Big King Safety tuning
[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) 2008-2014 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
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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