Use Color-From-To history stats to help sort moves
[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   Copyright (C) 2015-2016 Marco Costalba, Joona Kiiski, Gary Linscott, Tord Romstad
6
7   Stockfish is free software: you can redistribute it and/or modify
8   it under the terms of the GNU General Public License as published by
9   the Free Software Foundation, either version 3 of the License, or
10   (at your option) any later version.
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, GOOD_CAPTURES, KILLERS, QUIET, BAD_CAPTURES,
30     EVASION, ALL_EVASIONS,
31     QSEARCH_WITH_CHECKS, QCAPTURES_1, CHECKS,
32     QSEARCH_WITHOUT_CHECKS, QCAPTURES_2,
33     PROBCUT, PROBCUT_CAPTURES,
34     RECAPTURE, RECAPTURES,
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, Search::Stack* s)
71            : pos(p), ss(s), depth(d) {
72
73   assert(d > DEPTH_ZERO);
74
75   Square prevSq = to_sq((ss-1)->currentMove);
76   countermove = pos.this_thread()->counterMoves[pos.piece_on(prevSq)][prevSq];
77
78   stage = pos.checkers() ? EVASION : MAIN_SEARCH;
79   ttMove = ttm && pos.pseudo_legal(ttm) ? ttm : MOVE_NONE;
80   endMoves += (ttMove != MOVE_NONE);
81 }
82
83 MovePicker::MovePicker(const Position& p, Move ttm, Depth d, Square s)
84            : pos(p) {
85
86   assert(d <= DEPTH_ZERO);
87
88   if (pos.checkers())
89       stage = EVASION;
90
91   else if (d > DEPTH_QS_NO_CHECKS)
92       stage = QSEARCH_WITH_CHECKS;
93
94   else if (d > DEPTH_QS_RECAPTURES)
95       stage = QSEARCH_WITHOUT_CHECKS;
96
97   else
98   {
99       stage = RECAPTURE;
100       recaptureSquare = s;
101       ttm = MOVE_NONE;
102   }
103
104   ttMove = ttm && pos.pseudo_legal(ttm) ? ttm : MOVE_NONE;
105   endMoves += (ttMove != MOVE_NONE);
106 }
107
108 MovePicker::MovePicker(const Position& p, Move ttm, Value th)
109            : pos(p), threshold(th) {
110
111   assert(!pos.checkers());
112
113   stage = PROBCUT;
114
115   // In ProbCut we generate captures with SEE higher than the given threshold
116   ttMove =   ttm
117           && pos.pseudo_legal(ttm)
118           && pos.capture(ttm)
119           && pos.see(ttm) > threshold ? ttm : MOVE_NONE;
120
121   endMoves += (ttMove != MOVE_NONE);
122 }
123
124
125 /// score() assigns a numerical value to each move in a move list. The moves with
126 /// highest values will be picked first.
127 template<>
128 void MovePicker::score<CAPTURES>() {
129   // Winning and equal captures in the main search are ordered by MVV, preferring
130   // captures near our home rank. Surprisingly, this appears to perform slightly
131   // better than SEE-based move ordering: exchanging big pieces before capturing
132   // a hanging piece probably helps to reduce the subtree size.
133   // In the main search we want to push captures with negative SEE values to the
134   // badCaptures[] array, but instead of doing it now we delay until the move
135   // has been picked up, saving some SEE calls in case we get a cutoff.
136   for (auto& m : *this)
137       m.value =  PieceValue[MG][pos.piece_on(to_sq(m))]
138                - Value(200 * relative_rank(pos.side_to_move(), to_sq(m)));
139 }
140
141 template<>
142 void MovePicker::score<QUIETS>() {
143
144   const HistoryStats& history = pos.this_thread()->history;
145   const FromToStats& fromTo = pos.this_thread()->fromTo;
146
147   const CounterMoveStats* cm = (ss-1)->counterMoves;
148   const CounterMoveStats* fm = (ss-2)->counterMoves;
149   const CounterMoveStats* f2 = (ss-4)->counterMoves;
150
151   Color c = pos.side_to_move();
152
153   for (auto& m : *this)
154       m.value =      history[pos.moved_piece(m)][to_sq(m)]
155                + (cm ? (*cm)[pos.moved_piece(m)][to_sq(m)] : VALUE_ZERO)
156                + (fm ? (*fm)[pos.moved_piece(m)][to_sq(m)] : VALUE_ZERO)
157                + (f2 ? (*f2)[pos.moved_piece(m)][to_sq(m)] : VALUE_ZERO)
158                + fromTo.get(c, m);
159 }
160
161 template<>
162 void MovePicker::score<EVASIONS>() {
163   // Try winning and equal captures ordered by MVV/LVA, then non-captures ordered
164   // by history value, then bad captures and quiet moves with a negative SEE ordered
165   // by SEE value.
166   const HistoryStats& history = pos.this_thread()->history;
167   const FromToStats& fromTo = pos.this_thread()->fromTo;
168   Color c = pos.side_to_move();
169   Value see;
170
171   for (auto& m : *this)
172       if ((see = pos.see_sign(m)) < VALUE_ZERO)
173           m.value = see - HistoryStats::Max; // At the bottom
174
175       else if (pos.capture(m))
176           m.value =  PieceValue[MG][pos.piece_on(to_sq(m))]
177                    - Value(type_of(pos.moved_piece(m))) + HistoryStats::Max;
178       else
179           m.value = history[pos.moved_piece(m)][to_sq(m)] + fromTo.get(c, m);
180 }
181
182
183 /// generate_next_stage() generates, scores, and sorts the next bunch of moves
184 /// when there are no more moves to try for the current stage.
185
186 void MovePicker::generate_next_stage() {
187
188   assert(stage != STOP);
189
190   cur = moves;
191
192   switch (++stage) {
193
194   case GOOD_CAPTURES: case QCAPTURES_1: case QCAPTURES_2:
195   case PROBCUT_CAPTURES: case RECAPTURES:
196       endMoves = generate<CAPTURES>(pos, moves);
197       score<CAPTURES>();
198       break;
199
200   case KILLERS:
201       killers[0] = ss->killers[0];
202       killers[1] = ss->killers[1];
203       killers[2] = countermove;
204       cur = killers;
205       endMoves = cur + 2 + (countermove != killers[0] && countermove != killers[1]);
206       break;
207
208   case QUIET:
209       endMoves = generate<QUIETS>(pos, moves);
210       score<QUIETS>();
211       if (depth < 3 * ONE_PLY)
212       {
213           ExtMove* goodQuiet = std::partition(cur, endMoves, [](const ExtMove& m)
214                                              { return m.value > VALUE_ZERO; });
215           insertion_sort(cur, goodQuiet);
216       } else
217           insertion_sort(cur, endMoves);
218       break;
219
220   case BAD_CAPTURES:
221       // Just pick them in reverse order to get correct ordering
222       cur = moves + MAX_MOVES - 1;
223       endMoves = endBadCaptures;
224       break;
225
226   case ALL_EVASIONS:
227       endMoves = generate<EVASIONS>(pos, moves);
228       if (endMoves - moves > 1)
229           score<EVASIONS>();
230       break;
231
232   case CHECKS:
233       endMoves = generate<QUIET_CHECKS>(pos, moves);
234       break;
235
236   case EVASION: case QSEARCH_WITH_CHECKS: case QSEARCH_WITHOUT_CHECKS:
237   case PROBCUT: case RECAPTURE: case STOP:
238       stage = STOP;
239       break;
240
241   default:
242       assert(false);
243   }
244 }
245
246
247 /// next_move() is the most important method of the MovePicker class. It returns
248 /// a new pseudo legal move every time it is called, until there are no more moves
249 /// left. It picks the move with the biggest value from a list of generated moves
250 /// taking care not to return the ttMove if it has already been searched.
251
252 Move MovePicker::next_move() {
253
254   Move move;
255
256   while (true)
257   {
258       while (cur == endMoves && stage != STOP)
259           generate_next_stage();
260
261       switch (stage) {
262
263       case MAIN_SEARCH: case EVASION: case QSEARCH_WITH_CHECKS:
264       case QSEARCH_WITHOUT_CHECKS: case PROBCUT:
265           ++cur;
266           return ttMove;
267
268       case GOOD_CAPTURES:
269           move = pick_best(cur++, endMoves);
270           if (move != ttMove)
271           {
272               if (pos.see_sign(move) >= VALUE_ZERO)
273                   return move;
274
275               // Losing capture, move it to the tail of the array
276               *endBadCaptures-- = move;
277           }
278           break;
279
280       case KILLERS:
281           move = *cur++;
282           if (    move != MOVE_NONE
283               &&  move != ttMove
284               &&  pos.pseudo_legal(move)
285               && !pos.capture(move))
286               return move;
287           break;
288
289       case QUIET:
290           move = *cur++;
291           if (   move != ttMove
292               && move != killers[0]
293               && move != killers[1]
294               && move != killers[2])
295               return move;
296           break;
297
298       case BAD_CAPTURES:
299           return *cur--;
300
301       case ALL_EVASIONS: case QCAPTURES_1: case QCAPTURES_2:
302           move = pick_best(cur++, endMoves);
303           if (move != ttMove)
304               return move;
305           break;
306
307       case PROBCUT_CAPTURES:
308            move = pick_best(cur++, endMoves);
309            if (move != ttMove && pos.see(move) > threshold)
310                return move;
311            break;
312
313       case RECAPTURES:
314           move = pick_best(cur++, endMoves);
315           if (to_sq(move) == recaptureSquare)
316               return move;
317           break;
318
319       case CHECKS:
320           move = *cur++;
321           if (move != ttMove)
322               return move;
323           break;
324
325       case STOP:
326           return MOVE_NONE;
327
328       default:
329           assert(false);
330       }
331   }
332 }