]> git.sesse.net Git - stockfish/blobdiff - src/pawns.cpp
Simplify backward pawn definition
[stockfish] / src / pawns.cpp
index 3d99bfc68645a3e327554eef3fc2e067755a1297..798bc0a070319dc846986535e4480d9e3442d349 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) 2008-2013 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][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) },
-  { 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][FILE_NB] = {
+  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][FILE_NB] = {
+  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) }};
-
-  // Pawn chain membership bonus by file
-  const Score ChainBonus[FILE_NB] = {
-    S(11,-1), S(13,-1), S(13,-1), S(14,-1),
-    S(14,-1), S(13,-1), S(13,-1), S(11,-1)
-  };
-
-  // Candidate passed pawn bonus by rank
-  const Score CandidateBonus[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)
-  };
-
-  const Score PawnStructureWeight = S(233, 201);
-
-  // Weakness of our pawn shelter in front of the king indexed by [king pawn][rank]
-  const Value ShelterWeakness[2][RANK_NB] =
-  { { 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) } };
-
-  // Danger of enemy pawns moving toward our king indexed by [pawn blocked][rank]
-  const Value StormDanger[2][RANK_NB] =
-  { { V(26), V(0), V(128), V(51), V(26) },
-    { V(13), V(0), V( 64), V(25), V(13) } };
+    S(33, 31), S(33, 31), S(29, 31), S(20, 28) } };
+
+  // Connected pawn bonus by opposed, phalanx flags and rank
+  Score Connected[2][2][RANK_NB];
+
+  // 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) };
+
+  // Unsupported pawn penalty
+  const Score UnsupportedPawnPenalty = S(20, 10);
+
+  // Weakness of our pawn shelter in front of the king by [distance from edge][rank]
+  const Value ShelterWeakness[][RANK_NB] = {
+  { V( 99), V(23), V(24), V(54), V(85), V( 93), V(107) },
+  { V(119), V( 2), V(28), V(72), V(96), V(104), V(114) },
+  { V(103), V( 6), V(47), V(74), V(84), V(103), V( 94) },
+  { V( 78), V(10), V(41), V(64), V(88), V( 92), 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( 125), V(37), V(30) },
+    { V( 0),  V(  57), V( 136), V(39), V(24) },
+    { V( 0),  V(  50), V( 114), V(45), V(29) },
+    { V( 0),  V(  58), V( 129), V(56), V(34) } },
+  { { V(20),  V(  45), V(  91), V(47), V(20) },
+    { V(25),  V(  23), V( 105), V(38), V(14) },
+    { V(21),  V(  37), V(  99), V(35), V(21) },
+    { V(30),  V(  18), V( 105), V(38), V(28) } },
+  { { V( 0),  V(   0), V(  81), V(13), V( 4) },
+    { V( 0),  V(   0), V( 169), V(30), V( 4) },
+    { V( 0),  V(   0), V( 166), V(24), V( 6) },
+    { V( 0),  V(   0), V( 164), V(24), V(11) } },
+  { { V( 0),  V(-289), V(-297), V(57), V(29) },
+    { V( 0),  V(  66), V( 136), V(43), V(16) },
+    { V( 0),  V(  66), V( 141), V(50), V(31) },
+    { V( 0),  V(  63), V( 126), V(52), V(23) } } };
 
   // 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(252);
 
   #undef S
   #undef V
 
   template<Color Us>
-  Score evaluate_pawns(const Position& pos, Bitboard ourPawns,
-                       Bitboard theirPawns, Pawns::Entry* e) {
+  Score evaluate(const Position& pos, Pawns::Entry* e) {
 
-    const Color Them = (Us == WHITE ? BLACK : WHITE);
+    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;
+    Bitboard b, p, doubled, connected;
     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);
+    bool passed, isolated, opposed, phalanx, backward, unsupported, 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));
 
-        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   & forward_bb(Us, s);
-        opposed  =   theirPawns & forward_bb(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))
+        File f = file_of(s);
+
+        // This file cannot be semi-open
+        e->semiopenFiles[Us] &= ~(1 << f);
+
+        // Previous rank
+        p = rank_bb(s - pawn_push(Us));
+
+        // Flag the pawn as passed, isolated, doubled,
+        // unsupported or connected (but not the backward one).
+        connected   =   ourPawns   & adjacent_files_bb(f) & (rank_bb(s) | p);
+        phalanx     =   connected  & rank_bb(s);
+        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));
+        lever       =   theirPawns & pawnAttacksBB[s];
+
+        // Test for backward pawn.
+        // If the pawn is passed, isolated, connected or a lever it cannot be
+        // backward. If there are friendly pawns behind on adjacent files
+        // it cannot be backward either.
+        if (   (passed | isolated | connected | lever)
+            || (ourPawns & pawn_attack_span(Them, s)))
+            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 seeing whether we meet a friendly or an enemy pawn first.
-            b = pos.attacks_from<PAWN>(s, Us);
+            // 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));
 
-            // 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;
+            // 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 | (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);
+        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
@@ -161,63 +174,67 @@ namespace {
 
         // Score this pawn
         if (isolated)
-            value -= IsolatedPawnPenalty[opposed][f];
+            score -= Isolated[opposed][f];
+
+        if (unsupported && !isolated)
+            score -= UnsupportedPawnPenalty;
 
         if (doubled)
-            value -= DoubledPawnPenalty[opposed][f];
+            score -= Doubled[f] / distance<Rank>(s, frontmost_sq(Us, doubled));
 
         if (backward)
-            value -= BackwardPawnPenalty[opposed][f];
+            score -= Backward[opposed][f];
 
-        if (chain)
-            value += ChainBonus[f];
+        if (connected)
+            score += Connected[opposed][phalanx][relative_rank(Us, s)];
 
-        if (candidate)
-            value += CandidateBonus[relative_rank(Us, s)];
+        if (lever)
+            score += Lever[relative_rank(Us, s)];
     }
 
-    e->pawnsOnWhiteSquaresCount[Us]   = popcount<Max15>(ourPawns   & WhiteSquares);
-    e->pawnsOnWhiteSquaresCount[Them] = popcount<Max15>(theirPawns & WhiteSquares);
+    b = e->semiopenFiles[Us] ^ 0xFF;
+    e->pawnSpan[Us] = b ? int(msb(b) - lsb(b)) : 0;
 
-    e->pawnsOnBlackSquaresCount[Us]   = popcount<Max15>(ourPawns   & BlackSquares);
-    e->pawnsOnBlackSquaresCount[Them] = popcount<Max15>(theirPawns & BlackSquares); 
-
-    return value;
+    return score;
   }
-}
+
+} // namespace
 
 namespace Pawns {
 
-/// 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.
+/// 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()
+{
+  static const int Seed[RANK_NB] = { 0, 6, 15, 10, 57, 75, 135, 258 };
+
+  for (int opposed = 0; opposed <= 1; ++opposed)
+      for (int phalanx = 0; phalanx <= 1; ++phalanx)
+          for (Rank r = RANK_2; r < RANK_8; ++r)
+          {
+              int bonus = Seed[r] + (phalanx ? (Seed[r + 1] - Seed[r]) / 2 : 0);
+              Connected[opposed][phalanx][r] = make_score(bonus / 2, bonus >> opposed);
+          }
+}
 
-Entry* probe(const Position& pos, Table& entries) {
+
+/// 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.
+
+Entry* probe(const Position& pos) {
 
   Key key = pos.pawn_key();
-  Entry* e = entries[key];
+  Entry* e = pos.this_thread()->pawnsTable[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;
 
   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;
-
-  Bitboard wPawns = pos.pieces(WHITE, PAWN);
-  Bitboard bPawns = pos.pieces(BLACK, PAWN);
-  e->pawnAttacks[WHITE] = ((wPawns & ~FileHBB) << 9) | ((wPawns & ~FileABB) << 7);
-  e->pawnAttacks[BLACK] = ((bPawns & ~FileHBB) >> 7) | ((bPawns & ~FileABB) >> 9);
-
-  e->value =  evaluate_pawns<WHITE>(pos, wPawns, bPawns, e)
-            - evaluate_pawns<BLACK>(pos, bPawns, wPawns, e);
-
-  e->value = apply_weight(e->value, PawnStructureWeight);
-
+  e->score = evaluate<WHITE>(pos, e) - evaluate<BLACK>(pos, e);
   return e;
 }
 
@@ -230,63 +247,65 @@ 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) ? FILE_B : (kf == FILE_H) ? FILE_G : 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 ? lsb(b) : ~msb(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 ? lsb(b) : ~msb(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;
 }
 
 
-/// Entry::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 Entry::update_safety(const Position& pos, Square ksq) {
+Score Entry::do_king_safety(const Position& pos, Square ksq) {
 
   kingSquares[Us] = ksq;
-  castleRights[Us] = pos.can_castle(Us);
-  minKPdistance[Us] = 0;
+  castlingRights[Us] = pos.can_castle(Us);
+  minKingPawnDistance[Us] = 0;
 
   Bitboard pawns = pos.pieces(Us, PAWN);
   if (pawns)
-      while (!(DistanceRingsBB[ksq][minKPdistance[Us]++] & pawns)) {}
+      while (!(DistanceRingBB[ksq][minKingPawnDistance[Us]++] & pawns)) {}
 
   if (relative_rank(Us, ksq) > RANK_4)
-      return kingSafety[Us] = make_score(0, -16 * minKPdistance[Us]);
+      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, -16 * minKPdistance[Us]);
+  return make_score(bonus, -16 * minKingPawnDistance[Us]);
 }
 
 // Explicit template instantiation
-template Score Entry::update_safety<WHITE>(const Position& pos, Square ksq);
-template Score Entry::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