]> git.sesse.net Git - stockfish/blobdiff - src/material.cpp
Introduce scale factor in pawn evaluation
[stockfish] / src / material.cpp
index 885140c06ceda9266184f88521dcc96945f60aae..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
@@ -30,6 +30,7 @@
 
 using namespace std;
 
+
 ////
 //// Local definitions
 ////
@@ -37,32 +38,34 @@ using namespace std;
 namespace {
 
   // Values modified by Joona Kiiski
-  const Value BishopPairMidgameBonus = Value(109);
-  const Value BishopPairEndgameBonus = Value(97);
+  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]   = { 1709, -137, -1185, -166, 141, 59 };
+
+  const int LinearCoefficients[6] = { 1617, -162, -1172, -190, 105, 26 };
 
   const int QuadraticCoefficientsSameColor[][6] = {
-  { 0, 0, 0, 0, 0, 0 }, { 33, -6, 0, 0, 0, 0 }, { 29, 269, -12, 0, 0, 0 },
-  { 0, 19, -4, 0, 0, 0 }, { -35, -10, 40, 95, 50, 0 }, { 52, 23, 78, 144, -11, -33 } };
+  { 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] = {
-  { 0, 0, 0, 0, 0, 0 }, { -5, 0, 0, 0, 0, 0 }, { -33, 23, 0, 0, 0, 0 },
-  { 17, 25, -3, 0, 0, 0 }, { 10, -2, -19, -67, 0, 0 }, { 69, 64, -41, 116, 137, 0 } };
+  { 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 } };
 
-  // Unmapped endgame evaluation and scaling functions, these
+  // 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<KBPK>     ScaleKBPK(WHITE),   ScaleKKBP(BLACK);
-  ScalingFunction<KQKRP>    ScaleKQKRP(WHITE),  ScaleKRPKQ(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);
 
-  Key KNNKMaterialKey, KKNNMaterialKey;
+  typedef EndgameEvaluationFunctionBase EF;
+  typedef EndgameScalingFunctionBase SF;
 }
 
 
@@ -70,11 +73,10 @@ namespace {
 //// Classes
 ////
 
-typedef EndgameEvaluationFunctionBase EF;
-typedef EndgameScalingFunctionBase SF;
-
-/// 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:
@@ -88,10 +90,10 @@ private:
   static Key buildKey(const string& keyCode);
   static const string swapColors(const string& keyCode);
 
-  // Here we store two maps, one for evaluate and one for scaling
+  // Here we store two maps, for evaluate and scaling functions
   pair<map<Key, EF*>, map<Key, SF*> > maps;
 
-  // Maps accessing functions for const and non-const references
+  // 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; }
 };
@@ -109,25 +111,22 @@ 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)
   {
-      cerr << "Failed to allocate " << (numOfEntries * sizeof(MaterialInfo))
+      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;
@@ -135,6 +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
@@ -157,13 +172,8 @@ 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
@@ -185,14 +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)
@@ -217,29 +227,32 @@ MaterialInfo* MaterialInfoTable::get_material_info(const Position& pos) {
       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))
   {
@@ -255,6 +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;
       }
@@ -273,11 +288,13 @@ MaterialInfo* MaterialInfoTable::get_material_info(const Position& pos) {
   }
 
   // Evaluate the material balance
-
-  const int bishopsPair_count[2] = { pos.piece_count(WHITE, BISHOP) > 1, pos.piece_count(BLACK, BISHOP) > 1 };
+  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;
-  int matValue = 0;
+  int sign, pt1, pt2, pc;
+  int v, vv, matValue = 0;
 
   for (c = WHITE, sign = 1; c <= BLACK; c++, sign = -sign)
   {
@@ -287,7 +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)) {
@@ -307,50 +324,42 @@ MaterialInfo* MaterialInfoTable::get_material_info(const Position& pos) {
     // 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
-    if (pos.piece_count(c, ROOK) >= 1)
-        matValue -= sign * ((pos.piece_count(c, ROOK) - 1) * RedundantRookPenalty + pos.piece_count(c, QUEEN) * RedundantQueenPenalty);
+    if (pieceCount[c][ROOK] >= 1)
+        matValue -= sign * ((pieceCount[c][ROOK] - 1) * RedundantRookPenalty + pieceCount[c][QUEEN] * RedundantQueenPenalty);
+
+    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.
-    them = opposite_color(c);
-    for (PieceType pt1 = NO_PIECE_TYPE; pt1 <= QUEEN; pt1++)
+    for (pt1 = NO_PIECE_TYPE; pt1 <= QUEEN; pt1++)
     {
-        int c1, c2, c3;
-        c1 = sign * (pt1 != NO_PIECE_TYPE ? pos.piece_count(c, pt1) : bishopsPair_count[c]);
-        if (!c1)
+        pc = pieceCount[c][pt1];
+        if (!pc)
             continue;
 
-        matValue += c1 * LinearCoefficients[pt1];
+        vv = 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];
-        }
+        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->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 member definitions.
 
 EndgameFunctions::EndgameFunctions() {
 
-  KNNKMaterialKey = buildKey("KNNK");
-  KKNNMaterialKey = buildKey("KKNN");
-
+  add<EvaluationFunction<KNNK>  >("KNNK");
   add<EvaluationFunction<KPK>   >("KPK");
   add<EvaluationFunction<KBNK>  >("KBNK");
   add<EvaluationFunction<KRKP>  >("KRKP");
@@ -365,7 +374,6 @@ EndgameFunctions::EndgameFunctions() {
   add<ScalingFunction<KBPPKB>  >("KBPPKB");
   add<ScalingFunction<KBPKN>   >("KBPKN");
   add<ScalingFunction<KRPPKRP> >("KRPPKRP");
-  add<ScalingFunction<KRPPKRP> >("KRPPKRP");
 }
 
 EndgameFunctions::~EndgameFunctions() {
@@ -385,8 +393,8 @@ Key EndgameFunctions::buildKey(const string& keyCode) {
     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')