Candidate passed 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) 2008-2015 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[2] = { S(45, 40), S(30, 27) };
36
37   // Backward pawn penalty by opposed flag
38   const Score Backward[2] = { S(56, 33), S(41, 19) };
39
40   // Unsupported pawn penalty for pawns which are neither isolated or backward
41   const Score Unsupported = S(17, 8);
42
43   // Connected pawn bonus by opposed, phalanx, twice supported and rank
44   Score Connected[2][2][2][RANK_NB];
45
46   // Doubled pawn penalty
47   const Score Doubled = S(18, 38);
48
49   // Lever bonus by rank
50   const Score Lever[RANK_NB] = {
51     S( 0,  0), S( 0,  0), S(0, 0), S(0, 0),
52     S(17, 16), S(33, 32), S(0, 0), S(0, 0)
53   };
54
55   // Weakness of our pawn shelter in front of the king by [distance from edge][rank].
56   // RANK_1 = 0 is used for files where we have no pawns or our pawn is behind our king.
57   const Value ShelterWeakness[][RANK_NB] = {
58     { V(100), V(20), V(10), V(46), V(82), V( 86), V( 98) },
59     { V(116), V( 4), V(28), V(87), V(94), V(108), V(104) },
60     { V(109), V( 1), V(59), V(87), V(62), V( 91), V(116) },
61     { V( 75), V(12), V(43), V(59), V(90), V( 84), V(112) }
62   };
63
64   // Danger of enemy pawns moving toward our king by [type][distance from edge][rank].
65   // For the unopposed and unblocked cases, RANK_1 = 0 is used when opponent has no pawn
66   // on the given file, or their pawn is behind our king.
67   const Value StormDanger[][4][RANK_NB] = {
68     { { V( 0),  V(-290), V(-274), V(57), V(41) },  //BlockedByKing
69       { V( 0),  V(  60), V( 144), V(39), V(13) },
70       { V( 0),  V(  65), V( 141), V(41), V(34) },
71       { V( 0),  V(  53), V( 127), V(56), V(14) } },
72     { { V( 4),  V(  73), V( 132), V(46), V(31) },  //Unopposed
73       { V( 1),  V(  64), V( 143), V(26), V(13) },
74       { V( 1),  V(  47), V( 110), V(44), V(24) },
75       { V( 0),  V(  72), V( 127), V(50), V(31) } },
76     { { V( 0),  V(   0), V(  79), V(23), V( 1) },  //BlockedByPawn
77       { V( 0),  V(   0), V( 148), V(27), V( 2) },
78       { V( 0),  V(   0), V( 161), V(16), V( 1) },
79       { V( 0),  V(   0), V( 171), V(22), V(15) } },
80     { { V(22),  V(  45), V( 104), V(62), V( 6) },  //Unblocked
81       { V(31),  V(  30), V(  99), V(39), V(19) },
82       { V(23),  V(  29), V(  96), V(41), V(15) },
83       { V(21),  V(  23), V( 116), V(41), V(15) } }
84   };
85
86   // Max bonus for king safety. Corresponds to start position with all the pawns
87   // in front of the king and no enemy pawn on the horizon.
88   const Value MaxSafetyBonus = V(258);
89
90   #undef S
91   #undef V
92
93   template<Color Us>
94   Score evaluate(const Position& pos, Pawns::Entry* e) {
95
96     const Color  Them  = (Us == WHITE ? BLACK      : WHITE);
97     const Square Up    = (Us == WHITE ? NORTH      : SOUTH);
98     const Square Right = (Us == WHITE ? NORTH_EAST : SOUTH_WEST);
99     const Square Left  = (Us == WHITE ? NORTH_WEST : SOUTH_EAST);
100
101     Bitboard b, neighbours, stoppers, doubled, supported, phalanx;
102     Bitboard lever, leverPush, connected;
103     Square s;
104     bool opposed, backward;
105     Score score = SCORE_ZERO;
106     const Square* pl = pos.squares<PAWN>(Us);
107     const Bitboard* pawnAttacksBB = StepAttacksBB[make_piece(Us, PAWN)];
108
109     Bitboard ourPawns   = pos.pieces(Us  , PAWN);
110     Bitboard theirPawns = pos.pieces(Them, PAWN);
111
112     e->passedPawns[Us]   = e->pawnAttacksSpan[Us] = 0;
113     e->semiopenFiles[Us] = 0xFF;
114     e->kingSquares[Us]   = SQ_NONE;
115     e->pawnAttacks[Us]   = shift<Right>(ourPawns) | shift<Left>(ourPawns);
116     e->pawnsOnSquares[Us][BLACK] = popcount(ourPawns & DarkSquares);
117     e->pawnsOnSquares[Us][WHITE] = pos.count<PAWN>(Us) - e->pawnsOnSquares[Us][BLACK];
118
119     // Loop through all pawns of the current color and score each pawn
120     while ((s = *pl++) != SQ_NONE)
121     {
122         assert(pos.piece_on(s) == make_piece(Us, PAWN));
123
124         File f = file_of(s);
125
126         e->semiopenFiles[Us]   &= ~(1 << f);
127         e->pawnAttacksSpan[Us] |= pawn_attack_span(Us, s);
128
129         // Flag the pawn
130         opposed    = theirPawns & forward_bb(Us, s);
131         stoppers   = theirPawns & passed_pawn_mask(Us, s);
132         lever      = theirPawns & pawnAttacksBB[s];
133         leverPush  = theirPawns & pawnAttacksBB[s + Up];
134         doubled    = ourPawns   & (s + Up);
135         neighbours = ourPawns   & adjacent_files_bb(f);
136         phalanx    = neighbours & rank_bb(s);
137         supported  = neighbours & rank_bb(s - Up);
138         connected  = supported | phalanx;
139
140         // A pawn is backward when it is behind all pawns of the same color on the
141         // adjacent files and cannot be safely advanced.
142         if (!neighbours || lever || relative_rank(Us, s) >= RANK_5)
143             backward = false;
144         else
145         {
146             // Find the backmost rank with neighbours or stoppers
147             b = rank_bb(backmost_sq(Us, neighbours | stoppers));
148
149             // The pawn is backward when it cannot safely progress to that rank:
150             // either there is a stopper in the way on this rank, or there is a
151             // stopper on adjacent file which controls the way to that rank.
152             backward = (b | shift<Up>(b & adjacent_files_bb(f))) & stoppers;
153
154             assert(!backward || !(pawn_attack_span(Them, s + Up) & neighbours));
155         }
156
157         // Passed pawns will be properly scored in evaluation because we need
158         // full attack info to evaluate them. Include also not passed pawns
159         // which could become passed after one or two pawn pushes when are
160         // not attacked more times than defended.
161         if (   !(stoppers ^ lever ^ leverPush)
162             && !(ourPawns & forward_bb(Us, s))
163             && popcount(supported) >= popcount(lever)
164             && popcount(phalanx)   >= popcount(leverPush))
165             e->passedPawns[Us] |= s;
166
167         // Score this pawn
168         if (!neighbours)
169             score -= Isolated[opposed];
170
171         else if (backward)
172             score -= Backward[opposed];
173
174         else if (!supported)
175             score -= Unsupported;
176
177         if (connected)
178             score += Connected[opposed][!!phalanx][more_than_one(supported)][relative_rank(Us, s)];
179
180         if (doubled)
181             score -= Doubled;
182
183         if (lever)
184             score += Lever[relative_rank(Us, s)];
185     }
186
187     return score;
188   }
189
190 } // namespace
191
192 namespace Pawns {
193
194 /// Pawns::init() initializes some tables needed by evaluation. Instead of using
195 /// hard-coded tables, when makes sense, we prefer to calculate them with a formula
196 /// to reduce independent parameters and to allow easier tuning and better insight.
197
198 void init() {
199
200   static const int Seed[RANK_NB] = { 0, 8, 19, 13, 71, 94, 169, 324 };
201
202   for (int opposed = 0; opposed <= 1; ++opposed)
203       for (int phalanx = 0; phalanx <= 1; ++phalanx)
204           for (int apex = 0; apex <= 1; ++apex)
205               for (Rank r = RANK_2; r < RANK_8; ++r)
206   {
207       int v = (Seed[r] + (phalanx ? (Seed[r + 1] - Seed[r]) / 2 : 0)) >> opposed;
208       v += (apex ? v / 2 : 0);
209       Connected[opposed][phalanx][apex][r] = make_score(v, v * (r-2) / 4);
210   }
211 }
212
213
214 /// Pawns::probe() looks up the current position's pawns configuration in
215 /// the pawns hash table. It returns a pointer to the Entry if the position
216 /// is found. Otherwise a new Entry is computed and stored there, so we don't
217 /// have to recompute all when the same pawns configuration occurs again.
218
219 Entry* probe(const Position& pos) {
220
221   Key key = pos.pawn_key();
222   Entry* e = pos.this_thread()->pawnsTable[key];
223
224   if (e->key == key)
225       return e;
226
227   e->key = key;
228   e->score = evaluate<WHITE>(pos, e) - evaluate<BLACK>(pos, e);
229   e->asymmetry = popcount(e->semiopenFiles[WHITE] ^ e->semiopenFiles[BLACK]);
230   e->openFiles = popcount(e->semiopenFiles[WHITE] & e->semiopenFiles[BLACK]);
231   return e;
232 }
233
234
235 /// Entry::shelter_storm() calculates shelter and storm penalties for the file
236 /// the king is on, as well as the two closest files.
237
238 template<Color Us>
239 Value Entry::shelter_storm(const Position& pos, Square ksq) {
240
241   const Color Them = (Us == WHITE ? BLACK : WHITE);
242
243   enum { BlockedByKing, Unopposed, BlockedByPawn, Unblocked };
244
245   Bitboard b = pos.pieces(PAWN) & (in_front_bb(Us, rank_of(ksq)) | rank_bb(ksq));
246   Bitboard ourPawns = b & pos.pieces(Us);
247   Bitboard theirPawns = b & pos.pieces(Them);
248   Value safety = MaxSafetyBonus;
249   File center = std::max(FILE_B, std::min(FILE_G, file_of(ksq)));
250
251   for (File f = center - File(1); f <= center + File(1); ++f)
252   {
253       b = ourPawns & file_bb(f);
254       Rank rkUs = b ? relative_rank(Us, backmost_sq(Us, b)) : RANK_1;
255
256       b  = theirPawns & file_bb(f);
257       Rank rkThem = b ? relative_rank(Us, frontmost_sq(Them, b)) : RANK_1;
258
259       safety -=  ShelterWeakness[std::min(f, FILE_H - f)][rkUs]
260                + StormDanger
261                  [f == file_of(ksq) && rkThem == relative_rank(Us, ksq) + 1 ? BlockedByKing  :
262                   rkUs   == RANK_1                                          ? Unopposed :
263                   rkThem == rkUs + 1                                        ? BlockedByPawn  : Unblocked]
264                  [std::min(f, FILE_H - f)][rkThem];
265   }
266
267   return safety;
268 }
269
270
271 /// Entry::do_king_safety() calculates a bonus for king safety. It is called only
272 /// when king square changes, which is about 20% of total king_safety() calls.
273
274 template<Color Us>
275 Score Entry::do_king_safety(const Position& pos, Square ksq) {
276
277   kingSquares[Us] = ksq;
278   castlingRights[Us] = pos.can_castle(Us);
279   int minKingPawnDistance = 0;
280
281   Bitboard pawns = pos.pieces(Us, PAWN);
282   if (pawns)
283       while (!(DistanceRingBB[ksq][minKingPawnDistance++] & pawns)) {}
284
285   Value bonus = shelter_storm<Us>(pos, ksq);
286
287   // If we can castle use the bonus after the castling if it is bigger
288   if (pos.can_castle(MakeCastling<Us, KING_SIDE>::right))
289       bonus = std::max(bonus, shelter_storm<Us>(pos, relative_square(Us, SQ_G1)));
290
291   if (pos.can_castle(MakeCastling<Us, QUEEN_SIDE>::right))
292       bonus = std::max(bonus, shelter_storm<Us>(pos, relative_square(Us, SQ_C1)));
293
294   return make_score(bonus, -16 * minKingPawnDistance);
295 }
296
297 // Explicit template instantiation
298 template Score Entry::do_king_safety<WHITE>(const Position& pos, Square ksq);
299 template Score Entry::do_king_safety<BLACK>(const Position& pos, Square ksq);
300
301 } // namespace Pawns