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
   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
  14   GNU General Public License for more details.
  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 #include "thread.h"
  28
  29 namespace {
  30
  31   #define V Value
  32   #define S(mg, eg) make_score(mg, eg)
  33
  34   // Doubled pawn penalty by file
  35   const Score Doubled[FILE_NB] = {
  36     S(13, 43), S(20, 48), S(23, 48), S(23, 48),
  37     S(23, 48), S(23, 48), S(20, 48), S(13, 43) };
  38
  39   // Isolated pawn penalty by opposed flag and file
  40   const Score Isolated[2][FILE_NB] = {
  41   { S(37, 45), S(54, 52), S(60, 52), S(60, 52),
  42     S(60, 52), S(60, 52), S(54, 52), S(37, 45) },
  43   { S(25, 30), S(36, 35), S(40, 35), S(40, 35),
  44     S(40, 35), S(40, 35), S(36, 35), S(25, 30) } };
  45
  46   // Backward pawn penalty by opposed flag and file
  47   const Score Backward[2][FILE_NB] = {
  48   { S(30, 42), S(43, 46), S(49, 46), S(49, 46),
  49     S(49, 46), S(49, 46), S(43, 46), S(30, 42) },
  50   { S(20, 28), S(29, 31), S(33, 31), S(33, 31),
  51     S(33, 31), S(33, 31), S(29, 31), S(20, 28) } };
  52
  53   // Connected pawn bonus by opposed, phalanx flags and rank
  54   Score Connected[2][2][RANK_NB];
  55
  56   // Levers bonus by rank
  57   const Score Lever[RANK_NB] = {
  58     S( 0, 0), S( 0, 0), S(0, 0), S(0, 0),
  59     S(20,20), S(40,40), S(0, 0), S(0, 0) };
  60
  61   // Unsupported pawn penalty
  62   const Score UnsupportedPawnPenalty = S(20, 10);
  63
  64   // Weakness of our pawn shelter in front of the king by [distance from edge][rank]
  65   const Value ShelterWeakness[][RANK_NB] = {
  66   { V( 99), V(23), V(24), V(54), V(85), V( 93), V(107) },
  67   { V(119), V( 2), V(28), V(72), V(96), V(104), V(114) },
  68   { V(103), V( 6), V(47), V(74), V(84), V(103), V( 94) },
  69   { V( 78), V(10), V(41), V(64), V(88), V( 92), V(115) } };
  70
  71   // Danger of enemy pawns moving toward our king by [type][distance from edge][rank]
  72   const Value StormDanger[][4][RANK_NB] = {
  73   { { V( 0),  V(  65), V( 125), V(37), V(30) },
  74     { V( 0),  V(  57), V( 136), V(39), V(24) },
  75     { V( 0),  V(  50), V( 114), V(45), V(29) },
  76     { V( 0),  V(  58), V( 129), V(56), V(34) } },
  77   { { V(20),  V(  45), V(  91), V(47), V(20) },
  78     { V(25),  V(  23), V( 105), V(38), V(14) },
  79     { V(21),  V(  37), V(  99), V(35), V(21) },
  80     { V(30),  V(  18), V( 105), V(38), V(28) } },
  81   { { V( 0),  V(   0), V(  81), V(13), V( 4) },
  82     { V( 0),  V(   0), V( 169), V(30), V( 4) },
  83     { V( 0),  V(   0), V( 166), V(24), V( 6) },
  84     { V( 0),  V(   0), V( 164), V(24), V(11) } },
  85   { { V( 0),  V(-289), V(-297), V(57), V(29) },
  86     { V( 0),  V(  66), V( 136), V(43), V(16) },
  87     { V( 0),  V(  66), V( 141), V(50), V(31) },
  88     { V( 0),  V(  63), V( 126), V(52), V(23) } } };
  89
  90   // Max bonus for king safety. Corresponds to start position with all the pawns
  91   // in front of the king and no enemy pawn on the horizon.
  92   const Value MaxSafetyBonus = V(252);
  93
  94   #undef S
  95   #undef V
  96
  97   template<Color Us>
  98   Score evaluate(const Position& pos, Pawns::Entry* e) {
  99
 100     const Color  Them  = (Us == WHITE ? BLACK    : WHITE);
 101     const Square Up    = (Us == WHITE ? DELTA_N  : DELTA_S);
 102     const Square Right = (Us == WHITE ? DELTA_NE : DELTA_SW);
 103     const Square Left  = (Us == WHITE ? DELTA_NW : DELTA_SE);
 104
 105     Bitboard b, p, doubled, connected;
 106     Square s;
 107     bool passed, isolated, opposed, phalanx, backward, unsupported, lever;
 108     Score score = SCORE_ZERO;
 109     const Square* pl = pos.list<PAWN>(Us);
 110     const Bitboard* pawnAttacksBB = StepAttacksBB[make_piece(Us, PAWN)];
 111
 112     Bitboard ourPawns   = pos.pieces(Us  , PAWN);
 113     Bitboard theirPawns = pos.pieces(Them, PAWN);
 114
 115     e->passedPawns[Us] = 0;
 116     e->kingSquares[Us] = SQ_NONE;
 117     e->semiopenFiles[Us] = 0xFF;
 118     e->pawnAttacks[Us] = shift_bb<Right>(ourPawns) | shift_bb<Left>(ourPawns);
 119     e->pawnsOnSquares[Us][BLACK] = popcount<Max15>(ourPawns & DarkSquares);
 120     e->pawnsOnSquares[Us][WHITE] = pos.count<PAWN>(Us) - e->pawnsOnSquares[Us][BLACK];
 121
 122     // Loop through all pawns of the current color and score each pawn
 123     while ((s = *pl++) != SQ_NONE)
 124     {
 125         assert(pos.piece_on(s) == make_piece(Us, PAWN));
 126
 127         File f = file_of(s);
 128
 129         // This file cannot be semi-open
 130         e->semiopenFiles[Us] &= ~(1 << f);
 131
 132         // Previous rank
 133         p = rank_bb(s - pawn_push(Us));
 134
 135         // Flag the pawn as passed, isolated, doubled,
 136         // unsupported or connected (but not the backward one).
 137         connected   =   ourPawns   & adjacent_files_bb(f) & (rank_bb(s) | p);
 138         phalanx     =   connected  & rank_bb(s);
 139         unsupported = !(ourPawns   & adjacent_files_bb(f) & p);
 140         isolated    = !(ourPawns   & adjacent_files_bb(f));
 141         doubled     =   ourPawns   & forward_bb(Us, s);
 142         opposed     =   theirPawns & forward_bb(Us, s);
 143         passed      = !(theirPawns & passed_pawn_mask(Us, s));
 144         lever       =   theirPawns & pawnAttacksBB[s];
 145
 146         // Test for backward pawn.
 147         // If the pawn is passed, isolated, connected or a lever it cannot be
 148         // backward. If there are friendly pawns behind on adjacent files
 149         // it cannot be backward either.
 150         if (   (passed | isolated | connected | lever)
 151             || (ourPawns & pawn_attack_span(Them, s)))
 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 /// Pawns::init() initializes some tables needed by evaluation. Instead of using
 206 /// hard-coded tables, when makes sense, we prefer to calculate them with a formula
 207 /// to 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 /// Pawns::probe() looks up the current position's pawns configuration in
 224 /// the pawns hash table. It returns a pointer to the Entry if the position
 225 /// is found. Otherwise a new Entry is computed and stored there, so we don't
 226 /// have to recompute all when the same pawns configuration occurs again.
 227
 228 Entry* probe(const Position& pos) {
 229
 230   Key key = pos.pawn_key();
 231   Entry* e = pos.this_thread()->pawnsTable[key];
 232
 233   if (e->key == key)
 234       return e;
 235
 236   e->key = key;
 237   e->score = evaluate<WHITE>(pos, e) - evaluate<BLACK>(pos, e);
 238   return e;
 239 }
 240
 241
 242 /// Entry::shelter_storm() calculates shelter and storm penalties for the file
 243 /// the king is on, as well as the two adjacent files.
 244
 245 template<Color Us>
 246 Value Entry::shelter_storm(const Position& pos, Square ksq) {
 247
 248   const Color Them = (Us == WHITE ? BLACK : WHITE);
 249
 250   enum { NoFriendlyPawn, Unblocked, BlockedByPawn, BlockedByKing };
 251
 252   Bitboard b = pos.pieces(PAWN) & (in_front_bb(Us, rank_of(ksq)) | rank_bb(ksq));
 253   Bitboard ourPawns = b & pos.pieces(Us);
 254   Bitboard theirPawns = b & pos.pieces(Them);
 255   Value safety = MaxSafetyBonus;
 256   File center = std::max(FILE_B, std::min(FILE_G, file_of(ksq)));
 257
 258   for (File f = center - File(1); f <= center + File(1); ++f)
 259   {
 260       b = ourPawns & file_bb(f);
 261       Rank rkUs = b ? relative_rank(Us, backmost_sq(Us, b)) : RANK_1;
 262
 263       b  = theirPawns & file_bb(f);
 264       Rank rkThem = b ? relative_rank(Us, frontmost_sq(Them, b)) : RANK_1;
 265
 266       safety -=  ShelterWeakness[std::min(f, FILE_H - f)][rkUs]
 267                + StormDanger
 268                  [f == file_of(ksq) && rkThem == relative_rank(Us, ksq) + 1 ? BlockedByKing  :
 269                   rkUs   == RANK_1                                          ? NoFriendlyPawn :
 270                   rkThem == rkUs + 1                                        ? BlockedByPawn  : Unblocked]
 271                  [std::min(f, FILE_H - f)][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   minKingPawnDistance[Us] = 0;
 287
 288   Bitboard pawns = pos.pieces(Us, PAWN);
 289   if (pawns)
 290       while (!(DistanceRingBB[ksq][minKingPawnDistance[Us]++] & pawns)) {}
 291
 292   if (relative_rank(Us, ksq) > RANK_4)
 293       return make_score(0, -16 * minKingPawnDistance[Us]);
 294
 295   Value bonus = shelter_storm<Us>(pos, ksq);
 296
 297   // If we can castle use the bonus after the castling if it is bigger
 298   if (pos.can_castle(MakeCastling<Us, KING_SIDE>::right))
 299       bonus = std::max(bonus, shelter_storm<Us>(pos, relative_square(Us, SQ_G1)));
 300
 301   if (pos.can_castle(MakeCastling<Us, QUEEN_SIDE>::right))
 302       bonus = std::max(bonus, shelter_storm<Us>(pos, relative_square(Us, SQ_C1)));
 303
 304   return make_score(bonus, -16 * minKingPawnDistance[Us]);
 305 }
 306
 307 // Explicit template instantiation
 308 template Score Entry::do_king_safety<WHITE>(const Position& pos, Square ksq);
 309 template Score Entry::do_king_safety<BLACK>(const Position& pos, Square ksq);
 310
 311 } // namespace Pawns