]> git.sesse.net Git - stockfish/blobdiff - src/pawns.cpp
Introduce penalty for weak (=unsupported) pawns.
[stockfish] / src / pawns.cpp
index eeabcbae84df6e81ed22a5bbff8c5c1b684cb1fd..1e62557784199b1a4a135ef796d93bd053233762 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) 2008-2014 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
@@ -17,6 +17,7 @@
   along with this program.  If not, see <http://www.gnu.org/licenses/>.
 */
 
+#include <algorithm>
 #include <cassert>
 
 #include "bitboard.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 file and rank (initialized by formula)
+  Score Connected[FILE_NB][RANK_NB];
 
   // Candidate passed pawn bonus by rank
-  const Score CandidateBonus[8] = {
+  const Score CandidatePassed[RANK_NB] = {
     S( 0, 0), S( 6, 13), S(6,13), S(14,29),
-    S(34,68), S(83,166), S(0, 0), S( 0, 0)
-  };
+    S(34,68), S(83,166), S(0, 0), S( 0, 0) };
 
-  const Score PawnStructureWeight = S(233, 201);
+  // Bonus for file distance of the two outermost pawns
+  const Score PawnsFileSpan = S(0, 15);
 
-  #undef S
+  // Unsupported pawn penalty
+  const Score UnsupportedPawnPenalty = S(20, 10);
 
-  const File ShelterFile[8] = { FILE_B, FILE_B, FILE_C, FILE_D, FILE_E, FILE_F, FILE_G, FILE_G };
+  // Weakness of our pawn shelter in front of the king indexed by [rank]
+  const Value ShelterWeakness[RANK_NB] =
+  { V(100), V(0), V(27), V(73), V(92), V(101), V(101) };
 
-  inline Value score_non_center_file(const Value v) {
-               return Value(v * 7 / 16);
-  }
+  // Danger of enemy pawns moving toward our king indexed by
+  // [no friendly pawn | pawn unblocked | pawn blocked][rank of enemy pawn]
+  const Value StormDanger[3][RANK_NB] = {
+  { V( 0),  V(64), V(128), V(51), V(26) },
+  { V(26),  V(32), V( 96), V(38), V(20) },
+  { V( 0),  V( 0), V( 64), V(25), V(13) } };
 
-  typedef Value V;
-  // Arrays are indexed by rank.  Zeroth value is for when no pawn on that file.
-  const Value PawnShelter[8] =  { V(141), V(0), V( 38), V(102), V(128), V(141), V(141), V(141) };
-  const Value PawnStorm[8] =    { V( 26), V(0), V(128), V( 51), V( 26), V(  0), V(  0), V(  0) };
-  // We compute shelter as a penalty for the given color, but shelter is used as a bonus, so we invert it using this as the basis.
-  const Value PawnShelterBasis =  PawnShelter[0] + score_non_center_file(PawnShelter[0]) * 2;
+  // Max bonus for king safety. Corresponds to start position with all the pawns
+  // in front of the king and no enemy pawn on the horizon.
+  const Value MaxSafetyBonus = V(263);
 
-  inline Score apply_weight(Score v, Score w) {
-    return make_score((int(mg_value(v)) * mg_value(w)) / 0x100,
-                      (int(eg_value(v)) * eg_value(w)) / 0x100);
+  #undef S
+  #undef V
+
+  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, p;
+    Square s;
+    File f;
+    bool passed, isolated, doubled, opposed, connected, backward, candidate, unsupported;
+    Score value = SCORE_ZERO;
+    const Square* pl = pos.list<PAWN>(Us);
+
+    Bitboard ourPawns = pos.pieces(Us, PAWN);
+    Bitboard theirPawns = pos.pieces(Them, PAWN);
+
+    e->passedPawns[Us] = e->candidatePawns[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));
+
+        f = file_of(s);
+
+        // This file cannot be semi-open
+        e->semiopenFiles[Us] &= ~(1 << f);
+
+        // Previous rank
+        p = rank_bb(s - pawn_push(Us));
+
+        // Our rank plus previous one
+        b = rank_bb(s) | p;
+
+        // Flag the pawn as passed, isolated, doubled,
+        // unsupported or connected (but not the backward one).
+        connected   =   ourPawns   & adjacent_files_bb(f) & b;
+        unsupported = !(ourPawns   & adjacent_files_bb(f) & p);
+        isolated    = !(ourPawns   & adjacent_files_bb(f));
+        doubled     =   ourPawns   & forward_bb(Us, s);
+        opposed     =   theirPawns & forward_bb(Us, s);
+        passed      = !(theirPawns & passed_pawn_mask(Us, s));
+
+        // Test for backward pawn.
+        // If the pawn is passed, isolated, or connected it cannot be
+        // backward. If there are friendly pawns behind on adjacent files
+        // or if it can capture an enemy pawn it cannot be backward either.
+        if (   (passed | isolated | connected)
+            || (ourPawns & pawn_attack_span(Them, s))
+            || (pos.attacks_from<PAWN>(s, Us) & theirPawns))
+            backward = false;
+        else
+        {
+            // 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 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));
+
+        // 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 than or equal to the number of
+        // enemy pawns in the forward direction on the adjacent files.
+        candidate =   !(opposed | passed | backward | isolated)
+                   && (b = pawn_attack_span(Them, s + pawn_push(Us)) & ourPawns) != 0
+                   &&  popcount<Max15>(b) >= popcount<Max15>(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)
+            value -= Isolated[opposed][f];
+
+        if (unsupported && !isolated)
+            value -= UnsupportedPawnPenalty;
+
+        if (doubled)
+            value -= Doubled[f];
+
+        if (backward)
+            value -= Backward[opposed][f];
+
+        if (connected)
+            value += Connected[f][relative_rank(Us, s)];
+
+        if (candidate)
+        {
+            value += CandidatePassed[relative_rank(Us, s)];
+
+            if (!doubled)
+                e->candidatePawns[Us] |= s;
+        }
+    }
+
+    // In endgame it's better to have pawns on both wings. So give a bonus according
+    // to file distance between left and right outermost pawns.
+    if (pos.count<PAWN>(Us) > 1)
+    {
+        b = e->semiopenFiles[Us] ^ 0xFF;
+        value += PawnsFileSpan * int(msb(b) - lsb(b));
+    }
+
+    return value;
   }
-}
 
+} // namespace
 
-/// PawnInfoTable::pawn_info() takes a position object as input, computes
-/// a PawnInfo object, and returns a pointer to it. The result is also stored
-/// in an hash table, so we don't have to recompute everything when the same
-/// pawn structure occurs again.
+namespace Pawns {
 
-PawnInfo* PawnInfoTable::pawn_info(const Position& pos) const {
+/// init() initializes some tables by formula instead of hard-coding their values
 
-  Key key = pos.pawn_key();
-  PawnInfo* pi = probe(key);
+void init() {
+
+  const int bonusesByFile[8] = { 1, 3, 3, 4, 4, 3, 3, 1 };
+  int bonus;
+
+  for (Rank r = RANK_1; r < RANK_8; ++r)
+      for (File f = FILE_A; f <= FILE_H; ++f)
+      {
+          bonus = r * (r-1) * (r-2) + bonusesByFile[f] * (r/2 + 1);
+          Connected[f][r] = make_score(bonus, bonus);
+      }
+}
 
-  // If pi->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 (pi->key == key)
-      return pi;
 
-  // Initialize PawnInfo entry
-  pi->key = key;
-  pi->passedPawns[WHITE] = pi->passedPawns[BLACK] = 0;
-  pi->kingSquares[WHITE] = pi->kingSquares[BLACK] = SQ_NONE;
-  pi->halfOpenFiles[WHITE] = pi->halfOpenFiles[BLACK] = 0xFF;
+/// probe() takes a position object as input, computes a Entry 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.
 
-  // Calculate pawn attacks
-  Bitboard wPawns = pos.pieces(PAWN, WHITE);
-  Bitboard bPawns = pos.pieces(PAWN, BLACK);
-  pi->pawnAttacks[WHITE] = ((wPawns << 9) & ~FileABB) | ((wPawns << 7) & ~FileHBB);
-  pi->pawnAttacks[BLACK] = ((bPawns >> 7) & ~FileABB) | ((bPawns >> 9) & ~FileHBB);
+Entry* probe(const Position& pos, Table& entries) {
 
-  // Evaluate pawns for both colors and weight the result
-  pi->value =  evaluate_pawns<WHITE>(pos, wPawns, bPawns, pi)
-             - evaluate_pawns<BLACK>(pos, bPawns, wPawns, pi);
+  Key key = pos.pawn_key();
+  Entry* e = entries[key];
 
-  pi->value = apply_weight(pi->value, PawnStructureWeight);
+  if (e->key == key)
+      return e;
 
-  return pi;
+  e->key = key;
+  e->value = evaluate<WHITE>(pos, e) - evaluate<BLACK>(pos, e);
+  return e;
 }
 
 
-/// PawnInfoTable::evaluate_pawns() evaluates each pawn of the given color
+/// 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>
-Score PawnInfoTable::evaluate_pawns(const Position& pos, Bitboard ourPawns,
-                                    Bitboard theirPawns, PawnInfo* pi) {
+Value Entry::shelter_storm(const Position& pos, Square ksq) {
 
   const Color Them = (Us == WHITE ? BLACK : WHITE);
+  static const Bitboard MiddleEdges = (FileABB | FileHBB) & (Rank2BB | Rank3BB);
 
-  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);
+  Value safety = MaxSafetyBonus;
+  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);
+  Rank rkUs, rkThem;
+  File kf = std::max(FILE_B, std::min(FILE_G, file_of(ksq)));
 
-  // Loop through all pawns of the current color and score each pawn
-  while ((s = *pl++) != SQ_NONE)
+  for (File f = kf - File(1); f <= kf + File(1); ++f)
   {
-      assert(pos.piece_on(s) == make_piece(Us, PAWN));
-
-      f = file_of(s);
-      r = rank_of(s);
-
-      // This file cannot be half open
-      pi->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).
-      passed   = !(theirPawns & passed_pawn_mask(Us, s));
-      doubled  =   ourPawns   & squares_in_front_of(Us, s);
-      opposed  =   theirPawns & squares_in_front_of(Us, s);
-      isolated = !(ourPawns   & adjacent_files_bb(f));
-      chain    =   ourPawns   & adjacent_files_bb(f) & b;
-
-      // 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));
+      b = ourPawns & file_bb(f);
+      rkUs = b ? relative_rank(Us, backmost_sq(Us, b)) : RANK_1;
+
+      b  = theirPawns & file_bb(f);
+      rkThem = b ? relative_rank(Us, frontmost_sq(Them, b)) : RANK_1;
+
+      if (   (MiddleEdges & make_square(f, rkThem))
+          && file_of(ksq) == f
+          && relative_rank(Us, ksq) == rkThem - 1)
+          safety += Value(200);
+      else
+          safety -= ShelterWeakness[rkUs]
+                  + StormDanger[rkUs == RANK_1 ? 0 : rkThem == rkUs + 1 ? 2 : 1][rkThem];
+  }
 
-      // 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);
+  return safety;
+}
 
-      // 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)
-          pi->passedPawns[Us] |= s;
 
-      // Score this pawn
-      if (isolated)
-          value -= IsolatedPawnPenalty[opposed][f];
+/// Entry::update_safety() calculates and caches a bonus for king safety.
+/// It is called only when king square changes, which is about 20% of total
+/// king_safety() calls.
 
-      if (doubled)
-          value -= DoubledPawnPenalty[opposed][f];
+template<Color Us>
+Score Entry::update_safety(const Position& pos, Square ksq) {
 
-      if (backward)
-          value -= BackwardPawnPenalty[opposed][f];
+  kingSquares[Us] = ksq;
+  castlingRights[Us] = pos.can_castle(Us);
+  minKPdistance[Us] = 0;
 
-      if (chain)
-          value += ChainBonus[f];
+  Bitboard pawns = pos.pieces(Us, PAWN);
+  if (pawns)
+      while (!(DistanceRingsBB[ksq][minKPdistance[Us]++] & pawns)) {}
 
-      if (candidate)
-          value += CandidateBonus[relative_rank(Us, s)];
-  }
-  return value;
-}
+  if (relative_rank(Us, ksq) > RANK_4)
+      return kingSafety[Us] = make_score(0, -16 * minKPdistance[Us]);
 
-template<Color Us>
-int computePawnShelter(const Position &pos, Square ksq) {
-  const Color Them          = (Us == WHITE ? BLACK : WHITE);
-  const File kingFile       = ShelterFile[file_of(ksq)];
-  const Bitboard ourPawns   = pos.pieces(PAWN, Us) & in_front_bb(Us, ksq);
-  const Bitboard theirPawns = pos.pieces(PAWN, Them) & (RankBB[rank_of(ksq)] | in_front_bb(Us, ksq));
-
-  int shelter = 0;
-
-  // Compute king shelter and storm values for the file the king is on, as well as the two adjacent files.
-  for (int fileOffset = -1; fileOffset <= 1; fileOffset++) {
-    // Shelter takes full penalty for center file, otherwise it's half penalty
-    Bitboard shelterFile  = ourPawns & FileBB[kingFile + fileOffset];
-    Rank shelterClosest = shelterFile ? relative_rank<Us>(shelterFile)
-                                      : RANK_1;
-
-    shelter += fileOffset == 0 ? PawnShelter[shelterClosest]
-                               : score_non_center_file(PawnShelter[shelterClosest]);
-
-    // Storm takes full penalty, unless there is an enemy pawn blocking us
-    Bitboard stormFile  = theirPawns & FileBB[kingFile + fileOffset];
-    Rank stormClosest   = stormFile ? relative_rank<Us>(stormFile)
-                                    : RANK_1;
-
-    shelter += shelterClosest + 1 == stormClosest ? PawnStorm[stormClosest] / 2
-                                                  : PawnStorm[stormClosest];
-  }
-  
-  return shelter;
-}
+  Value bonus = shelter_storm<Us>(pos, ksq);
 
-/// PawnInfo::updateShelter() calculates and caches king shelter. It is called
-/// only when king square changes, about 20% of total king_shelter() calls.
-template<Color Us>
-Score PawnInfo::updateShelter(const Position& pos, Square ksq) {
-  int shelter = 0;
+  // 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 (relative_rank(Us, ksq) <= RANK_4)
-  {
-    shelter = computePawnShelter<Us>(pos, ksq);
-    if (pos.can_castle(Us == WHITE ? WHITE_OO : BLACK_OO))
-      shelter = std::min(shelter, computePawnShelter<Us>(pos, relative_square(Us, SQ_G1)));
-    if (pos.can_castle(Us == WHITE ? WHITE_OOO : BLACK_OOO))
-      shelter = std::min(shelter, computePawnShelter<Us>(pos, relative_square(Us, SQ_C1)));
-    shelter = PawnShelterBasis - shelter;
-  }
+  if (pos.can_castle(MakeCastling<Us, QUEEN_SIDE>::right))
+      bonus = std::max(bonus, shelter_storm<Us>(pos, relative_square(Us, SQ_C1)));
 
-  kingSquares[Us] = ksq;
-  kingShelters[Us] = make_score(shelter, 0);
-  return kingShelters[Us];
+  return kingSafety[Us] = make_score(bonus, -16 * minKPdistance[Us]);
 }
 
 // Explicit template instantiation
-template Score PawnInfo::updateShelter<WHITE>(const Position& pos, Square ksq);
-template Score PawnInfo::updateShelter<BLACK>(const Position& pos, Square ksq);
+template Score Entry::update_safety<WHITE>(const Position& pos, Square ksq);
+template Score Entry::update_safety<BLACK>(const Position& pos, Square ksq);
+
+} // namespace Pawns