Simplify king file dependancy in evaluate_shelter()
[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) 2015-2018 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   // Pawn penalties
35  constexpr Score Isolated = S( 5, 15);
36  constexpr Score Backward = S( 9, 24);
37  constexpr Score Doubled  = S(11, 56);
38
39   // Connected pawn bonus by opposed, phalanx, #support and rank
40   Score Connected[2][2][3][RANK_NB];
41
42   // Strength of pawn shelter for our king by [distance from edge][rank].
43   // RANK_1 = 0 is used for files where we have no pawn, or pawn is behind our king.
44   constexpr Value ShelterStrength[int(FILE_NB) / 2][RANK_NB] = {
45     { V( -6), V( 81), V( 93), V( 58), V( 39), V( 18), V(  25) },
46     { V(-43), V( 61), V( 35), V(-49), V(-29), V(-11), V( -63) },
47     { V(-10), V( 75), V( 23), V( -2), V( 32), V(  3), V( -45) },
48     { V(-39), V(-13), V(-29), V(-52), V(-48), V(-67), V(-166) }
49   };
50
51   // Danger of enemy pawns moving toward our king by [distance from edge][rank].
52   // RANK_1 = 0 is used for files where the enemy has no pawn, or their pawn
53   // is behind our king.
54   constexpr Value UnblockedStorm[int(FILE_NB) / 2][RANK_NB] = {
55     { V( 89), V(107), V(123), V(93), V(57), V( 45), V( 51) },
56     { V( 44), V(-18), V(123), V(46), V(39), V( -7), V( 23) },
57     { V(  4), V( 52), V(162), V(37), V( 7), V(-14), V( -2) },
58     { V(-10), V(-14), V( 90), V(15), V( 2), V( -7), V(-16) }
59   };
60
61   // Danger of blocked enemy pawns storming our king, by rank
62   constexpr Value BlockedStorm[RANK_NB] =
63     { V(0), V(0), V(66), V(6), V(5), V(1), V(15) };
64
65   #undef S
66   #undef V
67
68   template<Color Us>
69   Score evaluate(const Position& pos, Pawns::Entry* e) {
70
71     constexpr Color     Them = (Us == WHITE ? BLACK : WHITE);
72     constexpr Direction Up   = (Us == WHITE ? NORTH : SOUTH);
73
74     Bitboard b, neighbours, stoppers, doubled, supported, phalanx;
75     Bitboard lever, leverPush;
76     Square s;
77     bool opposed, backward;
78     Score score = SCORE_ZERO;
79     const Square* pl = pos.squares<PAWN>(Us);
80
81     Bitboard ourPawns   = pos.pieces(  Us, PAWN);
82     Bitboard theirPawns = pos.pieces(Them, PAWN);
83
84     e->passedPawns[Us] = e->pawnAttacksSpan[Us] = e->weakUnopposed[Us] = 0;
85     e->semiopenFiles[Us] = 0xFF;
86     e->kingSquares[Us]   = SQ_NONE;
87     e->pawnAttacks[Us]   = pawn_attacks_bb<Us>(ourPawns);
88     e->pawnsOnSquares[Us][BLACK] = popcount(ourPawns & DarkSquares);
89     e->pawnsOnSquares[Us][WHITE] = pos.count<PAWN>(Us) - e->pawnsOnSquares[Us][BLACK];
90
91     // Loop through all pawns of the current color and score each pawn
92     while ((s = *pl++) != SQ_NONE)
93     {
94         assert(pos.piece_on(s) == make_piece(Us, PAWN));
95
96         File f = file_of(s);
97
98         e->semiopenFiles[Us]   &= ~(1 << f);
99         e->pawnAttacksSpan[Us] |= pawn_attack_span(Us, s);
100
101         // Flag the pawn
102         opposed    = theirPawns & forward_file_bb(Us, s);
103         stoppers   = theirPawns & passed_pawn_mask(Us, s);
104         lever      = theirPawns & PawnAttacks[Us][s];
105         leverPush  = theirPawns & PawnAttacks[Us][s + Up];
106         doubled    = ourPawns   & (s - Up);
107         neighbours = ourPawns   & adjacent_files_bb(f);
108         phalanx    = neighbours & rank_bb(s);
109         supported  = neighbours & rank_bb(s - Up);
110
111         // A pawn is backward when it is behind all pawns of the same color
112         // on the adjacent files and cannot be safely advanced.
113         backward =  !(ourPawns & pawn_attack_span(Them, s + Up))
114                   && (stoppers & (leverPush | (s + Up)));
115
116         // Passed pawns will be properly scored in evaluation because we need
117         // full attack info to evaluate them. Include also not passed pawns
118         // which could become passed after one or two pawn pushes when are
119         // not attacked more times than defended.
120         if (   !(stoppers ^ lever ^ leverPush)
121             && popcount(supported) >= popcount(lever) - 1
122             && popcount(phalanx)   >= popcount(leverPush))
123             e->passedPawns[Us] |= s;
124
125         else if (   stoppers == SquareBB[s + Up]
126                  && relative_rank(Us, s) >= RANK_5)
127         {
128             b = shift<Up>(supported) & ~theirPawns;
129             while (b)
130                 if (!more_than_one(theirPawns & PawnAttacks[Us][pop_lsb(&b)]))
131                     e->passedPawns[Us] |= s;
132         }
133
134         // Score this pawn
135         if (supported | phalanx)
136             score += Connected[opposed][bool(phalanx)][popcount(supported)][relative_rank(Us, s)];
137
138         else if (!neighbours)
139             score -= Isolated, e->weakUnopposed[Us] += !opposed;
140
141         else if (backward)
142             score -= Backward, e->weakUnopposed[Us] += !opposed;
143
144         if (doubled && !supported)
145             score -= Doubled;
146     }
147
148     return score;
149   }
150
151 } // namespace
152
153 namespace Pawns {
154
155 /// Pawns::init() initializes some tables needed by evaluation. Instead of using
156 /// hard-coded tables, when makes sense, we prefer to calculate them with a formula
157 /// to reduce independent parameters and to allow easier tuning and better insight.
158
159 void init() {
160
161   static constexpr int Seed[RANK_NB] = { 0, 13, 24, 18, 65, 100, 175, 330 };
162
163   for (int opposed = 0; opposed <= 1; ++opposed)
164       for (int phalanx = 0; phalanx <= 1; ++phalanx)
165           for (int support = 0; support <= 2; ++support)
166               for (Rank r = RANK_2; r < RANK_8; ++r)
167   {
168       int v = 17 * support;
169       v += (Seed[r] + (phalanx ? (Seed[r + 1] - Seed[r]) / 2 : 0)) >> opposed;
170
171       Connected[opposed][phalanx][support][r] = make_score(v, v * (r - 2) / 4);
172   }
173 }
174
175
176 /// Pawns::probe() looks up the current position's pawns configuration in
177 /// the pawns hash table. It returns a pointer to the Entry if the position
178 /// is found. Otherwise a new Entry is computed and stored there, so we don't
179 /// have to recompute all when the same pawns configuration occurs again.
180
181 Entry* probe(const Position& pos) {
182
183   Key key = pos.pawn_key();
184   Entry* e = pos.this_thread()->pawnsTable[key];
185
186   if (e->key == key)
187       return e;
188
189   e->key = key;
190   e->scores[WHITE] = evaluate<WHITE>(pos, e);
191   e->scores[BLACK] = evaluate<BLACK>(pos, e);
192   e->openFiles = popcount(e->semiopenFiles[WHITE] & e->semiopenFiles[BLACK]);
193   e->asymmetry = popcount(  (e->passedPawns[WHITE]   | e->passedPawns[BLACK])
194                           | (e->semiopenFiles[WHITE] ^ e->semiopenFiles[BLACK]));
195
196   return e;
197 }
198
199
200 /// Entry::evaluate_shelter() calculates the shelter bonus and the storm
201 /// penalty for a king, looking at the king file and the two closest files.
202
203 template<Color Us>
204 Value Entry::evaluate_shelter(const Position& pos, Square ksq) {
205
206   constexpr Color     Them = (Us == WHITE ? BLACK : WHITE);
207   constexpr Direction Down = (Us == WHITE ? SOUTH : NORTH);
208   constexpr Bitboard  BlockRanks = (Us == WHITE ? Rank1BB | Rank2BB : Rank8BB | Rank7BB);
209
210   Bitboard b = pos.pieces(PAWN) & ~forward_ranks_bb(Them, ksq);
211   Bitboard ourPawns = b & pos.pieces(Us);
212   Bitboard theirPawns = b & pos.pieces(Them);
213
214   Value safety = (shift<Down>(theirPawns) & (FileABB | FileHBB) & BlockRanks & ksq) ?
215                  Value(374) : Value(5);
216
217   File center = std::max(FILE_B, std::min(FILE_G, file_of(ksq)));
218   for (File f = File(center - 1); f <= File(center + 1); ++f)
219   {
220       b = ourPawns & file_bb(f);
221       int ourRank = b ? relative_rank(Us, backmost_sq(Us, b)) : 0;
222
223       b = theirPawns & file_bb(f);
224       int theirRank = b ? relative_rank(Us, frontmost_sq(Them, b)) : 0;
225
226       int d = std::min(f, ~f);
227       safety += ShelterStrength[d][ourRank];
228       safety -= (ourRank && (ourRank == theirRank - 1)) ? BlockedStorm[theirRank]
229                                                         : UnblockedStorm[d][theirRank];
230   }
231
232   return safety;
233 }
234
235
236 /// Entry::do_king_safety() calculates a bonus for king safety. It is called only
237 /// when king square changes, which is about 20% of total king_safety() calls.
238
239 template<Color Us>
240 Score Entry::do_king_safety(const Position& pos, Square ksq) {
241
242   kingSquares[Us] = ksq;
243   castlingRights[Us] = pos.can_castle(Us);
244   int minKingPawnDistance = 0;
245
246   Bitboard pawns = pos.pieces(Us, PAWN);
247   if (pawns)
248       while (!(DistanceRingBB[ksq][minKingPawnDistance++] & pawns)) {}
249
250   Value bonus = evaluate_shelter<Us>(pos, ksq);
251
252   // If we can castle use the bonus after the castling if it is bigger
253   if (pos.can_castle(MakeCastling<Us, KING_SIDE>::right))
254       bonus = std::max(bonus, evaluate_shelter<Us>(pos, relative_square(Us, SQ_G1)));
255
256   if (pos.can_castle(MakeCastling<Us, QUEEN_SIDE>::right))
257       bonus = std::max(bonus, evaluate_shelter<Us>(pos, relative_square(Us, SQ_C1)));
258
259   return make_score(bonus, -16 * minKingPawnDistance);
260 }
261
262 // Explicit template instantiation
263 template Score Entry::do_king_safety<WHITE>(const Position& pos, Square ksq);
264 template Score Entry::do_king_safety<BLACK>(const Position& pos, Square ksq);
265
266 } // namespace Pawns