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Cleanup KBPsK endgame
[stockfish] / src / endgame.cpp
index cbca34be37fa7508102e51b39aa36ccfb6480cb1..748b05ffdd840c20275b3f0984ca684fdd64d9cd 100644 (file)
@@ -2,7 +2,7 @@
   Stockfish, a UCI chess playing engine derived from Glaurung 2.1
   Copyright (C) 2004-2008 Tord Romstad (Glaurung author)
   Copyright (C) 2008-2015 Marco Costalba, Joona Kiiski, Tord Romstad
-  Copyright (C) 2015-2016 Marco Costalba, Joona Kiiski, Gary Linscott, Tord Romstad
+  Copyright (C) 2015-2020 Marco Costalba, Joona Kiiski, Gary Linscott, 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
@@ -18,7 +18,6 @@
   along with this program.  If not, see <http://www.gnu.org/licenses/>.
 */
 
-#include <algorithm>
 #include <cassert>
 
 #include "bitboard.h"
@@ -31,7 +30,7 @@ namespace {
 
   // Table used to drive the king towards the edge of the board
   // in KX vs K and KQ vs KR endgames.
-  const int PushToEdges[SQUARE_NB] = {
+  constexpr int PushToEdges[SQUARE_NB] = {
     100, 90, 80, 70, 70, 80, 90, 100,
      90, 70, 60, 50, 50, 60, 70,  90,
      80, 60, 40, 30, 30, 40, 60,  80,
@@ -44,23 +43,23 @@ namespace {
 
   // Table used to drive the king towards a corner square of the
   // right color in KBN vs K endgames.
-  const int PushToCorners[SQUARE_NB] = {
-    200, 190, 180, 170, 160, 150, 140, 130,
-    190, 180, 170, 160, 150, 140, 130, 140,
-    180, 170, 155, 140, 140, 125, 140, 150,
-    170, 160, 140, 120, 110, 140, 150, 160,
-    160, 150, 140, 110, 120, 140, 160, 170,
-    150, 140, 125, 140, 140, 155, 170, 180,
-    140, 130, 140, 150, 160, 170, 180, 190,
-    130, 140, 150, 160, 170, 180, 190, 200
+  constexpr int PushToCorners[SQUARE_NB] = {
+     6400, 6080, 5760, 5440, 5120, 4800, 4480, 4160,
+     6080, 5760, 5440, 5120, 4800, 4480, 4160, 4480,
+     5760, 5440, 4960, 4480, 4480, 4000, 4480, 4800,
+     5440, 5120, 4480, 3840, 3520, 4480, 4800, 5120,
+     5120, 4800, 4480, 3520, 3840, 4480, 5120, 5440,
+     4800, 4480, 4000, 4480, 4480, 4960, 5440, 5760,
+     4480, 4160, 4480, 4800, 5120, 5440, 5760, 6080,
+     4160, 4480, 4800, 5120, 5440, 5760, 6080, 6400
   };
 
-  // Tables used to drive a piece towards or away from another piece
-  const int PushClose[8] = { 0, 0, 100, 80, 60, 40, 20, 10 };
-  const int PushAway [8] = { 0, 5, 20, 40, 60, 80, 90, 100 };
+  // Drive a piece close to or away from another piece
+  inline int push_close(Square s1, Square s2) { return 140 - 20 * distance(s1, s2); }
+  inline int push_away(Square s1, Square s2) { return 120 - push_close(s1, s2); }
 
   // Pawn Rank based scaling factors used in KRPPKRP endgame
-  const int KRPPKRPScaleFactors[RANK_NB] = { 0, 9, 10, 14, 21, 44, 0, 0 };
+  constexpr int KRPPKRPScaleFactors[RANK_NB] = { 0, 9, 10, 14, 21, 44, 0, 0 };
 
 #ifndef NDEBUG
   bool verify_material(const Position& pos, Color c, Value npm, int pawnsCnt) {
@@ -75,65 +74,39 @@ namespace {
     assert(pos.count<PAWN>(strongSide) == 1);
 
     if (file_of(pos.square<PAWN>(strongSide)) >= FILE_E)
-        sq = Square(sq ^ 7); // Mirror SQ_H1 -> SQ_A1
+        sq = flip_file(sq);
 
-    if (strongSide == BLACK)
-        sq = ~sq;
-
-    return sq;
-  }
-
-  // Get the material key of Position out of the given endgame key code
-  // like "KBPKN". The trick here is to first forge an ad-hoc FEN string
-  // and then let a Position object do the work for us.
-  Key key(const string& code, Color c) {
-
-    assert(code.length() > 0 && code.length() < 8);
-    assert(code[0] == 'K');
-
-    string sides[] = { code.substr(code.find('K', 1)),      // Weak
-                       code.substr(0, code.find('K', 1)) }; // Strong
-
-    std::transform(sides[c].begin(), sides[c].end(), sides[c].begin(), tolower);
-
-    string fen =  sides[0] + char(8 - sides[0].length() + '0') + "/8/8/8/8/8/8/"
-                + sides[1] + char(8 - sides[1].length() + '0') + " w - - 0 10";
-
-    StateInfo st;
-    return Position().set(fen, false, &st, nullptr).material_key();
+    return strongSide == WHITE ? sq : flip_rank(sq);
   }
 
 } // namespace
 
 
-/// Endgames members definitions
-
-Endgames::Endgames() {
+namespace Endgames {
 
-  add<KPK>("KPK");
-  add<KNNK>("KNNK");
-  add<KBNK>("KBNK");
-  add<KRKP>("KRKP");
-  add<KRKB>("KRKB");
-  add<KRKN>("KRKN");
-  add<KQKP>("KQKP");
-  add<KQKR>("KQKR");
+  std::pair<Map<Value>, Map<ScaleFactor>> maps;
 
-  add<KNPK>("KNPK");
-  add<KNPKB>("KNPKB");
-  add<KRPKR>("KRPKR");
-  add<KRPKB>("KRPKB");
-  add<KBPKB>("KBPKB");
-  add<KBPKN>("KBPKN");
-  add<KBPPKB>("KBPPKB");
-  add<KRPPKRP>("KRPPKRP");
-}
+  void init() {
 
+    add<KPK>("KPK");
+    add<KNNK>("KNNK");
+    add<KBNK>("KBNK");
+    add<KRKP>("KRKP");
+    add<KRKB>("KRKB");
+    add<KRKN>("KRKN");
+    add<KQKP>("KQKP");
+    add<KQKR>("KQKR");
+    add<KNNKP>("KNNKP");
 
-template<EndgameType E, typename T>
-void Endgames::add(const string& code) {
-  map<T>()[key(code, WHITE)] = std::unique_ptr<EndgameBase<T>>(new Endgame<E>(WHITE));
-  map<T>()[key(code, BLACK)] = std::unique_ptr<EndgameBase<T>>(new Endgame<E>(BLACK));
+    add<KNPK>("KNPK");
+    add<KNPKB>("KNPKB");
+    add<KRPKR>("KRPKR");
+    add<KRPKB>("KRPKB");
+    add<KBPKB>("KBPKB");
+    add<KBPKN>("KBPKN");
+    add<KBPPKB>("KBPPKB");
+    add<KRPPKRP>("KRPPKRP");
+  }
 }
 
 
@@ -157,21 +130,21 @@ Value Endgame<KXK>::operator()(const Position& pos) const {
   Value result =  pos.non_pawn_material(strongSide)
                 + pos.count<PAWN>(strongSide) * PawnValueEg
                 + PushToEdges[loserKSq]
-                + PushClose[distance(winnerKSq, loserKSq)];
+                + push_close(winnerKSq, loserKSq);
 
   if (   pos.count<QUEEN>(strongSide)
       || pos.count<ROOK>(strongSide)
       ||(pos.count<BISHOP>(strongSide) && pos.count<KNIGHT>(strongSide))
-      ||(pos.count<BISHOP>(strongSide) > 1 && opposite_colors(pos.squares<BISHOP>(strongSide)[0],
-                                                              pos.squares<BISHOP>(strongSide)[1])))
-      result = std::min(result + VALUE_KNOWN_WIN, VALUE_MATE_IN_MAX_PLY - 1);
+      || (   (pos.pieces(strongSide, BISHOP) & ~DarkSquares)
+          && (pos.pieces(strongSide, BISHOP) &  DarkSquares)))
+      result = std::min(result + VALUE_KNOWN_WIN, VALUE_TB_WIN_IN_MAX_PLY - 1);
 
   return strongSide == pos.side_to_move() ? result : -result;
 }
 
 
 /// Mate with KBN vs K. This is similar to KX vs K, but we have to drive the
-/// defending king towards a corner square of the right color.
+/// defending king towards a corner square that our bishop attacks.
 template<>
 Value Endgame<KBNK>::operator()(const Position& pos) const {
 
@@ -182,24 +155,19 @@ Value Endgame<KBNK>::operator()(const Position& pos) const {
   Square loserKSq = pos.square<KING>(weakSide);
   Square bishopSq = pos.square<BISHOP>(strongSide);
 
-  // kbnk_mate_table() tries to drive toward corners A1 or H8. If we have a
-  // bishop that cannot reach the above squares, we flip the kings in order
-  // to drive the enemy toward corners A8 or H1.
-  if (opposite_colors(bishopSq, SQ_A1))
-  {
-      winnerKSq = ~winnerKSq;
-      loserKSq  = ~loserKSq;
-  }
+  // If our bishop does not attack A1/H8, we flip the enemy king square
+  // to drive to opposite corners (A8/H1).
 
   Value result =  VALUE_KNOWN_WIN
-                + PushClose[distance(winnerKSq, loserKSq)]
-                + PushToCorners[loserKSq];
+                + push_close(winnerKSq, loserKSq)
+                + PushToCorners[opposite_colors(bishopSq, SQ_A1) ? ~loserKSq : loserKSq];
 
+  assert(abs(result) < VALUE_TB_WIN_IN_MAX_PLY);
   return strongSide == pos.side_to_move() ? result : -result;
 }
 
 
-/// KP vs K. This endgame is evaluated with the help of a bitbase.
+/// KP vs K. This endgame is evaluated with the help of a bitbase
 template<>
 Value Endgame<KPK>::operator()(const Position& pos) const {
 
@@ -241,7 +209,7 @@ Value Endgame<KRKP>::operator()(const Position& pos) const {
   Value result;
 
   // If the stronger side's king is in front of the pawn, it's a win
-  if (wksq < psq && file_of(wksq) == file_of(psq))
+  if (forward_file_bb(WHITE, wksq) & psq)
       result = RookValueEg - distance(wksq, psq);
 
   // If the weaker side's king is too far from the pawn and the rook,
@@ -267,7 +235,7 @@ Value Endgame<KRKP>::operator()(const Position& pos) const {
 }
 
 
-/// KR vs KB. This is very simple, and always returns drawish scores.  The
+/// KR vs KB. This is very simple, and always returns drawish scores. The
 /// score is slightly bigger when the defending king is close to the edge.
 template<>
 Value Endgame<KRKB>::operator()(const Position& pos) const {
@@ -290,7 +258,7 @@ Value Endgame<KRKN>::operator()(const Position& pos) const {
 
   Square bksq = pos.square<KING>(weakSide);
   Square bnsq = pos.square<KNIGHT>(weakSide);
-  Value result = Value(PushToEdges[bksq] + PushAway[distance(bksq, bnsq)]);
+  Value result = Value(PushToEdges[bksq] + push_away(bksq, bnsq));
   return strongSide == pos.side_to_move() ? result : -result;
 }
 
@@ -309,11 +277,11 @@ Value Endgame<KQKP>::operator()(const Position& pos) const {
   Square loserKSq = pos.square<KING>(weakSide);
   Square pawnSq = pos.square<PAWN>(weakSide);
 
-  Value result = Value(PushClose[distance(winnerKSq, loserKSq)]);
+  Value result = Value(push_close(winnerKSq, loserKSq));
 
   if (   relative_rank(weakSide, pawnSq) != RANK_7
       || distance(loserKSq, pawnSq) != 1
-      || !((FileABB | FileCBB | FileFBB | FileHBB) & pawnSq))
+      || ((FileBBB | FileDBB | FileEBB | FileGBB) & pawnSq))
       result += QueenValueEg - PawnValueEg;
 
   return strongSide == pos.side_to_move() ? result : -result;
@@ -336,7 +304,23 @@ Value Endgame<KQKR>::operator()(const Position& pos) const {
   Value result =  QueenValueEg
                 - RookValueEg
                 + PushToEdges[loserKSq]
-                + PushClose[distance(winnerKSq, loserKSq)];
+                + push_close(winnerKSq, loserKSq);
+
+  return strongSide == pos.side_to_move() ? result : -result;
+}
+
+
+/// KNN vs KP. Very drawish, but there are some mate opportunities if we can
+//  press the weakSide King to a corner before the pawn advances too much.
+template<>
+Value Endgame<KNNKP>::operator()(const Position& pos) const {
+
+  assert(verify_material(pos, strongSide, 2 * KnightValueMg, 0));
+  assert(verify_material(pos, weakSide, VALUE_ZERO, 1));
+
+  Value result =      PawnValueEg
+               +  2 * PushToEdges[pos.square<KING>(weakSide)]
+               - 10 * relative_rank(weakSide, pos.square<PAWN>(weakSide));
 
   return strongSide == pos.side_to_move() ? result : -result;
 }
@@ -359,30 +343,28 @@ ScaleFactor Endgame<KBPsK>::operator()(const Position& pos) const {
   // No assertions about the material of weakSide, because we want draws to
   // be detected even when the weaker side has some pawns.
 
-  Bitboard pawns = pos.pieces(strongSide, PAWN);
-  File pawnsFile = file_of(lsb(pawns));
+  Bitboard strongpawns = pos.pieces(strongSide, PAWN);
+  Bitboard allpawns = pos.pieces(PAWN);
 
-  // All pawns are on a single rook file?
-  if (    (pawnsFile == FILE_A || pawnsFile == FILE_H)
-      && !(pawns & ~file_bb(pawnsFile)))
+  // All strongSide pawns are on a single rook file?
+  if (!(strongpawns & ~FileABB) || !(strongpawns & ~FileHBB))
   {
       Square bishopSq = pos.square<BISHOP>(strongSide);
-      Square queeningSq = relative_square(strongSide, make_square(pawnsFile, RANK_8));
-      Square kingSq = pos.square<KING>(weakSide);
+      Square queeningSq = relative_square(strongSide, make_square(file_of(lsb(strongpawns)), RANK_8));
+      Square weakkingSq = pos.square<KING>(weakSide);
 
       if (   opposite_colors(queeningSq, bishopSq)
-          && distance(queeningSq, kingSq) <= 1)
+          && distance(queeningSq, weakkingSq) <= 1)
           return SCALE_FACTOR_DRAW;
   }
 
   // If all the pawns are on the same B or G file, then it's potentially a draw
-  if (    (pawnsFile == FILE_B || pawnsFile == FILE_G)
-      && !(pos.pieces(PAWN) & ~file_bb(pawnsFile))
+  if ((!(allpawns & ~FileBBB) || !(allpawns & ~FileGBB))
       && pos.non_pawn_material(weakSide) == 0
       && pos.count<PAWN>(weakSide) >= 1)
   {
-      // Get weakSide pawn that is closest to the home rank
-      Square weakPawnSq = backmost_sq(weakSide, pos.pieces(weakSide, PAWN));
+      // Get the least advanced weakSide pawn
+      Square weakPawnSq = frontmost_sq(strongSide, pos.pieces(weakSide, PAWN));
 
       Square strongKingSq = pos.square<KING>(strongSide);
       Square weakKingSq = pos.square<KING>(weakSide);
@@ -391,8 +373,8 @@ ScaleFactor Endgame<KBPsK>::operator()(const Position& pos) const {
       // There's potential for a draw if our pawn is blocked on the 7th rank,
       // the bishop cannot attack it or they only have one pawn left
       if (   relative_rank(strongSide, weakPawnSq) == RANK_7
-          && (pos.pieces(strongSide, PAWN) & (weakPawnSq + pawn_push(weakSide)))
-          && (opposite_colors(bishopSq, weakPawnSq) || pos.count<PAWN>(strongSide) == 1))
+          && (strongpawns & (weakPawnSq + pawn_push(weakSide)))
+          && (opposite_colors(bishopSq, weakPawnSq) || !more_than_one(strongpawns)))
       {
           int strongKingDist = distance(weakPawnSq, strongKingSq);
           int weakKingDist = distance(weakPawnSq, weakKingSq);
@@ -551,7 +533,7 @@ ScaleFactor Endgame<KRPKB>::operator()(const Position& pos) const {
       Square bsq = pos.square<BISHOP>(weakSide);
       Square psq = pos.square<PAWN>(strongSide);
       Rank rk = relative_rank(strongSide, psq);
-      Square push = pawn_push(strongSide);
+      Direction push = pawn_push(strongSide);
 
       // If the pawn is on the 5th rank and the pawn (currently) is on
       // the same color square as the bishop then there is a chance of
@@ -625,7 +607,7 @@ ScaleFactor Endgame<KPsK>::operator()(const Position& pos) const {
 
   // If all pawns are ahead of the king, on a single rook file and
   // the king is within one file of the pawns, it's a draw.
-  if (   !(pawns & ~in_front_bb(weakSide, rank_of(ksq)))
+  if (   !(pawns & ~forward_ranks_bb(weakSide, ksq))
       && !((pawns & ~FileABB) && (pawns & ~FileHBB))
       &&  distance<File>(ksq, lsb(pawns)) <= 1)
       return SCALE_FACTOR_DRAW;
@@ -658,31 +640,8 @@ ScaleFactor Endgame<KBPKB>::operator()(const Position& pos) const {
 
   // Case 2: Opposite colored bishops
   if (opposite_colors(strongBishopSq, weakBishopSq))
-  {
-      // We assume that the position is drawn in the following three situations:
-      //
-      //   a. The pawn is on rank 5 or further back.
-      //   b. The defending king is somewhere in the pawn's path.
-      //   c. The defending bishop attacks some square along the pawn's path,
-      //      and is at least three squares away from the pawn.
-      //
-      // These rules are probably not perfect, but in practice they work
-      // reasonably well.
-
-      if (relative_rank(strongSide, pawnSq) <= RANK_5)
-          return SCALE_FACTOR_DRAW;
-      else
-      {
-          Bitboard path = forward_bb(strongSide, pawnSq);
-
-          if (path & pos.pieces(weakSide, KING))
-              return SCALE_FACTOR_DRAW;
+      return SCALE_FACTOR_DRAW;
 
-          if (  (pos.attacks_from<BISHOP>(weakBishopSq) & path)
-              && distance(weakBishopSq, pawnSq) >= 3)
-              return SCALE_FACTOR_DRAW;
-      }
-  }
   return SCALE_FACTOR_NONE;
 }
 
@@ -703,8 +662,6 @@ ScaleFactor Endgame<KBPPKB>::operator()(const Position& pos) const {
   Square ksq = pos.square<KING>(weakSide);
   Square psq1 = pos.squares<PAWN>(strongSide)[0];
   Square psq2 = pos.squares<PAWN>(strongSide)[1];
-  Rank r1 = rank_of(psq1);
-  Rank r2 = rank_of(psq2);
   Square blockSq1, blockSq2;
 
   if (relative_rank(strongSide, psq1) > relative_rank(strongSide, psq2))
@@ -738,7 +695,7 @@ ScaleFactor Endgame<KBPPKB>::operator()(const Position& pos) const {
         && opposite_colors(ksq, wbsq)
         && (   bbsq == blockSq2
             || (pos.attacks_from<BISHOP>(blockSq2) & pos.pieces(weakSide, BISHOP))
-            || distance(r1, r2) >= 2))
+            || distance<Rank>(psq1, psq2) >= 2))
         return SCALE_FACTOR_DRAW;
 
     else if (   ksq == blockSq2
@@ -803,13 +760,16 @@ ScaleFactor Endgame<KNPK>::operator()(const Position& pos) const {
 template<>
 ScaleFactor Endgame<KNPKB>::operator()(const Position& pos) const {
 
+  assert(verify_material(pos, strongSide, KnightValueMg, 1));
+  assert(verify_material(pos, weakSide, BishopValueMg, 0));
+
   Square pawnSq = pos.square<PAWN>(strongSide);
   Square bishopSq = pos.square<BISHOP>(weakSide);
   Square weakKingSq = pos.square<KING>(weakSide);
 
   // King needs to get close to promoting pawn to prevent knight from blocking.
   // Rules for this are very tricky, so just approximate.
-  if (forward_bb(strongSide, pawnSq) & pos.attacks_from<BISHOP>(bishopSq))
+  if (forward_file_bb(strongSide, pawnSq) & pos.attacks_from<BISHOP>(bishopSq))
       return ScaleFactor(distance(weakKingSq, pawnSq));
 
   return SCALE_FACTOR_NONE;