Tweak again chain pawn bonus
[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) 2008-2013 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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13   MERCHANTABILITY or FITNESS FOR A PARTICULAR PURPOSE.  See the
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15
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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 opposed flag and file
34   const Score Doubled[2][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   { S(13, 43), S(20, 48), S(23, 48), S(23, 48),
38     S(23, 48), S(23, 48), S(20, 48), S(13, 43) }};
39
40   // Isolated pawn penalty by opposed flag and file
41   const Score Isolated[2][FILE_NB] = {
42   { S(37, 45), S(54, 52), S(60, 52), S(60, 52),
43     S(60, 52), S(60, 52), S(54, 52), S(37, 45) },
44   { S(25, 30), S(36, 35), S(40, 35), S(40, 35),
45     S(40, 35), S(40, 35), S(36, 35), S(25, 30) }};
46
47   // Backward pawn penalty by opposed flag and file
48   const Score Backward[2][FILE_NB] = {
49   { S(30, 42), S(43, 46), S(49, 46), S(49, 46),
50     S(49, 46), S(49, 46), S(43, 46), S(30, 42) },
51   { S(20, 28), S(29, 31), S(33, 31), S(33, 31),
52     S(33, 31), S(33, 31), S(29, 31), S(20, 28) }};
53
54   // Pawn chain membership bonus by file
55   const Score ChainMember[FILE_NB][RANK_NB] = {
56   { S(0, 0), S(14, 0), S(16, 4), S(18,  9), S(28, 28), S(52, 104), S(118, 236) },
57   { S(0, 0), S(16, 0), S(18, 5), S(20, 10), S(30, 30), S(54, 108), S(120, 240) },
58   { S(0, 0), S(16, 0), S(18, 5), S(20, 10), S(30, 30), S(54, 108), S(120, 240) },
59   { S(0, 0), S(17, 0), S(19, 6), S(22, 11), S(33, 33), S(59, 118), S(127, 254) },
60   { S(0, 0), S(17, 0), S(19, 6), S(22, 11), S(33, 33), S(59, 118), S(127, 254) },
61   { S(0, 0), S(16, 0), S(18, 5), S(20, 10), S(30, 30), S(54, 108), S(120, 240) },
62   { S(0, 0), S(16, 0), S(18, 5), S(20, 10), S(30, 30), S(54, 108), S(120, 240) },
63   { S(0, 0), S(14, 0), S(16, 4), S(18,  9), S(28, 28), S(52, 104), S(118, 236) }};
64
65   // Candidate passed pawn bonus by rank
66   const Score CandidatePassed[RANK_NB] = {
67     S( 0, 0), S( 6, 13), S(6,13), S(14,29),
68     S(34,68), S(83,166), S(0, 0), S( 0, 0)
69   };
70
71   // Weakness of our pawn shelter in front of the king indexed by [rank]
72   const Value ShelterWeakness[RANK_NB] =
73   { V(100), V(0), V(27), V(73), V(92), V(101), V(101) };
74
75   // Danger of enemy pawns moving toward our king indexed by
76   // [no friendly pawn | pawn unblocked | pawn blocked][rank of enemy pawn]
77   const Value StormDanger[3][RANK_NB] = {
78   { V( 0),  V(64), V(128), V(51), V(26) },
79   { V(26),  V(32), V( 96), V(38), V(20) },
80   { V( 0),  V( 0), V( 64), V(25), V(13) }};
81
82   // Max bonus for king safety. Corresponds to start position with all the pawns
83   // in front of the king and no enemy pawn on the horizont.
84   const Value MaxSafetyBonus = V(263);
85
86   #undef S
87   #undef V
88
89   template<Color Us>
90   Score evaluate(const Position& pos, Pawns::Entry* e) {
91
92     const Color  Them  = (Us == WHITE ? BLACK    : WHITE);
93     const Square Up    = (Us == WHITE ? DELTA_N  : DELTA_S);
94     const Square Right = (Us == WHITE ? DELTA_NE : DELTA_SW);
95     const Square Left  = (Us == WHITE ? DELTA_NW : DELTA_SE);
96
97     Bitboard b;
98     Square s;
99     File f;
100     bool passed, isolated, doubled, opposed, chain, backward, candidate;
101     Score value = SCORE_ZERO;
102     const Square* pl = pos.list<PAWN>(Us);
103
104     Bitboard ourPawns = pos.pieces(Us, PAWN);
105     Bitboard theirPawns = pos.pieces(Them, PAWN);
106
107     e->passedPawns[Us] = e->candidatePawns[Us] = 0;
108     e->kingSquares[Us] = SQ_NONE;
109     e->semiopenFiles[Us] = 0xFF;
110     e->pawnAttacks[Us] = shift_bb<Right>(ourPawns) | shift_bb<Left>(ourPawns);
111     e->pawnsOnSquares[Us][BLACK] = popcount<Max15>(ourPawns & DarkSquares);
112     e->pawnsOnSquares[Us][WHITE] = pos.count<PAWN>(Us) - e->pawnsOnSquares[Us][BLACK];
113
114     // Loop through all pawns of the current color and score each pawn
115     while ((s = *pl++) != SQ_NONE)
116     {
117         assert(pos.piece_on(s) == make_piece(Us, PAWN));
118
119         f = file_of(s);
120
121         // This file cannot be semi-open
122         e->semiopenFiles[Us] &= ~(1 << f);
123
124         // Our rank plus previous one. Used for chain detection
125         b = rank_bb(s) | rank_bb(s - pawn_push(Us));
126
127         // Flag the pawn as passed, isolated, doubled or member of a pawn
128         // chain (but not the backward one).
129         chain    =   ourPawns   & adjacent_files_bb(f) & b;
130         isolated = !(ourPawns   & adjacent_files_bb(f));
131         doubled  =   ourPawns   & forward_bb(Us, s);
132         opposed  =   theirPawns & forward_bb(Us, s);
133         passed   = !(theirPawns & passed_pawn_mask(Us, s));
134
135         // Test for backward pawn.
136         // If the pawn is passed, isolated, or member of a pawn chain it cannot
137         // be backward. If there are friendly pawns behind on adjacent files
138         // or if can capture an enemy pawn it cannot be backward either.
139         if (   (passed | isolated | chain)
140             || (ourPawns & pawn_attack_span(Them, s))
141             || (pos.attacks_from<PAWN>(s, Us) & theirPawns))
142             backward = false;
143         else
144         {
145             // We now know that there are no friendly pawns beside or behind this
146             // pawn on adjacent files. We now check whether the pawn is
147             // backward by looking in the forward direction on the adjacent
148             // files, and picking the closest pawn there.
149             b = pawn_attack_span(Us, s) & (ourPawns | theirPawns);
150             b = pawn_attack_span(Us, s) & rank_bb(backmost_sq(Us, b));
151
152             // If we have an enemy pawn in the same or next rank, the pawn is
153             // backward because it cannot advance without being captured.
154             backward = (b | shift_bb<Up>(b)) & theirPawns;
155         }
156
157         assert(opposed | passed | (pawn_attack_span(Us, s) & theirPawns));
158
159         // A not passed pawn is a candidate to become passed if it is free to
160         // advance and if the number of friendly pawns beside or behind this
161         // pawn on adjacent files is higher or equal than the number of
162         // enemy pawns in the forward direction on the adjacent files.
163         candidate =   !(opposed | passed | backward | isolated)
164                    && (b = pawn_attack_span(Them, s + pawn_push(Us)) & ourPawns) != 0
165                    &&  popcount<Max15>(b) >= popcount<Max15>(pawn_attack_span(Us, s) & theirPawns);
166
167         // Passed pawns will be properly scored in evaluation because we need
168         // full attack info to evaluate passed pawns. Only the frontmost passed
169         // pawn on each file is considered a true passed pawn.
170         if (passed && !doubled)
171             e->passedPawns[Us] |= s;
172
173         // Score this pawn
174         if (isolated)
175             value -= Isolated[opposed][f];
176
177         if (doubled)
178             value -= Doubled[opposed][f];
179
180         if (backward)
181             value -= Backward[opposed][f];
182
183         if (chain)
184             value += ChainMember[f][relative_rank(Us, s)];
185
186         if (candidate)
187         {
188             value += CandidatePassed[relative_rank(Us, s)];
189
190             if (!doubled)
191                 e->candidatePawns[Us] |= s;
192         }
193     }
194
195     return value;
196   }
197
198 } // namespace
199
200 namespace Pawns {
201
202 /// probe() takes a position object as input, computes a Entry object, and returns
203 /// a pointer to it. The result is also stored in a hash table, so we don't have
204 /// to recompute everything when the same pawn structure occurs again.
205
206 Entry* probe(const Position& pos, Table& entries) {
207
208   Key key = pos.pawn_key();
209   Entry* e = entries[key];
210
211   if (e->key == key)
212       return e;
213
214   e->key = key;
215   e->value = evaluate<WHITE>(pos, e) - evaluate<BLACK>(pos, e);
216   return e;
217 }
218
219
220 /// Entry::shelter_storm() calculates shelter and storm penalties for the file
221 /// the king is on, as well as the two adjacent files.
222
223 template<Color Us>
224 Value Entry::shelter_storm(const Position& pos, Square ksq) {
225
226   const Color Them = (Us == WHITE ? BLACK : WHITE);
227
228   Value safety = MaxSafetyBonus;
229   Bitboard b = pos.pieces(PAWN) & (in_front_bb(Us, rank_of(ksq)) | rank_bb(ksq));
230   Bitboard ourPawns = b & pos.pieces(Us);
231   Bitboard theirPawns = b & pos.pieces(Them);
232   Rank rkUs, rkThem;
233   File kf = std::max(FILE_B, std::min(FILE_G, file_of(ksq)));
234
235   for (int f = kf - 1; f <= kf + 1; ++f)
236   {
237       b = ourPawns & FileBB[f];
238       rkUs = b ? relative_rank(Us, backmost_sq(Us, b)) : RANK_1;
239       safety -= ShelterWeakness[rkUs];
240
241       b  = theirPawns & FileBB[f];
242       rkThem = b ? relative_rank(Us, frontmost_sq(Them, b)) : RANK_1;
243       safety -= StormDanger[rkUs == RANK_1 ? 0 : rkThem == rkUs + 1 ? 2 : 1][rkThem];
244   }
245
246   return safety;
247 }
248
249
250 /// Entry::update_safety() calculates and caches a bonus for king safety. It is
251 /// called only when king square changes, about 20% of total king_safety() calls.
252
253 template<Color Us>
254 Score Entry::update_safety(const Position& pos, Square ksq) {
255
256   kingSquares[Us] = ksq;
257   castleRights[Us] = pos.can_castle(Us);
258   minKPdistance[Us] = 0;
259
260   Bitboard pawns = pos.pieces(Us, PAWN);
261   if (pawns)
262       while (!(DistanceRingsBB[ksq][minKPdistance[Us]++] & pawns)) {}
263
264   if (relative_rank(Us, ksq) > RANK_4)
265       return kingSafety[Us] = make_score(0, -16 * minKPdistance[Us]);
266
267   Value bonus = shelter_storm<Us>(pos, ksq);
268
269   // If we can castle use the bonus after the castle if is bigger
270   if (pos.can_castle(make_castle_right(Us, KING_SIDE)))
271       bonus = std::max(bonus, shelter_storm<Us>(pos, relative_square(Us, SQ_G1)));
272
273   if (pos.can_castle(make_castle_right(Us, QUEEN_SIDE)))
274       bonus = std::max(bonus, shelter_storm<Us>(pos, relative_square(Us, SQ_C1)));
275
276   return kingSafety[Us] = make_score(bonus, -16 * minKPdistance[Us]);
277 }
278
279 // Explicit template instantiation
280 template Score Entry::update_safety<WHITE>(const Position& pos, Square ksq);
281 template Score Entry::update_safety<BLACK>(const Position& pos, Square ksq);
282
283 } // namespace Pawns