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50-moves rule improvement for transposition table
[stockfish] / src / movepick.cpp
index 6bfe14571809658b5ace78fa8fce3dc41c18c794..025f5b82cdeb2ae808d23c0e75a955862b48524b 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) 2008-2010 Marco Costalba, Joona Kiiski, Tord Romstad
+  Copyright (C) 2008-2015 Marco Costalba, Joona Kiiski, Tord Romstad
+  Copyright (C) 2015-2020 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
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-
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   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 <algorithm>
 #include <cassert>
 
-#include "movegen.h"
 #include "movepick.h"
-#include "search.h"
-#include "types.h"
 
 namespace {
 
-  enum MovegenPhase {
-    PH_TT_MOVE,       // Transposition table move
-    PH_GOOD_CAPTURES, // Queen promotions and captures with SEE values >= captureThreshold (captureThreshold <= 0)
-    PH_GOOD_PROBCUT,  // Queen promotions and captures with SEE values > captureThreshold (captureThreshold >= 0)
-    PH_KILLERS,       // Killer moves from the current ply
-    PH_NONCAPTURES_1, // Non-captures and underpromotions with positive score
-    PH_NONCAPTURES_2, // Non-captures and underpromotions with non-positive score
-    PH_BAD_CAPTURES,  // Queen promotions and captures with SEE values < captureThreshold (captureThreshold <= 0)
-    PH_EVASIONS,      // Check evasions
-    PH_QCAPTURES,     // Captures in quiescence search
-    PH_QRECAPTURES,   // Recaptures in quiescence search
-    PH_QCHECKS,       // Non-capture checks in quiescence search
-    PH_STOP
+  enum Stages {
+    MAIN_TT, CAPTURE_INIT, GOOD_CAPTURE, REFUTATION, QUIET_INIT, QUIET, BAD_CAPTURE,
+    EVASION_TT, EVASION_INIT, EVASION,
+    PROBCUT_TT, PROBCUT_INIT, PROBCUT,
+    QSEARCH_TT, QCAPTURE_INIT, QCAPTURE, QCHECK_INIT, QCHECK
   };
 
-  CACHE_LINE_ALIGNMENT
-  const uint8_t MainSearchTable[] = { PH_TT_MOVE, PH_GOOD_CAPTURES, PH_KILLERS, PH_NONCAPTURES_1, PH_NONCAPTURES_2, PH_BAD_CAPTURES, PH_STOP };
-  const uint8_t EvasionTable[] = { PH_TT_MOVE, PH_EVASIONS, PH_STOP };
-  const uint8_t QsearchWithChecksTable[] = { PH_TT_MOVE, PH_QCAPTURES, PH_QCHECKS, PH_STOP };
-  const uint8_t QsearchWithoutChecksTable[] = { PH_TT_MOVE, PH_QCAPTURES, PH_STOP };
-  const uint8_t QsearchRecapturesTable[] = { PH_TT_MOVE, PH_QRECAPTURES, PH_STOP };
-  const uint8_t ProbCutTable[] = { PH_TT_MOVE, PH_GOOD_PROBCUT, PH_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 pushes to the front the best move in 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;
+  // partial_insertion_sort() sorts 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 for 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,
-                       SearchStack* ss, Value beta) : pos(p), H(h), depth(d) {
-  captureThreshold = 0;
-  badCaptures = moves + MAX_MOVES;
+} // namespace
 
-  assert(d > DEPTH_ZERO);
 
-  if (p.in_check())
-  {
-      killers[0].move = killers[1].move = MOVE_NONE;
-      phasePtr = EvasionTable;
-  }
-  else
-  {
-      killers[0].move = ss->killers[0];
-      killers[1].move = ss->killers[1];
+/// 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 how important good move
+/// ordering is at the current node.
 
-      // 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;
+/// MovePicker constructor for the main search
+MovePicker::MovePicker(const Position& p, Move ttm, Depth d, const ButterflyHistory* mh,
+                       const CapturePieceToHistory* cph, const PieceToHistory** ch, Move cm, Move* killers)
+           : pos(p), mainHistory(mh), captureHistory(cph), continuationHistory(ch),
+             refutations{{killers[0], 0}, {killers[1], 0}, {cm, 0}}, depth(d) {
 
-      phasePtr = MainSearchTable;
-  }
+  assert(d > 0);
 
-  ttMove = (ttm && pos.move_is_pl(ttm) ? ttm : MOVE_NONE);
-  phasePtr += int(ttMove == MOVE_NONE) - 1;
-  go_next_phase();
+  stage = pos.checkers() ? EVASION_TT : MAIN_TT;
+  ttMove = ttm && pos.pseudo_legal(ttm) ? ttm : MOVE_NONE;
+  stage += (ttMove == MOVE_NONE);
 }
 
-MovePicker::MovePicker(const Position& p, Move ttm, Depth d, const History& h, Square recaptureSq)
-                      : pos(p), H(h) {
+/// MovePicker constructor for quiescence search
+MovePicker::MovePicker(const Position& p, Move ttm, Depth d, const ButterflyHistory* mh,
+                       const CapturePieceToHistory* cph, const PieceToHistory** ch, Square rs)
+           : pos(p), mainHistory(mh), captureHistory(cph), continuationHistory(ch), recaptureSquare(rs), depth(d) {
 
-  assert(d <= DEPTH_ZERO);
+  assert(d <= 0);
 
-  if (p.in_check())
-      phasePtr = EvasionTable;
-  else if (d >= DEPTH_QS_CHECKS)
-      phasePtr = QsearchWithChecksTable;
-  else if (d >= DEPTH_QS_RECAPTURES)
-  {
-      phasePtr = QsearchWithoutChecksTable;
-
-      // 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 != MOVE_NONE && !pos.move_is_capture_or_promotion(ttm))
-          ttm = MOVE_NONE;
-  }
-  else
-  {
-      phasePtr = QsearchRecapturesTable;
-      recaptureSquare = recaptureSq;
-      ttm = MOVE_NONE;
-  }
-
-  ttMove = (ttm && pos.move_is_pl(ttm) ? ttm : MOVE_NONE);
-  phasePtr += int(ttMove == MOVE_NONE) - 1;
-  go_next_phase();
+  stage = pos.checkers() ? EVASION_TT : QSEARCH_TT;
+  ttMove =   ttm
+          && (depth > DEPTH_QS_RECAPTURES || to_sq(ttm) == recaptureSquare)
+          && pos.pseudo_legal(ttm) ? ttm : MOVE_NONE;
+  stage += (ttMove == MOVE_NONE);
 }
 
-MovePicker::MovePicker(const Position& p, Move ttm, const History& h, PieceType parentCapture)
-                       : pos(p), H(h) {
-
-  assert (!pos.in_check());
+/// MovePicker 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), threshold(th) {
 
-  // In ProbCut we consider only captures better than parent's move
-  captureThreshold = piece_value_midgame(Piece(parentCapture));
-  phasePtr = ProbCutTable;
+  assert(!pos.checkers());
 
-  if (   ttm != MOVE_NONE
-      && (!pos.move_is_capture(ttm) ||  pos.see(ttm) <= captureThreshold))
-      ttm = MOVE_NONE;
-
-  ttMove = (ttm && pos.move_is_pl(ttm) ? ttm : MOVE_NONE);
-  phasePtr += int(ttMove == MOVE_NONE) - 1;
-  go_next_phase();
+  stage = PROBCUT_TT;
+  ttMove =   ttm
+          && pos.capture(ttm)
+          && pos.pseudo_legal(ttm)
+          && pos.see_ge(ttm, threshold) ? ttm : MOVE_NONE;
+  stage += (ttMove == MOVE_NONE);
 }
 
-
-/// MovePicker::go_next_phase() generates, scores and sorts the next bunch
-/// of moves when there are no more moves to try for the current phase.
-
-void MovePicker::go_next_phase() {
-
-  curMove = moves;
-  phase = *(++phasePtr);
-  switch (phase) {
-
-  case PH_TT_MOVE:
-      lastMove = curMove + 1;
-      return;
-
-  case PH_GOOD_CAPTURES:
-  case PH_GOOD_PROBCUT:
-      lastMove = generate<MV_CAPTURE>(pos, moves);
-      score_captures();
-      return;
-
-  case PH_KILLERS:
-      curMove = killers;
-      lastMove = curMove + 2;
-      return;
-
-  case PH_NONCAPTURES_1:
-      lastNonCapture = lastMove = generate<MV_NON_CAPTURE>(pos, moves);
-      score_noncaptures();
-      lastMove = std::partition(curMove, lastMove, has_positive_score);
-      sort<MoveStack>(curMove, lastMove);
-      return;
-
-  case PH_NONCAPTURES_2:
-      curMove = lastMove;
-      lastMove = lastNonCapture;
-      if (depth >= 3 * ONE_PLY)
-          sort<MoveStack>(curMove, lastMove);
-      return;
-
-  case PH_BAD_CAPTURES:
-      // 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 PH_EVASIONS:
-      assert(pos.in_check());
-      lastMove = generate<MV_EVASION>(pos, moves);
-      score_evasions();
-      return;
-
-  case PH_QCAPTURES:
-      lastMove = generate<MV_CAPTURE>(pos, moves);
-      score_captures();
-      return;
-
-  case PH_QRECAPTURES:
-      lastMove = generate<MV_CAPTURE>(pos, moves);
-      return;
-
-  case PH_QCHECKS:
-      lastMove = generate<MV_NON_CAPTURE_CHECK>(pos, moves);
-      return;
-
-  case PH_STOP:
-      lastMove = curMove + 1; // Avoid another go_next_phase() call
-      return;
-
-  default:
-      assert(false);
-      return;
-  }
+/// MovePicker::score() 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 histories.
+template<GenType Type>
+void MovePicker::score() {
+
+  static_assert(Type == CAPTURES || Type == QUIETS || Type == EVASIONS, "Wrong type");
+
+  for (auto& m : *this)
+      if (Type == CAPTURES)
+          m.value =  int(PieceValue[MG][pos.piece_on(to_sq(m))]) * 6
+                   + (*captureHistory)[pos.moved_piece(m)][to_sq(m)][type_of(pos.piece_on(to_sq(m)))];
+
+      else if (Type == QUIETS)
+          m.value =      (*mainHistory)[pos.side_to_move()][from_to(m)]
+                   + 2 * (*continuationHistory[0])[pos.moved_piece(m)][to_sq(m)]
+                   + 2 * (*continuationHistory[1])[pos.moved_piece(m)][to_sq(m)]
+                   + 2 * (*continuationHistory[3])[pos.moved_piece(m)][to_sq(m)]
+                   +     (*continuationHistory[5])[pos.moved_piece(m)][to_sq(m)];
+
+      else // Type == EVASIONS
+      {
+          if (pos.capture(m))
+              m.value =  PieceValue[MG][pos.piece_on(to_sq(m))]
+                       - Value(type_of(pos.moved_piece(m)));
+          else
+              m.value =  (*mainHistory)[pos.side_to_move()][from_to(m)]
+                       + (*continuationHistory[0])[pos.moved_piece(m)][to_sq(m)]
+                       - (1 << 28);
+      }
 }
 
+/// MovePicker::select() 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) {
 
-/// 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 get_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;
-
-  // Use MVV/LVA ordering
-  for (MoveStack* cur = moves; cur != lastMove; cur++)
+  while (cur < endMoves)
   {
-      m = cur->move;
-      cur->score =  piece_value_midgame(pos.piece_on(move_to(m)))
-                  - type_of(pos.piece_on(move_from(m)));
+      if (T == Best)
+          std::swap(*cur, *std::max_element(cur, endMoves));
+
+      if (*cur != ttMove && filter())
+          return *cur++;
 
-      if (move_is_promotion(m))
-          cur->score += piece_value_midgame(Piece(promotion_piece_type(m)));
+      cur++;
   }
+  return MOVE_NONE;
 }
 
-void MovePicker::score_noncaptures() {
+/// 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, 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>();
+      ++stage;
+      goto top;
+
+  case GOOD_CAPTURE:
+      if (select<Best>([&](){
+                       return pos.see_ge(*cur, Value(-55 * cur->value / 1024)) ?
+                              // Move losing capture to endBadCaptures to be tried later
+                              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(*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, -3000 * depth);
+      }
 
-  Move m;
-  Square from;
+      ++stage;
+      /* fallthrough */
 
-  for (MoveStack* cur = moves; cur != lastMove; cur++)
-  {
-      m = cur->move;
-      from = move_from(m);
-      cur->score = H.value(pos.piece_on(from), move_to(m));
-  }
-}
+  case QUIET:
+      if (   !skipQuiets
+          && select<Next>([&](){return   *cur != refutations[0].move
+                                      && *cur != refutations[1].move
+                                      && *cur != refutations[2].move;}))
+          return *(cur - 1);
 
-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, and at the end bad-captures and non-captures with a
-  // negative SEE. This last group is ordered by the SEE score.
-  Move m;
-  int seeScore;
+      // Prepare the pointers to loop over the bad captures
+      cur = moves;
+      endMoves = endBadCaptures;
 
-  // Skip if we don't have at least two moves to order
-  if (lastMove < moves + 2)
-      return;
+      ++stage;
+      /* fallthrough */
 
-  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.move_is_capture(m))
-          cur->score =  piece_value_midgame(pos.piece_on(move_to(m)))
-                      - type_of(pos.piece_on(move_from(m))) + History::MaxValue;
-      else
-          cur->score = H.value(pos.piece_on(move_from(m)), move_to(m));
-  }
-}
+  case BAD_CAPTURE:
+      return select<Next>([](){ return true; });
 
-/// MovePicker::get_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.
+  case EVASION_INIT:
+      cur = moves;
+      endMoves = generate<EVASIONS>(pos, cur);
 
-Move MovePicker::get_next_move() {
+      score<EVASIONS>();
+      ++stage;
+      /* fallthrough */
 
-  Move move;
+  case EVASION:
+      return select<Best>([](){ return true; });
 
-  while (true)
-  {
-      while (curMove == lastMove)
-          go_next_phase();
-
-      switch (phase) {
-
-      case PH_TT_MOVE:
-          curMove++;
-          return ttMove;
-          break;
-
-      case PH_GOOD_CAPTURES:
-          move = pick_best(curMove++, lastMove)->move;
-          if (move != ttMove)
-          {
-              assert(captureThreshold <= 0); // Otherwise we must use see instead of see_sign
-
-              // Check for a non negative SEE now
-              int seeValue = pos.see_sign(move);
-              if (seeValue >= captureThreshold)
-                  return move;
-
-              // Losing capture, move it to the tail of the array
-              (--badCaptures)->move = move;
-              badCaptures->score = seeValue;
-          }
-          break;
-
-     case PH_GOOD_PROBCUT:
-          move = pick_best(curMove++, lastMove)->move;
-          if (   move != ttMove
-              && pos.see(move) > captureThreshold)
-              return move;
-          break;
-
-      case PH_KILLERS:
-          move = (curMove++)->move;
-          if (   move != MOVE_NONE
-              && pos.move_is_pl(move)
-              && move != ttMove
-              && !pos.move_is_capture(move))
-              return move;
-          break;
-
-      case PH_NONCAPTURES_1:
-      case PH_NONCAPTURES_2:
-          move = (curMove++)->move;
-          if (   move != ttMove
-              && move != killers[0].move
-              && move != killers[1].move)
-              return move;
-          break;
-
-      case PH_BAD_CAPTURES:
-          move = pick_best(curMove++, lastMove)->move;
-          return move;
-
-      case PH_EVASIONS:
-      case PH_QCAPTURES:
-          move = pick_best(curMove++, lastMove)->move;
-          if (move != ttMove)
-              return move;
-          break;
-
-      case PH_QRECAPTURES:
-          move = (curMove++)->move;
-          if (move_to(move) == recaptureSquare)
-              return move;
-          break;
-
-      case PH_QCHECKS:
-          move = (curMove++)->move;
-          if (move != ttMove)
-              return move;
-          break;
-
-      case PH_STOP:
+  case PROBCUT:
+      return select<Best>([&](){ return pos.see_ge(*cur, threshold); });
+
+  case QCAPTURE:
+      if (select<Best>([&](){ return   depth > DEPTH_QS_RECAPTURES
+                                    || to_sq(*cur) == recaptureSquare; }))
+          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;
 
-      default:
-          assert(false);
-          break;
-      }
+      ++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
 }