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) 2008-2015 Marco Costalba, Joona Kiiski, Tord Romstad
   5   Copyright (C) 2015-2017 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[] = { S(27, 30), S(13, 18) };
  36
  37   // Backward pawn penalty by opposed flag
  38   const Score Backward[] = { S(40, 26), S(24, 12) };
  39
  40   // Connected pawn bonus by opposed, phalanx, #support and rank
  41   Score Connected[2][2][3][RANK_NB];
  42
  43   // Doubled pawn penalty
  44   const Score Doubled = S(18, 38);
  45
  46   // Lever bonus by rank
  47   const Score Lever[RANK_NB] = {
  48     S( 0,  0), S( 0,  0), S(0, 0), S(0, 0),
  49     S(17, 16), S(33, 32), S(0, 0), S(0, 0)
  50   };
  51
  52   // Weakness of our pawn shelter in front of the king by [distance from edge][rank].
  53   // RANK_1 = 0 is used for files where we have no pawns or our pawn is behind our king.
  54   const Value ShelterWeakness[][RANK_NB] = {
  55     { V(100), V(20), V(10), V(46), V(82), V( 86), V( 98) },
  56     { V(116), V( 4), V(28), V(87), V(94), V(108), V(104) },
  57     { V(109), V( 1), V(59), V(87), V(62), V( 91), V(116) },
  58     { V( 75), V(12), V(43), V(59), V(90), V( 84), V(112) }
  59   };
  60
  61   // Danger of enemy pawns moving toward our king by [type][distance from edge][rank].
  62   // For the unopposed and unblocked cases, RANK_1 = 0 is used when opponent has no pawn
  63   // on the given file, or their pawn is behind our king.
  64   const Value StormDanger[][4][RANK_NB] = {
  65     { { V( 0),  V(-290), V(-274), V(57), V(41) },  //BlockedByKing
  66       { V( 0),  V(  60), V( 144), V(39), V(13) },
  67       { V( 0),  V(  65), V( 141), V(41), V(34) },
  68       { V( 0),  V(  53), V( 127), V(56), V(14) } },
  69     { { V( 4),  V(  73), V( 132), V(46), V(31) },  //Unopposed
  70       { V( 1),  V(  64), V( 143), V(26), V(13) },
  71       { V( 1),  V(  47), V( 110), V(44), V(24) },
  72       { V( 0),  V(  72), V( 127), V(50), V(31) } },
  73     { { V( 0),  V(   0), V(  79), V(23), V( 1) },  //BlockedByPawn
  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(22),  V(  45), V( 104), V(62), V( 6) },  //Unblocked
  78       { V(31),  V(  30), V(  99), V(39), V(19) },
  79       { V(23),  V(  29), V(  96), V(41), V(15) },
  80       { V(21),  V(  23), V( 116), V(41), V(15) } }
  81   };
  82
  83   // Max bonus for king safety. Corresponds to start position with all the pawns
  84   // in front of the king and no enemy pawn on the horizon.
  85   const Value MaxSafetyBonus = V(258);
  86
  87   #undef S
  88   #undef V
  89
  90   template<Color Us>
  91   Score evaluate(const Position& pos, Pawns::Entry* e) {
  92
  93     const Color  Them  = (Us == WHITE ? BLACK      : WHITE);
  94     const Square Up    = (Us == WHITE ? NORTH      : SOUTH);
  95     const Square Right = (Us == WHITE ? NORTH_EAST : SOUTH_WEST);
  96     const Square Left  = (Us == WHITE ? NORTH_WEST : SOUTH_EAST);
  97
  98     Bitboard b, neighbours, stoppers, doubled, supported, phalanx;
  99     Bitboard lever, leverPush;
 100     Square s;
 101     bool opposed, backward;
 102     Score score = SCORE_ZERO;
 103     const Square* pl = pos.squares<PAWN>(Us);
 104
 105     Bitboard ourPawns   = pos.pieces(  Us, PAWN);
 106     Bitboard theirPawns = pos.pieces(Them, PAWN);
 107
 108     e->passedPawns[Us]   = e->pawnAttacksSpan[Us] = 0;
 109     e->semiopenFiles[Us] = 0xFF;
 110     e->kingSquares[Us]   = SQ_NONE;
 111     e->pawnAttacks[Us]   = shift<Right>(ourPawns) | shift<Left>(ourPawns);
 112     e->pawnsOnSquares[Us][BLACK] = popcount(ourPawns & DarkSquares);
 113     e->pawnsOnSquares[Us][WHITE] = pos.count<PAWN>(Us) - e->pawnsOnSquares[Us][BLACK];
 114
 115     // Loop through all pawns of the current color and score each pawn
 116     while ((s = *pl++) != SQ_NONE)
 117     {
 118         assert(pos.piece_on(s) == make_piece(Us, PAWN));
 119
 120         File f = file_of(s);
 121
 122         e->semiopenFiles[Us]   &= ~(1 << f);
 123         e->pawnAttacksSpan[Us] |= pawn_attack_span(Us, s);
 124
 125         // Flag the pawn
 126         opposed    = theirPawns & forward_file_bb(Us, s);
 127         stoppers   = theirPawns & passed_pawn_mask(Us, s);
 128         lever      = theirPawns & PawnAttacks[Us][s];
 129         leverPush  = theirPawns & PawnAttacks[Us][s + Up];
 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
 135         // A pawn is backward when it is behind all pawns of the same color on the
 136         // adjacent files and cannot be safely advanced.
 137         if (!neighbours || lever || relative_rank(Us, s) >= RANK_5)
 138             backward = false;
 139         else
 140         {
 141             // Find the backmost rank with neighbours or stoppers
 142             b = rank_bb(backmost_sq(Us, neighbours | stoppers));
 143
 144             // The pawn is backward when it cannot safely progress to that rank:
 145             // either there is a stopper in the way on this rank, or there is a
 146             // stopper on adjacent file which controls the way to that rank.
 147             backward = (b | shift<Up>(b & adjacent_files_bb(f))) & stoppers;
 148
 149             assert(!(backward && (forward_ranks_bb(Them, s + Up) & neighbours)));
 150         }
 151
 152         // Passed pawns will be properly scored in evaluation because we need
 153         // full attack info to evaluate them. Include also not passed pawns
 154         // which could become passed after one or two pawn pushes when are
 155         // not attacked more times than defended.
 156         if (   !(stoppers ^ lever ^ leverPush)
 157             && !(ourPawns & forward_file_bb(Us, s))
 158             && popcount(supported) >= popcount(lever)
 159             && popcount(phalanx)   >= popcount(leverPush))
 160             e->passedPawns[Us] |= s;
 161
 162         else if (   stoppers == SquareBB[s + Up]
 163                  && relative_rank(Us, s) >= RANK_5)
 164         {
 165             b = shift<Up>(supported) & ~theirPawns;
 166             while (b)
 167                 if (!more_than_one(theirPawns & PawnAttacks[Us][pop_lsb(&b)]))
 168                     e->passedPawns[Us] |= s;
 169         }
 170
 171         // Score this pawn
 172         if (supported | phalanx)
 173             score += Connected[opposed][!!phalanx][popcount(supported)][relative_rank(Us, s)];
 174
 175         else if (!neighbours)
 176             score -= Isolated[opposed];
 177
 178         else if (backward)
 179             score -= Backward[opposed];
 180
 181         if (doubled && !supported)
 182             score -= Doubled;
 183
 184         if (lever)
 185             score += Lever[relative_rank(Us, s)];
 186     }
 187
 188     return score;
 189   }
 190
 191 } // namespace
 192
 193 namespace Pawns {
 194
 195 /// Pawns::init() initializes some tables needed by evaluation. Instead of using
 196 /// hard-coded tables, when makes sense, we prefer to calculate them with a formula
 197 /// to reduce independent parameters and to allow easier tuning and better insight.
 198
 199 void init() {
 200
 201   static const int Seed[RANK_NB] = { 0, 13, 24, 18, 76, 100, 175, 330 };
 202
 203   for (int opposed = 0; opposed <= 1; ++opposed)
 204       for (int phalanx = 0; phalanx <= 1; ++phalanx)
 205           for (int support = 0; support <= 2; ++support)
 206               for (Rank r = RANK_2; r < RANK_8; ++r)
 207   {
 208       int v = 17 * support;
 209       v += (Seed[r] + (phalanx ? (Seed[r + 1] - Seed[r]) / 2 : 0)) >> opposed;
 210
 211       Connected[opposed][phalanx][support][r] = make_score(v, v * (r - 2) / 4);
 212   }
 213 }
 214
 215
 216 /// Pawns::probe() looks up the current position's pawns configuration in
 217 /// the pawns hash table. It returns a pointer to the Entry if the position
 218 /// is found. Otherwise a new Entry is computed and stored there, so we don't
 219 /// have to recompute all when the same pawns configuration occurs again.
 220
 221 Entry* probe(const Position& pos) {
 222
 223   Key key = pos.pawn_key();
 224   Entry* e = pos.this_thread()->pawnsTable[key];
 225
 226   if (e->key == key)
 227       return e;
 228
 229   e->key = key;
 230   e->score = evaluate<WHITE>(pos, e) - evaluate<BLACK>(pos, e);
 231   e->asymmetry = popcount(e->semiopenFiles[WHITE] ^ e->semiopenFiles[BLACK]);
 232   e->openFiles = popcount(e->semiopenFiles[WHITE] & e->semiopenFiles[BLACK]);
 233   return e;
 234 }
 235
 236
 237 /// Entry::shelter_storm() calculates shelter and storm penalties for the file
 238 /// the king is on, as well as the two closest files.
 239
 240 template<Color Us>
 241 Value Entry::shelter_storm(const Position& pos, Square ksq) {
 242
 243   const Color Them = (Us == WHITE ? BLACK : WHITE);
 244
 245   enum { BlockedByKing, Unopposed, BlockedByPawn, Unblocked };
 246
 247   Bitboard b = pos.pieces(PAWN) & (forward_ranks_bb(Us, ksq) | rank_bb(ksq));
 248   Bitboard ourPawns = b & pos.pieces(Us);
 249   Bitboard theirPawns = b & pos.pieces(Them);
 250   Value safety = MaxSafetyBonus;
 251   File center = std::max(FILE_B, std::min(FILE_G, file_of(ksq)));
 252
 253   for (File f = center - File(1); f <= center + File(1); ++f)
 254   {
 255       b = ourPawns & file_bb(f);
 256       Rank rkUs = b ? relative_rank(Us, backmost_sq(Us, b)) : RANK_1;
 257
 258       b = theirPawns & file_bb(f);
 259       Rank rkThem = b ? relative_rank(Us, frontmost_sq(Them, b)) : RANK_1;
 260
 261       int d = std::min(f, FILE_H - f);
 262       safety -=  ShelterWeakness[d][rkUs]
 263                + StormDanger
 264                  [f == file_of(ksq) && rkThem == relative_rank(Us, ksq) + 1 ? BlockedByKing  :
 265                   rkUs   == RANK_1                                          ? Unopposed :
 266                   rkThem == rkUs + 1                                        ? BlockedByPawn  : Unblocked]
 267                  [d][rkThem];
 268   }
 269
 270   return safety;
 271 }
 272
 273
 274 /// Entry::do_king_safety() calculates a bonus for king safety. It is called only
 275 /// when king square changes, which is about 20% of total king_safety() calls.
 276
 277 template<Color Us>
 278 Score Entry::do_king_safety(const Position& pos, Square ksq) {
 279
 280   kingSquares[Us] = ksq;
 281   castlingRights[Us] = pos.can_castle(Us);
 282   int minKingPawnDistance = 0;
 283
 284   Bitboard pawns = pos.pieces(Us, PAWN);
 285   if (pawns)
 286       while (!(DistanceRingBB[ksq][minKingPawnDistance++] & pawns)) {}
 287
 288   Value bonus = shelter_storm<Us>(pos, ksq);
 289
 290   // If we can castle use the bonus after the castling if it is bigger
 291   if (pos.can_castle(MakeCastling<Us, KING_SIDE>::right))
 292       bonus = std::max(bonus, shelter_storm<Us>(pos, relative_square(Us, SQ_G1)));
 293
 294   if (pos.can_castle(MakeCastling<Us, QUEEN_SIDE>::right))
 295       bonus = std::max(bonus, shelter_storm<Us>(pos, relative_square(Us, SQ_C1)));
 296
 297   return make_score(bonus, -16 * minKingPawnDistance);
 298 }
 299
 300 // Explicit template instantiation
 301 template Score Entry::do_king_safety<WHITE>(const Position& pos, Square ksq);
 302 template Score Entry::do_king_safety<BLACK>(const Position& pos, Square ksq);
 303
 304 } // namespace Pawns