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[stockfish] / src / pawns.cpp
index 1ccc0958ca432e870629231b9676651f4765710b..7edaa6e1bb786bfa42ff341352f3d153b280e417 100644 (file)
@@ -2,7 +2,7 @@
   Stockfish, a UCI chess playing engine derived from Glaurung 2.1
   Copyright (C) 2004-2008 Tord Romstad (Glaurung author)
   Copyright (C) 2008-2015 Marco Costalba, Joona Kiiski, Tord Romstad
-  Copyright (C) 2015-2016 Marco Costalba, Joona Kiiski, Gary Linscott, Tord Romstad
+  Copyright (C) 2015-2019 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
@@ -18,7 +18,6 @@
   along with this program.  If not, see <http://www.gnu.org/licenses/>.
 */
 
-#include <algorithm>
 #include <cassert>
 
 #include "bitboard.h"
@@ -31,56 +30,32 @@ namespace {
   #define V Value
   #define S(mg, eg) make_score(mg, eg)
 
-  // Isolated pawn penalty by opposed flag
-  const Score Isolated[2] = { S(45, 40), S(30, 27) };
-
-  // Backward pawn penalty by opposed flag
-  const Score Backward[2] = { S(56, 33), S(41, 19) };
-
-  // Unsupported pawn penalty for pawns which are neither isolated or backward,
-  // by number of pawns it supports [less than 2 / exactly 2].
-  const Score Unsupported[2] = { S(17, 8), S(21, 12) };
-
-  // Connected pawn bonus by opposed, phalanx, twice supported and rank
-  Score Connected[2][2][2][RANK_NB];
-
-  // Doubled pawn penalty
-  const Score Doubled = S(18,38);
-
-  // Lever bonus by rank
-  const Score Lever[RANK_NB] = {
-    S( 0,  0), S( 0,  0), S(0, 0), S(0, 0),
-    S(17, 16), S(33, 32), S(0, 0), S(0, 0) };
-
-  // Weakness of our pawn shelter in front of the king by [distance from edge][rank]
-  const Value ShelterWeakness[][RANK_NB] = {
-    { V( 97), V(21), V(26), V(51), V(87), V( 89), V( 99) },
-    { V(120), V( 0), V(28), V(76), V(88), V(103), V(104) },
-    { V(101), V( 7), V(54), V(78), V(77), V( 92), V(101) },
-    { V( 80), V(11), V(44), V(68), V(87), V( 90), V(119) } };
-
-  // Danger of enemy pawns moving toward our king by [type][distance from edge][rank]
-  const Value StormDanger[][4][RANK_NB] = {
-    { { V( 0),  V(  67), V( 134), V(38), V(32) },
-      { V( 0),  V(  57), V( 139), V(37), V(22) },
-      { V( 0),  V(  43), V( 115), V(43), V(27) },
-      { V( 0),  V(  68), V( 124), V(57), V(32) } },
-    { { V(20),  V(  43), V( 100), V(56), V(20) },
-      { V(23),  V(  20), V(  98), V(40), V(15) },
-      { V(23),  V(  39), V( 103), V(36), V(18) },
-      { V(28),  V(  19), V( 108), V(42), V(26) } },
-    { { V( 0),  V(   0), V(  75), V(14), V( 2) },
-      { V( 0),  V(   0), V( 150), V(30), V( 4) },
-      { V( 0),  V(   0), V( 160), V(22), V( 5) },
-      { V( 0),  V(   0), V( 166), V(24), V(13) } },
-    { { V( 0),  V(-283), V(-281), V(57), V(31) },
-      { V( 0),  V(  58), V( 141), V(39), V(18) },
-      { V( 0),  V(  65), V( 142), V(48), V(32) },
-      { V( 0),  V(  60), V( 126), V(51), V(19) } } };
-
-  // 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);
+  // Pawn penalties
+  constexpr Score Backward = S( 9, 24);
+  constexpr Score Doubled  = S(11, 56);
+  constexpr Score Isolated = S( 5, 15);
+
+  // Connected pawn bonus
+  constexpr int Connected[RANK_NB] = { 0, 13, 24, 18, 65, 100, 175, 330 };
+
+  // Strength of pawn shelter for our king by [distance from edge][rank].
+  // RANK_1 = 0 is used for files where we have no pawn, or pawn is behind our king.
+  constexpr Value ShelterStrength[int(FILE_NB) / 2][RANK_NB] = {
+    { V( -6), V( 81), V( 93), V( 58), V( 39), V( 18), V(  25) },
+    { V(-43), V( 61), V( 35), V(-49), V(-29), V(-11), V( -63) },
+    { V(-10), V( 75), V( 23), V( -2), V( 32), V(  3), V( -45) },
+    { V(-39), V(-13), V(-29), V(-52), V(-48), V(-67), V(-166) }
+  };
+
+  // Danger of enemy pawns moving toward our king by [distance from edge][rank].
+  // RANK_1 = 0 is used for files where the enemy has no pawn, or their pawn
+  // is behind our king.
+  constexpr Value UnblockedStorm[int(FILE_NB) / 2][RANK_NB] = {
+    { V( 89), V(107), V(123), V(93), V(57), V( 45), V( 51) },
+    { V( 44), V(-18), V(123), V(46), V(39), V( -7), V( 23) },
+    { V(  4), V( 52), V(162), V(37), V( 7), V(-14), V( -2) },
+    { V(-10), V(-14), V( 90), V(15), V( 2), V( -7), V(-16) }
+  };
 
   #undef S
   #undef V
@@ -88,25 +63,23 @@ namespace {
   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);
+    constexpr Color     Them = (Us == WHITE ? BLACK : WHITE);
+    constexpr Direction Up   = (Us == WHITE ? NORTH : SOUTH);
 
-    Bitboard b, neighbours, stoppers, doubled, supported, phalanx;
+    Bitboard b, neighbours, stoppers, doubled, support, phalanx;
+    Bitboard lever, leverPush;
     Square s;
-    bool opposed, lever, connected, backward;
+    bool opposed, backward;
     Score score = SCORE_ZERO;
     const Square* pl = pos.squares<PAWN>(Us);
-    const Bitboard* pawnAttacksBB = StepAttacksBB[make_piece(Us, PAWN)];
 
-    Bitboard ourPawns   = pos.pieces(Us  , PAWN);
+    Bitboard ourPawns   = pos.pieces(  Us, PAWN);
     Bitboard theirPawns = pos.pieces(Them, PAWN);
 
-    e->passedPawns[Us] = e->pawnAttacksSpan[Us] = 0;
-    e->kingSquares[Us] = SQ_NONE;
+    e->passedPawns[Us] = e->pawnAttacksSpan[Us] = e->weakUnopposed[Us] = 0;
     e->semiopenFiles[Us] = 0xFF;
-    e->pawnAttacks[Us] = shift_bb<Right>(ourPawns) | shift_bb<Left>(ourPawns);
+    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];
 
@@ -117,65 +90,60 @@ namespace {
 
         File f = file_of(s);
 
-        e->semiopenFiles[Us] &= ~(1 << f);
+        e->semiopenFiles[Us]   &= ~(1 << f);
         e->pawnAttacksSpan[Us] |= pawn_attack_span(Us, s);
 
         // Flag the pawn
-        opposed    = theirPawns & forward_bb(Us, s);
-        stoppers   = theirPawns & passed_pawn_mask(Us, s);
-        lever      = theirPawns & pawnAttacksBB[s];
-        doubled    = ourPawns   & (s + Up);
+        opposed    = theirPawns & forward_file_bb(Us, s);
+        stoppers   = theirPawns & passed_pawn_span(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);
-        connected  = supported | phalanx;
-
-        // 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_bb<Up>(b & adjacent_files_bb(f))) & stoppers;
+        support    = neighbours & rank_bb(s - Up);
 
-            assert(!backward || !(pawn_attack_span(Them, s + Up) & neighbours));
-        }
+        // A pawn is backward when it is behind all pawns of the same color
+        // on the adjacent files and cannot be safely advanced.
+        backward =  !(ourPawns & pawn_attack_span(Them, s + Up))
+                  && (stoppers & (leverPush | (s + Up)));
 
         // Passed pawns will be properly scored in evaluation because we need
-        // full attack info to evaluate them. Only the frontmost passed
-        // pawn on each file is considered a true passed pawn.
-        if (!(stoppers | doubled)) // FIXME this is just doubled by adjacent pawn
+        // 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)
+            && (support || !more_than_one(lever))
+            && popcount(phalanx) >= popcount(leverPush))
             e->passedPawns[Us] |= s;
 
+        else if (   stoppers == square_bb(s + Up)
+                 && relative_rank(Us, s) >= RANK_5)
+        {
+            b = shift<Up>(support) & ~theirPawns;
+            while (b)
+                if (!more_than_one(theirPawns & PawnAttacks[Us][pop_lsb(&b)]))
+                    e->passedPawns[Us] |= s;
+        }
+
         // Score this pawn
-        if (!neighbours)
-            score -= Isolated[opposed];
+        if (support | phalanx)
+        {
+            int r = relative_rank(Us, s);
+            int v = phalanx ? Connected[r] + Connected[r + 1] : 2 * Connected[r];
+            v = 17 * popcount(support) + (v >> (opposed + 1));
+            score += make_score(v, v * (r - 2) / 4);
+        }
+        else if (!neighbours)
+            score -= Isolated, e->weakUnopposed[Us] += !opposed;
 
         else if (backward)
-            score -= Backward[opposed];
-
-        else if (!supported)
-            score -= Unsupported[more_than_one(neighbours & pawnAttacksBB[s])];
+            score -= Backward, e->weakUnopposed[Us] += !opposed;
 
-        if (connected)
-            score += Connected[opposed][!!phalanx][more_than_one(supported)][relative_rank(Us, s)];
-
-        if (doubled)
+        if (doubled && !support)
             score -= Doubled;
-
-        if (lever)
-            score += Lever[relative_rank(Us, s)];
     }
 
-    b = e->semiopenFiles[Us] ^ 0xFF;
-    e->pawnSpan[Us] = b ? int(msb(b) - lsb(b)) : 0;
-
     return score;
   }
 
@@ -183,26 +151,6 @@ 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()
-{
-  static const int Seed[RANK_NB] = { 0, 8, 19, 13, 71, 94, 169, 324 };
-
-  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(v, v * 5 / 8);
-  }
-}
-
-
 /// 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
@@ -217,42 +165,44 @@ Entry* probe(const Position& pos) {
       return e;
 
   e->key = key;
-  e->score = evaluate<WHITE>(pos, e) - evaluate<BLACK>(pos, e);
-  e->asymmetry = popcount(e->semiopenFiles[WHITE] ^ e->semiopenFiles[BLACK]);
+  e->scores[WHITE] = evaluate<WHITE>(pos, e);
+  e->scores[BLACK] = evaluate<BLACK>(pos, e);
+  e->passedCount= popcount(e->passedPawns[WHITE] | e->passedPawns[BLACK]);
+
   return e;
 }
 
 
-/// Entry::shelter_storm() calculates shelter and storm penalties for the file
-/// the king is on, as well as the two adjacent files.
+/// Entry::evaluate_shelter() calculates the shelter bonus and the storm
+/// penalty for a king, looking at the king file and the two closest files.
 
 template<Color Us>
-Value Entry::shelter_storm(const Position& pos, Square ksq) {
+Value Entry::evaluate_shelter(const Position& pos, Square ksq) {
 
-  const Color Them = (Us == WHITE ? BLACK : WHITE);
+  constexpr Color     Them = (Us == WHITE ? BLACK : WHITE);
+  constexpr Direction Down = (Us == WHITE ? SOUTH : NORTH);
+  constexpr Bitboard  BlockRanks = (Us == WHITE ? Rank1BB | Rank2BB : Rank8BB | Rank7BB);
 
-  enum { NoFriendlyPawn, Unblocked, BlockedByPawn, BlockedByKing };
-
-  Bitboard b = pos.pieces(PAWN) & (in_front_bb(Us, rank_of(ksq)) | rank_bb(ksq));
+  Bitboard b = pos.pieces(PAWN) & ~forward_ranks_bb(Them, 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 (File f = center - File(1); f <= center + File(1); ++f)
+  Value safety = (shift<Down>(theirPawns) & (FileABB | FileHBB) & BlockRanks & ksq) ?
+                 Value(374) : Value(5);
+
+  File center = clamp(file_of(ksq), FILE_B, FILE_G);
+  for (File f = File(center - 1); f <= File(center + 1); ++f)
   {
       b = ourPawns & file_bb(f);
-      Rank rkUs = b ? relative_rank(Us, backmost_sq(Us, b)) : RANK_1;
+      Rank ourRank = 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;
+      b = theirPawns & file_bb(f);
+      Rank theirRank = 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];
+      int d = std::min(f, ~f);
+      safety += ShelterStrength[d][ourRank];
+      safety -= (ourRank && (ourRank == theirRank - 1)) ? 66 * (theirRank == RANK_3)
+                                                        : UnblockedStorm[d][theirRank];
   }
 
   return safety;
@@ -263,30 +213,31 @@ Value Entry::shelter_storm(const Position& pos, Square ksq) {
 /// when king square changes, which is about 20% of total king_safety() calls.
 
 template<Color Us>
-Score Entry::do_king_safety(const Position& pos, Square ksq) {
+Score Entry::do_king_safety(const Position& pos) {
 
+  Square ksq = pos.square<KING>(Us);
   kingSquares[Us] = ksq;
-  castlingRights[Us] = pos.can_castle(Us);
+  castlingRights[Us] = pos.castling_rights(Us);
   int minKingPawnDistance = 0;
 
   Bitboard pawns = pos.pieces(Us, PAWN);
   if (pawns)
-      while (!(DistanceRingBB[ksq][minKingPawnDistance++] & pawns)) {}
+      while (!(DistanceRingBB[ksq][++minKingPawnDistance] & pawns)) {}
 
-  Value bonus = shelter_storm<Us>(pos, ksq);
+  Value bonus = evaluate_shelter<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(Us | KING_SIDE))
+      bonus = std::max(bonus, evaluate_shelter<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)));
+  if (pos.can_castle(Us | QUEEN_SIDE))
+      bonus = std::max(bonus, evaluate_shelter<Us>(pos, relative_square(Us, SQ_C1)));
 
   return make_score(bonus, -16 * minKingPawnDistance);
 }
 
 // Explicit template instantiation
-template Score Entry::do_king_safety<WHITE>(const Position& pos, Square ksq);
-template Score Entry::do_king_safety<BLACK>(const Position& pos, Square ksq);
+template Score Entry::do_king_safety<WHITE>(const Position& pos);
+template Score Entry::do_king_safety<BLACK>(const Position& pos);
 
 } // namespace Pawns