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) 2008-2014 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
  28 namespace {
  29
  30   #define V Value
  31   #define S(mg, eg) make_score(mg, eg)
  32
  33   // Doubled pawn penalty by file
  34   const Score Doubled[FILE_NB] = {
  35     S(13, 43), S(20, 48), S(23, 48), S(23, 48),
  36     S(23, 48), S(23, 48), S(20, 48), S(13, 43) };
  37
  38   // Isolated pawn penalty by opposed flag and file
  39   const Score Isolated[2][FILE_NB] = {
  40   { S(37, 45), S(54, 52), S(60, 52), S(60, 52),
  41     S(60, 52), S(60, 52), S(54, 52), S(37, 45) },
  42   { S(25, 30), S(36, 35), S(40, 35), S(40, 35),
  43     S(40, 35), S(40, 35), S(36, 35), S(25, 30) } };
  44
  45   // Backward pawn penalty by opposed flag and file
  46   const Score Backward[2][FILE_NB] = {
  47   { S(30, 42), S(43, 46), S(49, 46), S(49, 46),
  48     S(49, 46), S(49, 46), S(43, 46), S(30, 42) },
  49   { S(20, 28), S(29, 31), S(33, 31), S(33, 31),
  50     S(33, 31), S(33, 31), S(29, 31), S(20, 28) } };
  51
  52   // Connected pawn bonus by opposed, phalanx flags and rank
  53   Score Connected[2][2][RANK_NB];
  54
  55   // Levers bonus by rank
  56   const Score Lever[RANK_NB] = {
  57     S( 0, 0), S( 0, 0), S(0, 0), S(0, 0),
  58     S(20,20), S(40,40), S(0, 0), S(0, 0) };
  59
  60   // Unsupported pawn penalty
  61   const Score UnsupportedPawnPenalty = S(20, 10);
  62
  63   // Weakness of our pawn shelter in front of the king by [distance from edge][rank]
  64   const Value ShelterWeakness[][RANK_NB] = {
  65   { V(100), V(13), V(24), V(64), V(89), V( 93), V(104) },
  66   { V(110), V( 1), V(29), V(75), V(96), V(102), V(107) },
  67   { V(102), V( 0), V(39), V(74), V(88), V(101), V( 98) },
  68   { V( 88), V( 4), V(33), V(67), V(92), V( 94), V(107) } };
  69
  70   // Danger of enemy pawns moving toward our king by [type][distance from edge][rank]
  71   const Value StormDanger[][4][RANK_NB] = {
  72   { { V( 0),  V(  63), V( 128), V(43), V(27) },
  73     { V( 0),  V(  62), V( 131), V(44), V(26) },
  74     { V( 0),  V(  59), V( 121), V(50), V(28) },
  75     { V( 0),  V(  62), V( 127), V(54), V(28) } },
  76   { { V(24),  V(  40), V(  93), V(42), V(22) },
  77     { V(24),  V(  28), V( 101), V(38), V(20) },
  78     { V(24),  V(  32), V(  95), V(36), V(23) },
  79     { V(27),  V(  24), V(  99), V(36), V(24) } },
  80   { { V( 0),  V(   0), V(  81), V(16), V( 6) },
  81     { V( 0),  V(   0), V( 165), V(29), V( 9) },
  82     { V( 0),  V(   0), V( 163), V(23), V(12) },
  83     { V( 0),  V(   0), V( 161), V(28), V(13) } },
  84   { { V( 0),  V(-296), V(-299), V(55), V(25) },
  85     { V( 0),  V(  67), V( 131), V(46), V(21) },
  86     { V( 0),  V(  65), V( 135), V(50), V(31) },
  87     { V( 0),  V(  62), V( 128), V(51), V(24) } } };
  88
  89   // Max bonus for king safety. Corresponds to start position with all the pawns
  90   // in front of the king and no enemy pawn on the horizon.
  91   const Value MaxSafetyBonus = V(257);
  92
  93   #undef S
  94   #undef V
  95
  96   template<Color Us>
  97   Score evaluate(const Position& pos, Pawns::Entry* e) {
  98
  99     const Color  Them  = (Us == WHITE ? BLACK    : WHITE);
 100     const Square Up    = (Us == WHITE ? DELTA_N  : DELTA_S);
 101     const Square Right = (Us == WHITE ? DELTA_NE : DELTA_SW);
 102     const Square Left  = (Us == WHITE ? DELTA_NW : DELTA_SE);
 103
 104     Bitboard b, p, doubled, connected;
 105     Square s;
 106     bool passed, isolated, opposed, phalanx, backward, unsupported, lever;
 107     Score score = SCORE_ZERO;
 108     const Square* pl = pos.list<PAWN>(Us);
 109     const Bitboard* pawnAttacksBB = StepAttacksBB[make_piece(Us, PAWN)];
 110
 111     Bitboard ourPawns   = pos.pieces(Us  , PAWN);
 112     Bitboard theirPawns = pos.pieces(Them, PAWN);
 113
 114     e->passedPawns[Us] = 0;
 115     e->kingSquares[Us] = SQ_NONE;
 116     e->semiopenFiles[Us] = 0xFF;
 117     e->pawnAttacks[Us] = shift_bb<Right>(ourPawns) | shift_bb<Left>(ourPawns);
 118     e->pawnsOnSquares[Us][BLACK] = popcount<Max15>(ourPawns & DarkSquares);
 119     e->pawnsOnSquares[Us][WHITE] = pos.count<PAWN>(Us) - e->pawnsOnSquares[Us][BLACK];
 120
 121     // Loop through all pawns of the current color and score each pawn
 122     while ((s = *pl++) != SQ_NONE)
 123     {
 124         assert(pos.piece_on(s) == make_piece(Us, PAWN));
 125
 126         File f = file_of(s);
 127
 128         // This file cannot be semi-open
 129         e->semiopenFiles[Us] &= ~(1 << f);
 130
 131         // Previous rank
 132         p = rank_bb(s - pawn_push(Us));
 133
 134         // Flag the pawn as passed, isolated, doubled,
 135         // unsupported or connected (but not the backward one).
 136         connected   =   ourPawns   & adjacent_files_bb(f) & (rank_bb(s) | p);
 137         phalanx     =   connected  & rank_bb(s);
 138         unsupported = !(ourPawns   & adjacent_files_bb(f) & p);
 139         isolated    = !(ourPawns   & adjacent_files_bb(f));
 140         doubled     =   ourPawns   & forward_bb(Us, s);
 141         opposed     =   theirPawns & forward_bb(Us, s);
 142         passed      = !(theirPawns & passed_pawn_mask(Us, s));
 143         lever       =   theirPawns & pawnAttacksBB[s];
 144
 145         // Test for backward pawn.
 146         // If the pawn is passed, isolated, or connected it cannot be
 147         // backward. If there are friendly pawns behind on adjacent files
 148         // or if it can capture an enemy pawn it cannot be backward either.
 149         if (   (passed | isolated | connected)
 150             || (ourPawns & pawn_attack_span(Them, s))
 151             || (pos.attacks_from<PAWN>(s, Us) & theirPawns))
 152             backward = false;
 153         else
 154         {
 155             // We now know that there are no friendly pawns beside or behind this
 156             // pawn on adjacent files. We now check whether the pawn is
 157             // backward by looking in the forward direction on the adjacent
 158             // files, and picking the closest pawn there.
 159             b = pawn_attack_span(Us, s) & (ourPawns | theirPawns);
 160             b = pawn_attack_span(Us, s) & rank_bb(backmost_sq(Us, b));
 161
 162             // If we have an enemy pawn in the same or next rank, the pawn is
 163             // backward because it cannot advance without being captured.
 164             backward = (b | shift_bb<Up>(b)) & theirPawns;
 165         }
 166
 167         assert(opposed | passed | (pawn_attack_span(Us, s) & theirPawns));
 168
 169         // Passed pawns will be properly scored in evaluation because we need
 170         // full attack info to evaluate passed pawns. Only the frontmost passed
 171         // pawn on each file is considered a true passed pawn.
 172         if (passed && !doubled)
 173             e->passedPawns[Us] |= s;
 174
 175         // Score this pawn
 176         if (isolated)
 177             score -= Isolated[opposed][f];
 178
 179         if (unsupported && !isolated)
 180             score -= UnsupportedPawnPenalty;
 181
 182         if (doubled)
 183             score -= Doubled[f] / distance<Rank>(s, frontmost_sq(Us, doubled));
 184
 185         if (backward)
 186             score -= Backward[opposed][f];
 187
 188         if (connected)
 189             score += Connected[opposed][phalanx][relative_rank(Us, s)];
 190
 191         if (lever)
 192             score += Lever[relative_rank(Us, s)];
 193     }
 194
 195     b = e->semiopenFiles[Us] ^ 0xFF;
 196     e->pawnSpan[Us] = b ? int(msb(b) - lsb(b)) : 0;
 197
 198     return score;
 199   }
 200
 201 } // namespace
 202
 203 namespace Pawns {
 204
 205 /// init() initializes some tables used by evaluation. Instead of hard-coded
 206 /// tables, when makes sense, we prefer to calculate them with a formula to
 207 /// reduce independent parameters and to allow easier tuning and better insight.
 208
 209 void init()
 210 {
 211   static const int Seed[RANK_NB] = { 0, 6, 15, 10, 57, 75, 135, 258 };
 212
 213   for (int opposed = 0; opposed <= 1; ++opposed)
 214       for (int phalanx = 0; phalanx <= 1; ++phalanx)
 215           for (Rank r = RANK_2; r < RANK_8; ++r)
 216           {
 217               int bonus = Seed[r] + (phalanx ? (Seed[r + 1] - Seed[r]) / 2 : 0);
 218               Connected[opposed][phalanx][r] = make_score(bonus / 2, bonus >> opposed);
 219           }
 220 }
 221
 222
 223 /// probe() takes a position as input, computes a Entry object, and returns a
 224 /// pointer to it. The result is also stored in a hash table, so we don't have
 225 /// to recompute everything when the same pawn structure occurs again.
 226
 227 Entry* probe(const Position& pos, Table& entries) {
 228
 229   Key key = pos.pawn_key();
 230   Entry* e = entries[key];
 231
 232   if (e->key == key)
 233       return e;
 234
 235   e->key = key;
 236   e->score = evaluate<WHITE>(pos, e) - evaluate<BLACK>(pos, e);
 237   return e;
 238 }
 239
 240
 241 /// Entry::shelter_storm() calculates shelter and storm penalties for the file
 242 /// the king is on, as well as the two adjacent files.
 243
 244 template<Color Us>
 245 Value Entry::shelter_storm(const Position& pos, Square ksq) {
 246
 247   const Color Them = (Us == WHITE ? BLACK : WHITE);
 248
 249   enum { NoFriendlyPawn, Unblocked, BlockedByPawn, BlockedByKing };
 250
 251   Bitboard b = pos.pieces(PAWN) & (in_front_bb(Us, rank_of(ksq)) | rank_bb(ksq));
 252   Bitboard ourPawns = b & pos.pieces(Us);
 253   Bitboard theirPawns = b & pos.pieces(Them);
 254   Value safety = MaxSafetyBonus;
 255   File center = std::max(FILE_B, std::min(FILE_G, file_of(ksq)));
 256
 257   for (File f = center - File(1); f <= center + File(1); ++f)
 258   {
 259       b = ourPawns & file_bb(f);
 260       Rank rkUs = b ? relative_rank(Us, backmost_sq(Us, b)) : RANK_1;
 261
 262       b  = theirPawns & file_bb(f);
 263       Rank rkThem = b ? relative_rank(Us, frontmost_sq(Them, b)) : RANK_1;
 264
 265       safety -=  ShelterWeakness[std::min(f, FILE_H - f)][rkUs]
 266                + StormDanger
 267                  [f == file_of(ksq) && rkThem == relative_rank(Us, ksq) + 1 ? BlockedByKing  :
 268                   rkUs   == RANK_1                                          ? NoFriendlyPawn :
 269                   rkThem == rkUs + 1                                        ? BlockedByPawn  : Unblocked]
 270                  [std::min(f, FILE_H - f)][rkThem];
 271   }
 272
 273   return safety;
 274 }
 275
 276
 277 /// Entry::do_king_safety() calculates a bonus for king safety. It is called only
 278 /// when king square changes, which is about 20% of total king_safety() calls.
 279
 280 template<Color Us>
 281 Score Entry::do_king_safety(const Position& pos, Square ksq) {
 282
 283   kingSquares[Us] = ksq;
 284   castlingRights[Us] = pos.can_castle(Us);
 285   minKingPawnDistance[Us] = 0;
 286
 287   Bitboard pawns = pos.pieces(Us, PAWN);
 288   if (pawns)
 289       while (!(DistanceRingsBB[ksq][minKingPawnDistance[Us]++] & pawns)) {}
 290
 291   if (relative_rank(Us, ksq) > RANK_4)
 292       return make_score(0, -16 * minKingPawnDistance[Us]);
 293
 294   Value bonus = shelter_storm<Us>(pos, ksq);
 295
 296   // If we can castle use the bonus after the castling if it is bigger
 297   if (pos.can_castle(MakeCastling<Us, KING_SIDE>::right))
 298       bonus = std::max(bonus, shelter_storm<Us>(pos, relative_square(Us, SQ_G1)));
 299
 300   if (pos.can_castle(MakeCastling<Us, QUEEN_SIDE>::right))
 301       bonus = std::max(bonus, shelter_storm<Us>(pos, relative_square(Us, SQ_C1)));
 302
 303   return make_score(bonus, -16 * minKingPawnDistance[Us]);
 304 }
 305
 306 // Explicit template instantiation
 307 template Score Entry::do_king_safety<WHITE>(const Position& pos, Square ksq);
 308 template Score Entry::do_king_safety<BLACK>(const Position& pos, Square ksq);
 309
 310 } // namespace Pawns