510ee167801bac972aca4b6133929c1903ae3c7f
[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) 2015-2017 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[] = { S(27, 30), S(13, 18) };
36
37   // Backward pawn penalty by opposed flag
38   const Score Backward[] = { S(40, 26), 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   // Lever bonus by rank
47   const Score Lever[RANK_NB] = {
48     S( 0,  0), S( 0,  0), S(0, 0), S(0, 0),
49     S(17, 16), S(33, 32), S(0, 0), S(0, 0)
50   };
51
52   // Weakness of our pawn shelter in front of the king by [distance from edge][rank].
53   // RANK_1 = 0 is used for files where we have no pawns or our pawn is behind our king.
54   const Value ShelterWeakness[][RANK_NB] = {
55     { V(100), V(20), V(10), V(46), V(82), V( 86), V( 98) },
56     { V(116), V( 4), V(28), V(87), V(94), V(108), V(104) },
57     { V(109), V( 1), V(59), V(87), V(62), V( 91), V(116) },
58     { V( 75), V(12), V(43), V(59), V(90), V( 84), V(112) }
59   };
60
61   // Danger of enemy pawns moving toward our king by [type][distance from edge][rank].
62   // For the unopposed and unblocked cases, RANK_1 = 0 is used when opponent has no pawn
63   // on the given file, or their pawn is behind our king.
64   const Value StormDanger[][4][RANK_NB] = {
65     { { V( 0),  V(-290), V(-274), V(57), V(41) },  //BlockedByKing
66       { V( 0),  V(  60), V( 144), V(39), V(13) },
67       { V( 0),  V(  65), V( 141), V(41), V(34) },
68       { V( 0),  V(  53), V( 127), V(56), V(14) } },
69     { { V( 4),  V(  73), V( 132), V(46), V(31) },  //Unopposed
70       { V( 1),  V(  64), V( 143), V(26), V(13) },
71       { V( 1),  V(  47), V( 110), V(44), V(24) },
72       { V( 0),  V(  72), V( 127), V(50), V(31) } },
73     { { V( 0),  V(   0), V(  79), V(23), V( 1) },  //BlockedByPawn
74       { V( 0),  V(   0), V( 148), V(27), V( 2) },
75       { V( 0),  V(   0), V( 161), V(16), V( 1) },
76       { V( 0),  V(   0), V( 171), V(22), V(15) } },
77     { { V(22),  V(  45), V( 104), V(62), V( 6) },  //Unblocked
78       { V(31),  V(  30), V(  99), V(39), V(19) },
79       { V(23),  V(  29), V(  96), V(41), V(15) },
80       { V(21),  V(  23), V( 116), V(41), V(15) } }
81   };
82
83   // Max bonus for king safety. Corresponds to start position with all the pawns
84   // in front of the king and no enemy pawn on the horizon.
85   const Value MaxSafetyBonus = V(258);
86
87   #undef S
88   #undef V
89
90   template<Color Us>
91   Score evaluate(const Position& pos, Pawns::Entry* e) {
92
93     const Color  Them  = (Us == WHITE ? BLACK      : WHITE);
94     const Square Up    = (Us == WHITE ? NORTH      : SOUTH);
95     const Square Right = (Us == WHITE ? NORTH_EAST : SOUTH_WEST);
96     const Square Left  = (Us == WHITE ? NORTH_WEST : SOUTH_EAST);
97
98     Bitboard b, neighbours, stoppers, doubled, supported, phalanx;
99     Bitboard lever, leverPush;
100     Square s;
101     bool opposed, backward;
102     Score score = SCORE_ZERO;
103     const Square* pl = pos.squares<PAWN>(Us);
104
105     Bitboard ourPawns   = pos.pieces(  Us, PAWN);
106     Bitboard theirPawns = pos.pieces(Them, PAWN);
107
108     e->passedPawns[Us]   = e->pawnAttacksSpan[Us] = 0;
109     e->semiopenFiles[Us] = 0xFF;
110     e->kingSquares[Us]   = SQ_NONE;
111     e->pawnAttacks[Us]   = shift<Right>(ourPawns) | shift<Left>(ourPawns);
112     e->pawnsOnSquares[Us][BLACK] = popcount(ourPawns & DarkSquares);
113     e->pawnsOnSquares[Us][WHITE] = pos.count<PAWN>(Us) - e->pawnsOnSquares[Us][BLACK];
114
115     // Loop through all pawns of the current color and score each pawn
116     while ((s = *pl++) != SQ_NONE)
117     {
118         assert(pos.piece_on(s) == make_piece(Us, PAWN));
119
120         File f = file_of(s);
121
122         e->semiopenFiles[Us]   &= ~(1 << f);
123         e->pawnAttacksSpan[Us] |= pawn_attack_span(Us, s);
124
125         // Flag the pawn
126         opposed    = theirPawns & forward_file_bb(Us, s);
127         stoppers   = theirPawns & passed_pawn_mask(Us, s);
128         lever      = theirPawns & PawnAttacks[Us][s];
129         leverPush  = theirPawns & PawnAttacks[Us][s + Up];
130         doubled    = ourPawns   & (s - Up);
131         neighbours = ourPawns   & adjacent_files_bb(f);
132         phalanx    = neighbours & rank_bb(s);
133         supported  = neighbours & rank_bb(s - Up);
134
135         // A pawn is backward when it is behind all pawns of the same color on the
136         // adjacent files and cannot be safely advanced.
137         if (!neighbours || lever || relative_rank(Us, s) >= RANK_5)
138             backward = false;
139         else
140         {
141             // Find the backmost rank with neighbours or stoppers
142             b = rank_bb(backmost_sq(Us, neighbours | stoppers));
143
144             // The pawn is backward when it cannot safely progress to that rank:
145             // either there is a stopper in the way on this rank, or there is a
146             // stopper on adjacent file which controls the way to that rank.
147             backward = (b | shift<Up>(b & adjacent_files_bb(f))) & stoppers;
148
149             assert(!(backward && (forward_ranks_bb(Them, s + Up) & neighbours)));
150         }
151
152         // Passed pawns will be properly scored in evaluation because we need
153         // full attack info to evaluate them. Include also not passed pawns
154         // which could become passed after one or two pawn pushes when are
155         // not attacked more times than defended.
156         if (   !(stoppers ^ lever ^ leverPush)
157             && !(ourPawns & forward_file_bb(Us, s))
158             && popcount(supported) >= popcount(lever)
159             && popcount(phalanx)   >= popcount(leverPush))
160             e->passedPawns[Us] |= s;
161
162         else if (   stoppers == SquareBB[s + Up]
163                  && relative_rank(Us, s) >= RANK_5)
164         {
165             b = shift<Up>(supported) & ~theirPawns;
166             while (b)
167                 if (!more_than_one(theirPawns & PawnAttacks[Us][pop_lsb(&b)]))
168                     e->passedPawns[Us] |= s;
169         }
170
171         // Score this pawn
172         if (supported | phalanx)
173             score += Connected[opposed][!!phalanx][popcount(supported)][relative_rank(Us, s)];
174
175         else if (!neighbours)
176             score -= Isolated[opposed];
177
178         else if (backward)
179             score -= Backward[opposed];
180
181         if (doubled && !supported)
182             score -= Doubled;
183
184         if (lever)
185             score += Lever[relative_rank(Us, s)];
186     }
187
188     return score;
189   }
190
191 } // namespace
192
193 namespace Pawns {
194
195 /// Pawns::init() initializes some tables needed by evaluation. Instead of using
196 /// hard-coded tables, when makes sense, we prefer to calculate them with a formula
197 /// to reduce independent parameters and to allow easier tuning and better insight.
198
199 void init() {
200
201   static const int Seed[RANK_NB] = { 0, 8, 19, 13, 71, 94, 169, 324 };
202
203   for (int opposed = 0; opposed <= 1; ++opposed)
204       for (int phalanx = 0; phalanx <= 1; ++phalanx)
205           for (int support = 0; support <= 2; ++support)
206               for (Rank r = RANK_2; r < RANK_8; ++r)
207   {
208       int v = 17 * support;
209       v += (Seed[r] + (phalanx ? (Seed[r + 1] - Seed[r]) / 2 : 0)) >> opposed;
210
211       Connected[opposed][phalanx][support][r] = make_score(v, v * (r - 2) / 4);
212   }
213 }
214
215
216 /// Pawns::probe() looks up the current position's pawns configuration in
217 /// the pawns hash table. It returns a pointer to the Entry if the position
218 /// is found. Otherwise a new Entry is computed and stored there, so we don't
219 /// have to recompute all when the same pawns configuration occurs again.
220
221 Entry* probe(const Position& pos) {
222
223   Key key = pos.pawn_key();
224   Entry* e = pos.this_thread()->pawnsTable[key];
225
226   if (e->key == key)
227       return e;
228
229   e->key = key;
230   e->score = evaluate<WHITE>(pos, e) - evaluate<BLACK>(pos, e);
231   e->asymmetry = popcount(e->semiopenFiles[WHITE] ^ e->semiopenFiles[BLACK]);
232   e->openFiles = popcount(e->semiopenFiles[WHITE] & e->semiopenFiles[BLACK]);
233   return e;
234 }
235
236
237 /// Entry::shelter_storm() calculates shelter and storm penalties for the file
238 /// the king is on, as well as the two closest files.
239
240 template<Color Us>
241 Value Entry::shelter_storm(const Position& pos, Square ksq) {
242
243   const Color Them = (Us == WHITE ? BLACK : WHITE);
244
245   enum { BlockedByKing, Unopposed, BlockedByPawn, Unblocked };
246
247   Bitboard b = pos.pieces(PAWN) & (forward_ranks_bb(Us, ksq) | rank_bb(ksq));
248   Bitboard ourPawns = b & pos.pieces(Us);
249   Bitboard theirPawns = b & pos.pieces(Them);
250   Value safety = MaxSafetyBonus;
251   File center = std::max(FILE_B, std::min(FILE_G, file_of(ksq)));
252
253   for (File f = center - File(1); f <= center + File(1); ++f)
254   {
255       b = ourPawns & file_bb(f);
256       Rank rkUs = b ? relative_rank(Us, backmost_sq(Us, b)) : RANK_1;
257
258       b = theirPawns & file_bb(f);
259       Rank rkThem = b ? relative_rank(Us, frontmost_sq(Them, b)) : RANK_1;
260
261       int d = std::min(f, FILE_H - f);
262       safety -=  ShelterWeakness[d][rkUs]
263                + StormDanger
264                  [f == file_of(ksq) && rkThem == relative_rank(Us, ksq) + 1 ? BlockedByKing  :
265                   rkUs   == RANK_1                                          ? Unopposed :
266                   rkThem == rkUs + 1                                        ? BlockedByPawn  : Unblocked]
267                  [d][rkThem];
268   }
269
270   return safety;
271 }
272
273
274 /// Entry::do_king_safety() calculates a bonus for king safety. It is called only
275 /// when king square changes, which is about 20% of total king_safety() calls.
276
277 template<Color Us>
278 Score Entry::do_king_safety(const Position& pos, Square ksq) {
279
280   kingSquares[Us] = ksq;
281   castlingRights[Us] = pos.can_castle(Us);
282   int minKingPawnDistance = 0;
283
284   Bitboard pawns = pos.pieces(Us, PAWN);
285   if (pawns)
286       while (!(DistanceRingBB[ksq][minKingPawnDistance++] & pawns)) {}
287
288   Value bonus = shelter_storm<Us>(pos, ksq);
289
290   // If we can castle use the bonus after the castling if it is bigger
291   if (pos.can_castle(MakeCastling<Us, KING_SIDE>::right))
292       bonus = std::max(bonus, shelter_storm<Us>(pos, relative_square(Us, SQ_G1)));
293
294   if (pos.can_castle(MakeCastling<Us, QUEEN_SIDE>::right))
295       bonus = std::max(bonus, shelter_storm<Us>(pos, relative_square(Us, SQ_C1)));
296
297   return make_score(bonus, -16 * minKingPawnDistance);
298 }
299
300 // Explicit template instantiation
301 template Score Entry::do_king_safety<WHITE>(const Position& pos, Square ksq);
302 template Score Entry::do_king_safety<BLACK>(const Position& pos, Square ksq);
303
304 } // namespace Pawns