]> git.sesse.net Git - stockfish/blobdiff - src/material.cpp
Yet another small touch to endgame functions handling
[stockfish] / src / material.cpp
index bdfd393962927ca81ffd2f4c8098ac693a4c0632..eb271e8c94b6701c7eab1a308a451454f242cd76 100644 (file)
@@ -1,7 +1,7 @@
 /*
   Stockfish, a UCI chess playing engine derived from Glaurung 2.1
   Copyright (C) 2004-2008 Tord Romstad (Glaurung author)
-  Copyright (C) 2008 Marco Costalba
+  Copyright (C) 2008-2009 Marco Costalba
 
   Stockfish is free software: you can redistribute it and/or modify
   it under the terms of the GNU General Public License as published by
 ////
 
 #include <cassert>
+#include <sstream>
 #include <map>
 
-#include "lock.h"
 #include "material.h"
 
+using namespace std;
 
 ////
 //// Local definitions
 
 namespace {
 
-  const Value BishopPairMidgameBonus = Value(100);
-  const Value BishopPairEndgameBonus = Value(100);
+  // Values modified by Joona Kiiski
+  const Value BishopPairMidgameBonus = Value(109);
+  const Value BishopPairEndgameBonus = Value(97);
 
-  Key KNNKMaterialKey, KKNNMaterialKey;
-
-  struct ScalingInfo
-  {
-      Color col;
-      ScalingFunction* fun;
-  };
-
-  std::map<Key, EndgameEvaluationFunction*> EEFmap;
-  std::map<Key, ScalingInfo> ESFmap;
-
-  Lock EEFmapLock;
-  Lock ESFmapLock;
+  // Polynomial material balance parameters
+  const Value RedundantQueenPenalty = Value(358);
+  const Value RedundantRookPenalty  = Value(536);
+  const int LinearCoefficients[6]   = { 1740, -146, -1246, -197, 206, -7 };
 
-  void add(Key k, EndgameEvaluationFunction* f) {
-
-      EEFmap.insert(std::pair<Key, EndgameEvaluationFunction*>(k, f));
-  }
-
-  void add(Key k, Color c, ScalingFunction* f) {
-
-      ScalingInfo s = {c, f};
-      ESFmap.insert(std::pair<Key, ScalingInfo>(k, s));
-  }
+  const int QuadraticCoefficientsSameColor[][6] = {
+  { 0, 0, 0, 0, 0, 0 }, { 31, -4, 0, 0, 0, 0 }, { 14, 267, -21, 0, 0, 0 },
+  { 0, 7, -26, 0, 0, 0 }, { -3, -1, 69, 162, 80, 0 }, { 40, 27, 119, 174, -64, -49 } };
 
-  // STL map are not guaranteed to be thread safe even
-  // for read-access so we need this two helpers to access them.
-  EndgameEvaluationFunction* getEEF(Key key) {
+  const int QuadraticCoefficientsOppositeColor[][6] = {
+  { 0, 0, 0, 0, 0, 0 }, { -9, 0, 0, 0, 0, 0 }, { 49, 32, 0, 0, 0, 0 },
+  { -25, 19, -5, 0, 0, 0 }, { 97, -6, 39, -88, 0, 0 }, { 77, 69, -42, 104, 116, 0 } };
 
-      EndgameEvaluationFunction* f = NULL;
-
-      lock_grab(&EEFmapLock);
-      
-      if (EEFmap.find(key) != EEFmap.end())
-          f = EEFmap[key];
-
-      lock_release(&EEFmapLock);
-      return f;
-  }
-
-  ScalingInfo getESF(Key key) {
-
-      ScalingInfo si = {WHITE, NULL};
-
-      lock_grab(&ESFmapLock);
-
-      if (ESFmap.find(key) != ESFmap.end())
-          si = ESFmap[key];
-
-      lock_release(&ESFmapLock);
-      return si;
-  }
+  // Unmapped endgame evaluation and scaling functions, these
+  // are accessed direcly and not through the function maps.
+  EvaluationFunction<KmmKm> EvaluateKmmKm(WHITE);
+  EvaluationFunction<KXK>   EvaluateKXK(WHITE), EvaluateKKX(BLACK);
+  ScalingFunction<KBPK>     ScaleKBPK(WHITE),   ScaleKKBP(BLACK);
+  ScalingFunction<KQKRP>    ScaleKQKRP(WHITE),  ScaleKRPKQ(BLACK);
+  ScalingFunction<KPsK>     ScaleKPsK(WHITE),   ScaleKKPs(BLACK);
+  ScalingFunction<KPKP>     ScaleKPKPw(WHITE),  ScaleKPKPb(BLACK);
 
+  Key KNNKMaterialKey, KKNNMaterialKey;
 }
 
 
 ////
-//// Functions
+//// Classes
 ////
 
-/// MaterialInfo::init() is called during program initialization. It
-/// precomputes material hash keys for a few basic endgames, in order
-/// to make it easy to recognize such endgames when they occur.
+typedef EndgameEvaluationFunctionBase EF;
+typedef EndgameScalingFunctionBase SF;
 
-void MaterialInfo::init() {
+/// See header for a class description. It is declared here to avoid
+/// to include <map> in the header file.
 
-  // Initialize std::map access locks
-  lock_init(&EEFmapLock, NULL);
-  lock_init(&ESFmapLock, NULL);
+class EndgameFunctions {
+public:
+  EndgameFunctions();
+  ~EndgameFunctions();
+  template<class T> T* get(Key key) const;
 
-  typedef Key ZM[2][8][16];
-  const ZM& z = Position::zobMaterial;
+private:
+  template<class T> void add(const string& keyCode);
 
-  static const Color W = WHITE;
-  static const Color B = BLACK;
+  static Key buildKey(const string& keyCode);
+  static const string swapColors(const string& keyCode);
 
-  KNNKMaterialKey = z[W][KNIGHT][1] ^ z[W][KNIGHT][2];
-  KKNNMaterialKey = z[B][KNIGHT][1] ^ z[B][KNIGHT][2];
+  // Here we store two maps, one for evaluate and one for scaling
+  pair<map<Key, EF*>, map<Key, SF*> > maps;
 
-  add(z[W][PAWN][1], &EvaluateKPK);
-  add(z[B][PAWN][1], &EvaluateKKP);
+  // Maps accessing functions for const and non-const references
+  template<typename T> const map<Key, T*>& get() const { return maps.first; }
+  template<typename T> map<Key, T*>& get() { return maps.first; }
+};
 
-  add(z[W][BISHOP][1] ^ z[W][KNIGHT][1], &EvaluateKBNK);
-  add(z[B][BISHOP][1] ^ z[B][KNIGHT][1], &EvaluateKKBN);
-  add(z[W][ROOK][1]   ^ z[B][PAWN][1],   &EvaluateKRKP);
-  add(z[W][PAWN][1]   ^ z[B][ROOK][1],   &EvaluateKPKR);
-  add(z[W][ROOK][1]   ^ z[B][BISHOP][1], &EvaluateKRKB);
-  add(z[W][BISHOP][1] ^ z[B][ROOK][1],   &EvaluateKBKR);
-  add(z[W][ROOK][1]   ^ z[B][KNIGHT][1], &EvaluateKRKN);
-  add(z[W][KNIGHT][1] ^ z[B][ROOK][1],   &EvaluateKNKR);
-  add(z[W][QUEEN][1]  ^ z[B][ROOK][1],   &EvaluateKQKR);
-  add(z[W][ROOK][1]   ^ z[B][QUEEN][1],  &EvaluateKRKQ);
+// Explicit specializations of a member function shall be declared in
+// the namespace of which the class template is a member.
+template<> const map<Key, SF*>&
+EndgameFunctions::get<SF>() const { return maps.second; }
 
-  add(z[W][KNIGHT][1] ^ z[W][PAWN][1], W, &ScaleKNPK);
-  add(z[B][KNIGHT][1] ^ z[B][PAWN][1], B, &ScaleKKNP);
+template<> map<Key, SF*>&
+EndgameFunctions::get<SF>() { return maps.second; }
 
-  add(z[W][ROOK][1]   ^ z[W][PAWN][1]   ^ z[B][ROOK][1]  , W, &ScaleKRPKR);
-  add(z[W][ROOK][1]   ^ z[B][ROOK][1]   ^ z[B][PAWN][1]  , B, &ScaleKRKRP);
-  add(z[W][BISHOP][1] ^ z[W][PAWN][1]   ^ z[B][BISHOP][1], W, &ScaleKBPKB);
-  add(z[W][BISHOP][1] ^ z[B][BISHOP][1] ^ z[B][PAWN][1]  , B, &ScaleKBKBP);
-  add(z[W][BISHOP][1] ^ z[W][PAWN][1]   ^ z[B][KNIGHT][1], W, &ScaleKBPKN);
-  add(z[W][KNIGHT][1] ^ z[B][BISHOP][1] ^ z[B][PAWN][1]  , B, &ScaleKNKBP);
 
-  add(z[W][ROOK][1] ^ z[W][PAWN][1] ^ z[W][PAWN][2] ^ z[B][ROOK][1] ^ z[B][PAWN][1], W, &ScaleKRPPKRP);
-  add(z[W][ROOK][1] ^ z[W][PAWN][1] ^ z[B][ROOK][1] ^ z[B][PAWN][1] ^ z[B][PAWN][2], B, &ScaleKRPKRPP);
-}
+////
+//// Functions
+////
 
 
 /// Constructor for the MaterialInfoTable class
@@ -152,13 +116,13 @@ MaterialInfoTable::MaterialInfoTable(unsigned int numOfEntries) {
 
   size = numOfEntries;
   entries = new MaterialInfo[size];
-  if (!entries)
+  funcs = new EndgameFunctions();
+  if (!entries || !funcs)
   {
-      std::cerr << "Failed to allocate " << (numOfEntries * sizeof(MaterialInfo))
-                << " bytes for material hash table." << std::endl;
-      exit(EXIT_FAILURE);
+      cerr << "Failed to allocate " << (numOfEntries * sizeof(MaterialInfo))
+           << " bytes for material hash table." << endl;
+      Application::exit_with_failure();
   }
-  clear();
 }
 
 
@@ -166,26 +130,18 @@ MaterialInfoTable::MaterialInfoTable(unsigned int numOfEntries) {
 
 MaterialInfoTable::~MaterialInfoTable() {
 
+  delete funcs;
   delete [] entries;
 }
 
 
-/// MaterialInfoTable::clear() clears a material hash table by setting
-/// all entries to 0.
-
-void MaterialInfoTable::clear() {
-
-  memset(entries, 0, size * sizeof(MaterialInfo));
-}
-
-
 /// MaterialInfoTable::get_material_info() takes a position object as input,
 /// computes or looks up a MaterialInfo object, and returns a pointer to it.
 /// If the material configuration is not already present in the table, it
 /// is stored there, so we don't have to recompute everything when the
 /// same material configuration occurs again.
 
-MaterialInfo *MaterialInfoTable::get_material_info(const Position& pos) {
+MaterialInfoMaterialInfoTable::get_material_info(const Position& pos) {
 
   Key key = pos.get_material_key();
   int index = key & (size - 1);
@@ -195,7 +151,7 @@ MaterialInfo *MaterialInfoTable::get_material_info(const Position& pos) {
   // have analysed this material configuration before, and we can simply
   // return the information we found the last time instead of recomputing it.
   if (mi->key == key)
-    return mi;
+      return mi;
 
   // Clear the MaterialInfo object, and set its key
   mi->clear();
@@ -205,41 +161,59 @@ MaterialInfo *MaterialInfoTable::get_material_info(const Position& pos) {
   // KNN vs K is a draw.
   if (key == KNNKMaterialKey || key == KKNNMaterialKey)
   {
-    mi->factor[WHITE] = mi->factor[BLACK] = 0;
-    return mi;
+      mi->factor[WHITE] = mi->factor[BLACK] = 0;
+      return mi;
   }
 
   // Let's look if we have a specialized evaluation function for this
-  // particular material configuration.
-  if ((mi->evaluationFunction = getEEF(key)) != NULL)
+  // particular material configuration. First we look for a fixed
+  // configuration one, then a generic one if previous search failed.
+  if ((mi->evaluationFunction = funcs->get<EF>(key)) != NULL)
       return mi;
 
   else if (   pos.non_pawn_material(BLACK) == Value(0)
            && pos.piece_count(BLACK, PAWN) == 0
-           && pos.non_pawn_material(WHITE) >= RookValueEndgame)
+           && pos.non_pawn_material(WHITE) >= RookValueMidgame)
   {
       mi->evaluationFunction = &EvaluateKXK;
       return mi;
   }
   else if (   pos.non_pawn_material(WHITE) == Value(0)
            && pos.piece_count(WHITE, PAWN) == 0
-           && pos.non_pawn_material(BLACK) >= RookValueEndgame)
+           && pos.non_pawn_material(BLACK) >= RookValueMidgame)
   {
       mi->evaluationFunction = &EvaluateKKX;
       return mi;
   }
+  else if (   pos.pawns() == EmptyBoardBB
+           && pos.rooks() == EmptyBoardBB
+           && pos.queens() == EmptyBoardBB)
+  {
+      // Minor piece endgame with at least one minor piece per side,
+      // and no pawns.
+      assert(pos.knights(WHITE) | pos.bishops(WHITE));
+      assert(pos.knights(BLACK) | pos.bishops(BLACK));
+
+      if (   pos.piece_count(WHITE, BISHOP) + pos.piece_count(WHITE, KNIGHT) <= 2
+          && pos.piece_count(BLACK, BISHOP) + pos.piece_count(BLACK, KNIGHT) <= 2)
+      {
+          mi->evaluationFunction = &EvaluateKmmKm;
+          return mi;
+      }
+  }
 
   // OK, we didn't find any special evaluation function for the current
   // material configuration. Is there a suitable scaling function?
   //
   // The code below is rather messy, and it could easily get worse later,
-  // if we decide to add more special cases.  We face problems when there
+  // if we decide to add more special cases. We face problems when there
   // are several conflicting applicable scaling functions and we need to
   // decide which one to use.
-  ScalingInfo si = getESF(key);
-  if (si.fun != NULL)
+  SF* sf;
+
+  if ((sf = funcs->get<SF>(key)) != NULL)
   {
-      mi->scalingFunction[si.col] = si.fun;
+      mi->scalingFunction[sf->color()] = sf;
       return mi;
   }
 
@@ -286,12 +260,24 @@ MaterialInfo *MaterialInfoTable::get_material_info(const Position& pos) {
       }
   }
 
+  // Compute the space weight
+  if (pos.non_pawn_material(WHITE) + pos.non_pawn_material(BLACK) >=
+      2*QueenValueMidgame + 4*RookValueMidgame + 2*KnightValueMidgame)
+  {
+      int minorPieceCount =  pos.piece_count(WHITE, KNIGHT)
+                           + pos.piece_count(BLACK, KNIGHT)
+                           + pos.piece_count(WHITE, BISHOP)
+                           + pos.piece_count(BLACK, BISHOP);
+
+      mi->spaceWeight = minorPieceCount * minorPieceCount;
+  }
+
   // Evaluate the material balance
 
-  Color c;
+  const int bishopsPair_count[2] = { pos.piece_count(WHITE, BISHOP) > 1, pos.piece_count(BLACK, BISHOP) > 1 };
+  Color c, them;
   int sign;
-  Value egValue = Value(0);
-  Value mgValue = Value(0);
+  int matValue = 0;
 
   for (c = WHITE, sign = 1; c <= BLACK; c++, sign = -sign)
   {
@@ -318,30 +304,119 @@ MaterialInfo *MaterialInfoTable::get_material_info(const Position& pos) {
         }
     }
 
-    // Bishop pair
-    if (pos.piece_count(c, BISHOP) >= 2)
-    {
-        mgValue += sign * BishopPairMidgameBonus;
-        egValue += sign * BishopPairEndgameBonus;
-    }
-
-    // Knights are stronger when there are many pawns on the board.  The
-    // formula is taken from Larry Kaufman's paper "The Evaluation of Material
-    // Imbalances in Chess":
+    // Redundancy of major pieces, formula based on Kaufman's paper
+    // "The Evaluation of Material Imbalances in Chess"
     // http://mywebpages.comcast.net/danheisman/Articles/evaluation_of_material_imbalance.htm
-    mgValue += sign * Value(pos.piece_count(c, KNIGHT)*(pos.piece_count(c, PAWN)-5)*16);
-    egValue += sign * Value(pos.piece_count(c, KNIGHT)*(pos.piece_count(c, PAWN)-5)*16);
-
-    // Redundancy of major pieces, again based on Kaufman's paper:
     if (pos.piece_count(c, ROOK) >= 1)
+        matValue -= sign * ((pos.piece_count(c, ROOK) - 1) * RedundantRookPenalty + pos.piece_count(c, QUEEN) * RedundantQueenPenalty);
+
+    // Second-degree polynomial material imbalance by Tord Romstad
+    //
+    // We use NO_PIECE_TYPE as a place holder for the bishop pair "extended piece",
+    // this allow us to be more flexible in defining bishop pair bonuses.
+    them = opposite_color(c);
+    for (PieceType pt1 = NO_PIECE_TYPE; pt1 <= QUEEN; pt1++)
     {
-        Value v = Value((pos.piece_count(c, ROOK) - 1) * 32 + pos.piece_count(c, QUEEN) * 16);
-        mgValue -= sign * v;
-        egValue -= sign * v;
+        int c1, c2, c3;
+        c1 = sign * (pt1 != NO_PIECE_TYPE ? pos.piece_count(c, pt1) : bishopsPair_count[c]);
+        if (!c1)
+            continue;
+
+        matValue += c1 * LinearCoefficients[pt1];
+
+        for (PieceType pt2 = NO_PIECE_TYPE; pt2 <= pt1; pt2++)
+        {
+            c2 = (pt2 != NO_PIECE_TYPE ? pos.piece_count(c,    pt2) : bishopsPair_count[c]);
+            c3 = (pt2 != NO_PIECE_TYPE ? pos.piece_count(them, pt2) : bishopsPair_count[them]);
+            matValue += c1 * c2 * QuadraticCoefficientsSameColor[pt1][pt2];
+            matValue += c1 * c3 * QuadraticCoefficientsOppositeColor[pt1][pt2];
+        }
     }
   }
 
-  mi->mgValue = int16_t(mgValue);
-  mi->egValue = int16_t(egValue);
+  mi->value = int16_t(matValue / 16);
   return mi;
 }
+
+
+/// EndgameFunctions member definitions. This class is used to store the maps
+/// of end game and scaling functions that MaterialInfoTable will query for
+/// each key. The maps are constant and are populated only at construction,
+/// but are per-thread instead of globals to avoid expensive locks needed
+/// because std::map is not guaranteed to be thread-safe even if accessed
+/// only for a lookup.
+
+EndgameFunctions::EndgameFunctions() {
+
+  KNNKMaterialKey = buildKey("KNNK");
+  KKNNMaterialKey = buildKey("KKNN");
+
+  add<EvaluationFunction<KPK>   >("KPK");
+  add<EvaluationFunction<KBNK>  >("KBNK");
+  add<EvaluationFunction<KRKP>  >("KRKP");
+  add<EvaluationFunction<KRKB>  >("KRKB");
+  add<EvaluationFunction<KRKN>  >("KRKN");
+  add<EvaluationFunction<KQKR>  >("KQKR");
+  add<EvaluationFunction<KBBKN> >("KBBKN");
+
+  add<ScalingFunction<KNPK>    >("KNPK");
+  add<ScalingFunction<KRPKR>   >("KRPKR");
+  add<ScalingFunction<KBPKB>   >("KBPKB");
+  add<ScalingFunction<KBPPKB>  >("KBPPKB");
+  add<ScalingFunction<KBPKN>   >("KBPKN");
+  add<ScalingFunction<KRPPKRP> >("KRPPKRP");
+  add<ScalingFunction<KRPPKRP> >("KRPPKRP");
+}
+
+EndgameFunctions::~EndgameFunctions() {
+
+    for (map<Key, EF*>::iterator it = maps.first.begin(); it != maps.first.end(); ++it)
+        delete (*it).second;
+
+    for (map<Key, SF*>::iterator it = maps.second.begin(); it != maps.second.end(); ++it)
+        delete (*it).second;
+}
+
+Key EndgameFunctions::buildKey(const string& keyCode) {
+
+    assert(keyCode.length() > 0 && keyCode[0] == 'K');
+    assert(keyCode.length() < 8);
+
+    stringstream s;
+    bool upcase = false;
+
+    // Build up a fen substring with the given pieces, note
+    // that the fen string could be of an illegal position.
+    for (size_t i = 0; i < keyCode.length(); i++)
+    {
+        if (keyCode[i] == 'K')
+            upcase = !upcase;
+
+        s << char(upcase? toupper(keyCode[i]) : tolower(keyCode[i]));
+    }
+    s << 8 - keyCode.length() << "/8/8/8/8/8/8/8 w -";
+    return Position(s.str()).get_material_key();
+}
+
+const string EndgameFunctions::swapColors(const string& keyCode) {
+
+    // Build corresponding key for the opposite color: "KBPKN" -> "KNKBP"
+    size_t idx = keyCode.find("K", 1);
+    return keyCode.substr(idx) + keyCode.substr(0, idx);
+}
+
+template<class T>
+void EndgameFunctions::add(const string& keyCode) {
+
+  typedef typename T::Base F;
+
+  get<F>().insert(pair<Key, F*>(buildKey(keyCode), new T(WHITE)));
+  get<F>().insert(pair<Key, F*>(buildKey(swapColors(keyCode)), new T(BLACK)));
+}
+
+template<class T>
+T* EndgameFunctions::get(Key key) const {
+
+  typename map<Key, T*>::const_iterator it(get<T>().find(key));
+  return (it != get<T>().end() ? it->second : NULL);
+}