Update stats at pv nodes
[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
6   Stockfish is free software: you can redistribute it and/or modify
7   it under the terms of the GNU General Public License as published by
8   the Free Software Foundation, either version 3 of the License, or
9   (at your option) any later version.
10
11   Stockfish is distributed in the hope that it will be useful,
12   but WITHOUT ANY WARRANTY; without even the implied warranty of
13   MERCHANTABILITY or FITNESS FOR A PARTICULAR PURPOSE.  See the
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15
16   You should have received a copy of the GNU General Public License
17   along with this program.  If not, see <http://www.gnu.org/licenses/>.
18 */
19
20 #include <algorithm>
21 #include <cassert>
22
23 #include "bitboard.h"
24 #include "bitcount.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   // Doubled pawn penalty by file
35   const Score Doubled[FILE_NB] = {
36     S(13, 43), S(20, 48), S(23, 48), S(23, 48),
37     S(23, 48), S(23, 48), S(20, 48), S(13, 43) };
38
39   // Isolated pawn penalty by opposed flag and file
40   const Score Isolated[2][FILE_NB] = {
41   { S(37, 45), S(54, 52), S(60, 52), S(60, 52),
42     S(60, 52), S(60, 52), S(54, 52), S(37, 45) },
43   { S(25, 30), S(36, 35), S(40, 35), S(40, 35),
44     S(40, 35), S(40, 35), S(36, 35), S(25, 30) } };
45
46   // Backward pawn penalty by opposed flag and file
47   const Score Backward[2][FILE_NB] = {
48   { S(50, 52), S(63, 56), S(69, 56), S(69, 56),
49     S(69, 56), S(69, 56), S(63, 56), S(50, 52) },
50   { S(40, 38), S(49, 41), S(53, 41), S(53, 41),
51     S(53, 41), S(53, 41), S(49, 41), S(40, 38) } };
52
53   // Connected pawn bonus by opposed, phalanx, twice supported and rank
54   Score Connected[2][2][2][RANK_NB];
55
56   // Levers bonus by rank
57   const Score Lever[RANK_NB] = {
58     S( 0, 0), S( 0, 0), S(0, 0), S(0, 0),
59     S(20,20), S(40,40), S(0, 0), S(0, 0) };
60
61   // Unsupported pawn penalty
62   const Score UnsupportedPawnPenalty = S(20, 10);
63
64   // Center bind bonus: Two pawns controlling the same central square
65   const Bitboard CenterBindMask[COLOR_NB] = {
66     (FileDBB | FileEBB) & (Rank5BB | Rank6BB | Rank7BB),
67     (FileDBB | FileEBB) & (Rank4BB | Rank3BB | Rank2BB)
68   };
69
70   const Score CenterBind = S(16, 0);
71
72   // Weakness of our pawn shelter in front of the king by [distance from edge][rank]
73   const Value ShelterWeakness[][RANK_NB] = {
74   { V( 99), V(20), V(26), V(54), V(85), V( 92), V(108) },
75   { V(117), V( 1), V(27), V(71), V(94), V(104), V(118) },
76   { V(104), V( 4), V(51), V(76), V(82), V(102), V( 97) },
77   { V( 80), V(12), V(43), V(65), V(88), V( 91), V(115) } };
78
79   // Danger of enemy pawns moving toward our king by [type][distance from edge][rank]
80   const Value StormDanger[][4][RANK_NB] = {
81   { { V( 0),  V(  65), V( 126), V(36), V(30) },
82     { V( 0),  V(  55), V( 135), V(36), V(23) },
83     { V( 0),  V(  47), V( 116), V(45), V(26) },
84     { V( 0),  V(  62), V( 127), V(57), V(34) } },
85   { { V(21),  V(  45), V(  93), V(50), V(19) },
86     { V(23),  V(  24), V( 105), V(41), V(13) },
87     { V(23),  V(  36), V( 101), V(38), V(20) },
88     { V(30),  V(  19), V( 110), V(41), V(27) } },
89   { { V( 0),  V(   0), V(  81), V(14), V( 4) },
90     { V( 0),  V(   0), V( 169), V(30), V( 3) },
91     { V( 0),  V(   0), V( 168), V(24), V( 5) },
92     { V( 0),  V(   0), V( 162), V(26), V(10) } },
93   { { V( 0),  V(-283), V(-298), V(57), V(29) },
94     { V( 0),  V(  63), V( 137), V(42), V(18) },
95     { V( 0),  V(  67), V( 145), V(49), V(33) },
96     { V( 0),  V(  62), V( 126), V(53), V(21) } } };
97
98   // Max bonus for king safety. Corresponds to start position with all the pawns
99   // in front of the king and no enemy pawn on the horizon.
100   const Value MaxSafetyBonus = V(258);
101
102   #undef S
103   #undef V
104
105   template<Color Us>
106   Score evaluate(const Position& pos, Pawns::Entry* e) {
107
108     const Color  Them  = (Us == WHITE ? BLACK    : WHITE);
109     const Square Up    = (Us == WHITE ? DELTA_N  : DELTA_S);
110     const Square Right = (Us == WHITE ? DELTA_NE : DELTA_SW);
111     const Square Left  = (Us == WHITE ? DELTA_NW : DELTA_SE);
112
113     Bitboard b, neighbours, doubled, supported, phalanx;
114     Square s;
115     bool passed, isolated, opposed, backward, lever, connected;
116     Score score = SCORE_ZERO;
117     const Square* pl = pos.list<PAWN>(Us);
118     const Bitboard* pawnAttacksBB = StepAttacksBB[make_piece(Us, PAWN)];
119
120     Bitboard ourPawns   = pos.pieces(Us  , PAWN);
121     Bitboard theirPawns = pos.pieces(Them, PAWN);
122
123     e->passedPawns[Us] = 0;
124     e->kingSquares[Us] = SQ_NONE;
125     e->semiopenFiles[Us] = 0xFF;
126     e->pawnAttacks[Us] = shift_bb<Right>(ourPawns) | shift_bb<Left>(ourPawns);
127     e->pawnsOnSquares[Us][BLACK] = popcount<Max15>(ourPawns & DarkSquares);
128     e->pawnsOnSquares[Us][WHITE] = pos.count<PAWN>(Us) - e->pawnsOnSquares[Us][BLACK];
129
130     // Loop through all pawns of the current color and score each pawn
131     while ((s = *pl++) != SQ_NONE)
132     {
133         assert(pos.piece_on(s) == make_piece(Us, PAWN));
134
135         File f = file_of(s);
136
137         // This file cannot be semi-open
138         e->semiopenFiles[Us] &= ~(1 << f);
139
140         // Flag the pawn
141         neighbours  =   ourPawns   & adjacent_files_bb(f);
142         doubled     =   ourPawns   & forward_bb(Us, s);
143         opposed     =   theirPawns & forward_bb(Us, s);
144         passed      = !(theirPawns & passed_pawn_mask(Us, s));
145         lever       =   theirPawns & pawnAttacksBB[s];
146         phalanx     =   neighbours & rank_bb(s);
147         supported   =   neighbours & rank_bb(s - Up);
148         connected   =   supported | phalanx;
149         isolated    =  !neighbours;
150
151         // Test for backward pawn.
152         // If the pawn is passed, isolated, lever or connected it cannot be
153         // backward. If there are friendly pawns behind on adjacent files
154         // it cannot be backward either.
155         if (   (passed | isolated | lever | connected)
156             || (ourPawns & pawn_attack_span(Them, s)))
157             backward = false;
158         else
159         {
160             // We now know there are no friendly pawns beside or behind this
161             // pawn on adjacent files. We now check whether the pawn is
162             // backward by looking in the forward direction on the adjacent
163             // files, and picking the closest pawn there.
164             b = pawn_attack_span(Us, s) & (ourPawns | theirPawns);
165             b = pawn_attack_span(Us, s) & rank_bb(backmost_sq(Us, b));
166
167             // If we have an enemy pawn in the same or next rank, the pawn is
168             // backward because it cannot advance without being captured.
169             backward = (b | shift_bb<Up>(b)) & theirPawns;
170         }
171
172         assert(opposed | passed | (pawn_attack_span(Us, s) & theirPawns));
173
174         // Passed pawns will be properly scored in evaluation because we need
175         // full attack info to evaluate passed pawns. Only the frontmost passed
176         // pawn on each file is considered a true passed pawn.
177         if (passed && !doubled)
178             e->passedPawns[Us] |= s;
179
180         // Score this pawn
181         if (isolated)
182             score -= Isolated[opposed][f];
183
184         else if (backward)
185             score -= Backward[opposed][f];
186
187         else if (!supported)
188             score -= UnsupportedPawnPenalty;
189
190         if (connected)
191             score += Connected[opposed][!!phalanx][more_than_one(supported)][relative_rank(Us, s)];
192
193         if (doubled)
194             score -= Doubled[f] / distance<Rank>(s, frontmost_sq(Us, doubled));
195
196         if (lever)
197             score += Lever[relative_rank(Us, s)];
198     }
199
200     b = e->semiopenFiles[Us] ^ 0xFF;
201     e->pawnSpan[Us] = b ? int(msb(b) - lsb(b)) : 0;
202
203     // Center binds: Two pawns controlling the same central square
204     b = shift_bb<Right>(ourPawns) & shift_bb<Left>(ourPawns) & CenterBindMask[Us];
205     score += popcount<Max15>(b) * CenterBind;
206
207     return score;
208   }
209
210 } // namespace
211
212 namespace Pawns {
213
214 /// Pawns::init() initializes some tables needed by evaluation. Instead of using
215 /// hard-coded tables, when makes sense, we prefer to calculate them with a formula
216 /// to reduce independent parameters and to allow easier tuning and better insight.
217
218 void init()
219 {
220   static const int Seed[RANK_NB] = { 0, 6, 15, 10, 57, 75, 135, 258 };
221
222   for (int opposed = 0; opposed <= 1; ++opposed)
223       for (int phalanx = 0; phalanx <= 1; ++phalanx)
224           for (int apex = 0; apex <= 1; ++apex)
225               for (Rank r = RANK_2; r < RANK_8; ++r)
226   {
227       int v = (Seed[r] + (phalanx ? (Seed[r + 1] - Seed[r]) / 2 : 0)) >> opposed;
228       v += (apex ? v / 2 : 0);
229       Connected[opposed][phalanx][apex][r] = make_score(3 * v / 2, v);
230   }
231 }
232
233
234 /// Pawns::probe() looks up the current position's pawns configuration in
235 /// the pawns hash table. It returns a pointer to the Entry if the position
236 /// is found. Otherwise a new Entry is computed and stored there, so we don't
237 /// have to recompute all when the same pawns configuration occurs again.
238
239 Entry* probe(const Position& pos) {
240
241   Key key = pos.pawn_key();
242   Entry* e = pos.this_thread()->pawnsTable[key];
243
244   if (e->key == key)
245       return e;
246
247   e->key = key;
248   e->score = evaluate<WHITE>(pos, e) - evaluate<BLACK>(pos, e);
249   return e;
250 }
251
252
253 /// Entry::shelter_storm() calculates shelter and storm penalties for the file
254 /// the king is on, as well as the two adjacent files.
255
256 template<Color Us>
257 Value Entry::shelter_storm(const Position& pos, Square ksq) {
258
259   const Color Them = (Us == WHITE ? BLACK : WHITE);
260
261   enum { NoFriendlyPawn, Unblocked, BlockedByPawn, BlockedByKing };
262
263   Bitboard b = pos.pieces(PAWN) & (in_front_bb(Us, rank_of(ksq)) | rank_bb(ksq));
264   Bitboard ourPawns = b & pos.pieces(Us);
265   Bitboard theirPawns = b & pos.pieces(Them);
266   Value safety = MaxSafetyBonus;
267   File center = std::max(FILE_B, std::min(FILE_G, file_of(ksq)));
268
269   for (File f = center - File(1); f <= center + File(1); ++f)
270   {
271       b = ourPawns & file_bb(f);
272       Rank rkUs = b ? relative_rank(Us, backmost_sq(Us, b)) : RANK_1;
273
274       b  = theirPawns & file_bb(f);
275       Rank rkThem = b ? relative_rank(Us, frontmost_sq(Them, b)) : RANK_1;
276
277       safety -=  ShelterWeakness[std::min(f, FILE_H - f)][rkUs]
278                + StormDanger
279                  [f == file_of(ksq) && rkThem == relative_rank(Us, ksq) + 1 ? BlockedByKing  :
280                   rkUs   == RANK_1                                          ? NoFriendlyPawn :
281                   rkThem == rkUs + 1                                        ? BlockedByPawn  : Unblocked]
282                  [std::min(f, FILE_H - f)][rkThem];
283   }
284
285   return safety;
286 }
287
288
289 /// Entry::do_king_safety() calculates a bonus for king safety. It is called only
290 /// when king square changes, which is about 20% of total king_safety() calls.
291
292 template<Color Us>
293 Score Entry::do_king_safety(const Position& pos, Square ksq) {
294
295   kingSquares[Us] = ksq;
296   castlingRights[Us] = pos.can_castle(Us);
297   int minKingPawnDistance = 0;
298
299   Bitboard pawns = pos.pieces(Us, PAWN);
300   if (pawns)
301       while (!(DistanceRingBB[ksq][minKingPawnDistance++] & pawns)) {}
302
303   if (relative_rank(Us, ksq) > RANK_4)
304       return make_score(0, -16 * minKingPawnDistance);
305
306   Value bonus = shelter_storm<Us>(pos, ksq);
307
308   // If we can castle use the bonus after the castling if it is bigger
309   if (pos.can_castle(MakeCastling<Us, KING_SIDE>::right))
310       bonus = std::max(bonus, shelter_storm<Us>(pos, relative_square(Us, SQ_G1)));
311
312   if (pos.can_castle(MakeCastling<Us, QUEEN_SIDE>::right))
313       bonus = std::max(bonus, shelter_storm<Us>(pos, relative_square(Us, SQ_C1)));
314
315   return make_score(bonus, -16 * minKingPawnDistance);
316 }
317
318 // Explicit template instantiation
319 template Score Entry::do_king_safety<WHITE>(const Position& pos, Square ksq);
320 template Score Entry::do_king_safety<BLACK>(const Position& pos, Square ksq);
321
322 } // namespace Pawns