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
  35   const Score Isolated = S(13, 18);
  36
  37   // Backward pawn penalty
  38   const Score Backward = 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 [isKingFile][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[][int(FILE_NB) / 2][RANK_NB] = {
  55     { { V( 97), V(17), V( 9), V(44), V( 84), V( 87), V( 99) }, // Not On King file
  56       { V(106), V( 6), V(33), V(86), V( 87), V(104), V(112) },
  57       { V(101), V( 2), V(65), V(98), V( 58), V( 89), V(115) },
  58       { V( 73), V( 7), V(54), V(73), V( 84), V( 83), V(111) } },
  59     { { V(104), V(20), V( 6), V(27), V( 86), V( 93), V( 82) }, // On King file
  60       { V(123), V( 9), V(34), V(96), V(112), V( 88), V( 75) },
  61       { V(120), V(25), V(65), V(91), V( 66), V( 78), V(117) },
  62       { V( 81), V( 2), V(47), V(63), V( 94), V( 93), V(104) } }
  63   };
  64
  65   // Danger of enemy pawns moving toward our king by [type][distance from edge][rank].
  66   // For the unopposed and unblocked cases, RANK_1 = 0 is used when opponent has
  67   // no pawn on the given file, or their pawn is behind our king.
  68   const Value StormDanger[][4][RANK_NB] = {
  69     { { V( 0),  V(-290), V(-274), V(57), V(41) },  // BlockedByKing
  70       { V( 0),  V(  60), V( 144), V(39), V(13) },
  71       { V( 0),  V(  65), V( 141), V(41), V(34) },
  72       { V( 0),  V(  53), V( 127), V(56), V(14) } },
  73     { { V( 4),  V(  73), V( 132), V(46), V(31) },  // Unopposed
  74       { V( 1),  V(  64), V( 143), V(26), V(13) },
  75       { V( 1),  V(  47), V( 110), V(44), V(24) },
  76       { V( 0),  V(  72), V( 127), V(50), V(31) } },
  77     { { V( 0),  V(   0), V(  79), V(23), V( 1) },  // BlockedByPawn
  78       { V( 0),  V(   0), V( 148), V(27), V( 2) },
  79       { V( 0),  V(   0), V( 161), V(16), V( 1) },
  80       { V( 0),  V(   0), V( 171), V(22), V(15) } },
  81     { { V(22),  V(  45), V( 104), V(62), V( 6) },  // Unblocked
  82       { V(31),  V(  30), V(  99), V(39), V(19) },
  83       { V(23),  V(  29), V(  96), V(41), V(15) },
  84       { V(21),  V(  23), V( 116), V(41), V(15) } }
  85   };
  86
  87   // Max bonus for king safety. Corresponds to start position with all the pawns
  88   // in front of the king and no enemy pawn on the horizon.
  89   const Value MaxSafetyBonus = V(258);
  90
  91   #undef S
  92   #undef V
  93
  94   template<Color Us>
  95   Score evaluate(const Position& pos, Pawns::Entry* e) {
  96
  97     const Color  Them  = (Us == WHITE ? BLACK      : WHITE);
  98     const Square Up    = (Us == WHITE ? NORTH      : SOUTH);
  99     const Square Right = (Us == WHITE ? NORTH_EAST : SOUTH_WEST);
 100     const Square Left  = (Us == WHITE ? NORTH_WEST : SOUTH_EAST);
 101
 102     Bitboard b, neighbours, stoppers, doubled, supported, phalanx;
 103     Bitboard lever, leverPush;
 104     Square s;
 105     bool opposed, backward;
 106     Score score = SCORE_ZERO;
 107     const Square* pl = pos.squares<PAWN>(Us);
 108
 109     Bitboard ourPawns   = pos.pieces(  Us, PAWN);
 110     Bitboard theirPawns = pos.pieces(Them, PAWN);
 111
 112     e->passedPawns[Us] = e->pawnAttacksSpan[Us] = e->weakUnopposed[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_file_bb(Us, s);
 131         stoppers   = theirPawns & passed_pawn_mask(Us, s);
 132         lever      = theirPawns & PawnAttacks[Us][s];
 133         leverPush  = theirPawns & PawnAttacks[Us][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
 139         // A pawn is backward when it is behind all pawns of the same color on the
 140         // adjacent files and cannot be safely advanced.
 141         if (!neighbours || lever || relative_rank(Us, s) >= RANK_5)
 142             backward = false;
 143         else
 144         {
 145             // Find the backmost rank with neighbours or stoppers
 146             b = rank_bb(backmost_sq(Us, neighbours | stoppers));
 147
 148             // The pawn is backward when it cannot safely progress to that rank:
 149             // either there is a stopper in the way on this rank, or there is a
 150             // stopper on adjacent file which controls the way to that rank.
 151             backward = (b | shift<Up>(b & adjacent_files_bb(f))) & stoppers;
 152
 153             assert(!(backward && (forward_ranks_bb(Them, s + Up) & neighbours)));
 154         }
 155
 156         // Passed pawns will be properly scored in evaluation because we need
 157         // full attack info to evaluate them. Include also not passed pawns
 158         // which could become passed after one or two pawn pushes when are
 159         // not attacked more times than defended.
 160         if (   !(stoppers ^ lever ^ leverPush)
 161             && !(ourPawns & forward_file_bb(Us, s))
 162             && popcount(supported) >= popcount(lever)
 163             && popcount(phalanx)   >= popcount(leverPush))
 164             e->passedPawns[Us] |= s;
 165
 166         else if (   stoppers == SquareBB[s + Up]
 167                  && relative_rank(Us, s) >= RANK_5)
 168         {
 169             b = shift<Up>(supported) & ~theirPawns;
 170             while (b)
 171                 if (!more_than_one(theirPawns & PawnAttacks[Us][pop_lsb(&b)]))
 172                     e->passedPawns[Us] |= s;
 173         }
 174
 175         // Score this pawn
 176         if (supported | phalanx)
 177             score += Connected[opposed][bool(phalanx)][popcount(supported)][relative_rank(Us, s)];
 178
 179         else if (!neighbours)
 180             score -= Isolated, e->weakUnopposed[Us] += !opposed;
 181
 182         else if (backward)
 183             score -= Backward, e->weakUnopposed[Us] += !opposed;
 184
 185         if (doubled && !supported)
 186             score -= Doubled;
 187
 188         if (lever)
 189             score += Lever[relative_rank(Us, s)];
 190     }
 191
 192     return score;
 193   }
 194
 195 } // namespace
 196
 197 namespace Pawns {
 198
 199 /// Pawns::init() initializes some tables needed by evaluation. Instead of using
 200 /// hard-coded tables, when makes sense, we prefer to calculate them with a formula
 201 /// to reduce independent parameters and to allow easier tuning and better insight.
 202
 203 void init() {
 204
 205   static const int Seed[RANK_NB] = { 0, 13, 24, 18, 76, 100, 175, 330 };
 206
 207   for (int opposed = 0; opposed <= 1; ++opposed)
 208       for (int phalanx = 0; phalanx <= 1; ++phalanx)
 209           for (int support = 0; support <= 2; ++support)
 210               for (Rank r = RANK_2; r < RANK_8; ++r)
 211   {
 212       int v = 17 * support;
 213       v += (Seed[r] + (phalanx ? (Seed[r + 1] - Seed[r]) / 2 : 0)) >> opposed;
 214
 215       Connected[opposed][phalanx][support][r] = make_score(v, v * (r - 2) / 4);
 216   }
 217 }
 218
 219
 220 /// Pawns::probe() looks up the current position's pawns configuration in
 221 /// the pawns hash table. It returns a pointer to the Entry if the position
 222 /// is found. Otherwise a new Entry is computed and stored there, so we don't
 223 /// have to recompute all when the same pawns configuration occurs again.
 224
 225 Entry* probe(const Position& pos) {
 226
 227   Key key = pos.pawn_key();
 228   Entry* e = pos.this_thread()->pawnsTable[key];
 229
 230   if (e->key == key)
 231       return e;
 232
 233   e->key = key;
 234   e->score = evaluate<WHITE>(pos, e) - evaluate<BLACK>(pos, e);
 235   e->asymmetry = popcount(e->semiopenFiles[WHITE] ^ e->semiopenFiles[BLACK]);
 236   e->openFiles = popcount(e->semiopenFiles[WHITE] & e->semiopenFiles[BLACK]);
 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 closest 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 { BlockedByKing, Unopposed, BlockedByPawn, Unblocked };
 250
 251   Bitboard b = pos.pieces(PAWN) & (forward_ranks_bb(Us, 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       int d = std::min(f, FILE_H - f);
 266       safety -=  ShelterWeakness[f == file_of(ksq)][d][rkUs]
 267                + StormDanger
 268                  [f == file_of(ksq) && rkThem == relative_rank(Us, ksq) + 1 ? BlockedByKing  :
 269                   rkUs   == RANK_1                                          ? Unopposed :
 270                   rkThem == rkUs + 1                                        ? BlockedByPawn  : Unblocked]
 271                  [d][rkThem];
 272   }
 273
 274   return safety;
 275 }
 276
 277
 278 /// Entry::do_king_safety() calculates a bonus for king safety. It is called only
 279 /// when king square changes, which is about 20% of total king_safety() calls.
 280
 281 template<Color Us>
 282 Score Entry::do_king_safety(const Position& pos, Square ksq) {
 283
 284   kingSquares[Us] = ksq;
 285   castlingRights[Us] = pos.can_castle(Us);
 286   int minKingPawnDistance = 0;
 287
 288   Bitboard pawns = pos.pieces(Us, PAWN);
 289   if (pawns)
 290       while (!(DistanceRingBB[ksq][minKingPawnDistance++] & pawns)) {}
 291
 292   Value bonus = shelter_storm<Us>(pos, ksq);
 293
 294   // If we can castle use the bonus after the castling if it is bigger
 295   if (pos.can_castle(MakeCastling<Us, KING_SIDE>::right))
 296       bonus = std::max(bonus, shelter_storm<Us>(pos, relative_square(Us, SQ_G1)));
 297
 298   if (pos.can_castle(MakeCastling<Us, QUEEN_SIDE>::right))
 299       bonus = std::max(bonus, shelter_storm<Us>(pos, relative_square(Us, SQ_C1)));
 300
 301   return make_score(bonus, -16 * minKingPawnDistance);
 302 }
 303
 304 // Explicit template instantiation
 305 template Score Entry::do_king_safety<WHITE>(const Position& pos, Square ksq);
 306 template Score Entry::do_king_safety<BLACK>(const Position& pos, Square ksq);
 307
 308 } // namespace Pawns