First attempt at tweaking UnpairedPawnsTable[] values
[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) 2008-2010 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
21 ////
22 //// Includes
23 ////
24
25 #include <cassert>
26 #include <cstring>
27
28 #include "bitcount.h"
29 #include "pawns.h"
30 #include "position.h"
31
32
33 ////
34 //// Local definitions
35 ////
36
37 namespace {
38
39   /// Constants and variables
40
41   #define S(mg, eg) make_score(mg, eg)
42
43   // Doubled pawn penalty by file
44   const Score DoubledPawnPenalty[8] = {
45     S(13, 43), S(20, 48), S(23, 48), S(23, 48),
46     S(23, 48), S(23, 48), S(20, 48), S(13, 43)
47   };
48
49   // Isolated pawn penalty by file
50   const Score IsolatedPawnPenalty[8] = {
51     S(25, 30), S(36, 35), S(40, 35), S(40, 35),
52     S(40, 35), S(40, 35), S(36, 35), S(25, 30)
53   };
54
55   // Backward pawn penalty by file
56   const Score BackwardPawnPenalty[8] = {
57     S(20, 28), S(29, 31), S(33, 31), S(33, 31),
58     S(33, 31), S(33, 31), S(29, 31), S(20, 28)
59   };
60
61   // Pawn chain membership bonus by file
62   const Score ChainBonus[8] = {
63     S(11,-1), S(13,-1), S(13,-1), S(14,-1),
64     S(14,-1), S(13,-1), S(13,-1), S(11,-1)
65   };
66
67   // Candidate passed pawn bonus by rank
68   const Score CandidateBonus[8] = {
69     S( 0, 0), S( 6, 13), S(6,13), S(14,29),
70     S(34,68), S(83,166), S(0, 0), S( 0, 0)
71   };
72
73   // UnpairedPawnsTable[] gives a score according to the number
74   // of panws that do not have an enemy pawn in front of them.
75   const int UnpairedPawnsTable[8] = { 32, 48, 64, 80, 96, 112, 128, 128 };
76
77   // Pawn storm tables for positions with opposite castling
78   const int QStormTable[64] = {
79     0,  0,  0,  0, 0, 0, 0, 0,
80   -22,-22,-22,-14,-6, 0, 0, 0,
81    -6,-10,-10,-10,-6, 0, 0, 0,
82     4, 12, 16, 12, 4, 0, 0, 0,
83    16, 23, 23, 16, 0, 0, 0, 0,
84    23, 31, 31, 23, 0, 0, 0, 0,
85    23, 31, 31, 23, 0, 0, 0, 0,
86     0,  0,  0,  0, 0, 0, 0, 0
87   };
88
89   const int KStormTable[64] = {
90     0, 0, 0,  0,  0,  0,  0,  0,
91     0, 0, 0,-10,-19,-28,-33,-33,
92     0, 0, 0,-10,-15,-19,-24,-24,
93     0, 0, 0,  0,  1,  1,  1,  1,
94     0, 0, 0,  0,  1, 10, 19, 19,
95     0, 0, 0,  0,  1, 19, 31, 27,
96     0, 0, 0,  0,  0, 22, 31, 22,
97     0, 0, 0,  0,  0,  0,  0,  0
98   };
99
100   // Pawn storm open file bonuses by file
101   const int16_t KStormOpenFileBonus[8] = { 31, 31, 18, 0, 0, 0, 0, 0 };
102   const int16_t QStormOpenFileBonus[8] = { 0, 0, 0, 0, 0, 26, 42, 26 };
103
104   // Pawn storm lever bonuses by file
105   const int StormLeverBonus[8] = { -8, -8, -13, 0, 0, -13, -8, -8 };
106
107 }
108
109
110 ////
111 //// Functions
112 ////
113
114 /// Constructor
115
116 PawnInfoTable::PawnInfoTable(unsigned numOfEntries) {
117
118   size = numOfEntries;
119   entries = new PawnInfo[size];
120   if (!entries)
121   {
122       std::cerr << "Failed to allocate " << (numOfEntries * sizeof(PawnInfo))
123                 << " bytes for pawn hash table." << std::endl;
124       Application::exit_with_failure();
125   }
126 }
127
128
129 /// Destructor
130
131 PawnInfoTable::~PawnInfoTable() {
132   delete [] entries;
133 }
134
135
136 /// PawnInfo::clear() resets to zero the PawnInfo entry. Note that
137 /// kingSquares[] is initialized to SQ_NONE instead.
138
139 void PawnInfo::clear() {
140
141   memset(this, 0, sizeof(PawnInfo));
142   kingSquares[WHITE] = kingSquares[BLACK] = SQ_NONE;
143 }
144
145
146 /// PawnInfoTable::get_pawn_info() takes a position object as input, computes
147 /// a PawnInfo object, and returns a pointer to it.  The result is also
148 /// stored in a hash table, so we don't have to recompute everything when
149 /// the same pawn structure occurs again.
150
151 PawnInfo* PawnInfoTable::get_pawn_info(const Position& pos) {
152
153   assert(pos.is_ok());
154
155   Key key = pos.get_pawn_key();
156   int index = int(key & (size - 1));
157   PawnInfo* pi = entries + index;
158
159   // If pi->key matches the position's pawn hash key, it means that we
160   // have analysed this pawn structure before, and we can simply return
161   // the information we found the last time instead of recomputing it.
162   if (pi->key == key)
163       return pi;
164
165   // Clear the PawnInfo object, and set the key
166   pi->clear();
167   pi->key = key;
168
169   // Calculate pawn attacks
170   Bitboard whitePawns = pos.pieces(PAWN, WHITE);
171   Bitboard blackPawns = pos.pieces(PAWN, BLACK);
172   pi->pawnAttacks[WHITE] = ((whitePawns << 9) & ~FileABB) | ((whitePawns << 7) & ~FileHBB);
173   pi->pawnAttacks[BLACK] = ((blackPawns >> 7) & ~FileABB) | ((blackPawns >> 9) & ~FileHBB);
174
175   // Evaluate pawns for both colors
176   pi->value =  evaluate_pawns<WHITE>(pos, whitePawns, blackPawns, pi)
177              - evaluate_pawns<BLACK>(pos, blackPawns, whitePawns, pi);
178   return pi;
179 }
180
181
182 /// PawnInfoTable::evaluate_pawns() evaluates each pawn of the given color
183
184 template<Color Us>
185 Score PawnInfoTable::evaluate_pawns(const Position& pos, Bitboard ourPawns,
186                                     Bitboard theirPawns, PawnInfo* pi) {
187   Square s;
188   File f;
189   Rank r;
190   bool passed, isolated, doubled, opposed, chain, backward, candidate;
191   int bonus;
192   Score value = make_score(0, 0);
193   const Square* ptr = pos.piece_list_begin(Us, PAWN);
194   int unpairedPawnsNum = pos.piece_count(Us, PAWN);
195
196   // Initialize pawn storm scores by giving bonuses for open files
197   for (f = FILE_A; f <= FILE_H; f++)
198       if (!(ourPawns & file_bb(f)))
199       {
200           pi->ksStormValue[Us] += KStormOpenFileBonus[f];
201           pi->qsStormValue[Us] += QStormOpenFileBonus[f];
202           pi->halfOpenFiles[Us] |= (1 << f);
203       }
204
205   // Loop through all pawns of the current color and score each pawn
206   while ((s = *ptr++) != SQ_NONE)
207   {
208       f = square_file(s);
209       r = square_rank(s);
210
211       assert(pos.piece_on(s) == piece_of_color_and_type(Us, PAWN));
212
213       // Passed, isolated or doubled pawn?
214       passed   = !(theirPawns & passed_pawn_mask(Us, s));
215       isolated = !(ourPawns & neighboring_files_bb(s));
216       doubled  = ourPawns & squares_behind(Us, s);
217       opposed  = theirPawns & squares_in_front_of(Us, s);
218
219       // Decrease number of unpaired pawns
220       if (opposed)
221           unpairedPawnsNum--;
222
223       // We calculate kingside and queenside pawn storm
224       // scores for both colors. These are used when evaluating
225       // middle game positions with opposite side castling.
226       //
227       // Each pawn is given a base score given by a piece square table
228       // (KStormTable[] or QStormTable[]). Pawns which seem to have good
229       // chances of creating an open file by exchanging itself against an
230       // enemy pawn on an adjacent file gets an additional bonus.
231
232       // Kingside pawn storms
233       bonus = KStormTable[relative_square(Us, s)];
234       if (f >= FILE_F)
235       {
236           Bitboard b = outpost_mask(Us, s) & theirPawns & (FileFBB | FileGBB | FileHBB);
237           while (b)
238           {
239               // Give a bonus according to the distance of the nearest enemy pawn
240               Square s2 = pop_1st_bit(&b);
241               int v = StormLeverBonus[f] - 2 * square_distance(s, s2);
242
243               // If enemy pawn has no pawn beside itself is particularly vulnerable.
244               // Big bonus, especially against a weakness on the rook file
245               if (!(theirPawns & neighboring_files_bb(s2) & rank_bb(s2)))
246                   v *= (square_file(s2) == FILE_H ? 4 : 2);
247
248               bonus += v;
249           }
250       }
251       pi->ksStormValue[Us] += bonus;
252
253       // Queenside pawn storms
254       bonus = QStormTable[relative_square(Us, s)];
255       if (f <= FILE_C)
256       {
257           Bitboard b = outpost_mask(Us, s) & theirPawns & (FileABB | FileBBB | FileCBB);
258           while (b)
259           {
260               // Give a bonus according to the distance of the nearest enemy pawn
261               Square s2 = pop_1st_bit(&b);
262               int v = StormLeverBonus[f] - 4 * square_distance(s, s2);
263
264               // If enemy pawn has no pawn beside itself is particularly vulnerable.
265               // Big bonus, especially against a weakness on the rook file
266               if (!(theirPawns & neighboring_files_bb(s2) & rank_bb(s2)))
267                   v *= (square_file(s2) == FILE_A ? 4 : 2);
268
269               bonus += v;
270           }
271       }
272       pi->qsStormValue[Us] += bonus;
273
274       // Member of a pawn chain (but not the backward one)? We could speed up
275       // the test a little by introducing an array of masks indexed by color
276       // and square for doing the test, but because everything is hashed,
277       // it probably won't make any noticable difference.
278       chain =  ourPawns
279              & neighboring_files_bb(f)
280              & (rank_bb(r) | rank_bb(r - (Us == WHITE ? 1 : -1)));
281
282       // Test for backward pawn
283       //
284       // If the pawn is passed, isolated, or member of a pawn chain
285       // it cannot be backward. If can capture an enemy pawn or if
286       // there are friendly pawns behind on neighboring files it cannot
287       // be backward either.
288       if (   (passed | isolated | chain)
289           || (ourPawns & behind_bb(Us, r) & neighboring_files_bb(f))
290           || (pos.attacks_from<PAWN>(s, Us) & theirPawns))
291           backward = false;
292       else
293       {
294           // We now know that there are no friendly pawns beside or behind this
295           // pawn on neighboring files. We now check whether the pawn is
296           // backward by looking in the forward direction on the neighboring
297           // files, and seeing whether we meet a friendly or an enemy pawn first.
298           Bitboard b = pos.attacks_from<PAWN>(s, Us);
299
300           // Note that we are sure to find something because pawn is not passed
301           // nor isolated, so loop is potentially infinite, but it isn't.
302           while (!(b & (ourPawns | theirPawns)))
303               Us == WHITE ? b <<= 8 : b >>= 8;
304
305           // The friendly pawn needs to be at least two ranks closer than the enemy
306           // pawn in order to help the potentially backward pawn advance.
307           backward = (b | (Us == WHITE ? b << 8 : b >> 8)) & theirPawns;
308       }
309
310       // Test for candidate passed pawn
311       candidate =   !passed
312                  && !opposed
313                  && (  count_1s_max_15(neighboring_files_bb(f) & (behind_bb(Us, r) | rank_bb(r)) & ourPawns)
314                      - count_1s_max_15(neighboring_files_bb(f) & in_front_bb(Us, r)              & theirPawns)
315                      >= 0);
316
317       // In order to prevent doubled passed pawns from receiving a too big
318       // bonus, only the frontmost passed pawn on each file is considered as
319       // a true passed pawn.
320       if (passed && (ourPawns & squares_in_front_of(Us, s)))
321           passed = false;
322
323       // Score this pawn
324       if (passed)
325           set_bit(&(pi->passedPawns), s);
326
327       if (isolated)
328       {
329           value -= IsolatedPawnPenalty[f];
330           if (!(theirPawns & file_bb(f)))
331               value -= IsolatedPawnPenalty[f] / 2;
332       }
333       if (doubled)
334           value -= DoubledPawnPenalty[f];
335
336       if (backward)
337       {
338           value -= BackwardPawnPenalty[f];
339           if (!(theirPawns & file_bb(f)))
340               value -= BackwardPawnPenalty[f] / 2;
341       }
342       if (chain)
343           value += ChainBonus[f];
344
345       if (candidate)
346           value += CandidateBonus[relative_rank(Us, s)];
347   }
348
349   // Calculate a scale factor to be used to evaluate if position is drawish
350   pi->factor[Us] = UnpairedPawnsTable[unpairedPawnsNum];
351
352   return value;
353 }
354
355
356 /// PawnInfo::updateShelter calculates and caches king shelter. It is called
357 /// only when king square changes, about 20% of total get_king_shelter() calls.
358 int PawnInfo::updateShelter(const Position& pos, Color c, Square ksq) {
359
360   unsigned shelter = 0;
361   Bitboard pawns = pos.pieces(PAWN, c) & this_and_neighboring_files_bb(ksq);
362   unsigned r = ksq & (7 << 3);
363   for (int i = 1, k = (c ? -8 : 8); i < 4; i++)
364   {
365       r += k;
366       shelter += BitCount8Bit[(pawns >> r) & 0xFF] * (128 >> i);
367   }
368   kingSquares[c] = ksq;
369   kingShelters[c] = shelter;
370   return shelter;
371 }