { V( 0),  V(   0), V(  79), V(23), V( 1) },  // BlockedByPawn
  72       { V( 0),  V(   0), V( 148), V(27), V( 2) },
  73       { V( 0),  V(   0), V( 161), V(16), V( 1) },
  74       { V( 0),  V(   0), V( 171), V(22), V(15) } },
  75     { { V(22),  V(  45), V( 104), V(62), V( 6) },  // Unblocked
  76       { V(31),  V(  30), V(  99), V(39), V(19) },
  77       { V(23),  V(  29), V(  96), V(41), V(15) },
  78       { V(21),  V(  23), V( 116), V(41), V(15) } }
  79   };
  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 Direction Up   = (Us == WHITE ? NORTH : SOUTH);
  93
  94     Bitboard b, neighbours, stoppers, doubled, supported, phalanx;
  95     Bitboard lever, leverPush;
  96     Square s;
  97     bool opposed, backward;
  98     Score score = SCORE_ZERO;
  99     const Square* pl = pos.squares<PAWN>(Us);
 100
 101     Bitboard ourPawns   = pos.pieces(  Us, PAWN);
 102     Bitboard theirPawns = pos.pieces(Them, PAWN);
 103
 104     e->passedPawns[Us] = e->pawnAttacksSpan[Us] = e->weakUnopposed[Us] = 0;
 105     e->semiopenFiles[Us] = 0xFF;
 106     e->kingSquares[Us]   = SQ_NONE;
 107     e->pawnAttacks[Us]   = pawn_attacks_bb<Us>(ourPawns);
 108     e->pawnsOnSquares[Us][BLACK] = popcount(ourPawns & DarkSquares);
 109     e->pawnsOnSquares[Us][WHITE] = pos.count<PAWN>(Us) - e->pawnsOnSquares[Us][BLACK];
 110
 111     // Loop through all pawns of the current color and score each pawn
 112     while ((s = *pl++) != SQ_NONE)
 113     {
 114         assert(pos.piece_on(s) == make_piece(Us, PAWN));
 115
 116         File f = file_of(s);
 117
 118         e->semiopenFiles[Us]   &= ~(1 << f);
 119         e->pawnAttacksSpan[Us] |= pawn_attack_span(Us, s);
 120
 121         // Flag the pawn
 122         opposed    = theirPawns & forward_file_bb(Us, s);
 123         stoppers   = theirPawns & passed_pawn_mask(Us, s);
 124         lever      = theirPawns & PawnAttacks[Us][s];
 125         leverPush  = theirPawns & PawnAttacks[Us][s + Up];
 126         doubled    = ourPawns   & (s - Up);
 127         neighbours = ourPawns   & adjacent_files_bb(f);
 128         phalanx    = neighbours & rank_bb(s);
 129         supported  = neighbours & rank_bb(s - Up);
 130
 131         // A pawn is backward when it is behind all pawns of the same color on the
 132         // adjacent files and cannot be safely advanced.
 133         if (!neighbours || lever || relative_rank(Us, s) >= RANK_5)
 134             backward = false;
 135         else
 136         {
 137             // Find the backmost rank with neighbours or stoppers
 138             b = rank_bb(backmost_sq(Us, neighbours | stoppers));
 139
 140             // The pawn is backward when it cannot safely progress to that rank:
 141             // either there is a stopper in the way on this rank, or there is a
 142             // stopper on adjacent file which controls the way to that rank.
 143             backward = (b | shift<Up>(b & adjacent_files_bb(f))) & stoppers;
 144
 145             assert(!(backward && (forward_ranks_bb(Them, s + Up) & neighbours)));
 146         }
 147
 148         // Passed pawns will be properly scored in evaluation because we need
 149         // full attack info to evaluate them. Include also not passed pawns
 150         // which could become passed after one or two pawn pushes when are
 151         // not attacked more times than defended.
 152         if (   !(stoppers ^ lever ^ leverPush)
 153             && !(ourPawns & forward_file_bb(Us, s))
 154             && popcount(supported) >= popcount(lever)
 155             && popcount(phalanx)   >= popcount(leverPush))
 156             e->passedPawns[Us] |= s;
 157
 158         else if (   stoppers == SquareBB[s + Up]
 159                  && relative_rank(Us, s) >= RANK_5)
 160         {
 161             b = shift<Up>(supported) & ~theirPawns;
 162             while (b)
 163                 if (!more_than_one(theirPawns & PawnAttacks[Us][pop_lsb(&b)]))
 164                     e->passedPawns[Us] |= s;
 165         }
 166
 167         // Score this pawn
 168         if (supported | phalanx)
 169             score += Connected[opposed][bool(phalanx)][popcount(supported)][relative_rank(Us, s)];
 170
 171         else if (!neighbours)
 172             score -= Isolated, e->weakUnopposed[Us] += !opposed;
 173
 174         else if (backward)
 175             score -= Backward, e->weakUnopposed[Us] += !opposed;
 176
 177         if (doubled && !supported)
 178             score -= Doubled;
 179     }
 180
 181     return score;
 182   }
 183
 184 } // namespace
 185
 186 namespace Pawns {
 187
 188 /// Pawns::init() initializes some tables needed by evaluation. Instead of using
 189 /// hard-coded tables, when makes sense, we prefer to calculate them with a formula
 190 /// to reduce independent parameters and to allow easier tuning and better insight.
 191
 192 void init() {
 193
 194   static const int Seed[RANK_NB] = { 0, 13, 24, 18, 76, 100, 175, 330 };
 195
 196   for (int opposed = 0; opposed <= 1; ++opposed)
 197       for (int phalanx = 0; phalanx <= 1; ++phalanx)
 198           for (int support = 0; support <= 2; ++support)
 199               for (Rank r = RANK_2; r < RANK_8; ++r)
 200   {
 201       int v = 17 * support;
 202       v += (Seed[r] + (phalanx ? (Seed[r + 1] - Seed[r]) / 2 : 0)) >> opposed;
 203
 204       Connected[opposed][phalanx][support][r] = make_score(v, v * (r - 2) / 4);
 205   }
 206 }
 207
 208
 209 /// Pawns::probe() looks up the current position's pawns configuration in
 210 /// the pawns hash table. It returns a pointer to the Entry if the position
 211 /// is found. Otherwise a new Entry is computed and stored there, so we don't
 212 /// have to recompute all when the same pawns configuration occurs again.
 213
 214 Entry* probe(const Position& pos) {
 215
 216   Key key = pos.pawn_key();
 217   Entry* e = pos.this_thread()->pawnsTable[key];
 218
 219   if (e->key == key)
 220       return e;
 221
 222   e->key = key;
 223   e->scores[WHITE] = evaluate<WHITE>(pos, e);
 224   e->scores[BLACK] = evaluate<BLACK>(pos, e);
 225   e->openFiles = popcount(e->semiopenFiles[WHITE] & e->semiopenFiles[BLACK]);
 226   e->asymmetry = popcount(  (e->passedPawns[WHITE]   | e->passedPawns[BLACK])
 227                           | (e->semiopenFiles[WHITE] ^ e->semiopenFiles[BLACK]));
 228
 229   return e;
 230 }
 231
 232
 233 /// Entry::shelter_storm() calculates shelter and storm penalties for the file
 234 /// the king is on, as well as the two closest files.
 235
 236 template<Color Us>
 237 Value Entry::shelter_storm(const Position& pos, Square ksq) {
 238
 239   const Color Them = (Us == WHITE ? BLACK : WHITE);
 240   const Bitboard ShelterMask = (Us == WHITE ? 1ULL << SQ_A2 | 1ULL << SQ_B3 | 1ULL << SQ_C2 | 1ULL << SQ_F2 | 1ULL << SQ_G3 | 1ULL << SQ_H2
 241                                             : 1ULL << SQ_A7 | 1ULL << SQ_B6 | 1ULL << SQ_C7 | 1ULL << SQ_F7 | 1ULL << SQ_G6 | 1ULL << SQ_H7);
 242   const Bitboard StormMask   = (Us == WHITE ? 1ULL << SQ_A3 | 1ULL << SQ_C3 | 1ULL << SQ_F3 | 1ULL << SQ_H3
 243                                             : 1ULL << SQ_A6 | 1ULL << SQ_C6 | 1ULL << SQ_F6 | 1ULL << SQ_H6);
 244
 245   enum { BlockedByKing, Unopposed, BlockedByPawn, Unblocked };
 246
 247   File center = std::max(FILE_B, std::min(FILE_G, file_of(ksq)));
 248   Bitboard b =   pos.pieces(PAWN)
 249                & (forward_ranks_bb(Us, ksq) | rank_bb(ksq))
 250                & (adjacent_files_bb(center) | file_bb(center));
 251   Bitboard ourPawns = b & pos.pieces(Us);
 252   Bitboard theirPawns = b & pos.pieces(Them);
 253   Value safety = MaxSafetyBonus;
 254
 255   for (File f = File(center - 1); f <= File(center + 1); ++f)
 256   {
 257       b = ourPawns & file_bb(f);
 258       Rank rkUs = b ? relative_rank(Us, backmost_sq(Us, b)) : RANK_1;
 259
 260       b = theirPawns & file_bb(f);
 261       Rank rkThem = b ? relative_rank(Us, frontmost_sq(Them, b)) : RANK_1;
 262
 263       int d = std::min(f, ~f);
 264       safety -=  ShelterWeakness[f == file_of(ksq)][d][rkUs]
 265                + StormDanger
 266                  [f == file_of(ksq) && rkThem == relative_rank(Us, ksq) + 1 ? BlockedByKing  :
 267                   rkUs   == RANK_1                                          ? Unopposed :
 268                   rkThem == rkUs + 1                                        ? BlockedByPawn  : Unblocked]
 269                  [d][rkThem];
 270   }
 271
 272   if (popcount((ourPawns & ShelterMask) | (theirPawns & StormMask)) == 5)
 273       safety += Value(300);
 274
 275   return safety;
 276 }
 277
 278
 279 /// Entry::do_king_safety() calculates a bonus for king safety. It is called only
 280 /// when king square changes, which is about 20% of total king_safety() calls.
 281
 282 template<Color Us>
 283 Score Entry::do_king_safety(const Position& pos, Square ksq) {
 284
 285   kingSquares[Us] = ksq;
 286   castlingRights[Us] = pos.can_castle(Us);
 287   int minKingPawnDistance = 0;
 288
 289   Bitboard pawns = pos.pieces(Us, PAWN);
 290   if (pawns)
 291       while (!(DistanceRingBB[ksq][minKingPawnDistance++] & pawns)) {}
 292
 293   Value bonus = shelter_storm<Us>(pos, ksq);
 294
 295   // If we can castle use the bonus after the castling if it is bigger
 296   if (pos.can_castle(MakeCastling<Us, KING_SIDE>::right))
 297       bonus = std::max(bonus, shelter_storm<Us>(pos, relative_square(Us, SQ_G1)));
 298
 299   if (pos.can_castle(MakeCastling<Us, QUEEN_SIDE>::right))
 300       bonus = std::max(bonus, shelter_storm<Us>(pos, relative_square(Us, SQ_C1)));
 301
 302   return make_score(bonus, -16 * minKingPawnDistance);
 303 }
 304
 305 // Explicit template instantiation
 306 template Score Entry::do_king_safety<WHITE>(const Position& pos, Square ksq);
 307 template Score Entry::do_king_safety<BLACK>(const Position& pos, Square ksq);
 308
 309 } // namespace Pawns