Improve ordering of good captures using rank term
[stockfish] / src / movepick.cpp
1 /*
2   Stockfish, a UCI chess playing engine derived from Glaurung 2.1
3   Copyright (C) 2004-2008 Tord Romstad (Glaurung author)
4   Copyright (C) 2008-2015 Marco Costalba, Joona Kiiski, Tord Romstad
5
6   Stockfish is free software: you can redistribute it and/or modify
7   it under the terms of the GNU General Public License as published by
8   the Free Software Foundation, either version 3 of the License, or
9   (at your option) any later version.
10
11
12   Stockfish is distributed in the hope that it will be useful,
13   but WITHOUT ANY WARRANTY; without even the implied warranty of
14   MERCHANTABILITY or FITNESS FOR A PARTICULAR PURPOSE.  See the
15   GNU General Public License for more details.
16
17   You should have received a copy of the GNU General Public License
18   along with this program.  If not, see <http://www.gnu.org/licenses/>.
19 */
20
21 #include <cassert>
22
23 #include "movepick.h"
24 #include "thread.h"
25
26 namespace {
27
28   enum Stages {
29     MAIN_SEARCH, CAPTURES_S1, KILLERS_S1, QUIETS_1_S1, QUIETS_2_S1, BAD_CAPTURES_S1,
30     EVASION,     EVASIONS_S2,
31     QSEARCH_0,   CAPTURES_S3, QUIET_CHECKS_S3,
32     QSEARCH_1,   CAPTURES_S4,
33     PROBCUT,     CAPTURES_S5,
34     RECAPTURE,   CAPTURES_S6,
35     STOP
36   };
37
38   // Our insertion sort, which is guaranteed to be stable, as it should be
39   void insertion_sort(ExtMove* begin, ExtMove* end)
40   {
41     ExtMove tmp, *p, *q;
42
43     for (p = begin + 1; p < end; ++p)
44     {
45         tmp = *p;
46         for (q = p; q != begin && *(q-1) < tmp; --q)
47             *q = *(q-1);
48         *q = tmp;
49     }
50   }
51
52   // pick_best() finds the best move in the range (begin, end) and moves it to
53   // the front. It's faster than sorting all the moves in advance when there
54   // are few moves e.g. the possible captures.
55   Move pick_best(ExtMove* begin, ExtMove* end)
56   {
57       std::swap(*begin, *std::max_element(begin, end));
58       return *begin;
59   }
60
61 } // namespace
62
63
64 /// Constructors of the MovePicker class. As arguments we pass information
65 /// to help it to return the (presumably) good moves first, to decide which
66 /// moves to return (in the quiescence search, for instance, we only want to
67 /// search captures, promotions and some checks) and how important good move
68 /// ordering is at the current node.
69
70 MovePicker::MovePicker(const Position& p, Move ttm, Depth d, const HistoryStats& h, const CounterMovesHistoryStats& cmh,
71                        Move cm, Search::Stack* s) : pos(p), history(h), counterMovesHistory(cmh), depth(d) {
72
73   assert(d > DEPTH_ZERO);
74
75   endBadCaptures = moves + MAX_MOVES - 1;
76   countermove = cm;
77   ss = s;
78
79   if (pos.checkers())
80       stage = EVASION;
81
82   else
83       stage = MAIN_SEARCH;
84
85   ttMove = (ttm && pos.pseudo_legal(ttm) ? ttm : MOVE_NONE);
86   endMoves += (ttMove != MOVE_NONE);
87 }
88
89 MovePicker::MovePicker(const Position& p, Move ttm, Depth d, const HistoryStats& h, const CounterMovesHistoryStats& cmh,
90                        Square s) : pos(p), history(h), counterMovesHistory(cmh) {
91
92   assert(d <= DEPTH_ZERO);
93
94   if (pos.checkers())
95       stage = EVASION;
96
97   else if (d > DEPTH_QS_NO_CHECKS)
98       stage = QSEARCH_0;
99
100   else if (d > DEPTH_QS_RECAPTURES)
101       stage = QSEARCH_1;
102
103   else
104   {
105       stage = RECAPTURE;
106       recaptureSquare = s;
107       ttm = MOVE_NONE;
108   }
109
110   ttMove = (ttm && pos.pseudo_legal(ttm) ? ttm : MOVE_NONE);
111   endMoves += (ttMove != MOVE_NONE);
112 }
113
114 MovePicker::MovePicker(const Position& p, Move ttm, const HistoryStats& h, const CounterMovesHistoryStats& cmh, PieceType pt)
115                        : pos(p), history(h), counterMovesHistory(cmh) {
116
117   assert(!pos.checkers());
118
119   stage = PROBCUT;
120
121   // In ProbCut we generate only captures that are better than the parent's
122   // captured piece.
123   captureThreshold = PieceValue[MG][pt];
124   ttMove = (ttm && pos.pseudo_legal(ttm) ? ttm : MOVE_NONE);
125
126   if (ttMove && (!pos.capture(ttMove) || pos.see(ttMove) <= captureThreshold))
127       ttMove = MOVE_NONE;
128
129   endMoves += (ttMove != MOVE_NONE);
130 }
131
132
133 /// score() assign a numerical value to each move in a move list. The moves with
134 /// highest values will be picked first.
135 template<>
136 void MovePicker::score<CAPTURES>() {
137   // Winning and equal captures in the main search are ordered by MVV.
138   // Suprisingly, this appears to perform slightly better than SEE based
139   // move ordering. The reason is probably that in a position with a winning
140   // capture, capturing a valuable (but sufficiently defended) piece
141   // first usually doesn't hurt. The opponent will have to recapture, and
142   // the hanging piece will still be hanging (except in the unusual cases
143   // where it is possible to recapture with the hanging piece). Exchanging
144   // big pieces before capturing a hanging piece probably helps to reduce
145   // the subtree size.
146   // In main search we want to push captures with negative SEE values to the
147   // badCaptures[] array, but instead of doing it now we delay until the move
148   // has been picked up in pick_move_from_list(). This way we save some SEE
149   // calls in case we get a cutoff.
150   for (auto& m : *this){
151       m.value = PieceValue[MG][pos.piece_on(to_sq(m))] - 200*relative_rank(pos.side_to_move(), to_sq(m));
152   }
153 }
154
155 template<>
156 void MovePicker::score<QUIETS>() {
157
158   Square prevSq = to_sq((ss-1)->currentMove);
159   const HistoryStats& cmh = counterMovesHistory[pos.piece_on(prevSq)][prevSq];
160
161   for (auto& m : *this)
162       m.value =  history[pos.moved_piece(m)][to_sq(m)]
163                + cmh[pos.moved_piece(m)][to_sq(m)] * 3;
164 }
165
166 template<>
167 void MovePicker::score<EVASIONS>() {
168   // Try good captures ordered by MVV/LVA, then non-captures if destination square
169   // is not under attack, ordered by history value, then bad-captures and quiet
170   // moves with a negative SEE. This last group is ordered by the SEE value.
171   Value see;
172
173   for (auto& m : *this)
174       if ((see = pos.see_sign(m)) < VALUE_ZERO)
175           m.value = see - HistoryStats::Max; // At the bottom
176
177       else if (pos.capture(m))
178           m.value =  PieceValue[MG][pos.piece_on(to_sq(m))]
179                    - Value(type_of(pos.moved_piece(m))) + HistoryStats::Max;
180       else
181           m.value = history[pos.moved_piece(m)][to_sq(m)];
182 }
183
184
185 /// generate_next_stage() generates, scores and sorts the next bunch of moves,
186 /// when there are no more moves to try for the current stage.
187
188 void MovePicker::generate_next_stage() {
189
190   cur = moves;
191
192   switch (++stage) {
193
194   case CAPTURES_S1: case CAPTURES_S3: case CAPTURES_S4: case CAPTURES_S5: case CAPTURES_S6:
195       endMoves = generate<CAPTURES>(pos, moves);
196       score<CAPTURES>();
197       break;
198
199   case KILLERS_S1:
200       cur = killers;
201       endMoves = cur + 2;
202
203       killers[0] = ss->killers[0];
204       killers[1] = ss->killers[1];
205       killers[2].move = MOVE_NONE;
206
207       // Be sure countermoves are different from killers
208       if (   countermove != killers[0]
209           && countermove != killers[1])
210           *endMoves++ = countermove;
211       break;
212
213   case QUIETS_1_S1:
214       endQuiets = endMoves = generate<QUIETS>(pos, moves);
215       score<QUIETS>();
216       endMoves = std::partition(cur, endMoves, [](const ExtMove& m) { return m.value > VALUE_ZERO; });
217       insertion_sort(cur, endMoves);
218       break;
219
220   case QUIETS_2_S1:
221       cur = endMoves;
222       endMoves = endQuiets;
223       if (depth >= 3 * ONE_PLY)
224           insertion_sort(cur, endMoves);
225       break;
226
227   case BAD_CAPTURES_S1:
228       // Just pick them in reverse order to get MVV/LVA ordering
229       cur = moves + MAX_MOVES - 1;
230       endMoves = endBadCaptures;
231       break;
232
233   case EVASIONS_S2:
234       endMoves = generate<EVASIONS>(pos, moves);
235       if (endMoves - moves > 1)
236           score<EVASIONS>();
237       break;
238
239   case QUIET_CHECKS_S3:
240       endMoves = generate<QUIET_CHECKS>(pos, moves);
241       break;
242
243   case EVASION: case QSEARCH_0: case QSEARCH_1: case PROBCUT: case RECAPTURE:
244       stage = STOP;
245       /* Fall through */
246
247   case STOP:
248       endMoves = cur + 1; // Avoid another generate_next_stage() call
249       break;
250
251   default:
252       assert(false);
253   }
254 }
255
256
257 /// next_move() is the most important method of the MovePicker class. It returns
258 /// a new pseudo legal move every time it is called, until there are no more moves
259 /// left. It picks the move with the biggest value from a list of generated moves
260 /// taking care not to return the ttMove if it has already been searched.
261 template<>
262 Move MovePicker::next_move<false>() {
263
264   Move move;
265
266   while (true)
267   {
268       while (cur == endMoves)
269           generate_next_stage();
270
271       switch (stage) {
272
273       case MAIN_SEARCH: case EVASION: case QSEARCH_0: case QSEARCH_1: case PROBCUT:
274           ++cur;
275           return ttMove;
276
277       case CAPTURES_S1:
278           move = pick_best(cur++, endMoves);
279           if (move != ttMove)
280           {
281               if (pos.see_sign(move) >= VALUE_ZERO)
282                   return move;
283
284               // Losing capture, move it to the tail of the array
285               *endBadCaptures-- = move;
286           }
287           break;
288
289       case KILLERS_S1:
290           move = *cur++;
291           if (    move != MOVE_NONE
292               &&  move != ttMove
293               &&  pos.pseudo_legal(move)
294               && !pos.capture(move))
295               return move;
296           break;
297
298       case QUIETS_1_S1: case QUIETS_2_S1:
299           move = *cur++;
300           if (   move != ttMove
301               && move != killers[0]
302               && move != killers[1]
303               && move != killers[2])
304               return move;
305           break;
306
307       case BAD_CAPTURES_S1:
308           return *cur--;
309
310       case EVASIONS_S2: case CAPTURES_S3: case CAPTURES_S4:
311           move = pick_best(cur++, endMoves);
312           if (move != ttMove)
313               return move;
314           break;
315
316       case CAPTURES_S5:
317            move = pick_best(cur++, endMoves);
318            if (move != ttMove && pos.see(move) > captureThreshold)
319                return move;
320            break;
321
322       case CAPTURES_S6:
323           move = pick_best(cur++, endMoves);
324           if (to_sq(move) == recaptureSquare)
325               return move;
326           break;
327
328       case QUIET_CHECKS_S3:
329           move = *cur++;
330           if (move != ttMove)
331               return move;
332           break;
333
334       case STOP:
335           return MOVE_NONE;
336
337       default:
338           assert(false);
339       }
340   }
341 }
342
343
344 /// Version of next_move() to use at split point nodes where the move is grabbed
345 /// from the split point's shared MovePicker object. This function is not thread
346 /// safe so must be lock protected by the caller.
347 template<>
348 Move MovePicker::next_move<true>() { return ss->splitPoint->movePicker->next_move<false>(); }