Calculate min distance between king and his pawns
[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) 2008-2012 Marco Costalba, Joona Kiiski, Tord Romstad
5
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10
11   Stockfish is distributed in the hope that it will be useful,
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18 */
19
20 #include <cassert>
21
22 #include "bitboard.h"
23 #include "bitcount.h"
24 #include "pawns.h"
25 #include "position.h"
26
27 namespace {
28
29   #define V Value
30   #define S(mg, eg) make_score(mg, eg)
31
32   // Doubled pawn penalty by opposed flag and file
33   const Score DoubledPawnPenalty[2][8] = {
34   { S(13, 43), S(20, 48), S(23, 48), S(23, 48),
35     S(23, 48), S(23, 48), S(20, 48), S(13, 43) },
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 IsolatedPawnPenalty[2][8] = {
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 BackwardPawnPenalty[2][8] = {
48   { S(30, 42), S(43, 46), S(49, 46), S(49, 46),
49     S(49, 46), S(49, 46), S(43, 46), S(30, 42) },
50   { S(20, 28), S(29, 31), S(33, 31), S(33, 31),
51     S(33, 31), S(33, 31), S(29, 31), S(20, 28) }};
52
53   // Pawn chain membership bonus by file
54   const Score ChainBonus[8] = {
55     S(11,-1), S(13,-1), S(13,-1), S(14,-1),
56     S(14,-1), S(13,-1), S(13,-1), S(11,-1)
57   };
58
59   // Candidate passed pawn bonus by rank
60   const Score CandidateBonus[8] = {
61     S( 0, 0), S( 6, 13), S(6,13), S(14,29),
62     S(34,68), S(83,166), S(0, 0), S( 0, 0)
63   };
64
65   const Score PawnStructureWeight = S(233, 201);
66
67   // Weakness of our pawn shelter in front of the king indexed by [king pawn][rank]
68   const Value ShelterWeakness[2][8] =
69   { { V(141), V(0), V(38), V(102), V(128), V(141), V(141) },
70     { V( 61), V(0), V(16), V( 44), V( 56), V( 61), V( 61) } };
71
72   // Danger of enemy pawns moving toward our king indexed by [pawn blocked][rank]
73   const Value StormDanger[2][8] =
74   { { V(26), V(0), V(128), V(51), V(26) },
75     { V(13), V(0), V( 64), V(25), V(13) } };
76
77   // Max bonus for king safety. Corresponds to start position with all the pawns
78   // in front of the king and no enemy pawn on the horizont.
79   const Value MaxSafetyBonus = V(263);
80
81   #undef S
82   #undef V
83 }
84
85
86 /// PawnTable::probe() takes a position object as input, computes a PawnEntry
87 /// object, and returns a pointer to it. The result is also stored in a hash
88 /// table, so we don't have to recompute everything when the same pawn structure
89 /// occurs again.
90
91 PawnEntry* PawnTable::probe(const Position& pos) {
92
93   Key key = pos.pawn_key();
94   PawnEntry* e = entries[key];
95
96   // If e->key matches the position's pawn hash key, it means that we
97   // have analysed this pawn structure before, and we can simply return
98   // the information we found the last time instead of recomputing it.
99   if (e->key == key)
100       return e;
101
102   e->key = key;
103   e->passedPawns[WHITE] = e->passedPawns[BLACK] = 0;
104   e->kingSquares[WHITE] = e->kingSquares[BLACK] = SQ_NONE;
105   e->halfOpenFiles[WHITE] = e->halfOpenFiles[BLACK] = 0xFF;
106
107   Bitboard wPawns = pos.pieces(WHITE, PAWN);
108   Bitboard bPawns = pos.pieces(BLACK, PAWN);
109   e->pawnAttacks[WHITE] = ((wPawns & ~FileHBB) << 9) | ((wPawns & ~FileABB) << 7);
110   e->pawnAttacks[BLACK] = ((bPawns & ~FileHBB) >> 7) | ((bPawns & ~FileABB) >> 9);
111
112   e->value =  evaluate_pawns<WHITE>(pos, wPawns, bPawns, e)
113             - evaluate_pawns<BLACK>(pos, bPawns, wPawns, e);
114
115   e->value = apply_weight(e->value, PawnStructureWeight);
116
117   return e;
118 }
119
120
121 /// PawnTable::evaluate_pawns() evaluates each pawn of the given color
122
123 template<Color Us>
124 Score PawnTable::evaluate_pawns(const Position& pos, Bitboard ourPawns,
125                                 Bitboard theirPawns, PawnEntry* e) {
126
127   const Color Them = (Us == WHITE ? BLACK : WHITE);
128
129   Bitboard b;
130   Square s;
131   File f;
132   Rank r;
133   bool passed, isolated, doubled, opposed, chain, backward, candidate;
134   Score value = SCORE_ZERO;
135   const Square* pl = pos.piece_list(Us, PAWN);
136
137   // Loop through all pawns of the current color and score each pawn
138   while ((s = *pl++) != SQ_NONE)
139   {
140       assert(pos.piece_on(s) == make_piece(Us, PAWN));
141
142       f = file_of(s);
143       r = rank_of(s);
144
145       // This file cannot be half open
146       e->halfOpenFiles[Us] &= ~(1 << f);
147
148       // Our rank plus previous one. Used for chain detection
149       b = rank_bb(r) | rank_bb(Us == WHITE ? r - Rank(1) : r + Rank(1));
150
151       // Flag the pawn as passed, isolated, doubled or member of a pawn
152       // chain (but not the backward one).
153       chain    =   ourPawns   & adjacent_files_bb(f) & b;
154       isolated = !(ourPawns   & adjacent_files_bb(f));
155       doubled  =   ourPawns   & forward_bb(Us, s);
156       opposed  =   theirPawns & forward_bb(Us, s);
157       passed   = !(theirPawns & passed_pawn_mask(Us, s));
158
159       // Test for backward pawn
160       backward = false;
161
162       // If the pawn is passed, isolated, or member of a pawn chain it cannot
163       // be backward. If there are friendly pawns behind on adjacent files
164       // or if can capture an enemy pawn it cannot be backward either.
165       if (   !(passed | isolated | chain)
166           && !(ourPawns & attack_span_mask(Them, s))
167           && !(pos.attacks_from<PAWN>(s, Us) & theirPawns))
168       {
169           // We now know that there are no friendly pawns beside or behind this
170           // pawn on adjacent files. We now check whether the pawn is
171           // backward by looking in the forward direction on the adjacent
172           // files, and seeing whether we meet a friendly or an enemy pawn first.
173           b = pos.attacks_from<PAWN>(s, Us);
174
175           // Note that we are sure to find something because pawn is not passed
176           // nor isolated, so loop is potentially infinite, but it isn't.
177           while (!(b & (ourPawns | theirPawns)))
178               Us == WHITE ? b <<= 8 : b >>= 8;
179
180           // The friendly pawn needs to be at least two ranks closer than the
181           // enemy pawn in order to help the potentially backward pawn advance.
182           backward = (b | (Us == WHITE ? b << 8 : b >> 8)) & theirPawns;
183       }
184
185       assert(opposed | passed | (attack_span_mask(Us, s) & theirPawns));
186
187       // A not passed pawn is a candidate to become passed if it is free to
188       // advance and if the number of friendly pawns beside or behind this
189       // pawn on adjacent files is higher or equal than the number of
190       // enemy pawns in the forward direction on the adjacent files.
191       candidate =   !(opposed | passed | backward | isolated)
192                  && (b = attack_span_mask(Them, s + pawn_push(Us)) & ourPawns) != 0
193                  &&  popcount<Max15>(b) >= popcount<Max15>(attack_span_mask(Us, s) & theirPawns);
194
195       // Passed pawns will be properly scored in evaluation because we need
196       // full attack info to evaluate passed pawns. Only the frontmost passed
197       // pawn on each file is considered a true passed pawn.
198       if (passed && !doubled)
199           e->passedPawns[Us] |= s;
200
201       // Score this pawn
202       if (isolated)
203           value -= IsolatedPawnPenalty[opposed][f];
204
205       if (doubled)
206           value -= DoubledPawnPenalty[opposed][f];
207
208       if (backward)
209           value -= BackwardPawnPenalty[opposed][f];
210
211       if (chain)
212           value += ChainBonus[f];
213
214       if (candidate)
215           value += CandidateBonus[relative_rank(Us, s)];
216   }
217
218   return value;
219 }
220
221
222 /// PawnEntry::shelter_storm() calculates shelter and storm penalties for the file
223 /// the king is on, as well as the two adjacent files.
224
225 template<Color Us>
226 Value PawnEntry::shelter_storm(const Position& pos, Square ksq) {
227
228   const Color Them = (Us == WHITE ? BLACK : WHITE);
229
230   Value safety = MaxSafetyBonus;
231   Bitboard b = pos.pieces(PAWN) & (in_front_bb(Us, ksq) | rank_bb(ksq));
232   Bitboard ourPawns = b & pos.pieces(Us) & ~rank_bb(ksq);
233   Bitboard theirPawns = b & pos.pieces(Them);
234   Rank rkUs, rkThem;
235   File kf = file_of(ksq);
236
237   kf = (kf == FILE_A) ? kf++ : (kf == FILE_H) ? kf-- : kf;
238
239   for (int f = kf - 1; f <= kf + 1; f++)
240   {
241       // Shelter penalty is higher for the pawn in front of the king
242       b = ourPawns & FileBB[f];
243       rkUs = b ? rank_of(Us == WHITE ? first_1(b) : ~last_1(b)) : RANK_1;
244       safety -= ShelterWeakness[f != kf][rkUs];
245
246       // Storm danger is smaller if enemy pawn is blocked
247       b  = theirPawns & FileBB[f];
248       rkThem = b ? rank_of(Us == WHITE ? first_1(b) : ~last_1(b)) : RANK_1;
249       safety -= StormDanger[rkThem == rkUs + 1][rkThem];
250   }
251
252   return safety;
253 }
254
255
256 /// PawnEntry::update_safety() calculates and caches a bonus for king safety. It is
257 /// called only when king square changes, about 20% of total king_safety() calls.
258
259 template<Color Us>
260 Score PawnEntry::update_safety(const Position& pos, Square ksq) {
261
262   kingSquares[Us] = ksq;
263   castleRights[Us] = pos.can_castle(Us);
264   minKPdistance[Us] = 0;
265
266   Bitboard pawns = pos.pieces(Us, PAWN);
267   if (pawns)
268       while (!(DistanceRingsBB[ksq][minKPdistance[Us]++] & pawns)) {}
269
270   if (relative_rank(Us, ksq) > RANK_4)
271       return kingSafety[Us] = SCORE_ZERO;
272
273   Value bonus = shelter_storm<Us>(pos, ksq);
274
275   // If we can castle use the bonus after the castle if is bigger
276   if (pos.can_castle(make_castle_right(Us, KING_SIDE)))
277       bonus = std::max(bonus, shelter_storm<Us>(pos, relative_square(Us, SQ_G1)));
278
279   if (pos.can_castle(make_castle_right(Us, QUEEN_SIDE)))
280       bonus = std::max(bonus, shelter_storm<Us>(pos, relative_square(Us, SQ_C1)));
281
282   return kingSafety[Us] = make_score(bonus, 0);
283 }
284
285 // Explicit template instantiation
286 template Score PawnEntry::update_safety<WHITE>(const Position& pos, Square ksq);
287 template Score PawnEntry::update_safety<BLACK>(const Position& pos, Square ksq);