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Retire lever (#1378)
[stockfish] / src / pawns.cpp
index 5768eb3e8107e86ad50d518027dc216e8a4aa21c..ceacca82d53b8932fe8526fbbfdc97116ba3992e 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) 2008-2014 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
 #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 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 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) } };
-
-  // Backward pawn penalty by opposed flag and file
-  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) } };
-
-  // Connected pawn bonus by file and rank (initialized by formula)
-  Score Connected[FILE_NB][RANK_NB];
-
-  // Candidate passed pawn bonus by rank
-  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) };
-
-  // Bonus for file distance of the two outermost pawns
-  const Score PawnsFileSpan = S(0, 15);
-
-  // Unsupported pawn penalty
-  const Score UnsupportedPawnPenalty = S(20, 10);
-
-  // 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) };
-
-  // 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(160), V(25), V(13) } };
+  // 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( 97), V(17), V( 9), V(44), V( 84), V( 87), V( 99) }, // Not On King file
+      { V(106), V( 6), V(33), V(86), V( 87), V(104), V(112) },
+      { V(101), V( 2), V(65), V(98), V( 58), V( 89), V(115) },
+      { V( 73), V( 7), V(54), V(73), V( 84), V( 83), V(111) } },
+    { { V(104), V(20), V( 6), V(27), V( 86), V( 93), V( 82) }, // On King file
+      { V(123), V( 9), V(34), V(96), V(112), V( 88), V( 75) },
+      { V(120), V(25), V(65), V(91), V( 66), V( 78), V(117) },
+      { V( 81), V( 2), V(47), V(63), V( 94), V( 93), V(104) } }
+  };
+
+  // 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(263);
+  const Value MaxSafetyBonus = V(258);
 
   #undef S
   #undef V
@@ -84,26 +88,26 @@ 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);
+    const Color     Them  = (Us == WHITE ? BLACK      : WHITE);
+    const Direction Up    = (Us == WHITE ? NORTH      : SOUTH);
+    const Direction Right = (Us == WHITE ? NORTH_EAST : SOUTH_WEST);
+    const Direction Left  = (Us == WHITE ? NORTH_WEST : SOUTH_EAST);
 
-    Bitboard b, p, doubled;
+    Bitboard b, neighbours, stoppers, doubled, supported, phalanx;
+    Bitboard lever, leverPush;
     Square s;
-    File f;
-    bool passed, isolated, opposed, connected, backward, candidate, unsupported;
-    Score value = SCORE_ZERO;
-    const Square* pl = pos.list<PAWN>(Us);
+    bool opposed, backward;
+    Score score = SCORE_ZERO;
+    const Square* pl = pos.squares<PAWN>(Us);
 
-    Bitboard ourPawns = pos.pieces(Us, PAWN);
+    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->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->pawnsOnSquares[Us][BLACK] = popcount<Max15>(ourPawns & DarkSquares);
+    e->kingSquares[Us]   = SQ_NONE;
+    e->pawnAttacks[Us]   = shift<Right>(ourPawns) | shift<Left>(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
@@ -111,169 +115,151 @@ namespace {
     {
         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))
+        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
         {
-            // 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;
-        }
+            // Find the backmost rank with neighbours or stoppers
+            b = rank_bb(backmost_sq(Us, neighbours | stoppers));
 
-        assert(opposed | passed | (pawn_attack_span(Us, s) & theirPawns));
+            // 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;
 
-        // 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);
+            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 passed pawns. Only the frontmost passed
-        // pawn on each file is considered a true passed pawn.
-        if (passed && !doubled)
+        // 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;
 
-        // Score this pawn
-        if (isolated)
-            value -= Isolated[opposed][f];
-
-        if (unsupported && !isolated)
-            value -= UnsupportedPawnPenalty;
-
-        if (doubled)
-            value -= Doubled[f] / rank_distance(s, lsb(doubled));
+        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;
+        }
 
-        if (backward)
-            value -= Backward[opposed][f];
+        // Score this pawn
+        if (supported | phalanx)
+            score += Connected[opposed][bool(phalanx)][popcount(supported)][relative_rank(Us, s)];
 
-        if (connected)
-            value += Connected[f][relative_rank(Us, s)];
+        else if (!neighbours)
+            score -= Isolated, e->weakUnopposed[Us] += !opposed;
 
-        if (candidate)
-        {
-            value += CandidatePassed[relative_rank(Us, s)];
+        else if (backward)
+            score -= Backward, e->weakUnopposed[Us] += !opposed;
 
-            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));
+        if (doubled && !supported)
+            score -= Doubled;
     }
 
-    return value;
+    return score;
   }
 
 } // namespace
 
 namespace Pawns {
 
-/// init() initializes some tables by formula instead of hard-coding their values
+/// 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() {
 
-  const int bonusesByFile[8] = { 1, 3, 3, 4, 4, 3, 3, 1 };
-  int bonus;
+  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;
 
-  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);
-      }
+      Connected[opposed][phalanx][support][r] = make_score(v, v * (r - 2) / 4);
+  }
 }
 
 
-/// 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::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, Table& entries) {
+Entry* probe(const Position& pos) {
 
   Key key = pos.pawn_key();
-  Entry* e = entries[key];
+  Entry* e = pos.this_thread()->pawnsTable[key];
 
   if (e->key == key)
       return e;
 
   e->key = key;
-  e->value = evaluate<WHITE>(pos, e) - evaluate<BLACK>(pos, e);
+  e->score = evaluate<WHITE>(pos, e) - 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 adjacent files.
+/// the king is on, as well as the two closest files.
 
 template<Color Us>
 Value Entry::shelter_storm(const Position& pos, Square ksq) {
 
   const Color Them = (Us == WHITE ? BLACK : WHITE);
-  static const Bitboard MiddleEdges = (FileABB | FileHBB) & (Rank2BB | Rank3BB);
 
-  Value safety = MaxSafetyBonus;
-  Bitboard b = pos.pieces(PAWN) & (in_front_bb(Us, rank_of(ksq)) | rank_bb(ksq));
+  enum { BlockedByKing, Unopposed, BlockedByPawn, Unblocked };
+
+  Bitboard b = pos.pieces(PAWN) & (forward_ranks_bb(Us, 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)));
+  Value safety = MaxSafetyBonus;
+  File center = std::max(FILE_B, std::min(FILE_G, file_of(ksq)));
 
-  for (File f = kf - File(1); f <= kf + File(1); ++f)
+  for (File f = File(center - 1); f <= File(center + 1); ++f)
   {
       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 += 200;
-      else
-          safety -= ShelterWeakness[rkUs]
-                  + StormDanger[rkUs == RANK_1 ? 0 : rkThem == rkUs + 1 ? 2 : 1][rkThem];
+      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 safety;
@@ -288,14 +274,11 @@ Score Entry::do_king_safety(const Position& pos, Square ksq) {
 
   kingSquares[Us] = ksq;
   castlingRights[Us] = pos.can_castle(Us);
-  minKPdistance[Us] = 0;
+  int minKingPawnDistance = 0;
 
   Bitboard pawns = pos.pieces(Us, PAWN);
   if (pawns)
-      while (!(DistanceRingsBB[ksq][minKPdistance[Us]++] & pawns)) {}
-
-  if (relative_rank(Us, ksq) > RANK_4)
-      return make_score(0, -16 * minKPdistance[Us]);
+      while (!(DistanceRingBB[ksq][minKingPawnDistance++] & pawns)) {}
 
   Value bonus = shelter_storm<Us>(pos, ksq);
 
@@ -306,7 +289,7 @@ Score Entry::do_king_safety(const Position& pos, Square ksq) {
   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 * minKPdistance[Us]);
+  return make_score(bonus, -16 * minKingPawnDistance);
 }
 
 // Explicit template instantiation