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[stockfish] / src / book.cpp
index c066f7a4cf57aa4fad08793fd8b5efd8ff18f10b..d86f3d346ae65d3cb93a32475ee51a3339a64575 100644 (file)
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 /*
   Stockfish, a UCI chess playing engine derived from Glaurung 2.1
   Copyright (C) 2004-2008 Tord Romstad (Glaurung author)
-  Copyright (C) 2008-2010 Marco Costalba, Joona Kiiski, Tord Romstad
+  Copyright (C) 2008-2014 Marco Costalba, Joona Kiiski, Tord Romstad
 
   Stockfish is free software: you can redistribute it and/or modify
   it under the terms of the GNU General Public License as published by
   along with this program.  If not, see <http://www.gnu.org/licenses/>.
 */
 
-
 /*
   The code in this file is based on the opening book code in PolyGlot
-  by Fabien Letouzey.  PolyGlot is available under the GNU General
+  by Fabien Letouzey. PolyGlot is available under the GNU General
   Public License, and can be downloaded from http://wbec-ridderkerk.nl
 */
 
-
-////
-//// Includes
-////
-
+#include <algorithm>
 #include <cassert>
 
 #include "book.h"
+#include "misc.h"
 #include "movegen.h"
 
 using namespace std;
 
-////
-//// Local definitions
-////
-
 namespace {
 
-  /// Book entry size in bytes
-  const int EntrySize = 16;
-
-
-  /// Random numbers from PolyGlot, used to compute book hash keys
+  // A Polyglot book is a series of "entries" of 16 bytes. All integers are
+  // stored in big-endian format, with the highest byte first (regardless of
+  // size). The entries are ordered according to the key in ascending order.
+  struct Entry {
+    uint64_t key;
+    uint16_t move;
+    uint16_t count;
+    uint32_t learn;
+  };
 
-  const uint64_t Random64[781] = {
+  // Random numbers from PolyGlot, used to compute book hash keys
+  const union {
+    Key PolyGlotRandoms[781];
+    struct {
+      Key psq[12][64];  // [piece][square]
+      Key castling[4];  // [castling flag]
+      Key enpassant[8]; // [file]
+      Key turn;
+    } Zobrist;
+  } PG = {{
     0x9D39247E33776D41ULL, 0x2AF7398005AAA5C7ULL, 0x44DB015024623547ULL,
     0x9C15F73E62A76AE2ULL, 0x75834465489C0C89ULL, 0x3290AC3A203001BFULL,
     0x0FBBAD1F61042279ULL, 0xE83A908FF2FB60CAULL, 0x0D7E765D58755C10ULL,
@@ -310,283 +315,164 @@ namespace {
     0x003A93D8B2806962ULL, 0x1C99DED33CB890A1ULL, 0xCF3145DE0ADD4289ULL,
     0xD0E4427A5514FB72ULL, 0x77C621CC9FB3A483ULL, 0x67A34DAC4356550BULL,
     0xF8D626AAAF278509ULL
-  };
-
-
-  /// Indices to the Random64[] array
+  }};
 
-  const int RandomPiece     = 0;
-  const int RandomCastle    = 768;
-  const int RandomEnPassant = 772;
-  const int RandomTurn      = 780;
+  // polyglot_key() returns the PolyGlot hash key of the given position
+  Key polyglot_key(const Position& pos) {
 
+    Key key = 0;
+    Bitboard b = pos.pieces();
 
-  /// Prototypes
-
-  uint64_t book_key(const Position& pos);
-  uint64_t book_piece_key(Piece p, Square s);
-  uint64_t book_castle_key(const Position& pos);
-  uint64_t book_ep_key(const Position& pos);
-  uint64_t book_color_key(const Position& pos);
-}
+    while (b)
+    {
+        Square s = pop_lsb(&b);
+        Piece p = pos.piece_on(s);
 
+        // PolyGlot pieces are: BP = 0, WP = 1, BN = 2, ... BK = 10, WK = 11
+        key ^= PG.Zobrist.psq[2 * (type_of(p) - 1) + (color_of(p) == WHITE)][s];
+    }
 
-////
-//// Functions
-////
+    b = pos.can_castle(ANY_CASTLING);
 
-// C'tor. Make random number generation less deterministic, for book moves
-Book::Book() {
+    while (b)
+        key ^= PG.Zobrist.castling[pop_lsb(&b)];
 
-  for (int i = abs(get_system_time() % 10000); i > 0; i--)
-      RKiss.rand<unsigned>();
-}
+    if (pos.ep_square() != SQ_NONE)
+        key ^= PG.Zobrist.enpassant[file_of(pos.ep_square())];
 
+    if (pos.side_to_move() == WHITE)
+        key ^= PG.Zobrist.turn;
 
-/// Destructor. Be sure file is closed before we leave.
-
-Book::~Book() {
+    return key;
+  }
 
-  close();
-}
+} // namespace
 
+PolyglotBook::PolyglotBook() : rkiss(Time::now() % 10000) {}
 
-/// Book::open() opens a book file with a given file name
+PolyglotBook::~PolyglotBook() { if (is_open()) close(); }
 
-void Book::open(const string& fName) {
 
-  // Close old file before opening the new
-  close();
+/// operator>>() reads sizeof(T) chars from the file's binary byte stream and
+/// converts them into a number of type T. A Polyglot book stores numbers in
+/// big-endian format.
 
-  fileName = fName;
-  ifstream::open(fileName.c_str(), ifstream::in | ifstream::binary);
-  if (!is_open())
-      return;
+template<typename T> PolyglotBook& PolyglotBook::operator>>(T& n) {
 
-  // Get the book size in number of entries
-  seekg(0, ios::end);
-  bookSize = long(tellg()) / EntrySize;
-  seekg(0, ios::beg);
+  n = 0;
+  for (size_t i = 0; i < sizeof(T); ++i)
+      n = T((n << 8) + ifstream::get());
 
-  if (!good())
-  {
-      cerr << "Failed to open book file " << fileName << endl;
-      Application::exit_with_failure();
-  }
+  return *this;
 }
 
+template<> PolyglotBook& PolyglotBook::operator>>(Entry& e) {
+  return *this >> e.key >> e.move >> e.count >> e.learn;
+}
 
-/// Book::close() closes the file only if it is open, otherwise
-/// we can end up in a little mess due to how std::ifstream works.
 
-void Book::close() {
+/// open() tries to open a book file with the given name after closing any
+/// exsisting one.
 
-  if (is_open())
-      ifstream::close();
-}
+bool PolyglotBook::open(const char* fName) {
 
+  if (is_open()) // Cannot close an already closed file
+      close();
 
-/// Book::file_name() returns the file name of the currently active book,
-/// or the empty string if no book is open.
+  ifstream::open(fName, ifstream::in | ifstream::binary);
 
-const string Book::file_name() { // Not const to compile on HP-UX 11.X
-
-  return is_open() ? fileName : "";
+  fileName = is_open() ? fName : "";
+  ifstream::clear(); // Reset any error flag to allow a retry ifstream::open()
+  return !fileName.empty();
 }
 
 
-/// Book::get_move() gets a book move for a given position. Returns
-/// MOVE_NONE if no book move is found.
+/// probe() tries to find a book move for the given position. If no move is
+/// found, it returns MOVE_NONE. If pickBest is true, then it always returns
+/// the highest-rated move, otherwise it randomly chooses one based on the
+/// move score.
 
-Move Book::get_move(const Position& pos, bool findBestMove) {
+Move PolyglotBook::probe(const Position& pos, const string& fName, bool pickBest) {
 
-  if (!is_open() || bookSize == 0)
+  if (fileName != fName && !open(fName.c_str()))
       return MOVE_NONE;
 
-  BookEntry entry;
-  int bookMove = MOVE_NONE;
-  unsigned scoresSum = 0, bestScore = 0;
-  uint64_t key = book_key(pos);
+  Entry e;
+  uint16_t best = 0;
+  unsigned sum = 0;
+  Move move = MOVE_NONE;
+  Key key = polyglot_key(pos);
+
+  seekg(find_first(key) * sizeof(Entry), ios_base::beg);
 
-  // Choose a book move among the possible moves for the given position
-  for (int idx = find_key(key); idx < bookSize; idx++)
+  while (*this >> e, e.key == key && good())
   {
-      read_entry(entry, idx);
-      if (entry.key != key)
-          break;
-
-      unsigned score = entry.count;
-
-      // If findBestMove is true choose highest rated book move
-      if (findBestMove)
-      {
-          if (score > bestScore)
-          {
-              bestScore = score;
-              bookMove = entry.move;
-          }
-          continue;
-      }
-
-      // Choose book move according to its score. If a move has a very
-      // high score it has more probability to be choosen then a one with
-      // lower score. Note that first entry is always chosen.
-      scoresSum += score;
-      if (RKiss.rand<unsigned>() % scoresSum < score)
-          bookMove = entry.move;
+      best = max(best, e.count);
+      sum += e.count;
+
+      // Choose book move according to its score. If a move has a very high
+      // score it has a higher probability of being choosen than a move with
+      // a lower score. Note that first entry is always chosen.
+      if (   (!pickBest && sum && rkiss.rand<unsigned>() % sum < e.count)
+          || (pickBest && e.count == best))
+          move = Move(e.move);
   }
-  if (!bookMove)
+
+  if (!move)
       return MOVE_NONE;
 
-  MoveStack mlist[MOVES_MAX];
-  MoveStack* last = generate_moves(pos, mlist);
-  for (MoveStack* cur = mlist; cur != last; cur++)
-      if ((int(cur->move) & 07777) == bookMove)
-          return cur->move;
+  // A PolyGlot book move is encoded as follows:
+  //
+  // bit  0- 5: destination square (from 0 to 63)
+  // bit  6-11: origin square (from 0 to 63)
+  // bit 12-14: promotion piece (from KNIGHT == 1 to QUEEN == 4)
+  //
+  // Castling moves follow the "king captures rook" representation. If a book
+  // move is a promotion, we have to convert it to our representation and in
+  // all other cases, we can directly compare with a Move after having masked
+  // out the special Move flags (bit 14-15) that are not supported by PolyGlot.
+  int pt = (move >> 12) & 7;
+  if (pt)
+      move = make<PROMOTION>(from_sq(move), to_sq(move), PieceType(pt + 1));
+
+  // Add 'special move' flags and verify it is legal
+  for (MoveList<LEGAL> it(pos); *it; ++it)
+      if (move == (*it ^ type_of(*it)))
+          return *it;
 
   return MOVE_NONE;
 }
 
 
-/// Book::find_key() takes a book key as input, and does a binary search
-/// through the book file for the given key. The index to the first book
-/// entry with the same key as the input is returned. When the key is not
-/// found in the book file, bookSize is returned.
+/// find_first() takes a book key as input, and does a binary search through
+/// the book file for the given key. Returns the index of the leftmost book
+/// entry with the same key as the input.
 
-int Book::find_key(uint64_t key) {
+size_t PolyglotBook::find_first(Key key) {
 
-  int left, right, mid;
-  BookEntry entry;
+  seekg(0, ios::end); // Move pointer to end, so tellg() gets file's size
 
-  // Binary search (finds the leftmost entry)
-  left = 0;
-  right = bookSize - 1;
+  size_t low = 0, mid, high = (size_t)tellg() / sizeof(Entry) - 1;
+  Entry e;
 
-  assert(left <= right);
+  assert(low <= high);
 
-  while (left < right)
+  while (low < high && good())
   {
-      mid = (left + right) / 2;
-
-      assert(mid >= left && mid < right);
-
-      read_entry(entry, mid);
-      if (key <= entry.key)
-          right = mid;
-      else
-          left = mid + 1;
-  }
+      mid = (low + high) / 2;
 
-  assert(left == right);
+      assert(mid >= low && mid < high);
 
-  read_entry(entry, left);
-  return (entry.key == key)? left : bookSize;
-}
-
-
-/// Book::read_entry() takes a BookEntry reference and an integer index as
-/// input, and looks up the opening book entry at the given index in the book
-/// file. The book entry is copied to the first input parameter.
-
-void Book::read_entry(BookEntry& entry, int idx) {
-
-  assert(idx >= 0 && idx < bookSize);
-  assert(is_open());
-
-  seekg(idx * EntrySize, ios_base::beg);
-  *this >> entry;
-  if (!good())
-  {
-      cerr << "Failed to read book entry at index " << idx << endl;
-      Application::exit_with_failure();
-  }
-}
+      seekg(mid * sizeof(Entry), ios_base::beg);
+      *this >> e;
 
-
-/// Book::read_integer() reads size chars from the file stream
-/// and converts them in an integer number.
-
-uint64_t Book::read_integer(int size) {
-
-  char buf[8];
-  read(buf, size);
-
-  // Numbers are stored on disk as a binary byte stream
-  uint64_t n = 0;
-  for (int i = 0; i < size; i++)
-      n = (n << 8) + (unsigned char)buf[i];
-
-  return n;
-}
-
-
-////
-//// Local definitions
-////
-
-namespace {
-
-  uint64_t book_key(const Position& pos) {
-
-    uint64_t result = 0;
-
-    for (Color c = WHITE; c <= BLACK; c++)
-    {
-        Bitboard b = pos.pieces_of_color(c);
-
-        while (b)
-        {
-            Square s = pop_1st_bit(&b);
-            Piece p = pos.piece_on(s);
-
-            assert(piece_is_ok(p));
-            assert(color_of_piece(p) == c);
-
-            result ^= book_piece_key(p, s);
-        }
-    }
-    result ^= book_castle_key(pos);
-    result ^= book_ep_key(pos);
-    result ^= book_color_key(pos);
-    return result;
-  }
-
-
-  uint64_t book_piece_key(Piece p, Square s) {
-
-    /// Convert pieces to the range 0..11
-    static const int PieceTo12[] = { 0, 0, 2, 4, 6, 8, 10, 0, 0, 1, 3, 5, 7, 9, 11 };
-
-    return Random64[RandomPiece + (PieceTo12[int(p)]^1) * 64 + int(s)];
-  }
-
-
-  uint64_t book_castle_key(const Position& pos) {
-
-    uint64_t result = 0;
-
-    if (pos.can_castle_kingside(WHITE))
-        result ^= Random64[RandomCastle+0];
-
-    if (pos.can_castle_queenside(WHITE))
-        result ^= Random64[RandomCastle+1];
-
-    if (pos.can_castle_kingside(BLACK))
-        result ^= Random64[RandomCastle+2];
-
-    if (pos.can_castle_queenside(BLACK))
-        result ^= Random64[RandomCastle+3];
-
-    return result;
-  }
-
-
-  uint64_t book_ep_key(const Position& pos) {
-    return pos.ep_square() == SQ_NONE ? 0 : Random64[RandomEnPassant + square_file(pos.ep_square())];
+      if (key <= e.key)
+          high = mid;
+      else
+          low = mid + 1;
   }
 
+  assert(low == high);
 
-  uint64_t book_color_key(const Position& pos) {
-    return pos.side_to_move() == WHITE ? Random64[RandomTurn] : 0;
-  }
+  return low;
 }