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
   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
  14   GNU General Public License for more details.
  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