]> git.sesse.net Git - stockfish/blobdiff - src/material.cpp
Introduce scale factor in pawn evaluation
[stockfish] / src / material.cpp
index 845519bc41648cedd2a7933564d4307b5ceafffa..f0ee5f682d02cada44957745849684613f3e4196 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) 2008-2009 Marco Costalba
+  Copyright (C) 2008-2010 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
@@ -28,7 +28,8 @@
 
 #include "material.h"
 
-using std::string;
+using namespace std;
+
 
 ////
 //// Local definitions
@@ -37,67 +38,95 @@ using std::string;
 namespace {
 
   // Values modified by Joona Kiiski
-  const Value BishopPairMidgameBonus = Value(109);
-  const Value BishopPairEndgameBonus = Value(97);
-
-  Key KNNKMaterialKey, KKNNMaterialKey;
-
+  const Value MidgameLimit = Value(15581);
+  const Value EndgameLimit = Value(3998);
+
+  // Polynomial material balance parameters
+  const Value RedundantQueenPenalty = Value(320);
+  const Value RedundantRookPenalty  = Value(554);
+
+  const int LinearCoefficients[6] = { 1617, -162, -1172, -190, 105, 26 };
+
+  const int QuadraticCoefficientsSameColor[][6] = {
+  { 7, 7, 7, 7, 7, 7 }, { 39, 2, 7, 7, 7, 7 }, { 35, 271, -4, 7, 7, 7 },
+  { 7, 25, 4, 7, 7, 7 }, { -27, -2, 46, 100, 56, 7 }, { 58, 29, 83, 148, -3, -25 } };
+
+  const int QuadraticCoefficientsOppositeColor[][6] = {
+  { 41, 41, 41, 41, 41, 41 }, { 37, 41, 41, 41, 41, 41 }, { 10, 62, 41, 41, 41, 41 },
+  { 57, 64, 39, 41, 41, 41 }, { 50, 40, 23, -22, 41, 41 }, { 106, 101, 3, 151, 171, 41 } };
+
+  // Named 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<KBPsK>    ScaleKBPsK(WHITE),  ScaleKKBPs(BLACK);
+  ScalingFunction<KQKRPs>   ScaleKQKRPs(WHITE), ScaleKRPsKQ(BLACK);
+  ScalingFunction<KPsK>     ScaleKPsK(WHITE),   ScaleKKPs(BLACK);
+  ScalingFunction<KPKP>     ScaleKPKPw(WHITE),  ScaleKPKPb(BLACK);
+
+  typedef EndgameEvaluationFunctionBase EF;
+  typedef EndgameScalingFunctionBase SF;
 }
 
+
 ////
 //// Classes
 ////
 
-
-/// See header for a class description. It is declared here to avoid
-/// to include <map> in the header file.
+/// EndgameFunctions class stores endgame evaluation and scaling functions
+/// in two std::map. Because STL library is not guaranteed to be thread
+/// safe even for read access, the maps, although with identical content,
+/// are replicated for each thread. This is faster then using locks.
 
 class EndgameFunctions {
-
 public:
   EndgameFunctions();
-  EndgameEvaluationFunctionBase* getEEF(Key key) const;
-  EndgameScalingFunctionBase* getESF(Key key, Color* c) const;
+  ~EndgameFunctions();
+  template<class T> T* get(Key key) const;
 
 private:
-  void add(const string& keyCode, EndgameEvaluationFunctionBase* f);
-  void add(const string& keyCode, Color c, EndgameScalingFunctionBase* f);
-  Key buildKey(const string& keyCode);
+  template<class T> void add(const string& keyCode);
 
-  struct ScalingInfo
-  {
-      Color col;
-      EndgameScalingFunctionBase* fun;
-  };
+  static Key buildKey(const string& keyCode);
+  static const string swapColors(const string& keyCode);
+
+  // Here we store two maps, for evaluate and scaling functions
+  pair<map<Key, EF*>, map<Key, SF*> > maps;
 
-  std::map<Key, EndgameEvaluationFunctionBase*> EEFmap;
-  std::map<Key, ScalingInfo> ESFmap;
+  // Maps accessing functions returning 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; }
 };
 
+// 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; }
+
+template<> map<Key, SF*>&
+EndgameFunctions::get<SF>() { return maps.second; }
+
 
 ////
 //// Functions
 ////
 
-
-/// Constructor for the MaterialInfoTable class
+/// MaterialInfoTable c'tor and d'tor, called once by each thread
 
 MaterialInfoTable::MaterialInfoTable(unsigned int numOfEntries) {
 
   size = numOfEntries;
   entries = new MaterialInfo[size];
   funcs = new EndgameFunctions();
+
   if (!entries || !funcs)
   {
-      std::cerr << "Failed to allocate " << (numOfEntries * sizeof(MaterialInfo))
-                << " bytes for material hash table." << std::endl;
+      cerr << "Failed to allocate " << numOfEntries * sizeof(MaterialInfo)
+           << " bytes for material hash table." << endl;
       Application::exit_with_failure();
   }
 }
 
-
-/// Destructor for the MaterialInfoTable class
-
 MaterialInfoTable::~MaterialInfoTable() {
 
   delete funcs;
@@ -105,6 +134,22 @@ MaterialInfoTable::~MaterialInfoTable() {
 }
 
 
+/// MaterialInfoTable::game_phase() calculates the phase given the current
+/// position. Because the phase is strictly a function of the material, it
+/// is stored in MaterialInfo.
+
+Phase MaterialInfoTable::game_phase(const Position& pos) {
+
+  Value npm = pos.non_pawn_material(WHITE) + pos.non_pawn_material(BLACK);
+
+  if (npm >= MidgameLimit)
+      return PHASE_MIDGAME;
+  else if (npm <= EndgameLimit)
+      return PHASE_ENDGAME;
+
+  return Phase(((npm - EndgameLimit) * 128) / (MidgameLimit - EndgameLimit));
+}
+
 /// 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
@@ -127,18 +172,13 @@ MaterialInfo* MaterialInfoTable::get_material_info(const Position& pos) {
   mi->clear();
   mi->key = key;
 
-  // A special case before looking for a specialized evaluation function
-  // KNN vs K is a draw.
-  if (key == KNNKMaterialKey || key == KKNNMaterialKey)
-  {
-      mi->factor[WHITE] = mi->factor[BLACK] = 0;
-      return mi;
-  }
+  // Store game phase
+  mi->gamePhase = MaterialInfoTable::game_phase(pos);
 
   // Let's look if we have a specialized evaluation function for this
   // particular material configuration. First we look for a fixed
   // configuration one, then a generic one if previous search failed.
-  if ((mi->evaluationFunction = funcs->getEEF(key)) != NULL)
+  if ((mi->evaluationFunction = funcs->get<EF>(key)) != NULL)
       return mi;
 
   else if (   pos.non_pawn_material(BLACK) == Value(0)
@@ -155,14 +195,14 @@ MaterialInfo* MaterialInfoTable::get_material_info(const Position& pos) {
       mi->evaluationFunction = &EvaluateKKX;
       return mi;
   }
-  else if (   pos.pawns() == EmptyBoardBB
-           && pos.rooks() == EmptyBoardBB
-           && pos.queens() == EmptyBoardBB)
+  else if (   pos.pieces(PAWN) == EmptyBoardBB
+           && pos.pieces(ROOK) == EmptyBoardBB
+           && pos.pieces(QUEEN) == 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));
+      // Minor piece endgame with at least one minor piece per side and
+      // no pawns. Note that the case KmmK is already handled by KXK.
+      assert((pos.pieces(KNIGHT, WHITE) | pos.pieces(BISHOP, WHITE)));
+      assert((pos.pieces(KNIGHT, BLACK) | pos.pieces(BISHOP, BLACK)));
 
       if (   pos.piece_count(WHITE, BISHOP) + pos.piece_count(WHITE, KNIGHT) <= 2
           && pos.piece_count(BLACK, BISHOP) + pos.piece_count(BLACK, KNIGHT) <= 2)
@@ -176,41 +216,43 @@ MaterialInfo* MaterialInfoTable::get_material_info(const Position& pos) {
   // 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.
-  Color c;
-  EndgameScalingFunctionBase* sf;
+  SF* sf;
 
-  if ((sf = funcs->getESF(key, &c)) != NULL)
+  if ((sf = funcs->get<SF>(key)) != NULL)
   {
-      mi->scalingFunction[c] = sf;
+      mi->scalingFunction[sf->color()] = sf;
       return mi;
   }
 
+  // Generic scaling functions that refer to more then one material
+  // distribution. Should be probed after the specialized ones.
+  // Note that these ones don't return after setting the function.
   if (   pos.non_pawn_material(WHITE) == BishopValueMidgame
       && pos.piece_count(WHITE, BISHOP) == 1
       && pos.piece_count(WHITE, PAWN) >= 1)
-      mi->scalingFunction[WHITE] = &ScaleKBPK;
+      mi->scalingFunction[WHITE] = &ScaleKBPsK;
 
   if (   pos.non_pawn_material(BLACK) == BishopValueMidgame
       && pos.piece_count(BLACK, BISHOP) == 1
       && pos.piece_count(BLACK, PAWN) >= 1)
-      mi->scalingFunction[BLACK] = &ScaleKKBP;
+      mi->scalingFunction[BLACK] = &ScaleKKBPs;
 
   if (   pos.piece_count(WHITE, PAWN) == 0
       && pos.non_pawn_material(WHITE) == QueenValueMidgame
       && pos.piece_count(WHITE, QUEEN) == 1
       && pos.piece_count(BLACK, ROOK) == 1
       && pos.piece_count(BLACK, PAWN) >= 1)
-      mi->scalingFunction[WHITE] = &ScaleKQKRP;
+      mi->scalingFunction[WHITE] = &ScaleKQKRPs;
 
   else if (   pos.piece_count(BLACK, PAWN) == 0
            && pos.non_pawn_material(BLACK) == QueenValueMidgame
            && pos.piece_count(BLACK, QUEEN) == 1
            && pos.piece_count(WHITE, ROOK) == 1
            && pos.piece_count(WHITE, PAWN) >= 1)
-      mi->scalingFunction[BLACK] = &ScaleKRPKQ;
+      mi->scalingFunction[BLACK] = &ScaleKRPsKQ;
 
   if (pos.non_pawn_material(WHITE) + pos.non_pawn_material(BLACK) == Value(0))
   {
@@ -226,6 +268,8 @@ MaterialInfo* MaterialInfoTable::get_material_info(const Position& pos) {
       }
       else if (pos.piece_count(WHITE, PAWN) == 1 && pos.piece_count(BLACK, PAWN) == 1)
       {
+          // This is a special case because we set scaling functions
+          // for both colors instead of only one.
           mi->scalingFunction[WHITE] = &ScaleKPKPw;
           mi->scalingFunction[BLACK] = &ScaleKPKPb;
       }
@@ -244,10 +288,13 @@ MaterialInfo* MaterialInfoTable::get_material_info(const Position& pos) {
   }
 
   // Evaluate the material balance
-
-  int sign;
-  Value egValue = Value(0);
-  Value mgValue = Value(0);
+  const int pieceCount[2][6] = { { pos.piece_count(WHITE, BISHOP) > 1, pos.piece_count(WHITE, PAWN), pos.piece_count(WHITE, KNIGHT),
+                                   pos.piece_count(WHITE, BISHOP), pos.piece_count(WHITE, ROOK), pos.piece_count(WHITE, QUEEN) },
+                                 { pos.piece_count(BLACK, BISHOP) > 1, pos.piece_count(BLACK, PAWN), pos.piece_count(BLACK, KNIGHT),
+                                   pos.piece_count(BLACK, BISHOP), pos.piece_count(BLACK, ROOK), pos.piece_count(BLACK, QUEEN) } };
+  Color c, them;
+  int sign, pt1, pt2, pc;
+  int v, vv, matValue = 0;
 
   for (c = WHITE, sign = 1; c <= BLACK; c++, sign = -sign)
   {
@@ -257,7 +304,7 @@ MaterialInfo* MaterialInfoTable::get_material_info(const Position& pos) {
     {
         if (   pos.non_pawn_material(c) == pos.non_pawn_material(opposite_color(c))
             || pos.non_pawn_material(c) < RookValueMidgame)
-            mi->factor[c] = 0;
+            mi->factor[c] = SCALE_FACTOR_ZERO;
         else
         {
             switch (pos.piece_count(c, BISHOP)) {
@@ -274,73 +321,68 @@ 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);
+    if (pieceCount[c][ROOK] >= 1)
+        matValue -= sign * ((pieceCount[c][ROOK] - 1) * RedundantRookPenalty + pieceCount[c][QUEEN] * RedundantQueenPenalty);
 
-    // Redundancy of major pieces, again based on Kaufman's paper:
-    if (pos.piece_count(c, ROOK) >= 1)
+    them = opposite_color(c);
+    v = 0;
+
+    // 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.
+    for (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;
+        pc = pieceCount[c][pt1];
+        if (!pc)
+            continue;
+
+        vv = LinearCoefficients[pt1];
+
+        for (pt2 = NO_PIECE_TYPE; pt2 <= pt1; pt2++)
+            vv +=  pieceCount[c][pt2] * QuadraticCoefficientsSameColor[pt1][pt2]
+                 + pieceCount[them][pt2] * QuadraticCoefficientsOppositeColor[pt1][pt2];
+
+        v += pc * vv;
     }
+    matValue += sign * v;
   }
-  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.
+/// EndgameFunctions member definitions.
 
 EndgameFunctions::EndgameFunctions() {
 
-  KNNKMaterialKey = buildKey("KNNK");
-  KKNNMaterialKey = buildKey("KKNN");
-
-  add("KPK",   &EvaluateKPK);
-  add("KKP",   &EvaluateKKP);
-  add("KBNK",  &EvaluateKBNK);
-  add("KKBN",  &EvaluateKKBN);
-  add("KRKP",  &EvaluateKRKP);
-  add("KPKR",  &EvaluateKPKR);
-  add("KRKB",  &EvaluateKRKB);
-  add("KBKR",  &EvaluateKBKR);
-  add("KRKN",  &EvaluateKRKN);
-  add("KNKR",  &EvaluateKNKR);
-  add("KQKR",  &EvaluateKQKR);
-  add("KRKQ",  &EvaluateKRKQ);
-  add("KBBKN", &EvaluateKBBKN);
-  add("KNKBB", &EvaluateKNKBB);
-
-  add("KNPK",    WHITE, &ScaleKNPK);
-  add("KKNP",    BLACK, &ScaleKKNP);
-  add("KRPKR",   WHITE, &ScaleKRPKR);
-  add("KRKRP",   BLACK, &ScaleKRKRP);
-  add("KBPKB",   WHITE, &ScaleKBPKB);
-  add("KBKBP",   BLACK, &ScaleKBKBP);
-  add("KBPPKB",  WHITE, &ScaleKBPPKB);
-  add("KBKBPP",  BLACK, &ScaleKBKBPP);
-  add("KBPKN",   WHITE, &ScaleKBPKN);
-  add("KNKBP",   BLACK, &ScaleKNKBP);
-  add("KRPPKRP", WHITE, &ScaleKRPPKRP);
-  add("KRPKRPP", BLACK, &ScaleKRPKRPP);
-  add("KRPPKRP", WHITE, &ScaleKRPPKRP);
-  add("KRPKRPP", BLACK, &ScaleKRPKRPP);
+  add<EvaluationFunction<KNNK>  >("KNNK");
+  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");
+}
+
+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) {
@@ -348,11 +390,11 @@ Key EndgameFunctions::buildKey(const string& keyCode) {
     assert(keyCode.length() > 0 && keyCode[0] == 'K');
     assert(keyCode.length() < 8);
 
-    std::stringstream s;
+    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.
+    // Build up a fen string 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')
@@ -364,29 +406,25 @@ Key EndgameFunctions::buildKey(const string& keyCode) {
     return Position(s.str()).get_material_key();
 }
 
-void EndgameFunctions::add(const string& keyCode, EndgameEvaluationFunctionBase* f) {
+const string EndgameFunctions::swapColors(const string& keyCode) {
 
-  EEFmap.insert(std::pair<Key, EndgameEvaluationFunctionBase*>(buildKey(keyCode), f));
+    // Build corresponding key for the opposite color: "KBPKN" -> "KNKBP"
+    size_t idx = keyCode.find("K", 1);
+    return keyCode.substr(idx) + keyCode.substr(0, idx);
 }
 
-void EndgameFunctions::add(const string& keyCode, Color c, EndgameScalingFunctionBase* f) {
-
-  ScalingInfo s = {c, f};
-  ESFmap.insert(std::pair<Key, ScalingInfo>(buildKey(keyCode), s));
-}
+template<class T>
+void EndgameFunctions::add(const string& keyCode) {
 
-EndgameEvaluationFunctionBase* EndgameFunctions::getEEF(Key key) const {
+  typedef typename T::Base F;
 
-  std::map<Key, EndgameEvaluationFunctionBase*>::const_iterator it(EEFmap.find(key));
-  return (it != EEFmap.end() ? it->second : NULL);
+  get<F>().insert(pair<Key, F*>(buildKey(keyCode), new T(WHITE)));
+  get<F>().insert(pair<Key, F*>(buildKey(swapColors(keyCode)), new T(BLACK)));
 }
 
-EndgameScalingFunctionBase* EndgameFunctions::getESF(Key key, Color* c) const {
-
-  std::map<Key, ScalingInfo>::const_iterator it(ESFmap.find(key));
-  if (it == ESFmap.end())
-      return NULL;
+template<class T>
+T* EndgameFunctions::get(Key key) const {
 
-  *c = it->second.col;
-  return it->second.fun;
+  typename map<Key, T*>::const_iterator it(get<T>().find(key));
+  return (it != get<T>().end() ? it->second : NULL);
 }