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[stockfish] / src / movepick.cpp
index 486fec0fbe3177f0e871723f7be8872488ed1b8f..0267a8e2e6f0418074bfbc172bf72335651dfb50 100644 (file)
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 /*
   Stockfish, a UCI chess playing engine derived from Glaurung 2.1
-  Copyright (C) 2004-2008 Tord Romstad (Glaurung author)
-  Copyright (C) 2008-2012 Marco Costalba, Joona Kiiski, Tord Romstad
+  Copyright (C) 2004-2023 The Stockfish developers (see AUTHORS file)
 
   Stockfish is free software: you can redistribute it and/or modify
   it under the terms of the GNU General Public License as published by
   the Free Software Foundation, either version 3 of the License, or
   (at your option) any later version.
 
-
   Stockfish is distributed in the hope that it will be useful,
   but WITHOUT ANY WARRANTY; without even the implied warranty of
   MERCHANTABILITY or FITNESS FOR A PARTICULAR PURPOSE.  See the
   along with this program.  If not, see <http://www.gnu.org/licenses/>.
 */
 
+#include "movepick.h"
+
 #include <algorithm>
 #include <cassert>
+#include <iterator>
+#include <utility>
 
-#include "movegen.h"
-#include "movepick.h"
+#include "bitboard.h"
+#include "position.h"
+
+namespace Stockfish {
 
 namespace {
 
-  enum Sequencer {
-    MAIN_SEARCH, CAPTURES_S1, KILLERS_S1, QUIETS_1_S1, QUIETS_2_S1, BAD_CAPTURES_S1,
-    EVASION,     EVASIONS_S2,
-    QSEARCH_0,   CAPTURES_S3, QUIET_CHECKS_S3,
-    QSEARCH_1,   CAPTURES_S4,
-    PROBCUT,     CAPTURES_S5,
-    RECAPTURE,   CAPTURES_S6,
-    STOP
-  };
-
-  // Unary predicate used by std::partition to split positive scores from remaining
-  // ones so to sort separately the two sets, and with the second sort delayed.
-  inline bool has_positive_score(const MoveStack& move) { return move.score > 0; }
-
-  // Picks and moves to the front the best move in the range [firstMove, lastMove),
-  // it is faster than sorting all the moves in advance when moves are few, as
-  // normally are the possible captures.
-  inline MoveStack* pick_best(MoveStack* firstMove, MoveStack* lastMove)
-  {
-      std::swap(*firstMove, *std::max_element(firstMove, lastMove));
-      return firstMove;
-  }
+enum Stages {
+    // generate main search moves
+    MAIN_TT,
+    CAPTURE_INIT,
+    GOOD_CAPTURE,
+    REFUTATION,
+    QUIET_INIT,
+    QUIET,
+    BAD_CAPTURE,
+
+    // generate evasion moves
+    EVASION_TT,
+    EVASION_INIT,
+    EVASION,
+
+    // generate probcut moves
+    PROBCUT_TT,
+    PROBCUT_INIT,
+    PROBCUT,
+
+    // generate qsearch moves
+    QSEARCH_TT,
+    QCAPTURE_INIT,
+    QCAPTURE,
+    QCHECK_INIT,
+    QCHECK
+};
+
+// Sort moves in descending order up to and including
+// a given limit. The order of moves smaller than the limit is left unspecified.
+void partial_insertion_sort(ExtMove* begin, ExtMove* end, int limit) {
+
+    for (ExtMove *sortedEnd = begin, *p = begin + 1; p < end; ++p)
+        if (p->value >= limit)
+        {
+            ExtMove tmp = *p, *q;
+            *p          = *++sortedEnd;
+            for (q = sortedEnd; q != begin && *(q - 1) < tmp; --q)
+                *q = *(q - 1);
+            *q = tmp;
+        }
 }
 
-
-/// Constructors of the MovePicker class. As arguments we pass information
-/// to help it to return the presumably good moves first, to decide which
-/// moves to return (in the quiescence search, for instance, we only want to
-/// search captures, promotions and some checks) and about how important good
-/// move ordering is at the current node.
-
-MovePicker::MovePicker(const Position& p, Move ttm, Depth d, const History& h,
-                       Search::Stack* ss, Value beta) : pos(p), H(h), depth(d) {
-
-  assert(d > DEPTH_ZERO);
-
-  captureThreshold = 0;
-  curMove = lastMove = moves;
-  badCaptures = moves + MAX_MOVES;
-
-  if (p.in_check())
-      phase = EVASION;
-
-  else
-  {
-      phase = MAIN_SEARCH;
-
-      killers[0].move = ss->killers[0];
-      killers[1].move = ss->killers[1];
-
-      // Consider sligtly negative captures as good if at low depth and far from beta
-      if (ss && ss->eval < beta - PawnValueMidgame && d < 3 * ONE_PLY)
-          captureThreshold = -PawnValueMidgame;
-
-      // Consider negative captures as good if still enough to reach beta
-      else if (ss && ss->eval > beta)
-          captureThreshold = beta - ss->eval;
-  }
-
-  ttMove = (ttm && pos.is_pseudo_legal(ttm) ? ttm : MOVE_NONE);
-  lastMove += (ttMove != MOVE_NONE);
+}  // namespace
+
+
+// Constructors of the MovePicker class. As arguments, we pass information
+// to help it return the (presumably) good moves first, to decide which
+// moves to return (in the quiescence search, for instance, we only want to
+// search captures, promotions, and some checks) and how important a good
+// move ordering is at the current node.
+
+// MovePicker constructor for the main search
+MovePicker::MovePicker(const Position&              p,
+                       Move                         ttm,
+                       Depth                        d,
+                       const ButterflyHistory*      mh,
+                       const CapturePieceToHistory* cph,
+                       const PieceToHistory**       ch,
+                       const PawnHistory*           ph,
+                       Move                         cm,
+                       const Move*                  killers) :
+    pos(p),
+    mainHistory(mh),
+    captureHistory(cph),
+    continuationHistory(ch),
+    pawnHistory(ph),
+    ttMove(ttm),
+    refutations{{killers[0], 0}, {killers[1], 0}, {cm, 0}},
+    depth(d) {
+    assert(d > 0);
+
+    stage = (pos.checkers() ? EVASION_TT : MAIN_TT) + !(ttm && pos.pseudo_legal(ttm));
 }
 
-MovePicker::MovePicker(const Position& p, Move ttm, Depth d, const History& h,
-                       Square sq) : pos(p), H(h), curMove(moves), lastMove(moves) {
-
-  assert(d <= DEPTH_ZERO);
-
-  if (p.in_check())
-      phase = EVASION;
-
-  else if (d > DEPTH_QS_NO_CHECKS)
-      phase = QSEARCH_0;
-
-  else if (d > DEPTH_QS_RECAPTURES)
-  {
-      phase = QSEARCH_1;
-
-      // Skip TT move if is not a capture or a promotion, this avoids qsearch
-      // tree explosion due to a possible perpetual check or similar rare cases
-      // when TT table is full.
-      if (ttm && !pos.is_capture_or_promotion(ttm))
-          ttm = MOVE_NONE;
-  }
-  else
-  {
-      phase = RECAPTURE;
-      recaptureSquare = sq;
-      ttm = MOVE_NONE;
-  }
-
-  ttMove = (ttm && pos.is_pseudo_legal(ttm) ? ttm : MOVE_NONE);
-  lastMove += (ttMove != MOVE_NONE);
+// Constructor for quiescence search
+MovePicker::MovePicker(const Position&              p,
+                       Move                         ttm,
+                       Depth                        d,
+                       const ButterflyHistory*      mh,
+                       const CapturePieceToHistory* cph,
+                       const PieceToHistory**       ch,
+                       const PawnHistory*           ph) :
+    pos(p),
+    mainHistory(mh),
+    captureHistory(cph),
+    continuationHistory(ch),
+    pawnHistory(ph),
+    ttMove(ttm),
+    depth(d) {
+    assert(d <= 0);
+
+    stage = (pos.checkers() ? EVASION_TT : QSEARCH_TT) + !(ttm && pos.pseudo_legal(ttm));
 }
 
-MovePicker::MovePicker(const Position& p, Move ttm, const History& h, PieceType pt)
-                       : pos(p), H(h), curMove(moves), lastMove(moves) {
-
-  assert(!pos.in_check());
-
-  phase = PROBCUT;
-
-  // In ProbCut we generate only captures better than parent's captured piece
-  captureThreshold = PieceValueMidgame[pt];
-  ttMove = (ttm && pos.is_pseudo_legal(ttm) ? ttm : MOVE_NONE);
-
-  if (ttMove && (!pos.is_capture(ttMove) ||  pos.see(ttMove) <= captureThreshold))
-      ttMove = MOVE_NONE;
-
-  lastMove += (ttMove != MOVE_NONE);
+// Constructor for ProbCut: we generate captures with SEE greater
+// than or equal to the given threshold.
+MovePicker::MovePicker(const Position& p, Move ttm, Value th, const CapturePieceToHistory* cph) :
+    pos(p),
+    captureHistory(cph),
+    ttMove(ttm),
+    threshold(th) {
+    assert(!pos.checkers());
+
+    stage = PROBCUT_TT
+          + !(ttm && pos.capture_stage(ttm) && pos.pseudo_legal(ttm) && pos.see_ge(ttm, threshold));
 }
 
-
-/// MovePicker::score_captures(), MovePicker::score_noncaptures() and
-/// MovePicker::score_evasions() assign a numerical move ordering score
-/// to each move in a move list.  The moves with highest scores will be
-/// picked first by next_move().
-
-void MovePicker::score_captures() {
-  // Winning and equal captures in the main search are ordered by MVV/LVA.
-  // Suprisingly, this appears to perform slightly better than SEE based
-  // move ordering. The reason is probably that in a position with a winning
-  // capture, capturing a more valuable (but sufficiently defended) piece
-  // first usually doesn't hurt. The opponent will have to recapture, and
-  // the hanging piece will still be hanging (except in the unusual cases
-  // where it is possible to recapture with the hanging piece). Exchanging
-  // big pieces before capturing a hanging piece probably helps to reduce
-  // the subtree size.
-  // In main search we want to push captures with negative SEE values to
-  // badCaptures[] array, but instead of doing it now we delay till when
-  // the move has been picked up in pick_move_from_list(), this way we save
-  // some SEE calls in case we get a cutoff (idea from Pablo Vazquez).
-  Move m;
-
-  for (MoveStack* cur = moves; cur != lastMove; cur++)
-  {
-      m = cur->move;
-      cur->score =  PieceValueMidgame[pos.piece_on(to_sq(m))]
-                  - type_of(pos.piece_moved(m));
-
-      if (is_promotion(m))
-          cur->score += PieceValueMidgame[promotion_piece_type(m)];
-  }
+// Assigns a numerical value to each move in a list, used
+// for sorting. Captures are ordered by Most Valuable Victim (MVV), preferring
+// captures with a good history. Quiets moves are ordered using the history tables.
+template<GenType Type>
+void MovePicker::score() {
+
+    static_assert(Type == CAPTURES || Type == QUIETS || Type == EVASIONS, "Wrong type");
+
+    [[maybe_unused]] Bitboard threatenedByPawn, threatenedByMinor, threatenedByRook,
+      threatenedPieces;
+    if constexpr (Type == QUIETS)
+    {
+        Color us = pos.side_to_move();
+
+        threatenedByPawn = pos.attacks_by<PAWN>(~us);
+        threatenedByMinor =
+          pos.attacks_by<KNIGHT>(~us) | pos.attacks_by<BISHOP>(~us) | threatenedByPawn;
+        threatenedByRook = pos.attacks_by<ROOK>(~us) | threatenedByMinor;
+
+        // Pieces threatened by pieces of lesser material value
+        threatenedPieces = (pos.pieces(us, QUEEN) & threatenedByRook)
+                         | (pos.pieces(us, ROOK) & threatenedByMinor)
+                         | (pos.pieces(us, KNIGHT, BISHOP) & threatenedByPawn);
+    }
+
+    for (auto& m : *this)
+        if constexpr (Type == CAPTURES)
+            m.value =
+              (7 * int(PieceValue[pos.piece_on(to_sq(m))])
+               + (*captureHistory)[pos.moved_piece(m)][to_sq(m)][type_of(pos.piece_on(to_sq(m)))])
+              / 16;
+
+        else if constexpr (Type == QUIETS)
+        {
+            Piece     pc   = pos.moved_piece(m);
+            PieceType pt   = type_of(pos.moved_piece(m));
+            Square    from = from_sq(m);
+            Square    to   = to_sq(m);
+
+            // histories
+            m.value = 2 * (*mainHistory)[pos.side_to_move()][from_to(m)];
+            m.value += 2 * (*pawnHistory)[pawn_structure(pos)][pc][to];
+            m.value += 2 * (*continuationHistory[0])[pc][to];
+            m.value += (*continuationHistory[1])[pc][to];
+            m.value += (*continuationHistory[2])[pc][to] / 4;
+            m.value += (*continuationHistory[3])[pc][to];
+            m.value += (*continuationHistory[5])[pc][to];
+
+            // bonus for checks
+            m.value += bool(pos.check_squares(pt) & to) * 16384;
+
+            // bonus for escaping from capture
+            m.value += threatenedPieces & from ? (pt == QUEEN && !(to & threatenedByRook)   ? 50000
+                                                  : pt == ROOK && !(to & threatenedByMinor) ? 25000
+                                                  : !(to & threatenedByPawn)                ? 15000
+                                                                                            : 0)
+                                               : 0;
+
+            // malus for putting piece en prise
+            m.value -= !(threatenedPieces & from)
+                       ? (pt == QUEEN ? bool(to & threatenedByRook) * 50000
+                                          + bool(to & threatenedByMinor) * 10000
+                                          + bool(to & threatenedByPawn) * 20000
+                          : pt == ROOK ? bool(to & threatenedByMinor) * 25000
+                                           + bool(to & threatenedByPawn) * 10000
+                          : pt != PAWN ? bool(to & threatenedByPawn) * 15000
+                                       : 0)
+                       : 0;
+        }
+
+        else  // Type == EVASIONS
+        {
+            if (pos.capture_stage(m))
+                m.value = PieceValue[pos.piece_on(to_sq(m))] - Value(type_of(pos.moved_piece(m)))
+                        + (1 << 28);
+            else
+                m.value = (*mainHistory)[pos.side_to_move()][from_to(m)]
+                        + (*continuationHistory[0])[pos.moved_piece(m)][to_sq(m)]
+                        + (*pawnHistory)[pawn_structure(pos)][pos.moved_piece(m)][to_sq(m)];
+        }
 }
 
-void MovePicker::score_noncaptures() {
+// Returns the next move satisfying a predicate function.
+// It never returns the TT move.
+template<MovePicker::PickType T, typename Pred>
+Move MovePicker::select(Pred filter) {
 
-  Move m;
-  Square from;
+    while (cur < endMoves)
+    {
+        if constexpr (T == Best)
+            std::swap(*cur, *std::max_element(cur, endMoves));
 
-  for (MoveStack* cur = moves; cur != lastMove; cur++)
-  {
-      m = cur->move;
-      from = from_sq(m);
-      cur->score = H.value(pos.piece_on(from), to_sq(m));
-  }
-}
+        if (*cur != ttMove && filter())
+            return *cur++;
 
-void MovePicker::score_evasions() {
-  // Try good captures ordered by MVV/LVA, then non-captures if destination square
-  // is not under attack, ordered by history value, then bad-captures and quiet
-  // moves with a negative SEE. This last group is ordered by the SEE score.
-  Move m;
-  int seeScore;
-
-  if (lastMove < moves + 2)
-      return;
-
-  for (MoveStack* cur = moves; cur != lastMove; cur++)
-  {
-      m = cur->move;
-      if ((seeScore = pos.see_sign(m)) < 0)
-          cur->score = seeScore - History::MaxValue; // Be sure we are at the bottom
-      else if (pos.is_capture(m))
-          cur->score =  PieceValueMidgame[pos.piece_on(to_sq(m))]
-                      - type_of(pos.piece_moved(m)) + History::MaxValue;
-      else
-          cur->score = H.value(pos.piece_moved(m), to_sq(m));
-  }
+        cur++;
+    }
+    return MOVE_NONE;
 }
 
-
-/// MovePicker::generate_next() generates, scores and sorts the next bunch of moves,
-/// when there are no more moves to try for the current phase.
-
-void MovePicker::generate_next() {
-
-  curMove = moves;
-
-  switch (++phase) {
-
-  case CAPTURES_S1: case CAPTURES_S3: case CAPTURES_S4: case CAPTURES_S5: case CAPTURES_S6:
-      lastMove = generate<MV_CAPTURE>(pos, moves);
-      score_captures();
-      return;
-
-  case KILLERS_S1:
-      curMove = killers;
-      lastMove = curMove + 2;
-      return;
-
-  case QUIETS_1_S1:
-      lastQuiet = lastMove = generate<MV_QUIET>(pos, moves);
-      score_noncaptures();
-      lastMove = std::partition(curMove, lastMove, has_positive_score);
-      sort<MoveStack>(curMove, lastMove);
-      return;
-
-  case QUIETS_2_S1:
-      curMove = lastMove;
-      lastMove = lastQuiet;
-      if (depth >= 3 * ONE_PLY)
-          sort<MoveStack>(curMove, lastMove);
-      return;
-
-  case BAD_CAPTURES_S1:
-      // Bad captures SEE value is already calculated so just pick them in order
-      // to get SEE move ordering.
-      curMove = badCaptures;
-      lastMove = moves + MAX_MOVES;
-      return;
-
-  case EVASIONS_S2:
-      lastMove = generate<MV_EVASION>(pos, moves);
-      score_evasions();
-      return;
-
-  case QUIET_CHECKS_S3:
-      lastMove = generate<MV_QUIET_CHECK>(pos, moves);
-      return;
-
-  case EVASION: case QSEARCH_0: case QSEARCH_1: case PROBCUT: case RECAPTURE:
-      phase = STOP;
-  case STOP:
-      lastMove = curMove + 1; // Avoid another next_phase() call
-      return;
-
-  default:
-      assert(false);
-  }
+// Most important method of the MovePicker class. It
+// returns a new pseudo-legal move every time it is called until there are no more
+// moves left, picking the move with the highest score from a list of generated moves.
+Move MovePicker::next_move(bool skipQuiets) {
+
+top:
+    switch (stage)
+    {
+
+    case MAIN_TT :
+    case EVASION_TT :
+    case QSEARCH_TT :
+    case PROBCUT_TT :
+        ++stage;
+        return ttMove;
+
+    case CAPTURE_INIT :
+    case PROBCUT_INIT :
+    case QCAPTURE_INIT :
+        cur = endBadCaptures = moves;
+        endMoves             = generate<CAPTURES>(pos, cur);
+
+        score<CAPTURES>();
+        partial_insertion_sort(cur, endMoves, std::numeric_limits<int>::min());
+        ++stage;
+        goto top;
+
+    case GOOD_CAPTURE :
+        if (select<Next>([&]() {
+                // Move losing capture to endBadCaptures to be tried later
+                return pos.see_ge(*cur, Value(-cur->value)) ? true
+                                                            : (*endBadCaptures++ = *cur, false);
+            }))
+            return *(cur - 1);
+
+        // Prepare the pointers to loop over the refutations array
+        cur      = std::begin(refutations);
+        endMoves = std::end(refutations);
+
+        // If the countermove is the same as a killer, skip it
+        if (refutations[0].move == refutations[2].move
+            || refutations[1].move == refutations[2].move)
+            --endMoves;
+
+        ++stage;
+        [[fallthrough]];
+
+    case REFUTATION :
+        if (select<Next>([&]() {
+                return *cur != MOVE_NONE && !pos.capture_stage(*cur) && pos.pseudo_legal(*cur);
+            }))
+            return *(cur - 1);
+        ++stage;
+        [[fallthrough]];
+
+    case QUIET_INIT :
+        if (!skipQuiets)
+        {
+            cur      = endBadCaptures;
+            endMoves = generate<QUIETS>(pos, cur);
+
+            score<QUIETS>();
+            partial_insertion_sort(cur, endMoves, -1960 - 3130 * depth);
+        }
+
+        ++stage;
+        [[fallthrough]];
+
+    case QUIET :
+        if (!skipQuiets && select<Next>([&]() {
+                return *cur != refutations[0].move && *cur != refutations[1].move
+                    && *cur != refutations[2].move;
+            }))
+            return *(cur - 1);
+
+        // Prepare the pointers to loop over the bad captures
+        cur      = moves;
+        endMoves = endBadCaptures;
+
+        ++stage;
+        [[fallthrough]];
+
+    case BAD_CAPTURE :
+        return select<Next>([]() { return true; });
+
+    case EVASION_INIT :
+        cur      = moves;
+        endMoves = generate<EVASIONS>(pos, cur);
+
+        score<EVASIONS>();
+        ++stage;
+        [[fallthrough]];
+
+    case EVASION :
+        return select<Best>([]() { return true; });
+
+    case PROBCUT :
+        return select<Next>([&]() { return pos.see_ge(*cur, threshold); });
+
+    case QCAPTURE :
+        if (select<Next>([]() { return true; }))
+            return *(cur - 1);
+
+        // If we did not find any move and we do not try checks, we have finished
+        if (depth != DEPTH_QS_CHECKS)
+            return MOVE_NONE;
+
+        ++stage;
+        [[fallthrough]];
+
+    case QCHECK_INIT :
+        cur      = moves;
+        endMoves = generate<QUIET_CHECKS>(pos, cur);
+
+        ++stage;
+        [[fallthrough]];
+
+    case QCHECK :
+        return select<Next>([]() { return true; });
+    }
+
+    assert(false);
+    return MOVE_NONE;  // Silence warning
 }
 
-
-/// MovePicker::next_move() is the most important method of the MovePicker class.
-/// It returns a new pseudo legal move every time it is called, until there
-/// are no more moves left. It picks the move with the biggest score from a list
-/// of generated moves taking care not to return the tt move if has already been
-/// searched previously. Note that this function is not thread safe so should be
-/// lock protected by caller when accessed through a shared MovePicker object.
-
-Move MovePicker::next_move() {
-
-  Move move;
-
-  while (true)
-  {
-      while (curMove == lastMove)
-          generate_next();
-
-      switch (phase) {
-
-      case MAIN_SEARCH: case EVASION: case QSEARCH_0: case QSEARCH_1: case PROBCUT:
-          curMove++;
-          return ttMove;
-
-      case CAPTURES_S1:
-          move = pick_best(curMove++, lastMove)->move;
-          if (move != ttMove)
-          {
-              assert(captureThreshold <= 0); // Otherwise we cannot use see_sign()
-
-              int seeScore = pos.see_sign(move);
-              if (seeScore >= captureThreshold)
-                  return move;
-
-              // Losing capture, move it to the tail of the array
-              (--badCaptures)->move = move;
-              badCaptures->score = seeScore;
-          }
-          break;
-
-      case KILLERS_S1:
-          move = (curMove++)->move;
-          if (   move != MOVE_NONE
-              && pos.is_pseudo_legal(move)
-              && move != ttMove
-              && !pos.is_capture(move))
-              return move;
-          break;
-
-      case QUIETS_1_S1: case QUIETS_2_S1:
-          move = (curMove++)->move;
-          if (   move != ttMove
-              && move != killers[0].move
-              && move != killers[1].move)
-              return move;
-          break;
-
-      case BAD_CAPTURES_S1:
-          move = pick_best(curMove++, lastMove)->move;
-          return move;
-
-      case EVASIONS_S2: case CAPTURES_S3: case CAPTURES_S4:
-          move = pick_best(curMove++, lastMove)->move;
-          if (move != ttMove)
-              return move;
-          break;
-
-      case CAPTURES_S5:
-           move = pick_best(curMove++, lastMove)->move;
-           if (move != ttMove && pos.see(move) > captureThreshold)
-               return move;
-           break;
-
-      case CAPTURES_S6:
-          move = pick_best(curMove++, lastMove)->move;
-          if (to_sq(move) == recaptureSquare)
-              return move;
-          break;
-
-      case QUIET_CHECKS_S3:
-          move = (curMove++)->move;
-          if (move != ttMove)
-              return move;
-          break;
-
-      case STOP:
-          return MOVE_NONE;
-
-      default:
-          assert(false);
-      }
-  }
-}
+}  // namespace Stockfish