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Knight threats on Queen
[stockfish] / src / pawns.cpp
index 587c9b95509224a4f396ae27ec50cf2a3aac6f50..67bf59d183325a52fd2cfc3a200a5d0e60d18f7b 100644 (file)
@@ -1,7 +1,8 @@
 /*
   Stockfish, a UCI chess playing engine derived from Glaurung 2.1
   Copyright (C) 2004-2008 Tord Romstad (Glaurung author)
-  Copyright (C) 2008-2010 Marco Costalba, Joona Kiiski, Tord Romstad
+  Copyright (C) 2008-2015 Marco Costalba, Joona Kiiski, Tord Romstad
+  Copyright (C) 2015-2018 Marco Costalba, Joona Kiiski, Gary Linscott, 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) }};
-
-  // Isolated pawn penalty by opposed flag and file
-  const Score IsolatedPawnPenalty[2][8] = {
-  { 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) }};
-
-  // Backward pawn penalty by opposed flag and file
-  const Score BackwardPawnPenalty[2][8] = {
-  { 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) }};
-
-  // 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)
+  // Isolated pawn penalty
+  const Score Isolated = S(13, 18);
+
+  // Backward pawn penalty
+  const Score Backward = S(24, 12);
+
+  // Connected pawn bonus by opposed, phalanx, #support and rank
+  Score Connected[2][2][3][RANK_NB];
+
+  // Doubled pawn penalty
+  const Score Doubled = S(18, 38);
+
+  // Weakness of our pawn shelter in front of the king by [isKingFile][distance from edge][rank].
+  // RANK_1 = 0 is used for files where we have no pawns or our pawn is behind our king.
+  const Value ShelterWeakness[][int(FILE_NB) / 2][RANK_NB] = {
+    { { V( 98), V(20), V(11), V(42), V( 83), V( 84), V(101) }, // Not On King file
+      { V(103), V( 8), V(33), V(86), V( 87), V(105), V(113) },
+      { V(100), V( 2), V(65), V(95), V( 59), V( 89), V(115) },
+      { V( 72), V( 6), V(52), V(74), V( 83), V( 84), V(112) } },
+    { { V(105), V(19), V( 3), V(27), V( 85), V( 93), V( 84) }, // On King file
+      { V(121), V( 7), V(33), V(95), V(112), V( 86), V( 72) },
+      { V(121), V(26), V(65), V(90), V( 65), V( 76), V(117) },
+      { V( 79), V( 0), V(45), V(65), V( 94), V( 92), V(105) } }
   };
 
-  // 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)
+  // Danger of enemy pawns moving toward our king by [type][distance from edge][rank].
+  // For the unopposed and unblocked cases, RANK_1 = 0 is used when opponent has
+  // no pawn on the given file, or their pawn is behind our king.
+  const Value StormDanger[][4][RANK_NB] = {
+    { { V( 0),  V(-290), V(-274), V(57), V(41) },  // BlockedByKing
+      { V( 0),  V(  60), V( 144), V(39), V(13) },
+      { V( 0),  V(  65), V( 141), V(41), V(34) },
+      { V( 0),  V(  53), V( 127), V(56), V(14) } },
+    { { V( 4),  V(  73), V( 132), V(46), V(31) },  // Unopposed
+      { V( 1),  V(  64), V( 143), V(26), V(13) },
+      { V( 1),  V(  47), V( 110), V(44), V(24) },
+      { V( 0),  V(  72), V( 127), V(50), V(31) } },
+    { { V( 0),  V(   0), V(  79), V(23), V( 1) },  // BlockedByPawn
+      { V( 0),  V(   0), V( 148), V(27), V( 2) },
+      { V( 0),  V(   0), V( 161), V(16), V( 1) },
+      { V( 0),  V(   0), V( 171), V(22), V(15) } },
+    { { V(22),  V(  45), V( 104), V(62), V( 6) },  // Unblocked
+      { V(31),  V(  30), V(  99), V(39), V(19) },
+      { V(23),  V(  29), V(  96), V(41), V(15) },
+      { V(21),  V(  23), V( 116), V(41), V(15) } }
   };
 
+  // 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(258);
+
   #undef S
-}
+  #undef V
+
+  template<Color Us>
+  Score evaluate(const Position& pos, Pawns::Entry* e) {
+
+    const Color     Them = (Us == WHITE ? BLACK : WHITE);
+    const Direction Up   = (Us == WHITE ? NORTH : SOUTH);
+
+    Bitboard b, neighbours, stoppers, doubled, supported, phalanx;
+    Bitboard lever, leverPush;
+    Square s;
+    bool opposed, backward;
+    Score score = SCORE_ZERO;
+    const Square* pl = pos.squares<PAWN>(Us);
+
+    Bitboard ourPawns   = pos.pieces(  Us, PAWN);
+    Bitboard theirPawns = pos.pieces(Them, PAWN);
+
+    e->passedPawns[Us] = e->pawnAttacksSpan[Us] = e->weakUnopposed[Us] = 0;
+    e->semiopenFiles[Us] = 0xFF;
+    e->kingSquares[Us]   = SQ_NONE;
+    e->pawnAttacks[Us]   = pawn_attacks_bb<Us>(ourPawns);
+    e->pawnsOnSquares[Us][BLACK] = popcount(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);
+
+        e->semiopenFiles[Us]   &= ~(1 << f);
+        e->pawnAttacksSpan[Us] |= pawn_attack_span(Us, s);
+
+        // Flag the pawn
+        opposed    = theirPawns & forward_file_bb(Us, s);
+        stoppers   = theirPawns & passed_pawn_mask(Us, s);
+        lever      = theirPawns & PawnAttacks[Us][s];
+        leverPush  = theirPawns & PawnAttacks[Us][s + Up];
+        doubled    = ourPawns   & (s - Up);
+        neighbours = ourPawns   & adjacent_files_bb(f);
+        phalanx    = neighbours & rank_bb(s);
+        supported  = neighbours & rank_bb(s - Up);
+
+        // A pawn is backward when it is behind all pawns of the same color on the
+        // adjacent files and cannot be safely advanced.
+        if (!neighbours || lever || relative_rank(Us, s) >= RANK_5)
+            backward = false;
+        else
+        {
+            // Find the backmost rank with neighbours or stoppers
+            b = rank_bb(backmost_sq(Us, neighbours | stoppers));
+
+            // The pawn is backward when it cannot safely progress to that rank:
+            // either there is a stopper in the way on this rank, or there is a
+            // stopper on adjacent file which controls the way to that rank.
+            backward = (b | shift<Up>(b & adjacent_files_bb(f))) & stoppers;
+
+            assert(!(backward && (forward_ranks_bb(Them, s + Up) & neighbours)));
+        }
+
+        // Passed pawns will be properly scored in evaluation because we need
+        // full attack info to evaluate them. Include also not passed pawns
+        // which could become passed after one or two pawn pushes when are
+        // not attacked more times than defended.
+        if (   !(stoppers ^ lever ^ leverPush)
+            && !(ourPawns & forward_file_bb(Us, s))
+            && popcount(supported) >= popcount(lever)
+            && popcount(phalanx)   >= popcount(leverPush))
+            e->passedPawns[Us] |= s;
+
+        else if (   stoppers == SquareBB[s + Up]
+                 && relative_rank(Us, s) >= RANK_5)
+        {
+            b = shift<Up>(supported) & ~theirPawns;
+            while (b)
+                if (!more_than_one(theirPawns & PawnAttacks[Us][pop_lsb(&b)]))
+                    e->passedPawns[Us] |= s;
+        }
+
+        // Score this pawn
+        if (supported | phalanx)
+            score += Connected[opposed][bool(phalanx)][popcount(supported)][relative_rank(Us, s)];
+
+        else if (!neighbours)
+            score -= Isolated, e->weakUnopposed[Us] += !opposed;
+
+        else if (backward)
+            score -= Backward, e->weakUnopposed[Us] += !opposed;
+
+        if (doubled && !supported)
+            score -= Doubled;
+    }
+
+    return score;
+  }
+
+} // namespace
+
+namespace Pawns {
+
+/// 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.
 
+void init() {
 
-/// PawnInfoTable::get_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.
+  static const int Seed[RANK_NB] = { 0, 13, 24, 18, 76, 100, 175, 330 };
+
+  for (int opposed = 0; opposed <= 1; ++opposed)
+      for (int phalanx = 0; phalanx <= 1; ++phalanx)
+          for (int support = 0; support <= 2; ++support)
+              for (Rank r = RANK_2; r < RANK_8; ++r)
+  {
+      int v = 17 * support;
+      v += (Seed[r] + (phalanx ? (Seed[r + 1] - Seed[r]) / 2 : 0)) >> opposed;
+
+      Connected[opposed][phalanx][support][r] = make_score(v, v * (r - 2) / 4);
+  }
+}
 
-PawnInfo* PawnInfoTable::get_pawn_info(const Position& pos) const {
 
-  assert(pos.is_ok());
+/// 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.
 
-  Key key = pos.get_pawn_key();
-  PawnInfo* pi = probe(key);
+Entry* probe(const Position& pos) {
 
-  // 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;
+  Key key = pos.pawn_key();
+  Entry* e = pos.this_thread()->pawnsTable[key];
 
-  // 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;
+  if (e->key == key)
+      return e;
 
-  // 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);
+  e->key = key;
+  e->scores[WHITE] = evaluate<WHITE>(pos, e);
+  e->scores[BLACK] = evaluate<BLACK>(pos, e);
+  e->openFiles = popcount(e->semiopenFiles[WHITE] & e->semiopenFiles[BLACK]);
+  e->asymmetry = popcount(  (e->passedPawns[WHITE]   | e->passedPawns[BLACK])
+                          | (e->semiopenFiles[WHITE] ^ e->semiopenFiles[BLACK]));
 
-  // Evaluate pawns for both colors
-  pi->value =  evaluate_pawns<WHITE>(pos, wPawns, bPawns, pi)
-             - evaluate_pawns<BLACK>(pos, bPawns, wPawns, pi);
-  return pi;
+  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 closest files.
 
 template<Color Us>
-Score PawnInfoTable::evaluate_pawns(const Position& pos, Bitboard ourPawns,
-                                    Bitboard theirPawns, PawnInfo* pi) {
-
-  const BitCountType Max15 = CpuIs64Bit ? CNT64_MAX15 : CNT32_MAX15;
-  const Color Them = (Us == WHITE ? BLACK : WHITE);
-
-  Bitboard b;
-  Square s;
-  File f;
-  Rank r;
-  bool passed, isolated, doubled, opposed, chain, backward, candidate;
-  Score value = SCORE_ZERO;
-  const Square* ptr = pos.piece_list_begin(Us, PAWN);
-
-  // Loop through all pawns of the current color and score each pawn
-  while ((s = *ptr++) != SQ_NONE)
+Value Entry::shelter_storm(const Position& pos, Square ksq) {
+
+  constexpr Color Them = (Us == WHITE ? BLACK : WHITE);
+  constexpr Bitboard ShelterMask =
+                Us == WHITE ? make_bitboard(SQ_A2, SQ_B3, SQ_C2, SQ_F2, SQ_G3, SQ_H2)
+                            : make_bitboard(SQ_A7, SQ_B6, SQ_C7, SQ_F7, SQ_G6, SQ_H7);
+  constexpr Bitboard StormMask =
+                Us == WHITE ? make_bitboard(SQ_A3, SQ_C3, SQ_F3, SQ_H3)
+                            : make_bitboard(SQ_A6, SQ_C6, SQ_F6, SQ_H6);
+
+  enum { BlockedByKing, Unopposed, BlockedByPawn, Unblocked };
+
+  File center = std::max(FILE_B, std::min(FILE_G, file_of(ksq)));
+  Bitboard b =   pos.pieces(PAWN)
+               & (forward_ranks_bb(Us, ksq) | rank_bb(ksq))
+               & (adjacent_files_bb(center) | file_bb(center));
+  Bitboard ourPawns = b & pos.pieces(Us);
+  Bitboard theirPawns = b & pos.pieces(Them);
+  Value safety = MaxSafetyBonus;
+
+  for (File f = File(center - 1); f <= File(center + 1); ++f)
   {
-      assert(pos.piece_on(s) == make_piece(Us, PAWN));
-
-      f = square_file(s);
-      r = square_rank(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   & neighboring_files_bb(f));
-      chain    =   ourPawns   & neighboring_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 neighboring 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 neighboring files. We now check whether the pawn is
-          // backward by looking in the forward direction on the neighboring
-          // 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 neighboring files is higher or equal than the number of
-      // enemy pawns in the forward direction on the neighboring files.
-      candidate =   !(opposed | passed | backward | isolated)
-                 && (b = attack_span_mask(Them, s + pawn_push(Us)) & ourPawns) != EmptyBoardBB
-                 &&  count_1s<Max15>(b) >= count_1s<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)
-          set_bit(&(pi->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)];
+      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;
+
+      int d = std::min(f, ~f);
+      safety -=  ShelterWeakness[f == file_of(ksq)][d][rkUs]
+               + StormDanger
+                 [f == file_of(ksq) && rkThem == relative_rank(Us, ksq) + 1 ? BlockedByKing  :
+                  rkUs   == RANK_1                                          ? Unopposed :
+                  rkThem == rkUs + 1                                        ? BlockedByPawn  : Unblocked]
+                 [d][rkThem];
   }
-  return value;
+
+  if (popcount((ourPawns & ShelterMask) | (theirPawns & StormMask)) == 5)
+      safety += Value(300);
+
+  return safety;
 }
 
 
-/// PawnInfo::updateShelter() calculates and caches king shelter. It is called
-/// only when king square changes, about 20% of total king_shelter() 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 PawnInfo::updateShelter(const Position& pos, Square ksq) {
+Score Entry::do_king_safety(const Position& pos, Square ksq) {
 
-  const int Shift = (Us == WHITE ? 8 : -8);
+  kingSquares[Us] = ksq;
+  castlingRights[Us] = pos.can_castle(Us);
+  int minKingPawnDistance = 0;
 
-  Bitboard pawns;
-  int r, shelter = 0;
+  Bitboard pawns = pos.pieces(Us, PAWN);
+  if (pawns)
+      while (!(DistanceRingBB[ksq][minKingPawnDistance++] & pawns)) {}
 
-  if (relative_rank(Us, ksq) <= RANK_4)
-  {
-      pawns = pos.pieces(PAWN, Us) & this_and_neighboring_files_bb(ksq);
-      r = ksq & (7 << 3);
-      for (int i = 0; i < 3; i++)
-      {
-          r += Shift;
-          shelter += BitCount8Bit[(pawns >> r) & 0xFF] * (64 >> i);
-      }
-  }
-  kingSquares[Us] = ksq;
-  kingShelters[Us] = make_score(shelter, 0);
-  return kingShelters[Us];
+  Value bonus = shelter_storm<Us>(pos, ksq);
+
+  // 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(MakeCastling<Us, QUEEN_SIDE>::right))
+      bonus = std::max(bonus, shelter_storm<Us>(pos, relative_square(Us, SQ_C1)));
+
+  return make_score(bonus, -16 * minKingPawnDistance);
 }
 
 // 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::do_king_safety<WHITE>(const Position& pos, Square ksq);
+template Score Entry::do_king_safety<BLACK>(const Position& pos, Square ksq);
+
+} // namespace Pawns