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[stockfish] / src / pawns.cpp
index 7fd4ac071490dea47b3dc812bf968cc0d15e94b9..0b5c59d3fae0df6048f7852f872557af5274f16b 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) 2008-2012 Marco Costalba, Joona Kiiski, Tord Romstad
+  Copyright (C) 2008-2015 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
   along with this program.  If not, see <http://www.gnu.org/licenses/>.
 */
 
+#include <algorithm>
 #include <cassert>
 
 #include "bitboard.h"
 #include "bitcount.h"
 #include "pawns.h"
 #include "position.h"
+#include "thread.h"
 
 namespace {
 
   #define V Value
   #define S(mg, eg) make_score(mg, eg)
 
-  // Doubled pawn penalty by opposed flag and file
-  const Score DoubledPawnPenalty[2][8] = {
-  { S(13, 43), S(20, 48), S(23, 48), S(23, 48),
-    S(23, 48), S(23, 48), S(20, 48), S(13, 43) },
-  { S(13, 43), S(20, 48), S(23, 48), S(23, 48),
-    S(23, 48), S(23, 48), S(20, 48), S(13, 43) }};
+  // Doubled pawn penalty by file
+  const Score Doubled[FILE_NB] = {
+    S(13, 43), S(20, 48), S(23, 48), S(23, 48),
+    S(23, 48), S(23, 48), S(20, 48), S(13, 43) };
 
   // Isolated pawn penalty by opposed flag and file
-  const Score IsolatedPawnPenalty[2][8] = {
+  const Score Isolated[2][FILE_NB] = {
   { S(37, 45), S(54, 52), S(60, 52), S(60, 52),
     S(60, 52), S(60, 52), S(54, 52), S(37, 45) },
   { S(25, 30), S(36, 35), S(40, 35), S(40, 35),
-    S(40, 35), S(40, 35), S(36, 35), S(25, 30) }};
+    S(40, 35), S(40, 35), S(36, 35), S(25, 30) } };
 
   // Backward pawn penalty by opposed flag and file
-  const Score BackwardPawnPenalty[2][8] = {
+  const Score Backward[2][FILE_NB] = {
   { S(30, 42), S(43, 46), S(49, 46), S(49, 46),
     S(49, 46), S(49, 46), S(43, 46), S(30, 42) },
   { S(20, 28), S(29, 31), S(33, 31), S(33, 31),
-    S(33, 31), S(33, 31), S(29, 31), S(20, 28) }};
+    S(33, 31), S(33, 31), S(29, 31), S(20, 28) } };
 
-  // Pawn chain membership bonus by file
-  const Score ChainBonus[8] = {
-    S(11,-1), S(13,-1), S(13,-1), S(14,-1),
-    S(14,-1), S(13,-1), S(13,-1), S(11,-1)
-  };
+  // Connected pawn bonus by opposed, phalanx, twice supported and rank
+  Score Connected[2][2][2][RANK_NB];
 
-  // Candidate passed pawn bonus by rank
-  const Score CandidateBonus[8] = {
-    S( 0, 0), S( 6, 13), S(6,13), S(14,29),
-    S(34,68), S(83,166), S(0, 0), S( 0, 0)
-  };
+  // Levers bonus by rank
+  const Score Lever[RANK_NB] = {
+    S( 0, 0), S( 0, 0), S(0, 0), S(0, 0),
+    S(20,20), S(40,40), S(0, 0), S(0, 0) };
 
-  const Score PawnStructureWeight = S(233, 201);
+  // Unsupported pawn penalty
+  const Score UnsupportedPawnPenalty = S(20, 10);
 
-  // Weakness of our pawn shelter in front of the king indexed by [king pawn][rank]
-  const Value ShelterWeakness[2][8] =
-  { { V(141), V(0), V(38), V(102), V(128), V(141), V(141) },
-    { V( 61), V(0), V(16), V( 44), V( 56), V( 61), V( 61) } };
+  // Center bind bonus: Two pawns controlling the same central square
+  const Bitboard CenterBindMask[COLOR_NB] = {
+    (FileDBB | FileEBB) & (Rank5BB | Rank6BB | Rank7BB),
+    (FileDBB | FileEBB) & (Rank4BB | Rank3BB | Rank2BB)
+  };
 
-  // Danger of enemy pawns moving toward our king indexed by [pawn blocked][rank]
-  const Value StormDanger[2][8] =
-  { { V(26), V(0), V(128), V(51), V(26) },
-    { V(13), V(0), V( 64), V(25), V(13) } };
+  const Score CenterBind = S(16, 0);
+
+  // Weakness of our pawn shelter in front of the king by [distance from edge][rank]
+  const Value ShelterWeakness[][RANK_NB] = {
+  { V( 99), V(20), V(26), V(54), V(85), V( 92), V(108) },
+  { V(117), V( 1), V(27), V(71), V(94), V(104), V(118) },
+  { V(104), V( 4), V(51), V(76), V(82), V(102), V( 97) },
+  { V( 80), V(12), V(43), V(65), V(88), V( 91), V(115) } };
+
+  // Danger of enemy pawns moving toward our king by [type][distance from edge][rank]
+  const Value StormDanger[][4][RANK_NB] = {
+  { { V( 0),  V(  65), V( 126), V(36), V(30) },
+    { V( 0),  V(  55), V( 135), V(36), V(23) },
+    { V( 0),  V(  47), V( 116), V(45), V(26) },
+    { V( 0),  V(  62), V( 127), V(57), V(34) } },
+  { { V(21),  V(  45), V(  93), V(50), V(19) },
+    { V(23),  V(  24), V( 105), V(41), V(13) },
+    { V(23),  V(  36), V( 101), V(38), V(20) },
+    { V(30),  V(  19), V( 110), V(41), V(27) } },
+  { { V( 0),  V(   0), V(  81), V(14), V( 4) },
+    { V( 0),  V(   0), V( 169), V(30), V( 3) },
+    { V( 0),  V(   0), V( 168), V(24), V( 5) },
+    { V( 0),  V(   0), V( 162), V(26), V(10) } },
+  { { V( 0),  V(-283), V(-298), V(57), V(29) },
+    { V( 0),  V(  63), V( 137), V(42), V(18) },
+    { V( 0),  V(  67), V( 145), V(49), V(33) },
+    { V( 0),  V(  62), V( 126), V(53), V(21) } } };
 
   // Max bonus for king safety. Corresponds to start position with all the pawns
-  // in front of the king and no enemy pawn on the horizont.
-  const Value MaxSafetyBonus = V(263);
+  // in front of the king and no enemy pawn on the horizon.
+  const Value MaxSafetyBonus = V(258);
 
   #undef S
   #undef V
-}
-
-
-/// PawnTable::probe() takes a position object as input, computes a PawnEntry
-/// object, and returns a pointer to it. The result is also stored in a hash
-/// table, so we don't have to recompute everything when the same pawn structure
-/// occurs again.
-
-PawnEntry* PawnTable::probe(const Position& pos) {
-
-  Key key = pos.pawn_key();
-  PawnEntry* e = entries[key];
 
-  // If e->key matches the position's pawn hash key, it means that we
-  // have analysed this pawn structure before, and we can simply return
-  // the information we found the last time instead of recomputing it.
-  if (e->key == key)
-      return e;
+  template<Color Us>
+  Score evaluate(const Position& pos, Pawns::Entry* e) {
+
+    const Color  Them  = (Us == WHITE ? BLACK    : WHITE);
+    const Square Up    = (Us == WHITE ? DELTA_N  : DELTA_S);
+    const Square Right = (Us == WHITE ? DELTA_NE : DELTA_SW);
+    const Square Left  = (Us == WHITE ? DELTA_NW : DELTA_SE);
+
+    Bitboard b, neighbours, doubled, connected, supported, phalanx;
+    Square s;
+    bool passed, isolated, opposed, backward, lever;
+    Score score = SCORE_ZERO;
+    const Square* pl = pos.list<PAWN>(Us);
+    const Bitboard* pawnAttacksBB = StepAttacksBB[make_piece(Us, PAWN)];
+
+    Bitboard ourPawns   = pos.pieces(Us  , PAWN);
+    Bitboard theirPawns = pos.pieces(Them, PAWN);
+
+    e->passedPawns[Us] = 0;
+    e->kingSquares[Us] = SQ_NONE;
+    e->semiopenFiles[Us] = 0xFF;
+    e->pawnAttacks[Us] = shift_bb<Right>(ourPawns) | shift_bb<Left>(ourPawns);
+    e->pawnsOnSquares[Us][BLACK] = popcount<Max15>(ourPawns & DarkSquares);
+    e->pawnsOnSquares[Us][WHITE] = pos.count<PAWN>(Us) - e->pawnsOnSquares[Us][BLACK];
+
+    // Loop through all pawns of the current color and score each pawn
+    while ((s = *pl++) != SQ_NONE)
+    {
+        assert(pos.piece_on(s) == make_piece(Us, PAWN));
+
+        File f = file_of(s);
+
+        // This file cannot be semi-open
+        e->semiopenFiles[Us] &= ~(1 << f);
+
+        // Flag the pawn
+        neighbours  =   ourPawns   & adjacent_files_bb(f);
+        doubled     =   ourPawns   & forward_bb(Us, s);
+        opposed     =   theirPawns & forward_bb(Us, s);
+        passed      = !(theirPawns & passed_pawn_mask(Us, s));
+        lever       =   theirPawns & pawnAttacksBB[s];
+        phalanx     =   neighbours & rank_bb(s);
+        supported   =   neighbours & rank_bb(s - Up);
+        connected   =   supported | phalanx;
+        isolated    =  !neighbours;
+
+        // Test for backward pawn.
+        // If the pawn is passed, isolated, lever or connected it cannot be
+        // backward. If there are friendly pawns behind on adjacent files
+        // it cannot be backward either.
+        if (   (passed | isolated | lever | connected)
+            || (ourPawns & pawn_attack_span(Them, s)))
+            backward = false;
+        else
+        {
+            // We now know there are no friendly pawns beside or behind this
+            // pawn on adjacent files. We now check whether the pawn is
+            // backward by looking in the forward direction on the adjacent
+            // files, and picking the closest pawn there.
+            b = pawn_attack_span(Us, s) & (ourPawns | theirPawns);
+            b = pawn_attack_span(Us, s) & rank_bb(backmost_sq(Us, b));
+
+            // If we have an enemy pawn in the same or next rank, the pawn is
+            // backward because it cannot advance without being captured.
+            backward = (b | shift_bb<Up>(b)) & theirPawns;
+        }
+
+        assert(opposed | passed | (pawn_attack_span(Us, s) & theirPawns));
+
+        // Passed pawns will be properly scored in evaluation because we need
+        // full attack info to evaluate passed pawns. Only the frontmost passed
+        // pawn on each file is considered a true passed pawn.
+        if (passed && !doubled)
+            e->passedPawns[Us] |= s;
+
+        // Score this pawn
+        if (isolated)
+            score -= Isolated[opposed][f];
+
+        if (!supported && !isolated)
+            score -= UnsupportedPawnPenalty;
+
+        if (doubled)
+            score -= Doubled[f] / distance<Rank>(s, frontmost_sq(Us, doubled));
+
+        if (backward)
+            score -= Backward[opposed][f];
+
+        if (connected)
+            score += Connected[opposed][!!phalanx][more_than_one(supported)][relative_rank(Us, s)];
+
+        if (lever)
+            score += Lever[relative_rank(Us, s)];
+    }
+
+    b = e->semiopenFiles[Us] ^ 0xFF;
+    e->pawnSpan[Us] = b ? int(msb(b) - lsb(b)) : 0;
+
+    // Center binds: Two pawns controlling the same central square
+    b = shift_bb<Right>(ourPawns) & shift_bb<Left>(ourPawns) & CenterBindMask[Us];
+    score += popcount<Max15>(b) * CenterBind;
+
+    return score;
+  }
 
-  e->key = key;
-  e->passedPawns[WHITE] = e->passedPawns[BLACK] = 0;
-  e->kingSquares[WHITE] = e->kingSquares[BLACK] = SQ_NONE;
-  e->halfOpenFiles[WHITE] = e->halfOpenFiles[BLACK] = 0xFF;
+} // namespace
 
-  Bitboard wPawns = pos.pieces(PAWN, WHITE);
-  Bitboard bPawns = pos.pieces(PAWN, BLACK);
-  e->pawnAttacks[WHITE] = ((wPawns & ~FileHBB) << 9) | ((wPawns & ~FileABB) << 7);
-  e->pawnAttacks[BLACK] = ((bPawns & ~FileHBB) >> 7) | ((bPawns & ~FileABB) >> 9);
+namespace Pawns {
 
-  e->value =  evaluate_pawns<WHITE>(pos, wPawns, bPawns, e)
-            - evaluate_pawns<BLACK>(pos, bPawns, wPawns, e);
+/// Pawns::init() initializes some tables needed by evaluation. Instead of using
+/// hard-coded tables, when makes sense, we prefer to calculate them with a formula
+/// to reduce independent parameters and to allow easier tuning and better insight.
 
-  e->value = apply_weight(e->value, PawnStructureWeight);
+void init()
+{
+  static const int Seed[RANK_NB] = { 0, 6, 15, 10, 57, 75, 135, 258 };
 
-  return e;
+  for (int opposed = 0; opposed <= 1; ++opposed)
+      for (int phalanx = 0; phalanx <= 1; ++phalanx)
+          for (int apex = 0; apex <= 1; ++apex)
+              for (Rank r = RANK_2; r < RANK_8; ++r)
+  {
+      int v = (Seed[r] + (phalanx ? (Seed[r + 1] - Seed[r]) / 2 : 0)) >> opposed;
+      v += (apex ? v / 2 : 0);
+      Connected[opposed][phalanx][apex][r] = make_score(3 * v / 2, v);
+  }
 }
 
 
-/// PawnTable::evaluate_pawns() evaluates each pawn of the given color
+/// Pawns::probe() looks up the current position's pawns configuration in
+/// the pawns hash table. It returns a pointer to the Entry if the position
+/// is found. Otherwise a new Entry is computed and stored there, so we don't
+/// have to recompute all when the same pawns configuration occurs again.
 
-template<Color Us>
-Score PawnTable::evaluate_pawns(const Position& pos, Bitboard ourPawns,
-                                Bitboard theirPawns, PawnEntry* e) {
-
-  const Color Them = (Us == WHITE ? BLACK : WHITE);
+Entry* probe(const Position& pos) {
 
-  Bitboard b;
-  Square s;
-  File f;
-  Rank r;
-  bool passed, isolated, doubled, opposed, chain, backward, candidate;
-  Score value = SCORE_ZERO;
-  const Square* pl = pos.piece_list(Us, PAWN);
+  Key key = pos.pawn_key();
+  Entry* e = pos.this_thread()->pawnsTable[key];
 
-  // Loop through all pawns of the current color and score each pawn
-  while ((s = *pl++) != SQ_NONE)
-  {
-      assert(pos.piece_on(s) == make_piece(Us, PAWN));
-
-      f = file_of(s);
-      r = rank_of(s);
-
-      // This file cannot be half open
-      e->halfOpenFiles[Us] &= ~(1 << f);
-
-      // Our rank plus previous one. Used for chain detection
-      b = rank_bb(r) | rank_bb(Us == WHITE ? r - Rank(1) : r + Rank(1));
-
-      // Flag the pawn as passed, isolated, doubled or member of a pawn
-      // chain (but not the backward one).
-      chain    =   ourPawns   & adjacent_files_bb(f) & b;
-      isolated = !(ourPawns   & adjacent_files_bb(f));
-      doubled  =   ourPawns   & squares_in_front_of(Us, s);
-      opposed  =   theirPawns & squares_in_front_of(Us, s);
-      passed   = !(theirPawns & passed_pawn_mask(Us, s));
-
-      // Test for backward pawn
-      backward = false;
-
-      // If the pawn is passed, isolated, or member of a pawn chain it cannot
-      // be backward. If there are friendly pawns behind on adjacent files
-      // or if can capture an enemy pawn it cannot be backward either.
-      if (   !(passed | isolated | chain)
-          && !(ourPawns & attack_span_mask(Them, s))
-          && !(pos.attacks_from<PAWN>(s, Us) & theirPawns))
-      {
-          // We now know that there are no friendly pawns beside or behind this
-          // pawn on adjacent files. We now check whether the pawn is
-          // backward by looking in the forward direction on the adjacent
-          // files, and seeing whether we meet a friendly or an enemy pawn first.
-          b = pos.attacks_from<PAWN>(s, Us);
-
-          // Note that we are sure to find something because pawn is not passed
-          // nor isolated, so loop is potentially infinite, but it isn't.
-          while (!(b & (ourPawns | theirPawns)))
-              Us == WHITE ? b <<= 8 : b >>= 8;
-
-          // The friendly pawn needs to be at least two ranks closer than the
-          // enemy pawn in order to help the potentially backward pawn advance.
-          backward = (b | (Us == WHITE ? b << 8 : b >> 8)) & theirPawns;
-      }
-
-      assert(opposed | passed | (attack_span_mask(Us, s) & theirPawns));
-
-      // A not passed pawn is a candidate to become passed if it is free to
-      // advance and if the number of friendly pawns beside or behind this
-      // pawn on adjacent files is higher or equal than the number of
-      // enemy pawns in the forward direction on the adjacent files.
-      candidate =   !(opposed | passed | backward | isolated)
-                 && (b = attack_span_mask(Them, s + pawn_push(Us)) & ourPawns) != 0
-                 &&  popcount<Max15>(b) >= popcount<Max15>(attack_span_mask(Us, s) & theirPawns);
-
-      // Passed pawns will be properly scored in evaluation because we need
-      // full attack info to evaluate passed pawns. Only the frontmost passed
-      // pawn on each file is considered a true passed pawn.
-      if (passed && !doubled)
-          e->passedPawns[Us] |= s;
-
-      // Score this pawn
-      if (isolated)
-          value -= IsolatedPawnPenalty[opposed][f];
-
-      if (doubled)
-          value -= DoubledPawnPenalty[opposed][f];
-
-      if (backward)
-          value -= BackwardPawnPenalty[opposed][f];
-
-      if (chain)
-          value += ChainBonus[f];
-
-      if (candidate)
-          value += CandidateBonus[relative_rank(Us, s)];
-  }
+  if (e->key == key)
+      return e;
 
-  return value;
+  e->key = key;
+  e->score = evaluate<WHITE>(pos, e) - evaluate<BLACK>(pos, e);
+  return e;
 }
 
 
-/// PawnEntry::shelter_storm() calculates shelter and storm penalties for the file
+/// Entry::shelter_storm() calculates shelter and storm penalties for the file
 /// the king is on, as well as the two adjacent files.
 
 template<Color Us>
-Value PawnEntry::shelter_storm(const Position& pos, Square ksq) {
+Value Entry::shelter_storm(const Position& pos, Square ksq) {
 
   const Color Them = (Us == WHITE ? BLACK : WHITE);
 
-  Value safety = MaxSafetyBonus;
-  Bitboard b = pos.pieces(PAWN) & (in_front_bb(Us, ksq) | rank_bb(ksq));
-  Bitboard ourPawns = b & pos.pieces(Us) & ~rank_bb(ksq);
-  Bitboard theirPawns = b & pos.pieces(Them);
-  Rank rkUs, rkThem;
-  File kf = file_of(ksq);
+  enum { NoFriendlyPawn, Unblocked, BlockedByPawn, BlockedByKing };
 
-  kf = (kf == FILE_A) ? kf++ : (kf == FILE_H) ? kf-- : kf;
+  Bitboard b = pos.pieces(PAWN) & (in_front_bb(Us, rank_of(ksq)) | rank_bb(ksq));
+  Bitboard ourPawns = b & pos.pieces(Us);
+  Bitboard theirPawns = b & pos.pieces(Them);
+  Value safety = MaxSafetyBonus;
+  File center = std::max(FILE_B, std::min(FILE_G, file_of(ksq)));
 
-  for (int f = kf - 1; f <= kf + 1; f++)
+  for (File f = center - File(1); f <= center + File(1); ++f)
   {
-      // Shelter penalty is higher for the pawn in front of the king
-      b = ourPawns & FileBB[f];
-      rkUs = b ? rank_of(Us == WHITE ? first_1(b) : ~last_1(b)) : RANK_1;
-      safety -= ShelterWeakness[f != kf][rkUs];
-
-      // Storm danger is smaller if enemy pawn is blocked
-      b  = theirPawns & FileBB[f];
-      rkThem = b ? rank_of(Us == WHITE ? first_1(b) : ~last_1(b)) : RANK_1;
-      safety -= StormDanger[rkThem == rkUs + 1][rkThem];
+      b = ourPawns & file_bb(f);
+      Rank rkUs = b ? relative_rank(Us, backmost_sq(Us, b)) : RANK_1;
+
+      b  = theirPawns & file_bb(f);
+      Rank rkThem = b ? relative_rank(Us, frontmost_sq(Them, b)) : RANK_1;
+
+      safety -=  ShelterWeakness[std::min(f, FILE_H - f)][rkUs]
+               + StormDanger
+                 [f == file_of(ksq) && rkThem == relative_rank(Us, ksq) + 1 ? BlockedByKing  :
+                  rkUs   == RANK_1                                          ? NoFriendlyPawn :
+                  rkThem == rkUs + 1                                        ? BlockedByPawn  : Unblocked]
+                 [std::min(f, FILE_H - f)][rkThem];
   }
 
   return safety;
 }
 
 
-/// PawnEntry::update_safety() calculates and caches a bonus for king safety. It is
-/// called only when king square changes, about 20% of total king_safety() calls.
+/// Entry::do_king_safety() calculates a bonus for king safety. It is called only
+/// when king square changes, which is about 20% of total king_safety() calls.
 
 template<Color Us>
-Score PawnEntry::update_safety(const Position& pos, Square ksq) {
+Score Entry::do_king_safety(const Position& pos, Square ksq) {
 
   kingSquares[Us] = ksq;
+  castlingRights[Us] = pos.can_castle(Us);
+  minKingPawnDistance[Us] = 0;
+
+  Bitboard pawns = pos.pieces(Us, PAWN);
+  if (pawns)
+      while (!(DistanceRingBB[ksq][minKingPawnDistance[Us]++] & pawns)) {}
 
   if (relative_rank(Us, ksq) > RANK_4)
-      return kingSafety[Us] = SCORE_ZERO;
+      return make_score(0, -16 * minKingPawnDistance[Us]);
 
   Value bonus = shelter_storm<Us>(pos, ksq);
 
-  // If we can castle use the bonus after the castle if is bigger
-  if (pos.can_castle(make_castle_right(Us, KING_SIDE)))
+  // If we can castle use the bonus after the castling if it is bigger
+  if (pos.can_castle(MakeCastling<Us, KING_SIDE>::right))
       bonus = std::max(bonus, shelter_storm<Us>(pos, relative_square(Us, SQ_G1)));
 
-  if (pos.can_castle(make_castle_right(Us, QUEEN_SIDE)))
+  if (pos.can_castle(MakeCastling<Us, QUEEN_SIDE>::right))
       bonus = std::max(bonus, shelter_storm<Us>(pos, relative_square(Us, SQ_C1)));
 
-  return kingSafety[Us] = make_score(bonus, 0);
+  return make_score(bonus, -16 * minKingPawnDistance[Us]);
 }
 
 // Explicit template instantiation
-template Score PawnEntry::update_safety<WHITE>(const Position& pos, Square ksq);
-template Score PawnEntry::update_safety<BLACK>(const Position& pos, Square ksq);
+template Score Entry::do_king_safety<WHITE>(const Position& pos, Square ksq);
+template Score Entry::do_king_safety<BLACK>(const Position& pos, Square ksq);
+
+} // namespace Pawns