52f626f16b5c302c071d64d03f418c817230a0e8
[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 "bitcount.h"
26 #include "pawns.h"
27 #include "position.h"
28 #include "thread.h"
29
30 namespace {
31
32   #define V Value
33   #define S(mg, eg) make_score(mg, eg)
34
35   // Isolated pawn penalty by opposed flag and file
36   const Score Isolated[2][FILE_NB] = {
37     { S(37, 45), S(54, 52), S(60, 52), S(60, 52),
38       S(60, 52), S(60, 52), S(54, 52), S(37, 45) },
39     { S(25, 30), S(36, 35), S(40, 35), S(40, 35),
40       S(40, 35), S(40, 35), S(36, 35), S(25, 30) } };
41
42   // Backward pawn penalty by opposed flag
43   const Score Backward[2] = { S(67, 42), S(49, 24) };
44   
45   // Unsupported pawn penalty for pawns which are neither isolated or backward,
46   // by number of pawns it supports [less than 2 / exactly 2].
47   const Score Unsupported[2] = { S(20, 10), S(25, 15) };
48
49   // Connected pawn bonus by opposed, phalanx, twice supported and rank
50   Score Connected[2][2][2][RANK_NB];
51   
52   // Doubled pawn penalty by file
53   const Score Doubled[FILE_NB] = {
54     S(13, 43), S(20, 48), S(23, 48), S(23, 48),
55     S(23, 48), S(23, 48), S(20, 48), S(13, 43) };
56
57   // Lever bonus by rank
58   const Score Lever[RANK_NB] = {
59     S( 0,  0), S( 0,  0), S(0, 0), S(0, 0),
60     S(20, 20), S(40, 40), S(0, 0), S(0, 0) };
61
62   // Center bind bonus, when two pawns controls the same central square
63   const Score CenterBind = S(16, 0);
64
65   // Weakness of our pawn shelter in front of the king by [distance from edge][rank]
66   const Value ShelterWeakness[][RANK_NB] = {
67     { V( 97), V(21), V(26), V(51), V(87), V( 89), V( 99) },
68     { V(120), V( 0), V(28), V(76), V(88), V(103), V(104) },
69     { V(101), V( 7), V(54), V(78), V(77), V( 92), V(101) },
70     { V( 80), V(11), V(44), V(68), V(87), V( 90), V(119) } };
71
72   // Danger of enemy pawns moving toward our king by [type][distance from edge][rank]
73   const Value StormDanger[][4][RANK_NB] = {
74     { { V( 0),  V(  67), V( 134), V(38), V(32) },
75       { V( 0),  V(  57), V( 139), V(37), V(22) },
76       { V( 0),  V(  43), V( 115), V(43), V(27) },
77       { V( 0),  V(  68), V( 124), V(57), V(32) } },
78     { { V(20),  V(  43), V( 100), V(56), V(20) },
79       { V(23),  V(  20), V(  98), V(40), V(15) },
80       { V(23),  V(  39), V( 103), V(36), V(18) },
81       { V(28),  V(  19), V( 108), V(42), V(26) } },
82     { { V( 0),  V(   0), V(  75), V(14), V( 2) },
83       { V( 0),  V(   0), V( 150), V(30), V( 4) },
84       { V( 0),  V(   0), V( 160), V(22), V( 5) },
85       { V( 0),  V(   0), V( 166), V(24), V(13) } },
86     { { V( 0),  V(-283), V(-281), V(57), V(31) },
87       { V( 0),  V(  58), V( 141), V(39), V(18) },
88       { V( 0),  V(  65), V( 142), V(48), V(32) },
89       { V( 0),  V(  60), V( 126), V(51), V(19) } } };
90
91   // Max bonus for king safety. Corresponds to start position with all the pawns
92   // in front of the king and no enemy pawn on the horizon.
93   const Value MaxSafetyBonus = V(258);
94
95   #undef S
96   #undef V
97
98   template<Color Us>
99   Score evaluate(const Position& pos, Pawns::Entry* e) {
100
101     const Color  Them  = (Us == WHITE ? BLACK    : WHITE);
102     const Square Up    = (Us == WHITE ? DELTA_N  : DELTA_S);
103     const Square Right = (Us == WHITE ? DELTA_NE : DELTA_SW);
104     const Square Left  = (Us == WHITE ? DELTA_NW : DELTA_SE);
105
106     const Bitboard CenterBindMask =
107       Us == WHITE ? (FileDBB | FileEBB) & (Rank5BB | Rank6BB | Rank7BB)
108                   : (FileDBB | FileEBB) & (Rank4BB | Rank3BB | Rank2BB);
109
110     Bitboard b, neighbours, doubled, supported, phalanx;
111     Square s;
112     bool passed, isolated, opposed, backward, lever, connected;
113     Score score = SCORE_ZERO;
114     const Square* pl = pos.squares<PAWN>(Us);
115     const Bitboard* pawnAttacksBB = StepAttacksBB[make_piece(Us, PAWN)];
116
117     Bitboard ourPawns   = pos.pieces(Us  , PAWN);
118     Bitboard theirPawns = pos.pieces(Them, PAWN);
119
120     e->passedPawns[Us] = e->pawnAttacksSpan[Us] = 0;
121     e->kingSquares[Us] = SQ_NONE;
122     e->semiopenFiles[Us] = 0xFF;
123     e->pawnAttacks[Us] = shift_bb<Right>(ourPawns) | shift_bb<Left>(ourPawns);
124     e->pawnsOnSquares[Us][BLACK] = popcount<Max15>(ourPawns & DarkSquares);
125     e->pawnsOnSquares[Us][WHITE] = pos.count<PAWN>(Us) - e->pawnsOnSquares[Us][BLACK];
126
127     // Loop through all pawns of the current color and score each pawn
128     while ((s = *pl++) != SQ_NONE)
129     {
130         assert(pos.piece_on(s) == make_piece(Us, PAWN));
131
132         File f = file_of(s);
133
134         e->semiopenFiles[Us] &= ~(1 << f);
135         e->pawnAttacksSpan[Us] |= pawn_attack_span(Us, s);
136
137         // Flag the pawn
138         neighbours  =   ourPawns   & adjacent_files_bb(f);
139         doubled     =   ourPawns   & forward_bb(Us, s);
140         opposed     =   theirPawns & forward_bb(Us, s);
141         passed      = !(theirPawns & passed_pawn_mask(Us, s));
142         lever       =   theirPawns & pawnAttacksBB[s];
143         phalanx     =   neighbours & rank_bb(s);
144         supported   =   neighbours & rank_bb(s - Up);
145         connected   =   supported | phalanx;
146         isolated    =  !neighbours;
147
148         // Test for backward pawn.
149         // If the pawn is passed, isolated, lever or connected it cannot be
150         // backward. If there are friendly pawns behind on adjacent files
151         // or if it is sufficiently advanced, it cannot be backward either.
152         if (   (passed | isolated | lever | connected)
153             || (ourPawns & pawn_attack_span(Them, s))
154             || (relative_rank(Us, s) >= RANK_5))
155             backward = false;
156         else
157         {
158             // We now know there are no friendly pawns beside or behind this
159             // pawn on adjacent files. We now check whether the pawn is
160             // backward by looking in the forward direction on the adjacent
161             // files, and picking the closest pawn there.
162             b = pawn_attack_span(Us, s) & (ourPawns | theirPawns);
163             b = pawn_attack_span(Us, s) & rank_bb(backmost_sq(Us, b));
164
165             // If we have an enemy pawn in the same or next rank, the pawn is
166             // backward because it cannot advance without being captured.
167             backward = (b | shift_bb<Up>(b)) & theirPawns;
168         }
169
170         assert(opposed | passed | (pawn_attack_span(Us, s) & theirPawns));
171
172         // Passed pawns will be properly scored in evaluation because we need
173         // full attack info to evaluate them. Only the frontmost passed
174         // pawn on each file is considered a true passed pawn.
175         if (passed && !doubled)
176             e->passedPawns[Us] |= s;
177
178         // Score this pawn
179         if (isolated)
180             score -= Isolated[opposed][f];
181
182         else if (backward)
183             score -= Backward[opposed];
184
185         else if (!supported)
186             score -= Unsupported[more_than_one(neighbours & rank_bb(s + Up))];
187
188         if (connected)
189             score += Connected[opposed][!!phalanx][more_than_one(supported)][relative_rank(Us, s)];
190
191         if (doubled)
192             score -= Doubled[f] / distance<Rank>(s, frontmost_sq(Us, doubled));
193
194         if (lever)
195             score += Lever[relative_rank(Us, s)];
196     }
197
198     b = e->semiopenFiles[Us] ^ 0xFF;
199     e->pawnSpan[Us] = b ? int(msb(b) - lsb(b)) : 0;
200
201     b = shift_bb<Right>(ourPawns) & shift_bb<Left>(ourPawns) & CenterBindMask;
202     score += CenterBind * popcount<Max15>(b);
203
204     return score;
205   }
206
207 } // namespace
208
209 namespace Pawns {
210
211 /// Pawns::init() initializes some tables needed by evaluation. Instead of using
212 /// hard-coded tables, when makes sense, we prefer to calculate them with a formula
213 /// to reduce independent parameters and to allow easier tuning and better insight.
214
215 void init()
216 {
217   static const int Seed[RANK_NB] = { 0, 6, 15, 10, 57, 75, 135, 258 };
218
219   for (int opposed = 0; opposed <= 1; ++opposed)
220       for (int phalanx = 0; phalanx <= 1; ++phalanx)
221           for (int apex = 0; apex <= 1; ++apex)
222               for (Rank r = RANK_2; r < RANK_8; ++r)
223   {
224       int v = (Seed[r] + (phalanx ? (Seed[r + 1] - Seed[r]) / 2 : 0)) >> opposed;
225       v += (apex ? v / 2 : 0);
226       Connected[opposed][phalanx][apex][r] = make_score(3 * v / 2, v);
227   }
228 }
229
230
231 /// Pawns::probe() looks up the current position's pawns configuration in
232 /// the pawns hash table. It returns a pointer to the Entry if the position
233 /// is found. Otherwise a new Entry is computed and stored there, so we don't
234 /// have to recompute all when the same pawns configuration occurs again.
235
236 Entry* probe(const Position& pos) {
237
238   Key key = pos.pawn_key();
239   Entry* e = pos.this_thread()->pawnsTable[key];
240
241   if (e->key == key)
242       return e;
243
244   e->key = key;
245   e->score = evaluate<WHITE>(pos, e) - evaluate<BLACK>(pos, e);
246   e->asymmetry = popcount<Max15>(e->semiopenFiles[WHITE] ^ e->semiopenFiles[BLACK]);
247   return e;
248 }
249
250
251 /// Entry::shelter_storm() calculates shelter and storm penalties for the file
252 /// the king is on, as well as the two adjacent files.
253
254 template<Color Us>
255 Value Entry::shelter_storm(const Position& pos, Square ksq) {
256
257   const Color Them = (Us == WHITE ? BLACK : WHITE);
258
259   enum { NoFriendlyPawn, Unblocked, BlockedByPawn, BlockedByKing };
260
261   Bitboard b = pos.pieces(PAWN) & (in_front_bb(Us, rank_of(ksq)) | rank_bb(ksq));
262   Bitboard ourPawns = b & pos.pieces(Us);
263   Bitboard theirPawns = b & pos.pieces(Them);
264   Value safety = MaxSafetyBonus;
265   File center = std::max(FILE_B, std::min(FILE_G, file_of(ksq)));
266
267   for (File f = center - File(1); f <= center + File(1); ++f)
268   {
269       b = ourPawns & file_bb(f);
270       Rank rkUs = b ? relative_rank(Us, backmost_sq(Us, b)) : RANK_1;
271
272       b  = theirPawns & file_bb(f);
273       Rank rkThem = b ? relative_rank(Us, frontmost_sq(Them, b)) : RANK_1;
274
275       safety -=  ShelterWeakness[std::min(f, FILE_H - f)][rkUs]
276                + StormDanger
277                  [f == file_of(ksq) && rkThem == relative_rank(Us, ksq) + 1 ? BlockedByKing  :
278                   rkUs   == RANK_1                                          ? NoFriendlyPawn :
279                   rkThem == rkUs + 1                                        ? BlockedByPawn  : Unblocked]
280                  [std::min(f, FILE_H - f)][rkThem];
281   }
282
283   return safety;
284 }
285
286
287 /// Entry::do_king_safety() calculates a bonus for king safety. It is called only
288 /// when king square changes, which is about 20% of total king_safety() calls.
289
290 template<Color Us>
291 Score Entry::do_king_safety(const Position& pos, Square ksq) {
292
293   kingSquares[Us] = ksq;
294   castlingRights[Us] = pos.can_castle(Us);
295   int minKingPawnDistance = 0;
296
297   Bitboard pawns = pos.pieces(Us, PAWN);
298   if (pawns)
299       while (!(DistanceRingBB[ksq][minKingPawnDistance++] & pawns)) {}
300
301   if (relative_rank(Us, ksq) > RANK_4)
302       return make_score(0, -16 * minKingPawnDistance);
303
304   Value bonus = shelter_storm<Us>(pos, ksq);
305
306   // If we can castle use the bonus after the castling if it is bigger
307   if (pos.can_castle(MakeCastling<Us, KING_SIDE>::right))
308       bonus = std::max(bonus, shelter_storm<Us>(pos, relative_square(Us, SQ_G1)));
309
310   if (pos.can_castle(MakeCastling<Us, QUEEN_SIDE>::right))
311       bonus = std::max(bonus, shelter_storm<Us>(pos, relative_square(Us, SQ_C1)));
312
313   return make_score(bonus, -16 * minKingPawnDistance);
314 }
315
316 // Explicit template instantiation
317 template Score Entry::do_king_safety<WHITE>(const Position& pos, Square ksq);
318 template Score Entry::do_king_safety<BLACK>(const Position& pos, Square ksq);
319
320 } // namespace Pawns