71ec344394506b821c59341f57b1c2d478bac375
[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
35   const Score Isolated[2] = { S(45, 40), S(30, 27) };
36
37   // Backward pawn penalty by opposed flag
38   const Score Backward[2] = { S(56, 33), S(41, 19) };
39
40   // Unsupported pawn penalty for pawns which are neither isolated or backward
41   const Score Unsupported = S(17, 8);
42
43   // Connected pawn bonus by opposed, phalanx, twice supported and rank
44   Score Connected[2][2][2][RANK_NB];
45
46   // Doubled pawn penalty
47   const Score Doubled = S(18,38);
48
49   // Lever bonus by rank
50   const Score Lever[RANK_NB] = {
51     S( 0,  0), S( 0,  0), S(0, 0), S(0, 0),
52     S(17, 16), S(33, 32), S(0, 0), S(0, 0)
53   };
54
55   // Weakness of our pawn shelter in front of the king by [distance from edge][rank]
56   const Value ShelterWeakness[][RANK_NB] = {
57     { V(100), V(20), V(10), V(46), V(82), V( 86), V( 98) },
58     { V(116), V( 4), V(28), V(87), V(94), V(108), V(104) },
59     { V(109), V( 1), V(59), V(87), V(62), V( 91), V(116) },
60     { V( 75), V(12), V(43), V(59), V(90), V( 84), V(112) }
61   };
62
63   // Danger of enemy pawns moving toward our king by [type][distance from edge][rank]
64   const Value StormDanger[][4][RANK_NB] = {
65     { { V( 4),  V(  73), V( 132), V(46), V(31) },
66       { V( 1),  V(  64), V( 143), V(26), V(13) },
67       { V( 1),  V(  47), V( 110), V(44), V(24) },
68       { V( 0),  V(  72), V( 127), V(50), V(31) } },
69     { { V(22),  V(  45), V( 104), V(62), V( 6) },
70       { V(31),  V(  30), V(  99), V(39), V(19) },
71       { V(23),  V(  29), V(  96), V(41), V(15) },
72       { V(21),  V(  23), V( 116), V(41), V(15) } },
73     { { V( 0),  V(   0), V(  79), V(23), V( 1) },
74       { V( 0),  V(   0), V( 148), V(27), V( 2) },
75       { V( 0),  V(   0), V( 161), V(16), V( 1) },
76       { V( 0),  V(   0), V( 171), V(22), V(15) } },
77     { { V( 0),  V(-290), V(-274), V(57), V(41) },
78       { V( 0),  V(  60), V( 144), V(39), V(13) },
79       { V( 0),  V(  65), V( 141), V(41), V(34) },
80       { V( 0),  V(  53), V( 127), V(56), V(14) } }
81
82   };
83
84   // Max bonus for king safety. Corresponds to start position with all the pawns
85   // in front of the king and no enemy pawn on the horizon.
86   const Value MaxSafetyBonus = V(258);
87
88   #undef S
89   #undef V
90
91   template<Color Us>
92   Score evaluate(const Position& pos, Pawns::Entry* e) {
93
94     const Color  Them  = (Us == WHITE ? BLACK      : WHITE);
95     const Square Up    = (Us == WHITE ? NORTH      : SOUTH);
96     const Square Right = (Us == WHITE ? NORTH_EAST : SOUTH_WEST);
97     const Square Left  = (Us == WHITE ? NORTH_WEST : SOUTH_EAST);
98
99     Bitboard b, neighbours, stoppers, doubled, supported, phalanx;
100     Square s;
101     bool opposed, lever, connected, backward;
102     Score score = SCORE_ZERO;
103     const Square* pl = pos.squares<PAWN>(Us);
104     const Bitboard* pawnAttacksBB = StepAttacksBB[make_piece(Us, PAWN)];
105
106     Bitboard ourPawns   = pos.pieces(Us  , PAWN);
107     Bitboard theirPawns = pos.pieces(Them, PAWN);
108
109     e->passedPawns[Us]   = e->pawnAttacksSpan[Us] = 0;
110     e->semiopenFiles[Us] = 0xFF;
111     e->kingSquares[Us]   = SQ_NONE;
112     e->pawnAttacks[Us]   = shift<Right>(ourPawns) | shift<Left>(ourPawns);
113     e->pawnsOnSquares[Us][BLACK] = popcount(ourPawns & DarkSquares);
114     e->pawnsOnSquares[Us][WHITE] = pos.count<PAWN>(Us) - e->pawnsOnSquares[Us][BLACK];
115
116     // Loop through all pawns of the current color and score each pawn
117     while ((s = *pl++) != SQ_NONE)
118     {
119         assert(pos.piece_on(s) == make_piece(Us, PAWN));
120
121         File f = file_of(s);
122
123         e->semiopenFiles[Us]   &= ~(1 << f);
124         e->pawnAttacksSpan[Us] |= pawn_attack_span(Us, s);
125
126         // Flag the pawn
127         opposed    = theirPawns & forward_bb(Us, s);
128         stoppers   = theirPawns & passed_pawn_mask(Us, s);
129         lever      = theirPawns & pawnAttacksBB[s];
130         doubled    = ourPawns   & (s + Up);
131         neighbours = ourPawns   & adjacent_files_bb(f);
132         phalanx    = neighbours & rank_bb(s);
133         supported  = neighbours & rank_bb(s - Up);
134         connected  = supported | phalanx;
135
136         // A pawn is backward when it is behind all pawns of the same color on the
137         // adjacent files and cannot be safely advanced.
138         if (!neighbours || lever || relative_rank(Us, s) >= RANK_5)
139             backward = false;
140         else
141         {
142             // Find the backmost rank with neighbours or stoppers
143             b = rank_bb(backmost_sq(Us, neighbours | stoppers));
144
145             // The pawn is backward when it cannot safely progress to that rank:
146             // either there is a stopper in the way on this rank, or there is a
147             // stopper on adjacent file which controls the way to that rank.
148             backward = (b | shift<Up>(b & adjacent_files_bb(f))) & stoppers;
149
150             assert(!backward || !(pawn_attack_span(Them, s + Up) & neighbours));
151         }
152
153         // Passed pawns will be properly scored in evaluation because we need
154         // full attack info to evaluate them.
155         if (!stoppers && !(ourPawns & forward_bb(Us, s)))
156             e->passedPawns[Us] |= s;
157
158         // Score this pawn
159         if (!neighbours)
160             score -= Isolated[opposed];
161
162         else if (backward)
163             score -= Backward[opposed];
164
165         else if (!supported)
166             score -= Unsupported;
167
168         if (connected)
169             score += Connected[opposed][!!phalanx][more_than_one(supported)][relative_rank(Us, s)];
170
171         if (doubled)
172             score -= Doubled;
173
174         if (lever)
175             score += Lever[relative_rank(Us, s)];
176     }
177
178     return score;
179   }
180
181 } // namespace
182
183 namespace Pawns {
184
185 /// Pawns::init() initializes some tables needed by evaluation. Instead of using
186 /// hard-coded tables, when makes sense, we prefer to calculate them with a formula
187 /// to reduce independent parameters and to allow easier tuning and better insight.
188
189 void init() {
190
191   static const int Seed[RANK_NB] = { 0, 8, 19, 13, 71, 94, 169, 324 };
192
193   for (int opposed = 0; opposed <= 1; ++opposed)
194       for (int phalanx = 0; phalanx <= 1; ++phalanx)
195           for (int apex = 0; apex <= 1; ++apex)
196               for (Rank r = RANK_2; r < RANK_8; ++r)
197   {
198       int v = (Seed[r] + (phalanx ? (Seed[r + 1] - Seed[r]) / 2 : 0)) >> opposed;
199       v += (apex ? v / 2 : 0);
200       Connected[opposed][phalanx][apex][r] = make_score(v, v * 5 / 8);
201   }
202 }
203
204
205 /// Pawns::probe() looks up the current position's pawns configuration in
206 /// the pawns hash table. It returns a pointer to the Entry if the position
207 /// is found. Otherwise a new Entry is computed and stored there, so we don't
208 /// have to recompute all when the same pawns configuration occurs again.
209
210 Entry* probe(const Position& pos) {
211
212   Key key = pos.pawn_key();
213   Entry* e = pos.this_thread()->pawnsTable[key];
214
215   if (e->key == key)
216       return e;
217
218   e->key = key;
219   e->score = evaluate<WHITE>(pos, e) - evaluate<BLACK>(pos, e);
220   e->asymmetry = popcount(e->semiopenFiles[WHITE] ^ e->semiopenFiles[BLACK]);
221   e->openFiles = popcount(e->semiopenFiles[WHITE] & e->semiopenFiles[BLACK]);
222   return e;
223 }
224
225
226 /// Entry::shelter_storm() calculates shelter and storm penalties for the file
227 /// the king is on, as well as the two adjacent files.
228
229 template<Color Us>
230 Value Entry::shelter_storm(const Position& pos, Square ksq) {
231
232   const Color Them = (Us == WHITE ? BLACK : WHITE);
233
234   enum { NoFriendlyPawn, Unblocked, BlockedByPawn, BlockedByKing };
235
236   Bitboard b = pos.pieces(PAWN) & (in_front_bb(Us, rank_of(ksq)) | rank_bb(ksq));
237   Bitboard ourPawns = b & pos.pieces(Us);
238   Bitboard theirPawns = b & pos.pieces(Them);
239   Value safety = MaxSafetyBonus;
240   File center = std::max(FILE_B, std::min(FILE_G, file_of(ksq)));
241
242   for (File f = center - File(1); f <= center + File(1); ++f)
243   {
244       b = ourPawns & file_bb(f);
245       Rank rkUs = b ? relative_rank(Us, backmost_sq(Us, b)) : RANK_1;
246
247       b  = theirPawns & file_bb(f);
248       Rank rkThem = b ? relative_rank(Us, frontmost_sq(Them, b)) : RANK_1;
249
250       safety -=  ShelterWeakness[std::min(f, FILE_H - f)][rkUs]
251                + StormDanger
252                  [f == file_of(ksq) && rkThem == relative_rank(Us, ksq) + 1 ? BlockedByKing  :
253                   rkUs   == RANK_1                                          ? NoFriendlyPawn :
254                   rkThem == rkUs + 1                                        ? BlockedByPawn  : Unblocked]
255                  [std::min(f, FILE_H - f)][rkThem];
256   }
257
258   return safety;
259 }
260
261
262 /// Entry::do_king_safety() calculates a bonus for king safety. It is called only
263 /// when king square changes, which is about 20% of total king_safety() calls.
264
265 template<Color Us>
266 Score Entry::do_king_safety(const Position& pos, Square ksq) {
267
268   kingSquares[Us] = ksq;
269   castlingRights[Us] = pos.can_castle(Us);
270   int minKingPawnDistance = 0;
271
272   Bitboard pawns = pos.pieces(Us, PAWN);
273   if (pawns)
274       while (!(DistanceRingBB[ksq][minKingPawnDistance++] & pawns)) {}
275
276   Value bonus = shelter_storm<Us>(pos, ksq);
277
278   // If we can castle use the bonus after the castling if it is bigger
279   if (pos.can_castle(MakeCastling<Us, KING_SIDE>::right))
280       bonus = std::max(bonus, shelter_storm<Us>(pos, relative_square(Us, SQ_G1)));
281
282   if (pos.can_castle(MakeCastling<Us, QUEEN_SIDE>::right))
283       bonus = std::max(bonus, shelter_storm<Us>(pos, relative_square(Us, SQ_C1)));
284
285   return make_score(bonus, -16 * minKingPawnDistance);
286 }
287
288 // Explicit template instantiation
289 template Score Entry::do_king_safety<WHITE>(const Position& pos, Square ksq);
290 template Score Entry::do_king_safety<BLACK>(const Position& pos, Square ksq);
291
292 } // namespace Pawns