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Document Elo impact of the LMR part of search
[stockfish] / src / search.cpp
index af0946ea577722b5f3aaab25fb5f176bae8dc094..b61a21ad39018fa251ca743200194fdfdbd65ebe 100644 (file)
@@ -48,7 +48,6 @@ namespace Tablebases {
   bool RootInTB;
   bool UseRule50;
   Depth ProbeDepth;
-  Value Score;
 }
 
 namespace TB = Tablebases;
@@ -72,6 +71,16 @@ namespace {
     return Value((175 - 50 * improving) * d / ONE_PLY);
   }
 
+  // Margin for pruning capturing moves: almost linear in depth
+  constexpr int CapturePruneMargin[] = { 0,
+                                         1 * PawnValueEg * 1055 / 1000,
+                                         2 * PawnValueEg * 1042 / 1000,
+                                         3 * PawnValueEg * 963  / 1000,
+                                         4 * PawnValueEg * 1038 / 1000,
+                                         5 * PawnValueEg * 950  / 1000,
+                                         6 * PawnValueEg * 930  / 1000
+                                       };
+
   // Futility and reductions lookup tables, initialized at startup
   int FutilityMoveCounts[2][16]; // [improving][depth]
   int Reductions[2][2][64][64];  // [pv][improving][depth][moveNumber]
@@ -309,8 +318,18 @@ void Thread::search() {
   multiPV = std::min(multiPV, rootMoves.size());
 
   int ct = Options["Contempt"] * PawnValueEg / 100; // From centipawns
-  Eval::Contempt = (us == WHITE ?  make_score(ct, ct / 2)
-                                : -make_score(ct, ct / 2));
+
+  // In analysis mode, adjust contempt in accordance with user preference
+  if (Limits.infinite || Options["UCI_AnalyseMode"])
+      ct =  Options["Analysis Contempt"] == "Off"  ? 0
+          : Options["Analysis Contempt"] == "Both" ? ct
+          : Options["Analysis Contempt"] == "White" && us == BLACK ? -ct
+          : Options["Analysis Contempt"] == "Black" && us == WHITE ? -ct
+          : ct;
+
+  // In evaluate.cpp the evaluation is from the white point of view
+  contempt = (us == WHITE ?  make_score(ct, ct / 2)
+                          : -make_score(ct, ct / 2));
 
   // Iterative deepening loop until requested to stop or the target depth is reached
   while (   (rootDepth += ONE_PLY) < DEPTH_MAX
@@ -334,9 +353,20 @@ void Thread::search() {
       for (RootMove& rm : rootMoves)
           rm.previousScore = rm.score;
 
+      size_t PVFirst = 0;
+      PVLast = 0;
+
       // MultiPV loop. We perform a full root search for each PV line
       for (PVIdx = 0; PVIdx < multiPV && !Threads.stop; ++PVIdx)
       {
+          if (PVIdx == PVLast)
+          {
+              PVFirst = PVLast;
+              for (PVLast++; PVLast < rootMoves.size(); PVLast++)
+                  if (rootMoves[PVLast].TBRank != rootMoves[PVFirst].TBRank)
+                      break;
+          }
+
           // Reset UCI info selDepth for each depth and each PV line
           selDepth = 0;
 
@@ -348,13 +378,11 @@ void Thread::search() {
               alpha = std::max(previousScore - delta,-VALUE_INFINITE);
               beta  = std::min(previousScore + delta, VALUE_INFINITE);
 
-              ct =  Options["Contempt"] * PawnValueEg / 100; // From centipawns
-
               // Adjust contempt based on root move's previousScore (dynamic contempt)
-              ct += int(std::round(48 * atan(float(previousScore) / 128)));
+              int dct = ct + int(std::round(48 * atan(float(previousScore) / 128)));
 
-              Eval::Contempt = (us == WHITE ?  make_score(ct, ct / 2)
-                                            : -make_score(ct, ct / 2));
+              contempt = (us == WHITE ?  make_score(dct, dct / 2)
+                                      : -make_score(dct, dct / 2));
           }
 
           // Start with a small aspiration window and, in the case of a fail
@@ -370,7 +398,7 @@ void Thread::search() {
               // and we want to keep the same order for all the moves except the
               // new PV that goes to the front. Note that in case of MultiPV
               // search the already searched PV lines are preserved.
-              std::stable_sort(rootMoves.begin() + PVIdx, rootMoves.end());
+              std::stable_sort(rootMoves.begin() + PVIdx, rootMoves.begin() + PVLast);
 
               // If search has been stopped, we break immediately. Sorting is
               // safe because RootMoves is still valid, although it refers to
@@ -410,7 +438,7 @@ void Thread::search() {
           }
 
           // Sort the PV lines searched so far and update the GUI
-          std::stable_sort(rootMoves.begin(), rootMoves.begin() + PVIdx + 1);
+          std::stable_sort(rootMoves.begin() + PVFirst, rootMoves.begin() + PVIdx + 1);
 
           if (    mainThread
               && (Threads.stop || PVIdx + 1 == multiPV || Time.elapsed() > 3000))
@@ -511,7 +539,7 @@ namespace {
     Move ttMove, move, excludedMove, bestMove;
     Depth extension, newDepth;
     Value bestValue, value, ttValue, eval, maxValue;
-    bool ttHit, inCheck, givesCheck, singularExtensionNode, improving;
+    bool ttHit, inCheck, givesCheck, improving;
     bool captureOrPromotion, doFullDepthSearch, moveCountPruning, skipQuiets, ttCapture, pvExact;
     Piece movedPiece;
     int moveCount, captureCount, quietCount;
@@ -688,7 +716,7 @@ namespace {
     if (skipEarlyPruning || !pos.non_pawn_material(pos.side_to_move()))
         goto moves_loop;
 
-    // Step 7. Razoring (skipped when in check)
+    // Step 7. Razoring (skipped when in check, ~2 Elo)
     if (  !PvNode
         && depth < 3 * ONE_PLY
         && eval <= alpha - RazorMargin[depth / ONE_PLY])
@@ -699,14 +727,14 @@ namespace {
             return v;
     }
 
-    // Step 8. Futility pruning: child node (skipped when in check)
+    // Step 8. Futility pruning: child node (skipped when in check, ~30 Elo)
     if (   !rootNode
         &&  depth < 7 * ONE_PLY
         &&  eval - futility_margin(depth, improving) >= beta
         &&  eval < VALUE_KNOWN_WIN) // Do not return unproven wins
         return eval;
 
-    // Step 9. Null move search with verification search
+    // Step 9. Null move search with verification search (~40 Elo)
     if (   !PvNode
         &&  eval >= beta
         &&  ss->staticEval >= beta - 36 * depth / ONE_PLY + 225
@@ -749,7 +777,7 @@ namespace {
         }
     }
 
-    // Step 10. ProbCut (skipped when in check)
+    // Step 10. ProbCut (skipped when in check, ~10 Elo)
     // If we have a good enough capture and a reduced search returns a value
     // much above beta, we can (almost) safely prune the previous move.
     if (   !PvNode
@@ -789,7 +817,7 @@ namespace {
             }
     }
 
-    // Step 11. Internal iterative deepening (skipped when in check)
+    // Step 11. Internal iterative deepening (skipped when in check, ~2 Elo)
     if (    depth >= 6 * ONE_PLY
         && !ttMove
         && (PvNode || ss->staticEval + 128 >= beta))
@@ -810,13 +838,6 @@ moves_loop: // When in check, search starts from here
     MovePicker mp(pos, ttMove, depth, &thisThread->mainHistory, &thisThread->captureHistory, contHist, countermove, ss->killers);
     value = bestValue; // Workaround a bogus 'uninitialized' warning under gcc
 
-    singularExtensionNode =   !rootNode
-                           &&  depth >= 8 * ONE_PLY
-                           &&  ttMove != MOVE_NONE
-                           &&  ttValue != VALUE_NONE
-                           && !excludedMove // Recursive singular search is not allowed
-                           && (tte->bound() & BOUND_LOWER)
-                           &&  tte->depth() >= depth - 3 * ONE_PLY;
     skipQuiets = false;
     ttCapture = false;
     pvExact = PvNode && ttHit && tte->bound() == BOUND_EXACT;
@@ -832,9 +853,10 @@ moves_loop: // When in check, search starts from here
 
       // At root obey the "searchmoves" option and skip moves not listed in Root
       // Move List. As a consequence any illegal move is also skipped. In MultiPV
-      // mode we also skip PV moves which have been already searched.
+      // mode we also skip PV moves which have been already searched and those
+      // of lower "TB rank" if we are in a TB root position.
       if (rootNode && !std::count(thisThread->rootMoves.begin() + thisThread->PVIdx,
-                                  thisThread->rootMoves.end(), move))
+                                  thisThread->rootMoves.begin() + thisThread->PVLast, move))
           continue;
 
       ss->moveCount = ++moveCount;
@@ -854,15 +876,20 @@ moves_loop: // When in check, search starts from here
       moveCountPruning =   depth < 16 * ONE_PLY
                         && moveCount >= FutilityMoveCounts[improving][depth / ONE_PLY];
 
-      // Step 13. Extensions
+      // Step 13. Extensions (~70 Elo)
 
-      // Singular extension search. If all moves but one fail low on a search
-      // of (alpha-s, beta-s), and just one fails high on (alpha, beta), then
-      // that move is singular and should be extended. To verify this we do a
-      // reduced search on on all the other moves but the ttMove and if the
+      // Singular extension search (~60 Elo). If all moves but one fail low on a
+      // search of (alpha-s, beta-s), and just one fails high on (alpha, beta),
+      // then that move is singular and should be extended. To verify this we do
+      // reduced search on on all the other moves but the ttMove and if the
       // result is lower than ttValue minus a margin then we will extend the ttMove.
-      if (    singularExtensionNode
+      if (    depth >= 8 * ONE_PLY
           &&  move == ttMove
+          && !rootNode
+          && !excludedMove // Recursive singular search is not allowed
+          &&  ttValue != VALUE_NONE
+          && (tte->bound() & BOUND_LOWER)
+          &&  tte->depth() >= depth - 3 * ONE_PLY
           &&  pos.legal(move))
       {
           Value rBeta = std::max(ttValue - 2 * depth / ONE_PLY, -VALUE_MATE);
@@ -873,7 +900,7 @@ moves_loop: // When in check, search starts from here
           if (value < rBeta)
               extension = ONE_PLY;
       }
-      else if (    givesCheck // Check extension
+      else if (    givesCheck // Check extension (~2 Elo)
                && !moveCountPruning
                &&  pos.see_ge(move))
           extension = ONE_PLY;
@@ -881,7 +908,7 @@ moves_loop: // When in check, search starts from here
       // Calculate new depth for this move
       newDepth = depth - ONE_PLY + extension;
 
-      // Step 14. Pruning at shallow depth
+      // Step 14. Pruning at shallow depth (~170 Elo)
       if (  !rootNode
           && pos.non_pawn_material(pos.side_to_move())
           && bestValue > VALUE_MATED_IN_MAX_PLY)
@@ -890,7 +917,7 @@ moves_loop: // When in check, search starts from here
               && !givesCheck
               && (!pos.advanced_pawn_push(move) || pos.non_pawn_material() >= Value(5000)))
           {
-              // Move count based pruning
+              // Move count based pruning (~30 Elo)
               if (moveCountPruning)
               {
                   skipQuiets = true;
@@ -900,26 +927,26 @@ moves_loop: // When in check, search starts from here
               // Reduced depth of the next LMR search
               int lmrDepth = std::max(newDepth - reduction<PvNode>(improving, depth, moveCount), DEPTH_ZERO) / ONE_PLY;
 
-              // Countermoves based pruning
+              // Countermoves based pruning (~20 Elo)
               if (   lmrDepth < 3
                   && (*contHist[0])[movedPiece][to_sq(move)] < CounterMovePruneThreshold
                   && (*contHist[1])[movedPiece][to_sq(move)] < CounterMovePruneThreshold)
                   continue;
 
-              // Futility pruning: parent node
+              // Futility pruning: parent node (~2 Elo)
               if (   lmrDepth < 7
                   && !inCheck
                   && ss->staticEval + 256 + 200 * lmrDepth <= alpha)
                   continue;
 
-              // Prune moves with negative SEE
+              // Prune moves with negative SEE (~10 Elo)
               if (   lmrDepth < 8
                   && !pos.see_ge(move, Value(-35 * lmrDepth * lmrDepth)))
                   continue;
           }
-          else if (    depth < 7 * ONE_PLY
+          else if (    depth < 7 * ONE_PLY // (~20 Elo)
                    && !extension
-                   && !pos.see_ge(move, -PawnValueEg * (depth / ONE_PLY)))
+                   && !pos.see_ge(move, -Value(CapturePruneMargin[depth / ONE_PLY])))
                   continue;
       }
 
@@ -951,29 +978,29 @@ moves_loop: // When in check, search starts from here
       {
           Depth r = reduction<PvNode>(improving, depth, moveCount);
 
-          if (captureOrPromotion)
+          if (captureOrPromotion) // (~5 Elo)
               r -= r ? ONE_PLY : DEPTH_ZERO;
           else
           {
-              // Decrease reduction if opponent's move count is high
+              // Decrease reduction if opponent's move count is high (~5 Elo)
               if ((ss-1)->moveCount > 15)
                   r -= ONE_PLY;
 
-              // Decrease reduction for exact PV nodes
+              // Decrease reduction for exact PV nodes (~0 Elo)
               if (pvExact)
                   r -= ONE_PLY;
 
-              // Increase reduction if ttMove is a capture
+              // Increase reduction if ttMove is a capture (~0 Elo)
               if (ttCapture)
                   r += ONE_PLY;
 
-              // Increase reduction for cut nodes
+              // Increase reduction for cut nodes (~5 Elo)
               if (cutNode)
                   r += 2 * ONE_PLY;
 
               // Decrease reduction for moves that escape a capture. Filter out
               // castling moves, because they are coded as "king captures rook" and
-              // hence break make_move().
+              // hence break make_move(). (~5 Elo)
               else if (    type_of(move) == NORMAL
                        && !pos.see_ge(make_move(to_sq(move), from_sq(move))))
                   r -= 2 * ONE_PLY;
@@ -984,14 +1011,14 @@ moves_loop: // When in check, search starts from here
                              + (*contHist[3])[movedPiece][to_sq(move)]
                              - 4000;
 
-              // Decrease/increase reduction by comparing opponent's stat score
+              // Decrease/increase reduction by comparing opponent's stat score (~10 Elo)
               if (ss->statScore >= 0 && (ss-1)->statScore < 0)
                   r -= ONE_PLY;
 
               else if ((ss-1)->statScore >= 0 && ss->statScore < 0)
                   r += ONE_PLY;
 
-              // Decrease/increase reduction for moves with a good/bad history
+              // Decrease/increase reduction for moves with a good/bad history (~30 Elo)
               r = std::max(DEPTH_ZERO, (r / ONE_PLY - ss->statScore / 20000) * ONE_PLY);
           }
 
@@ -1077,6 +1104,7 @@ moves_loop: // When in check, search starts from here
               else
               {
                   assert(value >= beta); // Fail high
+                  ss->statScore = std::max(ss->statScore, 0);
                   break;
               }
           }
@@ -1540,7 +1568,7 @@ string UCI::pv(const Position& pos, Depth depth, Value alpha, Value beta) {
       Value v = updated ? rootMoves[i].score : rootMoves[i].previousScore;
 
       bool tb = TB::RootInTB && abs(v) < VALUE_MATE - MAX_PLY;
-      v = tb ? TB::Score : v;
+      v = tb ? rootMoves[i].TBScore : v;
 
       if (ss.rdbuf()->in_avail()) // Not at first line
           ss << "\n";
@@ -1601,52 +1629,49 @@ bool RootMove::extract_ponder_from_tt(Position& pos) {
     return pv.size() > 1;
 }
 
-
-void Tablebases::filter_root_moves(Position& pos, Search::RootMoves& rootMoves) {
+void Tablebases::rank_root_moves(Position& pos, Search::RootMoves& rootMoves) {
 
     RootInTB = false;
     UseRule50 = Options["Syzygy50MoveRule"];
     ProbeDepth = Options["SyzygyProbeDepth"] * ONE_PLY;
     Cardinality = Options["SyzygyProbeLimit"];
+    bool dtz_available = true;
 
-    // Skip TB probing when no TB found: !TBLargest -> !TB::Cardinality
+    // Tables with fewer pieces than SyzygyProbeLimit are searched with
+    // ProbeDepth == DEPTH_ZERO
     if (Cardinality > MaxCardinality)
     {
         Cardinality = MaxCardinality;
         ProbeDepth = DEPTH_ZERO;
     }
 
-    if (Cardinality < popcount(pos.pieces()) || pos.can_castle(ANY_CASTLING))
-        return;
-
-    // Don't filter any moves if the user requested analysis on multiple
-    if (Options["MultiPV"] != 1)
-        return;
+    if (Cardinality >= popcount(pos.pieces()) && !pos.can_castle(ANY_CASTLING))
+    {
+        // Rank moves using DTZ tables
+        RootInTB = root_probe(pos, rootMoves);
 
-    // If the current root position is in the tablebases, then RootMoves
-    // contains only moves that preserve the draw or the win.
-    RootInTB = root_probe(pos, rootMoves, TB::Score);
+        if (!RootInTB)
+        {
+            // DTZ tables are missing; try to rank moves using WDL tables
+            dtz_available = false;
+            RootInTB = root_probe_wdl(pos, rootMoves);
+        }
+    }
 
     if (RootInTB)
-        Cardinality = 0; // Do not probe tablebases during the search
-
-    else // If DTZ tables are missing, use WDL tables as a fallback
     {
-        // Filter out moves that do not preserve the draw or the win.
-        RootInTB = root_probe_wdl(pos, rootMoves, TB::Score);
+        // Sort moves according to TB rank
+        std::sort(rootMoves.begin(), rootMoves.end(),
+                  [](const RootMove &a, const RootMove &b) { return a.TBRank > b.TBRank; } );
 
-        // Only probe during search if winning
-        if (RootInTB && TB::Score <= VALUE_DRAW)
+        // Probe during search only if DTZ is not available and we are winning
+        if (dtz_available || rootMoves[0].TBScore <= VALUE_DRAW)
             Cardinality = 0;
     }
-
-    if (RootInTB && !UseRule50)
-        TB::Score =  TB::Score > VALUE_DRAW ?  VALUE_MATE - MAX_PLY - 1
-                   : TB::Score < VALUE_DRAW ? -VALUE_MATE + MAX_PLY + 1
-                                            :  VALUE_DRAW;
-
-    // Since root_probe() and root_probe_wdl() dirty the root move scores,
-    // we reset them to -VALUE_INFINITE
-    for (RootMove& rm : rootMoves)
-        rm.score = -VALUE_INFINITE;
+    else
+    {
+        // Assign the same rank to all moves
+        for (auto& m : rootMoves)
+            m.TBRank = 0;
+    }
 }