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Improve ordering of good captures using rank term
[stockfish] / src / movepick.cpp
index 16eb16348c1791f2761f36c8f2d96d1ce039c35d..3fe09bb7391260bdf94f6eee465c86dee3f82374 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) 2008-2009 Marco Costalba
+  Copyright (C) 2008-2015 Marco Costalba, Joona Kiiski, 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
   along with this program.  If not, see <http://www.gnu.org/licenses/>.
 */
 
-
-////
-//// Includes
-////
-
 #include <cassert>
 
-#include "history.h"
-#include "movegen.h"
 #include "movepick.h"
-#include "search.h"
-#include "value.h"
-
-
-////
-//// Local definitions
-////
+#include "thread.h"
 
 namespace {
 
-  enum MovegenPhase {
-    PH_TT_MOVES,       // Transposition table move and mate killer
-    PH_GOOD_CAPTURES,  // Queen promotions and captures with SEE values >= 0
-    PH_KILLERS,        // Killer moves from the current ply
-    PH_NONCAPTURES,    // Non-captures and underpromotions
-    PH_BAD_CAPTURES,   // Queen promotions and captures with SEE values < 0
-    PH_EVASIONS,       // Check evasions
-    PH_QCAPTURES,      // Captures in quiescence search
-    PH_QCHECKS,        // Non-capture checks in quiescence search
-    PH_STOP
+  enum Stages {
+    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
   };
 
-  CACHE_LINE_ALIGNMENT
-  const uint8_t MainSearchPhaseTable[] = { PH_TT_MOVES, PH_GOOD_CAPTURES, PH_KILLERS, PH_NONCAPTURES, PH_BAD_CAPTURES, PH_STOP};
-  const uint8_t EvasionsPhaseTable[] = { PH_TT_MOVES, PH_EVASIONS, PH_STOP};
-  const uint8_t QsearchWithChecksPhaseTable[] = { PH_TT_MOVES, PH_QCAPTURES, PH_QCHECKS, PH_STOP};
-  const uint8_t QsearchWithoutChecksPhaseTable[] = { PH_TT_MOVES, PH_QCAPTURES, PH_STOP};
-}
+  // Our insertion sort, which is guaranteed to be stable, as it should be
+  void insertion_sort(ExtMove* begin, ExtMove* end)
+  {
+    ExtMove tmp, *p, *q;
+
+    for (p = begin + 1; p < end; ++p)
+    {
+        tmp = *p;
+        for (q = p; q != begin && *(q-1) < tmp; --q)
+            *q = *(q-1);
+        *q = tmp;
+    }
+  }
 
+  // pick_best() finds the best move in the range (begin, end) and moves it to
+  // the front. It's faster than sorting all the moves in advance when there
+  // are few moves e.g. the possible captures.
+  Move pick_best(ExtMove* begin, ExtMove* end)
+  {
+      std::swap(*begin, *std::max_element(begin, end));
+      return *begin;
+  }
 
-////
-//// Functions
-////
+} // namespace
 
 
-/// Constructor for the MovePicker class. Apart from the position for which
-/// it is asked to pick legal moves, MovePicker also wants some information
-/// to help it to return the presumably good moves first, to decide which
+/// 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.
+/// search captures, promotions and some checks) and how important good move
+/// ordering is at the current node.
 
-MovePicker::MovePicker(const Position& p, Move ttm, Depth d,
-                       const History& h, SearchStack* ss) : pos(p), H(h) {
-  int searchTT = ttm;
-  ttMoves[0].move = ttm;
-  lastBadCapture = badCaptures;
+MovePicker::MovePicker(const Position& p, Move ttm, Depth d, const HistoryStats& h, const CounterMovesHistoryStats& cmh,
+                       Move cm, Search::Stack* s) : pos(p), history(h), counterMovesHistory(cmh), depth(d) {
 
-  pinned = p.pinned_pieces(pos.side_to_move());
+  assert(d > DEPTH_ZERO);
+
+  endBadCaptures = moves + MAX_MOVES - 1;
+  countermove = cm;
+  ss = s;
+
+  if (pos.checkers())
+      stage = EVASION;
 
-  if (ss && !p.is_check())
-  {
-      ttMoves[1].move = (ss->mateKiller == ttm)? MOVE_NONE : ss->mateKiller;
-      searchTT |= ttMoves[1].move;
-      killers[0].move = ss->killers[0];
-      killers[1].move = ss->killers[1];
-  } else
-      ttMoves[1].move = killers[0].move = killers[1].move = MOVE_NONE;
-
-  if (p.is_check())
-      phasePtr = EvasionsPhaseTable;
-  else if (d > Depth(0))
-      phasePtr = MainSearchPhaseTable;
-  else if (d == Depth(0))
-      phasePtr = QsearchWithChecksPhaseTable;
   else
-      phasePtr = QsearchWithoutChecksPhaseTable;
+      stage = MAIN_SEARCH;
 
-  phasePtr += !searchTT - 1;
-  go_next_phase();
+  ttMove = (ttm && pos.pseudo_legal(ttm) ? ttm : MOVE_NONE);
+  endMoves += (ttMove != MOVE_NONE);
 }
 
+MovePicker::MovePicker(const Position& p, Move ttm, Depth d, const HistoryStats& h, const CounterMovesHistoryStats& cmh,
+                       Square s) : pos(p), history(h), counterMovesHistory(cmh) {
 
-/// 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.
+  assert(d <= DEPTH_ZERO);
 
-void MovePicker::go_next_phase() {
+  if (pos.checkers())
+      stage = EVASION;
 
-  curMove = moves;
-  phase = *(++phasePtr);
-  switch (phase) {
+  else if (d > DEPTH_QS_NO_CHECKS)
+      stage = QSEARCH_0;
 
-  case PH_TT_MOVES:
-      curMove = ttMoves;
-      lastMove = curMove + 2;
-      return;
+  else if (d > DEPTH_QS_RECAPTURES)
+      stage = QSEARCH_1;
 
-  case PH_GOOD_CAPTURES:
-      lastMove = generate_captures(pos, moves);
-      score_captures();
-      return;
-
-  case PH_KILLERS:
-      curMove = killers;
-      lastMove = curMove + 2;
-      return;
+  else
+  {
+      stage = RECAPTURE;
+      recaptureSquare = s;
+      ttm = MOVE_NONE;
+  }
 
-  case PH_NONCAPTURES:
-      lastMove = generate_noncaptures(pos, moves);
-      score_noncaptures();
-      sort_moves(moves, lastMove);
-      return;
+  ttMove = (ttm && pos.pseudo_legal(ttm) ? ttm : MOVE_NONE);
+  endMoves += (ttMove != MOVE_NONE);
+}
 
-  case PH_BAD_CAPTURES:
-      // Bad captures SEE value is already calculated so just sort them
-      // to get SEE move ordering.
-      curMove = badCaptures;
-      lastMove = lastBadCapture;
-      return;
+MovePicker::MovePicker(const Position& p, Move ttm, const HistoryStats& h, const CounterMovesHistoryStats& cmh, PieceType pt)
+                       : pos(p), history(h), counterMovesHistory(cmh) {
 
-  case PH_EVASIONS:
-      assert(pos.is_check());
-      lastMove = generate_evasions(pos, moves);
-      score_evasions_or_checks();
-      return;
+  assert(!pos.checkers());
 
-  case PH_QCAPTURES:
-      lastMove = generate_captures(pos, moves);
-      score_captures();
-      return;
+  stage = PROBCUT;
 
-  case PH_QCHECKS:
-      lastMove = generate_non_capture_checks(pos, moves);
-      score_evasions_or_checks();
-      return;
+  // In ProbCut we generate only captures that are better than the parent's
+  // captured piece.
+  captureThreshold = PieceValue[MG][pt];
+  ttMove = (ttm && pos.pseudo_legal(ttm) ? ttm : MOVE_NONE);
 
-  case PH_STOP:
-      lastMove = curMove + 1; // Avoids another go_next_phase() call
-      return;
+  if (ttMove && (!pos.capture(ttMove) || pos.see(ttMove) <= captureThreshold))
+      ttMove = MOVE_NONE;
 
-  default:
-      assert(false);
-      return;
-  }
+  endMoves += (ttMove != MOVE_NONE);
 }
 
 
-/// 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.
+/// score() assign a numerical value to each move in a move list. The moves with
+/// highest values will be picked first.
+template<>
+void MovePicker::score<CAPTURES>() {
+  // Winning and equal captures in the main search are ordered by MVV.
   // 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
+  // capture, capturing a 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++)
-  {
-      m = cur->move;
-      if (move_is_promotion(m))
-          cur->score = QueenValueMidgame;
-      else
-          cur->score =  pos.midgame_value_of_piece_on(move_to(m))
-                      - pos.type_of_piece_on(move_from(m));
+  // In main search we want to push captures with negative SEE values to the
+  // badCaptures[] array, but instead of doing it now we delay until the move
+  // has been picked up in pick_move_from_list(). This way we save some SEE
+  // calls in case we get a cutoff.
+  for (auto& m : *this){
+      m.value = PieceValue[MG][pos.piece_on(to_sq(m))] - 200*relative_rank(pos.side_to_move(), to_sq(m));
   }
 }
 
-void MovePicker::score_noncaptures() {
-  // First score by history, when no history is available then use
-  // piece/square tables values. This seems to be better then a
-  // random choice when we don't have an history for any move.
-  Move m;
-  Piece piece;
-  Square from, to;
-  int hs;
+template<>
+void MovePicker::score<QUIETS>() {
 
-  for (MoveStack* cur = moves; cur != lastMove; cur++)
-  {
-      m = cur->move;
-      from = move_from(m);
-      to = move_to(m);
-      piece = pos.piece_on(from);
-      hs = H.move_ordering_score(piece, to);
-
-      // Ensure history is always preferred to pst
-      if (hs > 0)
-          hs += 1000;
-
-      // pst based scoring
-      cur->score = hs + mg_value(pos.pst_delta(piece, from, to));
-  }
+  Square prevSq = to_sq((ss-1)->currentMove);
+  const HistoryStats& cmh = counterMovesHistory[pos.piece_on(prevSq)][prevSq];
+
+  for (auto& m : *this)
+      m.value =  history[pos.moved_piece(m)][to_sq(m)]
+               + cmh[pos.moved_piece(m)][to_sq(m)] * 3;
 }
 
-void MovePicker::score_evasions_or_checks() {
-  // 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;
+template<>
+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 value.
+  Value see;
 
-  // Skip if we don't have at least two moves to order
-  if (lastMove < moves + 2)
-      return;
+  for (auto& m : *this)
+      if ((see = pos.see_sign(m)) < VALUE_ZERO)
+          m.value = see - HistoryStats::Max; // At the bottom
 
-  for (MoveStack* cur = moves; cur != lastMove; cur++)
-  {
-      m = cur->move;
-      if ((seeScore = pos.see_sign(m)) < 0)
-          cur->score = seeScore;
-      else if (pos.move_is_capture(m))
-          cur->score =  pos.midgame_value_of_piece_on(move_to(m))
-                      - pos.type_of_piece_on(move_from(m)) + HistoryMax;
+      else if (pos.capture(m))
+          m.value =  PieceValue[MG][pos.piece_on(to_sq(m))]
+                   - Value(type_of(pos.moved_piece(m))) + HistoryStats::Max;
       else
-          cur->score = H.move_ordering_score(pos.piece_on(move_from(m)), move_to(m));
+          m.value = history[pos.moved_piece(m)][to_sq(m)];
+}
+
+
+/// generate_next_stage() generates, scores and sorts the next bunch of moves,
+/// when there are no more moves to try for the current stage.
+
+void MovePicker::generate_next_stage() {
+
+  cur = moves;
+
+  switch (++stage) {
+
+  case CAPTURES_S1: case CAPTURES_S3: case CAPTURES_S4: case CAPTURES_S5: case CAPTURES_S6:
+      endMoves = generate<CAPTURES>(pos, moves);
+      score<CAPTURES>();
+      break;
+
+  case KILLERS_S1:
+      cur = killers;
+      endMoves = cur + 2;
+
+      killers[0] = ss->killers[0];
+      killers[1] = ss->killers[1];
+      killers[2].move = MOVE_NONE;
+
+      // Be sure countermoves are different from killers
+      if (   countermove != killers[0]
+          && countermove != killers[1])
+          *endMoves++ = countermove;
+      break;
+
+  case QUIETS_1_S1:
+      endQuiets = endMoves = generate<QUIETS>(pos, moves);
+      score<QUIETS>();
+      endMoves = std::partition(cur, endMoves, [](const ExtMove& m) { return m.value > VALUE_ZERO; });
+      insertion_sort(cur, endMoves);
+      break;
+
+  case QUIETS_2_S1:
+      cur = endMoves;
+      endMoves = endQuiets;
+      if (depth >= 3 * ONE_PLY)
+          insertion_sort(cur, endMoves);
+      break;
+
+  case BAD_CAPTURES_S1:
+      // Just pick them in reverse order to get MVV/LVA ordering
+      cur = moves + MAX_MOVES - 1;
+      endMoves = endBadCaptures;
+      break;
+
+  case EVASIONS_S2:
+      endMoves = generate<EVASIONS>(pos, moves);
+      if (endMoves - moves > 1)
+          score<EVASIONS>();
+      break;
+
+  case QUIET_CHECKS_S3:
+      endMoves = generate<QUIET_CHECKS>(pos, moves);
+      break;
+
+  case EVASION: case QSEARCH_0: case QSEARCH_1: case PROBCUT: case RECAPTURE:
+      stage = STOP;
+      /* Fall through */
+
+  case STOP:
+      endMoves = cur + 1; // Avoid another generate_next_stage() call
+      break;
+
+  default:
+      assert(false);
   }
 }
 
-/// MovePicker::get_next_move() is the most important method of the MovePicker
-/// class. It returns a new 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::get_next_move() {
+/// 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 value from a list of generated moves
+/// taking care not to return the ttMove if it has already been searched.
+template<>
+Move MovePicker::next_move<false>() {
 
   Move move;
 
   while (true)
   {
-      while (curMove != lastMove)
-      {
-          switch (phase) {
-
-          case PH_TT_MOVES:
-              move = (curMove++)->move;
-              if (   move != MOVE_NONE
-                  && move_is_legal(pos, move, pinned))
-                  return move;
-              break;
-
-          case PH_GOOD_CAPTURES:
-              move = pick_best(curMove++, lastMove).move;
-              if (   move != ttMoves[0].move
-                  && move != ttMoves[1].move
-                  && pos.pl_move_is_legal(move, pinned))
-              {
-                  // Check for a non negative SEE now
-                  int seeValue = pos.see_sign(move);
-                  if (seeValue >= 0)
-                      return move;
-
-                  // Losing capture, move it to the badCaptures[] array, note
-                  // that move has now been already checked for legality.
-                  assert(int(lastBadCapture - badCaptures) < 63);
-                  lastBadCapture->move = move;
-                  lastBadCapture->score = seeValue;
-                  lastBadCapture++;
-              }
-              break;
-
-          case PH_KILLERS:
-              move = (curMove++)->move;
-              if (   move != MOVE_NONE
-                  && move != ttMoves[0].move
-                  && move != ttMoves[1].move
-                  && move_is_legal(pos, move, pinned)
-                  && !pos.move_is_capture(move))
-                  return move;
-              break;
-
-          case PH_NONCAPTURES:
-              move = (curMove++)->move;
-              if (   move != ttMoves[0].move
-                  && move != ttMoves[1].move
-                  && move != killers[0].move
-                  && move != killers[1].move
-                  && pos.pl_move_is_legal(move, pinned))
+      while (cur == endMoves)
+          generate_next_stage();
+
+      switch (stage) {
+
+      case MAIN_SEARCH: case EVASION: case QSEARCH_0: case QSEARCH_1: case PROBCUT:
+          ++cur;
+          return ttMove;
+
+      case CAPTURES_S1:
+          move = pick_best(cur++, endMoves);
+          if (move != ttMove)
+          {
+              if (pos.see_sign(move) >= VALUE_ZERO)
                   return move;
-              break;
 
-          case PH_BAD_CAPTURES:
-              move = pick_best(curMove++, lastMove).move;
+              // Losing capture, move it to the tail of the array
+              *endBadCaptures-- = move;
+          }
+          break;
+
+      case KILLERS_S1:
+          move = *cur++;
+          if (    move != MOVE_NONE
+              &&  move != ttMove
+              &&  pos.pseudo_legal(move)
+              && !pos.capture(move))
+              return move;
+          break;
+
+      case QUIETS_1_S1: case QUIETS_2_S1:
+          move = *cur++;
+          if (   move != ttMove
+              && move != killers[0]
+              && move != killers[1]
+              && move != killers[2])
               return move;
+          break;
 
-          case PH_EVASIONS:
-          case PH_QCAPTURES:
-              move = pick_best(curMove++, lastMove).move;
-              if (   move != ttMoves[0].move
-                  && pos.pl_move_is_legal(move, pinned))
-                  return move;
-              break;
+      case BAD_CAPTURES_S1:
+          return *cur--;
 
-          case PH_QCHECKS:
-              move = (curMove++)->move;
-              if (   move != ttMoves[0].move
-                  && pos.pl_move_is_legal(move, pinned))
-                  return move;
-              break;
+      case EVASIONS_S2: case CAPTURES_S3: case CAPTURES_S4:
+          move = pick_best(cur++, endMoves);
+          if (move != ttMove)
+              return move;
+          break;
 
-          case PH_STOP:
-              return MOVE_NONE;
+      case CAPTURES_S5:
+           move = pick_best(cur++, endMoves);
+           if (move != ttMove && pos.see(move) > captureThreshold)
+               return move;
+           break;
 
-          default:
-              assert(false);
-              break;
-          }
+      case CAPTURES_S6:
+          move = pick_best(cur++, endMoves);
+          if (to_sq(move) == recaptureSquare)
+              return move;
+          break;
+
+      case QUIET_CHECKS_S3:
+          move = *cur++;
+          if (move != ttMove)
+              return move;
+          break;
+
+      case STOP:
+          return MOVE_NONE;
+
+      default:
+          assert(false);
       }
-      go_next_phase();
   }
 }
 
+
+/// Version of next_move() to use at split point nodes where the move is grabbed
+/// from the split point's shared MovePicker object. This function is not thread
+/// safe so must be lock protected by the caller.
+template<>
+Move MovePicker::next_move<true>() { return ss->splitPoint->movePicker->next_move<false>(); }