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Rewrite unstoppable pawns evaluation
[stockfish] / src / evaluate.cpp
index 3f01d56457c2fd8c5e026e8d75bc5e5421e9a951..7844deb6ae27290333531b91ae220986096f4009 100644 (file)
@@ -32,7 +32,7 @@
 namespace {
 
   enum ExtendedPieceType { // Used for tracing
-    PST = 8, IMBALANCE, MOBILITY, THREAT, PASSED, UNSTOPPABLE, SPACE, TOTAL
+    PST = 8, IMBALANCE, MOBILITY, THREAT, PASSED, SPACE, TOTAL
   };
 
   namespace Tracing {
@@ -114,16 +114,15 @@ namespace {
        S( 37, 28), S( 42, 31), S(44, 33) },
      { S(-22,-27), S( -8,-13), S( 6,  1), S(20, 15), S(34, 29), S(48, 43), // Bishops
        S( 60, 55), S( 68, 63), S(74, 68), S(77, 72), S(80, 75), S(82, 77),
-       S( 84, 79), S( 86, 81), S(87, 82), S(87, 82) },
+       S( 84, 79), S( 86, 81) },
      { S(-17,-33), S(-11,-16), S(-5,  0), S( 1, 16), S( 7, 32), S(13, 48), // Rooks
        S( 18, 64), S( 22, 80), S(26, 96), S(29,109), S(31,115), S(33,119),
-       S( 35,122), S( 36,123), S(37,124), S(38,124) },
+       S( 35,122), S( 36,123), S(37,124) },
      { S(-12,-20), S( -8,-13), S(-5, -7), S(-2, -1), S( 1,  5), S( 4, 11), // Queens
        S(  7, 17), S( 10, 23), S(13, 29), S(16, 34), S(18, 38), S(20, 40),
        S( 22, 41), S( 23, 41), S(24, 41), S(25, 41), S(25, 41), S(25, 41),
        S( 25, 41), S( 25, 41), S(25, 41), S(25, 41), S(25, 41), S(25, 41),
-       S( 25, 41), S( 25, 41), S(25, 41), S(25, 41), S(25, 41), S(25, 41),
-       S( 25, 41), S( 25, 41) }
+       S( 25, 41), S( 25, 41), S(25, 41), S(25, 41) }
   };
 
   // Outpost[PieceType][Square] contains bonuses of knights and bishops, indexed
@@ -173,8 +172,10 @@ namespace {
   const Score RookOpenFile     = make_score(43, 21);
   const Score RookSemiopenFile = make_score(19, 10);
   const Score BishopPawns      = make_score( 8, 12);
+  const Score MinorBehindPawn  = make_score(16,  0);
   const Score UndefendedMinor  = make_score(25, 10);
   const Score TrappedRook      = make_score(90,  0);
+  const Score Unstoppable      = make_score( 0, 20);
 
   // Penalty for a bishop on a1/h1 (a8/h8 for black) which is trapped by
   // a friendly pawn on b2/g2 (b7/g7 for black). This can obviously only
@@ -186,12 +187,8 @@ namespace {
   // based on how many squares inside this area are safe and available for
   // friendly minor pieces.
   const Bitboard SpaceMask[] = {
-    (1ULL << SQ_C2) | (1ULL << SQ_D2) | (1ULL << SQ_E2) | (1ULL << SQ_F2) |
-    (1ULL << SQ_C3) | (1ULL << SQ_D3) | (1ULL << SQ_E3) | (1ULL << SQ_F3) |
-    (1ULL << SQ_C4) | (1ULL << SQ_D4) | (1ULL << SQ_E4) | (1ULL << SQ_F4),
-    (1ULL << SQ_C7) | (1ULL << SQ_D7) | (1ULL << SQ_E7) | (1ULL << SQ_F7) |
-    (1ULL << SQ_C6) | (1ULL << SQ_D6) | (1ULL << SQ_E6) | (1ULL << SQ_F6) |
-    (1ULL << SQ_C5) | (1ULL << SQ_D5) | (1ULL << SQ_E5) | (1ULL << SQ_F5)
+    (FileCBB | FileDBB | FileEBB | FileFBB) & (Rank2BB | Rank3BB | Rank4BB),
+    (FileCBB | FileDBB | FileEBB | FileFBB) & (Rank7BB | Rank6BB | Rank5BB)
   };
 
   // King danger constants and variables. The king danger scores are taken
@@ -238,18 +235,18 @@ namespace {
   Score evaluate_pieces_of_color(const Position& pos, EvalInfo& ei, Score& mobility);
 
   template<Color Us, bool Trace>
-  Score evaluate_king(const Position& pos, EvalInfo& ei, Value margins[]);
+  Score evaluate_king(const Position& pos, const EvalInfo& ei, Value margins[]);
 
   template<Color Us, bool Trace>
-  Score evaluate_threats(const Position& pos, EvalInfo& ei);
+  Score evaluate_threats(const Position& pos, const EvalInfo& ei);
 
   template<Color Us, bool Trace>
-  Score evaluate_passed_pawns(const Position& pos, EvalInfo& ei);
+  Score evaluate_passed_pawns(const Position& pos, const EvalInfo& ei);
 
   template<Color Us>
-  int evaluate_space(const Position& pos, EvalInfo& ei);
+  int evaluate_space(const Position& pos, const EvalInfo& ei);
 
-  Score evaluate_unstoppable_pawns(const Position& pos, EvalInfo& ei);
+  Score evaluate_unstoppable_pawns(const Position& pos, Color us, const EvalInfo& ei);
 
   Value interpolate(const Score& v, Phase ph, ScaleFactor sf);
   Score apply_weight(Score v, Score w);
@@ -292,7 +289,7 @@ namespace Eval {
     const int MaxSlope = 30;
     const int Peak = 1280;
 
-    for (int t = 0, i = 1; i < 100; i++)
+    for (int t = 0, i = 1; i < 100; ++i)
     {
         t = std::min(Peak, std::min(int(0.4 * i * i), t + MaxSlope));
 
@@ -364,9 +361,10 @@ Value do_evaluate(const Position& pos, Value& margin) {
   score +=  evaluate_passed_pawns<WHITE, Trace>(pos, ei)
           - evaluate_passed_pawns<BLACK, Trace>(pos, ei);
 
-  // If one side has only a king, check whether exists any unstoppable passed pawn
+  // If one side has only a king, score for potential unstoppable pawns
   if (!pos.non_pawn_material(WHITE) || !pos.non_pawn_material(BLACK))
-      score += evaluate_unstoppable_pawns(pos, ei);
+      score +=  evaluate_unstoppable_pawns(pos, WHITE, ei)
+              - evaluate_unstoppable_pawns(pos, BLACK, ei);
 
   // Evaluate space for both sides, only in middle-game.
   if (ei.mi->space_weight())
@@ -409,7 +407,6 @@ Value do_evaluate(const Position& pos, Value& margin) {
       Tracing::add(PST, pos.psq_score());
       Tracing::add(IMBALANCE, ei.mi->material_value());
       Tracing::add(PAWN, ei.pi->pawns_value());
-      Tracing::add(UNSTOPPABLE, evaluate_unstoppable_pawns(pos, ei));
       Score w = ei.mi->space_weight() * evaluate_space<WHITE>(pos, ei);
       Score b = ei.mi->space_weight() * evaluate_space<BLACK>(pos, ei);
       Tracing::add(SPACE, apply_weight(w, Weights[Space]), apply_weight(b, Weights[Space]));
@@ -468,7 +465,7 @@ Value do_evaluate(const Position& pos, Value& margin) {
     if (bonus && (ei.attackedBy[Us][PAWN] & s))
     {
         if (   !pos.pieces(Them, KNIGHT)
-            && !(same_color_squares(s) & pos.pieces(Them, BISHOP)))
+            && !(squares_of_color(s) & pos.pieces(Them, BISHOP)))
             bonus += bonus + bonus / 2;
         else
             bonus += bonus / 2;
@@ -530,10 +527,17 @@ Value do_evaluate(const Position& pos, Value& margin) {
         if (Piece == BISHOP)
             score -= BishopPawns * ei.pi->pawns_on_same_color_squares(Us, s);
 
-        // Bishop and knight outposts squares
-        if (    (Piece == BISHOP || Piece == KNIGHT)
-            && !(pos.pieces(Them, PAWN) & pawn_attack_span(Us, s)))
-            score += evaluate_outposts<Piece, Us>(pos, ei, s);
+        if (Piece == BISHOP || Piece == KNIGHT)
+        {
+            // Bishop and knight outposts squares
+            if (!(pos.pieces(Them, PAWN) & pawn_attack_span(Us, s)))
+                score += evaluate_outposts<Piece, Us>(pos, ei, s);
+
+            // Bishop or knight behind a pawn
+            if (    relative_rank(Us, s) < RANK_5
+                && (pos.pieces(PAWN) & (s + pawn_push(Us))))
+                score += MinorBehindPawn;
+        }
 
         if (  (Piece == ROOK || Piece == QUEEN)
             && relative_rank(Us, s) >= RANK_5)
@@ -596,7 +600,7 @@ Value do_evaluate(const Position& pos, Value& margin) {
   // and the type of attacked one.
 
   template<Color Us, bool Trace>
-  Score evaluate_threats(const Position& pos, EvalInfo& ei) {
+  Score evaluate_threats(const Position& pos, const EvalInfo& ei) {
 
     const Color Them = (Us == WHITE ? BLACK : WHITE);
 
@@ -619,11 +623,11 @@ Value do_evaluate(const Position& pos, Value& margin) {
     // type of attacking piece, from knights to queens. Kings are not
     // considered because are already handled in king evaluation.
     if (weakEnemies)
-        for (PieceType pt1 = KNIGHT; pt1 < KING; pt1++)
+        for (PieceType pt1 = KNIGHT; pt1 < KING; ++pt1)
         {
             b = ei.attackedBy[Us][pt1] & weakEnemies;
             if (b)
-                for (PieceType pt2 = PAWN; pt2 < KING; pt2++)
+                for (PieceType pt2 = PAWN; pt2 < KING; ++pt2)
                     if (b & pos.pieces(pt2))
                         score += Threat[pt1][pt2];
         }
@@ -667,7 +671,7 @@ Value do_evaluate(const Position& pos, Value& margin) {
   // evaluate_king<>() assigns bonuses and penalties to a king of a given color
 
   template<Color Us, bool Trace>
-  Score evaluate_king(const Position& pos, EvalInfo& ei, Value margins[]) {
+  Score evaluate_king(const Position& pos, const EvalInfo& ei, Value margins[]) {
 
     const Color Them = (Us == WHITE ? BLACK : WHITE);
 
@@ -780,7 +784,7 @@ Value do_evaluate(const Position& pos, Value& margin) {
   // evaluate_passed_pawns<>() evaluates the passed pawns of the given color
 
   template<Color Us, bool Trace>
-  Score evaluate_passed_pawns(const Position& pos, EvalInfo& ei) {
+  Score evaluate_passed_pawns(const Position& pos, const EvalInfo& ei) {
 
     const Color Them = (Us == WHITE ? BLACK : WHITE);
 
@@ -807,18 +811,17 @@ Value do_evaluate(const Position& pos, Value& margin) {
             Square blockSq = s + pawn_push(Us);
 
             // Adjust bonus based on kings proximity
-            ebonus += Value(square_distance(pos.king_square(Them), blockSq) * 5 * rr);
-            ebonus -= Value(square_distance(pos.king_square(Us), blockSq) * 2 * rr);
+            ebonus +=  Value(square_distance(pos.king_square(Them), blockSq) * 5 * rr)
+                     - Value(square_distance(pos.king_square(Us  ), blockSq) * 2 * rr);
 
             // If blockSq is not the queening square then consider also a second push
-            if (rank_of(blockSq) != (Us == WHITE ? RANK_8 : RANK_1))
+            if (relative_rank(Us, blockSq) != RANK_8)
                 ebonus -= Value(square_distance(pos.king_square(Us), blockSq + pawn_push(Us)) * rr);
 
             // If the pawn is free to advance, increase bonus
             if (pos.is_empty(blockSq))
             {
                 squaresToQueen = forward_bb(Us, s);
-                defendedSquares = squaresToQueen & ei.attackedBy[Us][ALL_PIECES];
 
                 // If there is an enemy rook or queen attacking the pawn from behind,
                 // add all X-ray attacks by the rook or queen. Otherwise consider only
@@ -829,6 +832,12 @@ Value do_evaluate(const Position& pos, Value& margin) {
                 else
                     unsafeSquares = squaresToQueen & (ei.attackedBy[Them][ALL_PIECES] | pos.pieces(Them));
 
+                if (    unlikely(forward_bb(Them, s) & pos.pieces(Us, ROOK, QUEEN))
+                    && (forward_bb(Them, s) & pos.pieces(Us, ROOK, QUEEN) & pos.attacks_from<ROOK>(s)))
+                    defendedSquares = squaresToQueen;
+                else
+                    defendedSquares = squaresToQueen & ei.attackedBy[Us][ALL_PIECES];
+
                 // If there aren't enemy attacks huge bonus, a bit smaller if at
                 // least block square is not attacked, otherwise smallest bonus.
                 int k = !unsafeSquares ? 15 : !(unsafeSquares & blockSq) ? 9 : 3;
@@ -864,9 +873,16 @@ Value do_evaluate(const Position& pos, Value& margin) {
         {
             if (pos.non_pawn_material(Them) <= KnightValueMg)
                 ebonus += ebonus / 4;
+
             else if (pos.pieces(Them, ROOK, QUEEN))
                 ebonus -= ebonus / 4;
         }
+
+        // Increase the bonus if we have more non-pawn pieces
+        if (pos.count<ALL_PIECES>(  Us) - pos.count<PAWN>(  Us) >
+            pos.count<ALL_PIECES>(Them) - pos.count<PAWN>(Them))
+            ebonus += ebonus / 4;
+
         score += make_score(mbonus, ebonus);
 
     }
@@ -879,164 +895,18 @@ Value do_evaluate(const Position& pos, Value& margin) {
   }
 
 
-  // evaluate_unstoppable_pawns() evaluates the unstoppable passed pawns for both sides, this is quite
-  // conservative and returns a winning score only when we are very sure that the pawn is winning.
-
-  Score evaluate_unstoppable_pawns(const Position& pos, EvalInfo& ei) {
-
-    Bitboard b, b2, blockers, supporters, queeningPath, candidates;
-    Square s, blockSq, queeningSquare;
-    Color c, winnerSide, loserSide;
-    bool pathDefended, opposed;
-    int pliesToGo, movesToGo, oppMovesToGo, sacptg, blockersCount, minKingDist, kingptg, d;
-    int pliesToQueen[] = { 256, 256 };
-
-    // Step 1. Hunt for unstoppable passed pawns. If we find at least one,
-    // record how many plies are required for promotion.
-    for (c = WHITE; c <= BLACK; c++)
-    {
-        // Skip if other side has non-pawn pieces
-        if (pos.non_pawn_material(~c))
-            continue;
-
-        b = ei.pi->passed_pawns(c);
-
-        while (b)
-        {
-            s = pop_lsb(&b);
-            queeningSquare = relative_square(c, file_of(s) | RANK_8);
-            queeningPath = forward_bb(c, s);
-
-            // Compute plies to queening and check direct advancement
-            movesToGo = rank_distance(s, queeningSquare) - int(relative_rank(c, s) == RANK_2);
-            oppMovesToGo = square_distance(pos.king_square(~c), queeningSquare) - int(c != pos.side_to_move());
-            pathDefended = ((ei.attackedBy[c][ALL_PIECES] & queeningPath) == queeningPath);
-
-            if (movesToGo >= oppMovesToGo && !pathDefended)
-                continue;
-
-            // Opponent king cannot block because path is defended and position
-            // is not in check. So only friendly pieces can be blockers.
-            assert(!pos.checkers());
-            assert((queeningPath & pos.pieces()) == (queeningPath & pos.pieces(c)));
+  // evaluate_unstoppable_pawns() scores the most advanced among the passed and
+  // candidate pawns. In case opponent has no pieces but pawns, this is somewhat
+  // related to the possibility pawns are unstoppable.
 
-            // Add moves needed to free the path from friendly pieces and retest condition
-            movesToGo += popcount<Max15>(queeningPath & pos.pieces(c));
+  Score evaluate_unstoppable_pawns(const Position& pos, Color us, const EvalInfo& ei) {
 
-            if (movesToGo >= oppMovesToGo && !pathDefended)
-                continue;
-
-            pliesToGo = 2 * movesToGo - int(c == pos.side_to_move());
-            pliesToQueen[c] = std::min(pliesToQueen[c], pliesToGo);
-        }
-    }
+    Bitboard b = ei.pi->passed_pawns(us) | ei.pi->candidate_pawns(us);
 
-    // Step 2. If either side cannot promote at least three plies before the other side then situation
-    // becomes too complex and we give up. Otherwise we determine the possibly "winning side"
-    if (abs(pliesToQueen[WHITE] - pliesToQueen[BLACK]) < 3)
+    if (!b || pos.non_pawn_material(~us))
         return SCORE_ZERO;
 
-    winnerSide = (pliesToQueen[WHITE] < pliesToQueen[BLACK] ? WHITE : BLACK);
-    loserSide = ~winnerSide;
-
-    // Step 3. Can the losing side possibly create a new passed pawn and thus prevent the loss?
-    b = candidates = pos.pieces(loserSide, PAWN);
-
-    while (b)
-    {
-        s = pop_lsb(&b);
-
-        // Compute plies from queening
-        queeningSquare = relative_square(loserSide, file_of(s) | RANK_8);
-        movesToGo = rank_distance(s, queeningSquare) - int(relative_rank(loserSide, s) == RANK_2);
-        pliesToGo = 2 * movesToGo - int(loserSide == pos.side_to_move());
-
-        // Check if (without even considering any obstacles) we're too far away or doubled
-        if (   pliesToQueen[winnerSide] + 3 <= pliesToGo
-            || (forward_bb(loserSide, s) & pos.pieces(loserSide, PAWN)))
-            candidates ^= s;
-    }
-
-    // If any candidate is already a passed pawn it _may_ promote in time. We give up.
-    if (candidates & ei.pi->passed_pawns(loserSide))
-        return SCORE_ZERO;
-
-    // Step 4. Check new passed pawn creation through king capturing and pawn sacrifices
-    b = candidates;
-
-    while (b)
-    {
-        s = pop_lsb(&b);
-        sacptg = blockersCount = 0;
-        minKingDist = kingptg = 256;
-
-        // Compute plies from queening
-        queeningSquare = relative_square(loserSide, file_of(s) | RANK_8);
-        movesToGo = rank_distance(s, queeningSquare) - int(relative_rank(loserSide, s) == RANK_2);
-        pliesToGo = 2 * movesToGo - int(loserSide == pos.side_to_move());
-
-        // Generate list of blocking pawns and supporters
-        supporters = adjacent_files_bb(file_of(s)) & candidates;
-        opposed = forward_bb(loserSide, s) & pos.pieces(winnerSide, PAWN);
-        blockers = passed_pawn_mask(loserSide, s) & pos.pieces(winnerSide, PAWN);
-
-        assert(blockers);
-
-        // How many plies does it take to remove all the blocking pawns?
-        while (blockers)
-        {
-            blockSq = pop_lsb(&blockers);
-            movesToGo = 256;
-
-            // Check pawns that can give support to overcome obstacle, for instance
-            // black pawns: a4, b4 white: b2 then pawn in b4 is giving support.
-            if (!opposed)
-            {
-                b2 = supporters & in_front_bb(winnerSide, rank_of(blockSq + pawn_push(winnerSide)));
-
-                while (b2) // This while-loop could be replaced with LSB/MSB (depending on color)
-                {
-                    d = square_distance(blockSq, pop_lsb(&b2)) - 2;
-                    movesToGo = std::min(movesToGo, d);
-                }
-            }
-
-            // Check pawns that can be sacrificed against the blocking pawn
-            b2 = pawn_attack_span(winnerSide, blockSq) & candidates & ~(1ULL << s);
-
-            while (b2) // This while-loop could be replaced with LSB/MSB (depending on color)
-            {
-                d = square_distance(blockSq, pop_lsb(&b2)) - 2;
-                movesToGo = std::min(movesToGo, d);
-            }
-
-            // If obstacle can be destroyed with an immediate pawn exchange / sacrifice,
-            // it's not a real obstacle and we have nothing to add to pliesToGo.
-            if (movesToGo <= 0)
-                continue;
-
-            // Plies needed to sacrifice against all the blocking pawns
-            sacptg += movesToGo * 2;
-            blockersCount++;
-
-            // Plies needed for the king to capture all the blocking pawns
-            d = square_distance(pos.king_square(loserSide), blockSq);
-            minKingDist = std::min(minKingDist, d);
-            kingptg = (minKingDist + blockersCount) * 2;
-        }
-
-        // Check if pawn sacrifice plan _may_ save the day
-        if (pliesToQueen[winnerSide] + 3 > pliesToGo + sacptg)
-            return SCORE_ZERO;
-
-        // Check if king capture plan _may_ save the day (contains some false positives)
-        if (pliesToQueen[winnerSide] + 3 > pliesToGo + kingptg)
-            return SCORE_ZERO;
-    }
-
-    // Winning pawn is unstoppable and will promote as first, return big score
-    Score score = make_score(0, (Value) 1280 - 32 * pliesToQueen[winnerSide]);
-    return winnerSide == WHITE ? score : -score;
+    return Unstoppable * int(relative_rank(WHITE, frontmost_sq(us, b)));
   }
 
 
@@ -1047,7 +917,7 @@ Value do_evaluate(const Position& pos, Value& margin) {
   // twice. Finally, the space bonus is scaled by a weight taken from the
   // material hash table. The aim is to improve play on game opening.
   template<Color Us>
-  int evaluate_space(const Position& pos, EvalInfo& ei) {
+  int evaluate_space(const Position& pos, const EvalInfo& ei) {
 
     const Color Them = (Us == WHITE ? BLACK : WHITE);
 
@@ -1081,9 +951,9 @@ Value do_evaluate(const Position& pos, Value& margin) {
     assert(eg_value(v) > -VALUE_INFINITE && eg_value(v) < VALUE_INFINITE);
     assert(ph >= PHASE_ENDGAME && ph <= PHASE_MIDGAME);
 
-    int ev = (eg_value(v) * int(sf)) / SCALE_FACTOR_NORMAL;
-    int result = (mg_value(v) * int(ph) + ev * int(128 - ph)) / 128;
-    return Value((result + GrainSize / 2) & ~(GrainSize - 1));
+    int e = (eg_value(v) * int(sf)) / SCALE_FACTOR_NORMAL;
+    int r = (mg_value(v) * int(ph) + e * int(PHASE_MIDGAME - ph)) / PHASE_MIDGAME;
+    return Value((r / GrainSize) * GrainSize); // Sign independent
   }
 
   // apply_weight() weights score v by score w trying to prevent overflow
@@ -1121,7 +991,7 @@ Value do_evaluate(const Position& pos, Value& margin) {
     Score bScore = scores[BLACK][idx];
 
     switch (idx) {
-    case PST: case IMBALANCE: case PAWN: case UNSTOPPABLE: case TOTAL:
+    case PST: case IMBALANCE: case PAWN: case TOTAL:
         stream << std::setw(20) << name << " |   ---   --- |   ---   --- | "
                << std::setw(6)  << to_cp(mg_value(wScore)) << " "
                << std::setw(6)  << to_cp(eg_value(wScore)) << " \n";
@@ -1140,8 +1010,6 @@ Value do_evaluate(const Position& pos, Value& margin) {
 
   std::string Tracing::do_trace(const Position& pos) {
 
-    Search::RootColor = pos.side_to_move();
-
     stream.str("");
     stream << std::showpoint << std::showpos << std::fixed << std::setprecision(2);
     std::memset(scores, 0, 2 * (TOTAL + 1) * sizeof(Score));
@@ -1167,7 +1035,6 @@ Value do_evaluate(const Position& pos, Value& margin) {
     row("King safety", KING);
     row("Threats", THREAT);
     row("Passed pawns", PASSED);
-    row("Unstoppable pawns", UNSTOPPABLE);
     row("Space", SPACE);
 
     stream <<             "---------------------+-------------+-------------+---------------\n";