Further improve chain pawn evaluation
[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
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 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(56, 56), S(104, 208), S(236, 472) }, 
57     { S(0, 0), S(16, 0), S(18, 5), S(20, 10), S(60, 60), S(108, 216), S(240, 480) }, 
58     { S(0, 0), S(16, 0), S(18, 5), S(20, 10), S(60, 60), S(108, 216), S(240, 480) }, 
59     { S(0, 0), S(17, 0), S(19, 6), S(22, 11), S(66, 66), S(118, 236), S(254, 508) }, 
60     { S(0, 0), S(17, 0), S(19, 6), S(22, 11), S(66, 66), S(118, 236), S(254, 508) }, 
61     { S(0, 0), S(16, 0), S(18, 5), S(20, 10), S(60, 60), S(108, 216), S(240, 480) }, 
62     { S(0, 0), S(16, 0), S(18, 5), S(20, 10), S(60, 60), S(108, 216), S(240, 480) }, 
63     { S(0, 0), S(14, 0), S(16, 4), S(18,  9), S(56, 56), S(104, 208), S(236, 472) }
64   }; 
65
66   // Candidate passed pawn bonus by rank
67   const Score CandidatePassed[RANK_NB] = {
68     S( 0, 0), S( 6, 13), S(6,13), S(14,29),
69     S(34,68), S(83,166), S(0, 0), S( 0, 0)
70   };
71
72   // Weakness of our pawn shelter in front of the king indexed by [rank]
73   const Value ShelterWeakness[RANK_NB] =
74   { V(100), V(0), V(27), V(73), V(92), V(101), V(101) };
75
76   // Danger of enemy pawns moving toward our king indexed by
77   // [no friendly pawn | pawn unblocked | pawn blocked][rank of enemy pawn]
78   const Value StormDanger[3][RANK_NB] = {
79   { V( 0),  V(64), V(128), V(51), V(26) },
80   { V(26),  V(32), V( 96), V(38), V(20) },
81   { V( 0),  V( 0), V( 64), V(25), V(13) }};
82
83   // Max bonus for king safety. Corresponds to start position with all the pawns
84   // in front of the king and no enemy pawn on the horizont.
85   const Value MaxSafetyBonus = V(263);
86
87   #undef S
88   #undef V
89
90   template<Color Us>
91   Score evaluate(const Position& pos, Pawns::Entry* e) {
92
93     const Color  Them  = (Us == WHITE ? BLACK    : WHITE);
94     const Square Up    = (Us == WHITE ? DELTA_N  : DELTA_S);
95     const Square Right = (Us == WHITE ? DELTA_NE : DELTA_SW);
96     const Square Left  = (Us == WHITE ? DELTA_NW : DELTA_SE);
97
98     Bitboard b;
99     Square s;
100     File f;
101     Rank r;
102     bool passed, isolated, doubled, opposed, chain, backward, candidate;
103     Score value = SCORE_ZERO;
104     const Square* pl = pos.list<PAWN>(Us);
105
106     Bitboard ourPawns = pos.pieces(Us, PAWN);
107     Bitboard theirPawns = pos.pieces(Them, PAWN);
108
109     e->passedPawns[Us] = e->candidatePawns[Us] = 0;
110     e->kingSquares[Us] = SQ_NONE;
111     e->semiopenFiles[Us] = 0xFF;
112     e->pawnAttacks[Us] = shift_bb<Right>(ourPawns) | shift_bb<Left>(ourPawns);
113     e->pawnsOnSquares[Us][BLACK] = popcount<Max15>(ourPawns & DarkSquares);
114     e->pawnsOnSquares[Us][WHITE] = pos.count<PAWN>(Us) - e->pawnsOnSquares[Us][BLACK];
115
116     // Loop through all pawns of the current color and score each pawn
117     while ((s = *pl++) != SQ_NONE)
118     {
119         assert(pos.piece_on(s) == make_piece(Us, PAWN));
120
121         f = file_of(s);
122         r = relative_rank(Us, s);
123
124         // This file cannot be semi-open
125         e->semiopenFiles[Us] &= ~(1 << f);
126
127         // Our rank plus previous one. Used for chain detection
128         b = rank_bb(s) | rank_bb(s - pawn_push(Us));
129
130         // Flag the pawn as passed, isolated, doubled or member of a pawn
131         // chain (but not the backward one).
132         chain    =   ourPawns   & adjacent_files_bb(f) & b;
133         isolated = !(ourPawns   & adjacent_files_bb(f));
134         doubled  =   ourPawns   & forward_bb(Us, s);
135         opposed  =   theirPawns & forward_bb(Us, s);
136         passed   = !(theirPawns & passed_pawn_mask(Us, s));
137
138         // Test for backward pawn.
139         // If the pawn is passed, isolated, or member of a pawn chain it cannot
140         // be backward. If there are friendly pawns behind on adjacent files
141         // or if can capture an enemy pawn it cannot be backward either.
142         if (   (passed | isolated | chain)
143             || (ourPawns & pawn_attack_span(Them, s))
144             || (pos.attacks_from<PAWN>(s, Us) & theirPawns))
145             backward = false;
146         else
147         {
148             // We now know that there are no friendly pawns beside or behind this
149             // pawn on adjacent files. We now check whether the pawn is
150             // backward by looking in the forward direction on the adjacent
151             // files, and picking the closest pawn there.
152             b = pawn_attack_span(Us, s) & (ourPawns | theirPawns);
153             b = pawn_attack_span(Us, s) & rank_bb(backmost_sq(Us, b));
154
155             // If we have an enemy pawn in the same or next rank, the pawn is
156             // backward because it cannot advance without being captured.
157             backward = (b | shift_bb<Up>(b)) & theirPawns;
158         }
159
160         assert(opposed | passed | (pawn_attack_span(Us, s) & theirPawns));
161
162         // A not passed pawn is a candidate to become passed if it is free to
163         // advance and if the number of friendly pawns beside or behind this
164         // pawn on adjacent files is higher or equal than the number of
165         // enemy pawns in the forward direction on the adjacent files.
166         candidate =   !(opposed | passed | backward | isolated)
167                    && (b = pawn_attack_span(Them, s + pawn_push(Us)) & ourPawns) != 0
168                    &&  popcount<Max15>(b) >= popcount<Max15>(pawn_attack_span(Us, s) & theirPawns);
169
170         // Passed pawns will be properly scored in evaluation because we need
171         // full attack info to evaluate passed pawns. Only the frontmost passed
172         // pawn on each file is considered a true passed pawn.
173         if (passed && !doubled)
174             e->passedPawns[Us] |= s;
175
176         // Score this pawn
177         if (isolated)
178             value -= Isolated[opposed][f];
179
180         if (doubled)
181             value -= Doubled[opposed][f];
182
183         if (backward)
184             value -= Backward[opposed][f];
185
186         if (chain)
187             value += opposed ? ChainMember[f][r] / 2 : ChainMember[f][r];
188
189         if (candidate)
190         {
191             value += CandidatePassed[r];
192
193             if (!doubled)
194                 e->candidatePawns[Us] |= s;
195         }
196     }
197
198     return value;
199   }
200
201 } // namespace
202
203 namespace Pawns {
204
205 /// probe() takes a position object as input, computes a Entry object, and returns
206 /// a pointer to it. The result is also stored in a hash table, so we don't have
207 /// to recompute everything when the same pawn structure occurs again.
208
209 Entry* probe(const Position& pos, Table& entries) {
210
211   Key key = pos.pawn_key();
212   Entry* e = entries[key];
213
214   if (e->key == key)
215       return e;
216
217   e->key = key;
218   e->value = evaluate<WHITE>(pos, e) - evaluate<BLACK>(pos, e);
219   return e;
220 }
221
222
223 /// Entry::shelter_storm() calculates shelter and storm penalties for the file
224 /// the king is on, as well as the two adjacent files.
225
226 template<Color Us>
227 Value Entry::shelter_storm(const Position& pos, Square ksq) {
228
229   const Color Them = (Us == WHITE ? BLACK : WHITE);
230
231   Value safety = MaxSafetyBonus;
232   Bitboard b = pos.pieces(PAWN) & (in_front_bb(Us, rank_of(ksq)) | rank_bb(ksq));
233   Bitboard ourPawns = b & pos.pieces(Us);
234   Bitboard theirPawns = b & pos.pieces(Them);
235   Rank rkUs, rkThem;
236   File kf = std::max(FILE_B, std::min(FILE_G, file_of(ksq)));
237
238   for (int f = kf - 1; f <= kf + 1; ++f)
239   {
240       b = ourPawns & FileBB[f];
241       rkUs = b ? relative_rank(Us, backmost_sq(Us, b)) : RANK_1;
242       safety -= ShelterWeakness[rkUs];
243
244       b  = theirPawns & FileBB[f];
245       rkThem = b ? relative_rank(Us, frontmost_sq(Them, b)) : RANK_1;
246       safety -= StormDanger[rkUs == RANK_1 ? 0 : rkThem == rkUs + 1 ? 2 : 1][rkThem];
247   }
248
249   return safety;
250 }
251
252
253 /// Entry::update_safety() calculates and caches a bonus for king safety. It is
254 /// called only when king square changes, about 20% of total king_safety() calls.
255
256 template<Color Us>
257 Score Entry::update_safety(const Position& pos, Square ksq) {
258
259   kingSquares[Us] = ksq;
260   castleRights[Us] = pos.can_castle(Us);
261   minKPdistance[Us] = 0;
262
263   Bitboard pawns = pos.pieces(Us, PAWN);
264   if (pawns)
265       while (!(DistanceRingsBB[ksq][minKPdistance[Us]++] & pawns)) {}
266
267   if (relative_rank(Us, ksq) > RANK_4)
268       return kingSafety[Us] = make_score(0, -16 * minKPdistance[Us]);
269
270   Value bonus = shelter_storm<Us>(pos, ksq);
271
272   // If we can castle use the bonus after the castle if is bigger
273   if (pos.can_castle(make_castle_right(Us, KING_SIDE)))
274       bonus = std::max(bonus, shelter_storm<Us>(pos, relative_square(Us, SQ_G1)));
275
276   if (pos.can_castle(make_castle_right(Us, QUEEN_SIDE)))
277       bonus = std::max(bonus, shelter_storm<Us>(pos, relative_square(Us, SQ_C1)));
278
279   return kingSafety[Us] = make_score(bonus, -16 * minKPdistance[Us]);
280 }
281
282 // Explicit template instantiation
283 template Score Entry::update_safety<WHITE>(const Position& pos, Square ksq);
284 template Score Entry::update_safety<BLACK>(const Position& pos, Square ksq);
285
286 } // namespace Pawns