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Clarify the mapping of files to queenside
[stockfish] / src / pawns.cpp
index 01e9632c2639fce3af989847f91123105165f42f..ca4156dac522d76eefee8919bad2d9ab5ecf2724 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) 2015-2018 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
@@ -31,151 +31,120 @@ namespace {
   #define V Value
   #define S(mg, eg) make_score(mg, eg)
 
-  // 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) } }
+  // Pawn penalties
+  constexpr Score Backward      = S( 9, 24);
+  constexpr Score BlockedStorm  = S(82, 82);
+  constexpr Score Doubled       = S(11, 56);
+  constexpr Score Isolated      = S( 5, 15);
+  constexpr Score WeakLever     = S( 0, 56);
+  constexpr Score WeakUnopposed = S(13, 27);
+
+  // Connected pawn bonus
+  constexpr int Connected[RANK_NB] = { 0, 7, 8, 12, 29, 48, 86 };
+
+  // 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 [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) } }
+  // 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. Note that UnblockedStorm[0][1-2] accommodate opponent pawn
+  // on edge, likely blocked by our king.
+  constexpr Value UnblockedStorm[int(FILE_NB) / 2][RANK_NB] = {
+    { V( 89), V(-285), V(-185), 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) }
   };
 
-  // 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);
+    constexpr Color     Them = (Us == WHITE ? BLACK : WHITE);
+    constexpr Direction Up   = (Us == WHITE ? NORTH : SOUTH);
 
-    Bitboard b, neighbours, stoppers, doubled, supported, phalanx;
+    Bitboard neighbours, stoppers, support, phalanx;
     Bitboard lever, leverPush;
     Square s;
-    bool opposed, backward;
+    bool opposed, backward, passed, doubled;
     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];
+    Bitboard doubleAttackThem = pawn_double_attacks_bb<Them>(theirPawns);
+
+    e->passedPawns[Us] = e->pawnAttacksSpan[Us] = 0;
+    e->kingSquares[Us] = SQ_NONE;
+    e->pawnAttacks[Us] = pawn_attacks_bb<Us>(ourPawns);
 
     // 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);
+        Rank r = relative_rank(Us, 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);
+        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);
+        neighbours = ourPawns   & adjacent_files_bb(s);
         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))
+        support    = 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 safely advance. Phalanx and isolated
+        // pawns will be excluded when the pawn is scored.
+        backward =  !(neighbours & forward_ranks_bb(Them, s))
+                  && (stoppers & (leverPush | (s + Up)));
+
+        // A pawn is passed if one of the three following conditions is true:
+        // (a) there is no stoppers except some levers
+        // (b) the only stoppers are the leverPush, but we outnumber them
+        // (c) there is only one front stopper which can be levered.
+        passed =   !(stoppers ^ lever)
+                || (   !(stoppers ^ leverPush)
+                    && popcount(phalanx) >= popcount(leverPush))
+                || (   stoppers == square_bb(s + Up) && r >= RANK_5
+                    && (shift<Up>(support) & ~(theirPawns | doubleAttackThem)));
+
+        // Passed pawns will be properly scored later in evaluation when we have
+        // full attack info.
+        if (passed)
             e->passedPawns[Us] |= s;
 
-        else if (   stoppers == SquareBB[s + Up]
-                 && relative_rank(Us, s) >= RANK_5)
+        // Score this pawn
+        if (support | phalanx)
         {
-            b = shift<Up>(supported) & ~theirPawns;
-            while (b)
-                if (!more_than_one(theirPawns & PawnAttacks[Us][pop_lsb(&b)]))
-                    e->passedPawns[Us] |= s;
-        }
+            int v =  Connected[r] * (2 + bool(phalanx) - opposed)
+                   + 17 * popcount(support);
 
-        // Score this pawn
-        if (supported | phalanx)
-            score += Connected[opposed][bool(phalanx)][popcount(supported)][relative_rank(Us, s)];
+            score += make_score(v, v * (r - 2) / 4);
+        }
 
         else if (!neighbours)
-            score -= Isolated, e->weakUnopposed[Us] += !opposed;
+            score -= Isolated + WeakUnopposed * !opposed;
 
         else if (backward)
-            score -= Backward, e->weakUnopposed[Us] += !opposed;
+            score -= Backward + WeakUnopposed * !opposed;
 
-        if (doubled && !supported)
-            score -= Doubled;
+        if (!support)
+            score -=   Doubled * doubled
+                     + WeakLever * more_than_one(lever);
     }
 
     return score;
@@ -185,27 +154,6 @@ 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, 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);
-  }
-}
-
-
 /// 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
@@ -222,47 +170,44 @@ Entry* probe(const Position& pos) {
   e->key = key;
   e->scores[WHITE] = evaluate<WHITE>(pos, e);
   e->scores[BLACK] = evaluate<BLACK>(pos, e);
-  e->asymmetry = popcount(e->semiopenFiles[WHITE] ^ e->semiopenFiles[BLACK]);
-  e->openFiles = popcount(e->semiopenFiles[WHITE] & e->semiopenFiles[BLACK]);
 
   return e;
 }
 
 
-/// Entry::shelter_storm() calculates shelter and storm penalties for the file
-/// the king is on, as well as the two closest 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) {
-
-  const Color Them = (Us == WHITE ? BLACK : WHITE);
+Score Entry::evaluate_shelter(const Position& pos, Square ksq) {
 
-  enum { BlockedByKing, Unopposed, BlockedByPawn, Unblocked };
+  constexpr Color Them = (Us == WHITE ? BLACK : WHITE);
 
-  Bitboard b = pos.pieces(PAWN) & (forward_ranks_bb(Us, 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)));
 
+  Score bonus = make_score(5, 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;
+      int ourRank = b ? relative_rank(Us, frontmost_sq(Them, b)) : 0;
 
       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];
+      int theirRank = b ? relative_rank(Us, frontmost_sq(Them, b)) : 0;
+
+      File d = map_to_queenside(f);
+      bonus += make_score(ShelterStrength[d][ourRank], 0);
+
+      if (ourRank && (ourRank == theirRank - 1))
+          bonus -= BlockedStorm * int(theirRank == RANK_3);
+      else
+          bonus -= make_score(UnblockedStorm[d][theirRank], 0);
   }
 
-  return safety;
+  return bonus;
 }
 
 
@@ -270,30 +215,41 @@ 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);
-  int minKingPawnDistance = 0;
+  castlingRights[Us] = pos.castling_rights(Us);
 
-  Bitboard pawns = pos.pieces(Us, PAWN);
-  if (pawns)
-      while (!(DistanceRingBB[ksq][minKingPawnDistance++] & pawns)) {}
+  Score shelters[3] = { evaluate_shelter<Us>(pos, ksq),
+                        make_score(-VALUE_INFINITE, 0),
+                        make_score(-VALUE_INFINITE, 0) };
 
-  Value bonus = shelter_storm<Us>(pos, ksq);
+  // If we can castle use the bonus after castling if it is bigger
+  if (pos.can_castle(Us & KING_SIDE))
+      shelters[1] = evaluate_shelter<Us>(pos, relative_square(Us, SQ_G1));
 
-  // 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 & QUEEN_SIDE))
+      shelters[2] = evaluate_shelter<Us>(pos, relative_square(Us, SQ_C1));
+
+  for (int i : {1, 2})
+     if (mg_value(shelters[i]) > mg_value(shelters[0]))
+         shelters[0] = shelters[i];
+
+  // In endgame we like to bring our king near our closest pawn
+  Bitboard pawns = pos.pieces(Us, PAWN);
+  int minPawnDist = pawns ? 8 : 0;
 
-  if (pos.can_castle(MakeCastling<Us, QUEEN_SIDE>::right))
-      bonus = std::max(bonus, shelter_storm<Us>(pos, relative_square(Us, SQ_C1)));
+  if (pawns & PseudoAttacks[KING][ksq])
+      minPawnDist = 1;
+  else while (pawns)
+      minPawnDist = std::min(minPawnDist, distance(ksq, pop_lsb(&pawns)));
 
-  return make_score(bonus, -16 * minKingPawnDistance);
+  return shelters[0] - make_score(0, 16 * minPawnDist);
 }
 
 // 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