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) 2015-2016 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