5bf0e82ea98434aee57b171d5604b9ddf3055781
[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 and file
35   const Score Isolated[2][FILE_NB] = {
36     { S(31, 36), S(45, 41), S(50, 41), S(50, 41),
37       S(50, 41), S(50, 41), S(45, 41), S(31, 36) },
38     { S(21, 24), S(30, 28), S(33, 28), S(33, 28),
39       S(33, 28), S(33, 28), S(30, 28), S(21, 24) } };
40
41   // Backward pawn penalty by opposed flag
42   const Score Backward[2] = { S(56, 33), S(41, 19) };
43
44   // Unsupported pawn penalty for pawns which are neither isolated or backward,
45   // by number of pawns it supports [less than 2 / exactly 2].
46   const Score Unsupported[2] = { S(17, 8), S(21, 12) };
47
48   // Connected pawn bonus by opposed, phalanx, twice supported and rank
49   Score Connected[2][2][2][RANK_NB];
50
51   // Doubled pawn penalty by file
52   const Score Doubled[FILE_NB] = {
53     S(11, 34), S(17, 38), S(19, 38), S(19, 38),
54     S(19, 38), S(19, 38), S(17, 38), S(11, 34) };
55
56   // Lever bonus by rank
57   const Score Lever[RANK_NB] = {
58     S( 0,  0), S( 0,  0), S(0, 0), S(0, 0),
59     S(17, 16), S(33, 32), S(0, 0), S(0, 0) };
60
61   // Weakness of our pawn shelter in front of the king by [distance from edge][rank]
62   const Value ShelterWeakness[][RANK_NB] = {
63     { V( 97), V(21), V(26), V(51), V(87), V( 89), V( 99) },
64     { V(120), V( 0), V(28), V(76), V(88), V(103), V(104) },
65     { V(101), V( 7), V(54), V(78), V(77), V( 92), V(101) },
66     { V( 80), V(11), V(44), V(68), V(87), V( 90), V(119) } };
67
68   // Danger of enemy pawns moving toward our king by [type][distance from edge][rank]
69   const Value StormDanger[][4][RANK_NB] = {
70     { { V( 0),  V(  67), V( 134), V(38), V(32) },
71       { V( 0),  V(  57), V( 139), V(37), V(22) },
72       { V( 0),  V(  43), V( 115), V(43), V(27) },
73       { V( 0),  V(  68), V( 124), V(57), V(32) } },
74     { { V(20),  V(  43), V( 100), V(56), V(20) },
75       { V(23),  V(  20), V(  98), V(40), V(15) },
76       { V(23),  V(  39), V( 103), V(36), V(18) },
77       { V(28),  V(  19), V( 108), V(42), V(26) } },
78     { { V( 0),  V(   0), V(  75), V(14), V( 2) },
79       { V( 0),  V(   0), V( 150), V(30), V( 4) },
80       { V( 0),  V(   0), V( 160), V(22), V( 5) },
81       { V( 0),  V(   0), V( 166), V(24), V(13) } },
82     { { V( 0),  V(-283), V(-281), V(57), V(31) },
83       { V( 0),  V(  58), V( 141), V(39), V(18) },
84       { V( 0),  V(  65), V( 142), V(48), V(32) },
85       { V( 0),  V(  60), V( 126), V(51), V(19) } } };
86
87   // Max bonus for king safety. Corresponds to start position with all the pawns
88   // in front of the king and no enemy pawn on the horizon.
89   const Value MaxSafetyBonus = V(258);
90
91   #undef S
92   #undef V
93
94   template<Color Us>
95   Score evaluate(const Position& pos, Pawns::Entry* e) {
96
97     const Color  Them  = (Us == WHITE ? BLACK    : WHITE);
98     const Square Up    = (Us == WHITE ? DELTA_N  : DELTA_S);
99     const Square Right = (Us == WHITE ? DELTA_NE : DELTA_SW);
100     const Square Left  = (Us == WHITE ? DELTA_NW : DELTA_SE);
101
102     Bitboard b, neighbours, doubled, supported, phalanx;
103     Square s;
104     bool passed, isolated, opposed, backward, lever, connected;
105     Score score = SCORE_ZERO;
106     const Square* pl = pos.squares<PAWN>(Us);
107     const Bitboard* pawnAttacksBB = StepAttacksBB[make_piece(Us, PAWN)];
108
109     Bitboard ourPawns   = pos.pieces(Us  , PAWN);
110     Bitboard theirPawns = pos.pieces(Them, PAWN);
111
112     e->passedPawns[Us] = e->pawnAttacksSpan[Us] = 0;
113     e->kingSquares[Us] = SQ_NONE;
114     e->semiopenFiles[Us] = 0xFF;
115     e->pawnAttacks[Us] = shift_bb<Right>(ourPawns) | shift_bb<Left>(ourPawns);
116     e->pawnsOnSquares[Us][BLACK] = popcount(ourPawns & DarkSquares);
117     e->pawnsOnSquares[Us][WHITE] = pos.count<PAWN>(Us) - e->pawnsOnSquares[Us][BLACK];
118
119     // Loop through all pawns of the current color and score each pawn
120     while ((s = *pl++) != SQ_NONE)
121     {
122         assert(pos.piece_on(s) == make_piece(Us, PAWN));
123
124         File f = file_of(s);
125
126         e->semiopenFiles[Us] &= ~(1 << f);
127         e->pawnAttacksSpan[Us] |= pawn_attack_span(Us, s);
128
129         // Flag the pawn
130         neighbours  =   ourPawns   & adjacent_files_bb(f);
131         doubled     =   ourPawns   & forward_bb(Us, s);
132         opposed     =   theirPawns & forward_bb(Us, s);
133         passed      = !(theirPawns & passed_pawn_mask(Us, s));
134         lever       =   theirPawns & pawnAttacksBB[s];
135         phalanx     =   neighbours & rank_bb(s);
136         supported   =   neighbours & rank_bb(s - Up);
137         connected   =   supported | phalanx;
138         isolated    =  !neighbours;
139
140         // Test for backward pawn.
141         // If the pawn is passed, isolated, lever or connected it cannot be
142         // backward. If there are friendly pawns behind on adjacent files
143         // or if it is sufficiently advanced, it cannot be backward either.
144         if (   (passed | isolated | lever | connected)
145             || (ourPawns & pawn_attack_span(Them, s))
146             || (relative_rank(Us, s) >= RANK_5))
147             backward = false;
148         else
149         {
150             // We now know there are no friendly pawns beside or behind this
151             // pawn on adjacent files. We now check whether the pawn is
152             // backward by looking in the forward direction on the adjacent
153             // files, and picking the closest pawn there.
154             b = pawn_attack_span(Us, s) & (ourPawns | theirPawns);
155             b = pawn_attack_span(Us, s) & rank_bb(backmost_sq(Us, b));
156
157             // If we have an enemy pawn in the same or next rank, the pawn is
158             // backward because it cannot advance without being captured.
159             backward = (b | shift_bb<Up>(b)) & theirPawns;
160         }
161
162         assert(opposed | passed | (pawn_attack_span(Us, s) & theirPawns));
163
164         // Passed pawns will be properly scored in evaluation because we need
165         // full attack info to evaluate them. Only the frontmost passed
166         // pawn on each file is considered a true passed pawn.
167         if (passed && !doubled)
168             e->passedPawns[Us] |= s;
169
170         // Score this pawn
171         if (isolated)
172             score -= Isolated[opposed][f];
173
174         else if (backward)
175             score -= Backward[opposed];
176
177         else if (!supported)
178             score -= Unsupported[more_than_one(neighbours & rank_bb(s + Up))];
179
180         if (connected)
181             score += Connected[opposed][!!phalanx][more_than_one(supported)][relative_rank(Us, s)];
182
183         if (doubled)
184             score -= Doubled[f] / distance<Rank>(s, frontmost_sq(Us, doubled));
185
186         if (lever)
187             score += Lever[relative_rank(Us, s)];
188     }
189
190     b = e->semiopenFiles[Us] ^ 0xFF;
191     e->pawnSpan[Us] = b ? int(msb(b) - lsb(b)) : 0;
192
193     return score;
194   }
195
196 } // namespace
197
198 namespace Pawns {
199
200 /// Pawns::init() initializes some tables needed by evaluation. Instead of using
201 /// hard-coded tables, when makes sense, we prefer to calculate them with a formula
202 /// to reduce independent parameters and to allow easier tuning and better insight.
203
204 void init()
205 {
206   static const int Seed[RANK_NB] = { 0, 8, 19, 13, 71, 94, 169, 324 };
207
208   for (int opposed = 0; opposed <= 1; ++opposed)
209       for (int phalanx = 0; phalanx <= 1; ++phalanx)
210           for (int apex = 0; apex <= 1; ++apex)
211               for (Rank r = RANK_2; r < RANK_8; ++r)
212   {
213       int v = (Seed[r] + (phalanx ? (Seed[r + 1] - Seed[r]) / 2 : 0)) >> opposed;
214       v += (apex ? v / 2 : 0);
215       Connected[opposed][phalanx][apex][r] = make_score(v, v * 5 / 8);
216   }
217 }
218
219
220 /// Pawns::probe() looks up the current position's pawns configuration in
221 /// the pawns hash table. It returns a pointer to the Entry if the position
222 /// is found. Otherwise a new Entry is computed and stored there, so we don't
223 /// have to recompute all when the same pawns configuration occurs again.
224
225 Entry* probe(const Position& pos) {
226
227   Key key = pos.pawn_key();
228   Entry* e = pos.this_thread()->pawnsTable[key];
229
230   if (e->key == key)
231       return e;
232
233   e->key = key;
234   e->score = evaluate<WHITE>(pos, e) - evaluate<BLACK>(pos, e);
235   e->asymmetry = popcount(e->semiopenFiles[WHITE] ^ e->semiopenFiles[BLACK]);
236   return e;
237 }
238
239
240 /// Entry::shelter_storm() calculates shelter and storm penalties for the file
241 /// the king is on, as well as the two adjacent files.
242
243 template<Color Us>
244 Value Entry::shelter_storm(const Position& pos, Square ksq) {
245
246   const Color Them = (Us == WHITE ? BLACK : WHITE);
247
248   enum { NoFriendlyPawn, Unblocked, BlockedByPawn, BlockedByKing };
249
250   Bitboard b = pos.pieces(PAWN) & (in_front_bb(Us, rank_of(ksq)) | rank_bb(ksq));
251   Bitboard ourPawns = b & pos.pieces(Us);
252   Bitboard theirPawns = b & pos.pieces(Them);
253   Value safety = MaxSafetyBonus;
254   File center = std::max(FILE_B, std::min(FILE_G, file_of(ksq)));
255
256   for (File f = center - File(1); f <= center + File(1); ++f)
257   {
258       b = ourPawns & file_bb(f);
259       Rank rkUs = b ? relative_rank(Us, backmost_sq(Us, b)) : RANK_1;
260
261       b  = theirPawns & file_bb(f);
262       Rank rkThem = b ? relative_rank(Us, frontmost_sq(Them, b)) : RANK_1;
263
264       safety -=  ShelterWeakness[std::min(f, FILE_H - f)][rkUs]
265                + StormDanger
266                  [f == file_of(ksq) && rkThem == relative_rank(Us, ksq) + 1 ? BlockedByKing  :
267                   rkUs   == RANK_1                                          ? NoFriendlyPawn :
268                   rkThem == rkUs + 1                                        ? BlockedByPawn  : Unblocked]
269                  [std::min(f, FILE_H - f)][rkThem];
270   }
271
272   return safety;
273 }
274
275
276 /// Entry::do_king_safety() calculates a bonus for king safety. It is called only
277 /// when king square changes, which is about 20% of total king_safety() calls.
278
279 template<Color Us>
280 Score Entry::do_king_safety(const Position& pos, Square ksq) {
281
282   kingSquares[Us] = ksq;
283   castlingRights[Us] = pos.can_castle(Us);
284   int minKingPawnDistance = 0;
285
286   Bitboard pawns = pos.pieces(Us, PAWN);
287   if (pawns)
288       while (!(DistanceRingBB[ksq][minKingPawnDistance++] & pawns)) {}
289
290   Value bonus = shelter_storm<Us>(pos, ksq);
291
292   // If we can castle use the bonus after the castling if it is bigger
293   if (pos.can_castle(MakeCastling<Us, KING_SIDE>::right))
294       bonus = std::max(bonus, shelter_storm<Us>(pos, relative_square(Us, SQ_G1)));
295
296   if (pos.can_castle(MakeCastling<Us, QUEEN_SIDE>::right))
297       bonus = std::max(bonus, shelter_storm<Us>(pos, relative_square(Us, SQ_C1)));
298
299   return make_score(bonus, -16 * minKingPawnDistance);
300 }
301
302 // Explicit template instantiation
303 template Score Entry::do_king_safety<WHITE>(const Position& pos, Square ksq);
304 template Score Entry::do_king_safety<BLACK>(const Position& pos, Square ksq);
305
306 } // namespace Pawns