Use predicted depth for history pruning
[stockfish] / src / search.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 <algorithm>
22 #include <cassert>
23 #include <cmath>
24 #include <cstring>   // For std::memset
25 #include <iostream>
26 #include <sstream>
27
28 #include "evaluate.h"
29 #include "misc.h"
30 #include "movegen.h"
31 #include "movepick.h"
32 #include "search.h"
33 #include "timeman.h"
34 #include "thread.h"
35 #include "tt.h"
36 #include "uci.h"
37 #include "syzygy/tbprobe.h"
38
39 namespace Search {
40
41   SignalsType Signals;
42   LimitsType Limits;
43 }
44
45 namespace Tablebases {
46
47   int Cardinality;
48   uint64_t Hits;
49   bool RootInTB;
50   bool UseRule50;
51   Depth ProbeDepth;
52   Value Score;
53 }
54
55 namespace TB = Tablebases;
56
57 using std::string;
58 using Eval::evaluate;
59 using namespace Search;
60
61 namespace {
62
63   // Different node types, used as a template parameter
64   enum NodeType { NonPV, PV };
65
66   // Razoring and futility margin based on depth
67   const int razor_margin[4] = { 483, 570, 603, 554 };
68   Value futility_margin(Depth d) { return Value(150 * d); }
69
70   // Futility and reductions lookup tables, initialized at startup
71   int FutilityMoveCounts[2][16];  // [improving][depth]
72   Depth Reductions[2][2][64][64]; // [pv][improving][depth][moveNumber]
73
74   template <bool PvNode> Depth reduction(bool i, Depth d, int mn) {
75     return Reductions[PvNode][i][std::min(d, 63 * ONE_PLY)][std::min(mn, 63)];
76   }
77
78   // Skill structure is used to implement strength limit
79   struct Skill {
80     Skill(int l) : level(l) {}
81     bool enabled() const { return level < 20; }
82     bool time_to_pick(Depth depth) const { return depth / ONE_PLY == 1 + level; }
83     Move best_move(size_t multiPV) { return best ? best : pick_best(multiPV); }
84     Move pick_best(size_t multiPV);
85
86     int level;
87     Move best = MOVE_NONE;
88   };
89
90   // EasyMoveManager structure is used to detect an 'easy move'. When the PV is
91   // stable across multiple search iterations, we can quickly return the best move.
92   struct EasyMoveManager {
93
94     void clear() {
95       stableCnt = 0;
96       expectedPosKey = 0;
97       pv[0] = pv[1] = pv[2] = MOVE_NONE;
98     }
99
100     Move get(Key key) const {
101       return expectedPosKey == key ? pv[2] : MOVE_NONE;
102     }
103
104     void update(Position& pos, const std::vector<Move>& newPv) {
105
106       assert(newPv.size() >= 3);
107
108       // Keep track of how many times in a row the 3rd ply remains stable
109       stableCnt = (newPv[2] == pv[2]) ? stableCnt + 1 : 0;
110
111       if (!std::equal(newPv.begin(), newPv.begin() + 3, pv))
112       {
113           std::copy(newPv.begin(), newPv.begin() + 3, pv);
114
115           StateInfo st[2];
116           pos.do_move(newPv[0], st[0], pos.gives_check(newPv[0], CheckInfo(pos)));
117           pos.do_move(newPv[1], st[1], pos.gives_check(newPv[1], CheckInfo(pos)));
118           expectedPosKey = pos.key();
119           pos.undo_move(newPv[1]);
120           pos.undo_move(newPv[0]);
121       }
122     }
123
124     int stableCnt;
125     Key expectedPosKey;
126     Move pv[3];
127   };
128
129   // Set of rows with half bits set to 1 and half to 0. It is used to allocate
130   // the search depths across the threads.
131   typedef std::vector<int> Row;
132
133   const Row HalfDensity[] = {
134     {0, 1},
135     {1, 0},
136     {0, 0, 1, 1},
137     {0, 1, 1, 0},
138     {1, 1, 0, 0},
139     {1, 0, 0, 1},
140     {0, 0, 0, 1, 1, 1},
141     {0, 0, 1, 1, 1, 0},
142     {0, 1, 1, 1, 0, 0},
143     {1, 1, 1, 0, 0, 0},
144     {1, 1, 0, 0, 0, 1},
145     {1, 0, 0, 0, 1, 1},
146     {0, 0, 0, 0, 1, 1, 1, 1},
147     {0, 0, 0, 1, 1, 1, 1, 0},
148     {0, 0, 1, 1, 1, 1, 0 ,0},
149     {0, 1, 1, 1, 1, 0, 0 ,0},
150     {1, 1, 1, 1, 0, 0, 0 ,0},
151     {1, 1, 1, 0, 0, 0, 0 ,1},
152     {1, 1, 0, 0, 0, 0, 1 ,1},
153     {1, 0, 0, 0, 0, 1, 1 ,1},
154   };
155
156   const size_t HalfDensitySize = std::extent<decltype(HalfDensity)>::value;
157
158   EasyMoveManager EasyMove;
159   Value DrawValue[COLOR_NB];
160   CounterMoveHistoryStats CounterMoveHistory;
161
162   template <NodeType NT>
163   Value search(Position& pos, Stack* ss, Value alpha, Value beta, Depth depth, bool cutNode);
164
165   template <NodeType NT, bool InCheck>
166   Value qsearch(Position& pos, Stack* ss, Value alpha, Value beta, Depth depth);
167
168   Value value_to_tt(Value v, int ply);
169   Value value_from_tt(Value v, int ply);
170   void update_pv(Move* pv, Move move, Move* childPv);
171   void update_stats(const Position& pos, Stack* ss, Move move, Depth depth, Move* quiets, int quietsCnt);
172   void check_time();
173
174 } // namespace
175
176
177 /// Search::init() is called during startup to initialize various lookup tables
178
179 void Search::init() {
180
181   for (int imp = 0; imp <= 1; ++imp)
182       for (int d = 1; d < 64; ++d)
183           for (int mc = 1; mc < 64; ++mc)
184           {
185               double r = log(d) * log(mc) / 2;
186               if (r < 0.80)
187                 continue;
188
189               Reductions[NonPV][imp][d][mc] = int(std::round(r)) * ONE_PLY;
190               Reductions[PV][imp][d][mc] = std::max(Reductions[NonPV][imp][d][mc] - ONE_PLY, DEPTH_ZERO);
191
192               // Increase reduction for non-PV nodes when eval is not improving
193               if (!imp && Reductions[NonPV][imp][d][mc] >= 2 * ONE_PLY)
194                 Reductions[NonPV][imp][d][mc] += ONE_PLY;
195           }
196
197   for (int d = 0; d < 16; ++d)
198   {
199       FutilityMoveCounts[0][d] = int(2.4 + 0.773 * pow(d + 0.00, 1.8));
200       FutilityMoveCounts[1][d] = int(2.9 + 1.045 * pow(d + 0.49, 1.8));
201   }
202 }
203
204
205 /// Search::clear() resets search state to zero, to obtain reproducible results
206
207 void Search::clear() {
208
209   TT.clear();
210   CounterMoveHistory.clear();
211
212   for (Thread* th : Threads)
213   {
214       th->history.clear();
215       th->counterMoves.clear();
216       th->fromTo.clear();
217   }
218
219   Threads.main()->previousScore = VALUE_INFINITE;
220 }
221
222
223 /// Search::perft() is our utility to verify move generation. All the leaf nodes
224 /// up to the given depth are generated and counted, and the sum is returned.
225 template<bool Root>
226 uint64_t Search::perft(Position& pos, Depth depth) {
227
228   StateInfo st;
229   uint64_t cnt, nodes = 0;
230   CheckInfo ci(pos);
231   const bool leaf = (depth == 2 * ONE_PLY);
232
233   for (const auto& m : MoveList<LEGAL>(pos))
234   {
235       if (Root && depth <= ONE_PLY)
236           cnt = 1, nodes++;
237       else
238       {
239           pos.do_move(m, st, pos.gives_check(m, ci));
240           cnt = leaf ? MoveList<LEGAL>(pos).size() : perft<false>(pos, depth - ONE_PLY);
241           nodes += cnt;
242           pos.undo_move(m);
243       }
244       if (Root)
245           sync_cout << UCI::move(m, pos.is_chess960()) << ": " << cnt << sync_endl;
246   }
247   return nodes;
248 }
249
250 template uint64_t Search::perft<true>(Position&, Depth);
251
252
253 /// MainThread::search() is called by the main thread when the program receives
254 /// the UCI 'go' command. It searches from the root position and outputs the "bestmove".
255
256 void MainThread::search() {
257
258   Color us = rootPos.side_to_move();
259   Time.init(Limits, us, rootPos.game_ply());
260
261   int contempt = Options["Contempt"] * PawnValueEg / 100; // From centipawns
262   DrawValue[ us] = VALUE_DRAW - Value(contempt);
263   DrawValue[~us] = VALUE_DRAW + Value(contempt);
264
265   if (rootMoves.empty())
266   {
267       rootMoves.push_back(RootMove(MOVE_NONE));
268       sync_cout << "info depth 0 score "
269                 << UCI::value(rootPos.checkers() ? -VALUE_MATE : VALUE_DRAW)
270                 << sync_endl;
271   }
272   else
273   {
274       for (Thread* th : Threads)
275           if (th != this)
276               th->start_searching();
277
278       Thread::search(); // Let's start searching!
279   }
280
281   // When playing in 'nodes as time' mode, subtract the searched nodes from
282   // the available ones before exiting.
283   if (Limits.npmsec)
284       Time.availableNodes += Limits.inc[us] - Threads.nodes_searched();
285
286   // When we reach the maximum depth, we can arrive here without a raise of
287   // Signals.stop. However, if we are pondering or in an infinite search,
288   // the UCI protocol states that we shouldn't print the best move before the
289   // GUI sends a "stop" or "ponderhit" command. We therefore simply wait here
290   // until the GUI sends one of those commands (which also raises Signals.stop).
291   if (!Signals.stop && (Limits.ponder || Limits.infinite))
292   {
293       Signals.stopOnPonderhit = true;
294       wait(Signals.stop);
295   }
296
297   // Stop the threads if not already stopped
298   Signals.stop = true;
299
300   // Wait until all threads have finished
301   for (Thread* th : Threads)
302       if (th != this)
303           th->wait_for_search_finished();
304
305   // Check if there are threads with a better score than main thread
306   Thread* bestThread = this;
307   if (   !this->easyMovePlayed
308       &&  Options["MultiPV"] == 1
309       && !Limits.depth
310       && !Skill(Options["Skill Level"]).enabled()
311       &&  rootMoves[0].pv[0] != MOVE_NONE)
312   {
313       for (Thread* th : Threads)
314           if (   th->completedDepth > bestThread->completedDepth
315               && th->rootMoves[0].score > bestThread->rootMoves[0].score)
316               bestThread = th;
317   }
318
319   previousScore = bestThread->rootMoves[0].score;
320
321   // Send new PV when needed
322   if (bestThread != this)
323       sync_cout << UCI::pv(bestThread->rootPos, bestThread->completedDepth, -VALUE_INFINITE, VALUE_INFINITE) << sync_endl;
324
325   sync_cout << "bestmove " << UCI::move(bestThread->rootMoves[0].pv[0], rootPos.is_chess960());
326
327   if (bestThread->rootMoves[0].pv.size() > 1 || bestThread->rootMoves[0].extract_ponder_from_tt(rootPos))
328       std::cout << " ponder " << UCI::move(bestThread->rootMoves[0].pv[1], rootPos.is_chess960());
329
330   std::cout << sync_endl;
331 }
332
333
334 // Thread::search() is the main iterative deepening loop. It calls search()
335 // repeatedly with increasing depth until the allocated thinking time has been
336 // consumed, the user stops the search, or the maximum search depth is reached.
337
338 void Thread::search() {
339
340   Stack stack[MAX_PLY+7], *ss = stack+5; // To allow referencing (ss-5) and (ss+2)
341   Value bestValue, alpha, beta, delta;
342   Move easyMove = MOVE_NONE;
343   MainThread* mainThread = (this == Threads.main() ? Threads.main() : nullptr);
344
345   std::memset(ss-5, 0, 8 * sizeof(Stack));
346
347   bestValue = delta = alpha = -VALUE_INFINITE;
348   beta = VALUE_INFINITE;
349   completedDepth = DEPTH_ZERO;
350
351   if (mainThread)
352   {
353       easyMove = EasyMove.get(rootPos.key());
354       EasyMove.clear();
355       mainThread->easyMovePlayed = mainThread->failedLow = false;
356       mainThread->bestMoveChanges = 0;
357       TT.new_search();
358   }
359
360   size_t multiPV = Options["MultiPV"];
361   Skill skill(Options["Skill Level"]);
362
363   // When playing with strength handicap enable MultiPV search that we will
364   // use behind the scenes to retrieve a set of possible moves.
365   if (skill.enabled())
366       multiPV = std::max(multiPV, (size_t)4);
367
368   multiPV = std::min(multiPV, rootMoves.size());
369
370   // Iterative deepening loop until requested to stop or the target depth is reached.
371   while (++rootDepth < DEPTH_MAX && !Signals.stop && (!Limits.depth || Threads.main()->rootDepth <= Limits.depth))
372   {
373       // Set up the new depths for the helper threads skipping on average every
374       // 2nd ply (using a half-density matrix).
375       if (!mainThread)
376       {
377           const Row& row = HalfDensity[(idx - 1) % HalfDensitySize];
378           if (row[(rootDepth + rootPos.game_ply()) % row.size()])
379              continue;
380       }
381
382       // Age out PV variability metric
383       if (mainThread)
384           mainThread->bestMoveChanges *= 0.505, mainThread->failedLow = false;
385
386       // Save the last iteration's scores before first PV line is searched and
387       // all the move scores except the (new) PV are set to -VALUE_INFINITE.
388       for (RootMove& rm : rootMoves)
389           rm.previousScore = rm.score;
390
391       // MultiPV loop. We perform a full root search for each PV line
392       for (PVIdx = 0; PVIdx < multiPV && !Signals.stop; ++PVIdx)
393       {
394           // Reset aspiration window starting size
395           if (rootDepth >= 5 * ONE_PLY)
396           {
397               delta = Value(18);
398               alpha = std::max(rootMoves[PVIdx].previousScore - delta,-VALUE_INFINITE);
399               beta  = std::min(rootMoves[PVIdx].previousScore + delta, VALUE_INFINITE);
400           }
401
402           // Start with a small aspiration window and, in the case of a fail
403           // high/low, re-search with a bigger window until we're not failing
404           // high/low anymore.
405           while (true)
406           {
407               bestValue = ::search<PV>(rootPos, ss, alpha, beta, rootDepth, false);
408
409               // Bring the best move to the front. It is critical that sorting
410               // is done with a stable algorithm because all the values but the
411               // first and eventually the new best one are set to -VALUE_INFINITE
412               // and we want to keep the same order for all the moves except the
413               // new PV that goes to the front. Note that in case of MultiPV
414               // search the already searched PV lines are preserved.
415               std::stable_sort(rootMoves.begin() + PVIdx, rootMoves.end());
416
417               // If search has been stopped, break immediately. Sorting and
418               // writing PV back to TT is safe because RootMoves is still
419               // valid, although it refers to the previous iteration.
420               if (Signals.stop)
421                   break;
422
423               // When failing high/low give some update (without cluttering
424               // the UI) before a re-search.
425               if (   mainThread
426                   && multiPV == 1
427                   && (bestValue <= alpha || bestValue >= beta)
428                   && Time.elapsed() > 3000)
429                   sync_cout << UCI::pv(rootPos, rootDepth, alpha, beta) << sync_endl;
430
431               // In case of failing low/high increase aspiration window and
432               // re-search, otherwise exit the loop.
433               if (bestValue <= alpha)
434               {
435                   beta = (alpha + beta) / 2;
436                   alpha = std::max(bestValue - delta, -VALUE_INFINITE);
437
438                   if (mainThread)
439                   {
440                       mainThread->failedLow = true;
441                       Signals.stopOnPonderhit = false;
442                   }
443               }
444               else if (bestValue >= beta)
445               {
446                   alpha = (alpha + beta) / 2;
447                   beta = std::min(bestValue + delta, VALUE_INFINITE);
448               }
449               else
450                   break;
451
452               delta += delta / 4 + 5;
453
454               assert(alpha >= -VALUE_INFINITE && beta <= VALUE_INFINITE);
455           }
456
457           // Sort the PV lines searched so far and update the GUI
458           std::stable_sort(rootMoves.begin(), rootMoves.begin() + PVIdx + 1);
459
460           if (!mainThread)
461               continue;
462
463           if (Signals.stop)
464               sync_cout << "info nodes " << Threads.nodes_searched()
465                         << " time " << Time.elapsed() << sync_endl;
466
467           else if (PVIdx + 1 == multiPV || Time.elapsed() > 3000)
468               sync_cout << UCI::pv(rootPos, rootDepth, alpha, beta) << sync_endl;
469       }
470
471       if (!Signals.stop)
472           completedDepth = rootDepth;
473
474       if (!mainThread)
475           continue;
476
477       // If skill level is enabled and time is up, pick a sub-optimal best move
478       if (skill.enabled() && skill.time_to_pick(rootDepth))
479           skill.pick_best(multiPV);
480
481       // Have we found a "mate in x"?
482       if (   Limits.mate
483           && bestValue >= VALUE_MATE_IN_MAX_PLY
484           && VALUE_MATE - bestValue <= 2 * Limits.mate)
485           Signals.stop = true;
486
487       // Do we have time for the next iteration? Can we stop searching now?
488       if (Limits.use_time_management())
489       {
490           if (!Signals.stop && !Signals.stopOnPonderhit)
491           {
492               // Stop the search if only one legal move is available, or if all
493               // of the available time has been used, or if we matched an easyMove
494               // from the previous search and just did a fast verification.
495               const int F[] = { mainThread->failedLow,
496                                 bestValue - mainThread->previousScore };
497
498               int improvingFactor = std::max(229, std::min(715, 357 + 119 * F[0] - 6 * F[1]));
499               double unstablePvFactor = 1 + mainThread->bestMoveChanges;
500
501               bool doEasyMove =   rootMoves[0].pv[0] == easyMove
502                                && mainThread->bestMoveChanges < 0.03
503                                && Time.elapsed() > Time.optimum() * 5 / 42;
504
505               if (   rootMoves.size() == 1
506                   || Time.elapsed() > Time.optimum() * unstablePvFactor * improvingFactor / 628
507                   || (mainThread->easyMovePlayed = doEasyMove))
508               {
509                   // If we are allowed to ponder do not stop the search now but
510                   // keep pondering until the GUI sends "ponderhit" or "stop".
511                   if (Limits.ponder)
512                       Signals.stopOnPonderhit = true;
513                   else
514                       Signals.stop = true;
515               }
516           }
517
518           if (rootMoves[0].pv.size() >= 3)
519               EasyMove.update(rootPos, rootMoves[0].pv);
520           else
521               EasyMove.clear();
522       }
523   }
524
525   if (!mainThread)
526       return;
527
528   // Clear any candidate easy move that wasn't stable for the last search
529   // iterations; the second condition prevents consecutive fast moves.
530   if (EasyMove.stableCnt < 6 || mainThread->easyMovePlayed)
531       EasyMove.clear();
532
533   // If skill level is enabled, swap best PV line with the sub-optimal one
534   if (skill.enabled())
535       std::swap(rootMoves[0], *std::find(rootMoves.begin(),
536                 rootMoves.end(), skill.best_move(multiPV)));
537 }
538
539
540 namespace {
541
542   // search<>() is the main search function for both PV and non-PV nodes
543
544   template <NodeType NT>
545   Value search(Position& pos, Stack* ss, Value alpha, Value beta, Depth depth, bool cutNode) {
546
547     const bool PvNode = NT == PV;
548     const bool rootNode = PvNode && (ss-1)->ply == 0;
549
550     assert(-VALUE_INFINITE <= alpha && alpha < beta && beta <= VALUE_INFINITE);
551     assert(PvNode || (alpha == beta - 1));
552     assert(DEPTH_ZERO < depth && depth < DEPTH_MAX);
553     assert(!(PvNode && cutNode));
554
555     Move pv[MAX_PLY+1], quietsSearched[64];
556     StateInfo st;
557     TTEntry* tte;
558     Key posKey;
559     Move ttMove, move, excludedMove, bestMove;
560     Depth extension, newDepth, predictedDepth;
561     Value bestValue, value, ttValue, eval, nullValue;
562     bool ttHit, inCheck, givesCheck, singularExtensionNode, improving;
563     bool captureOrPromotion, doFullDepthSearch, moveCountPruning;
564     Piece moved_piece;
565     int moveCount, quietCount;
566
567     // Step 1. Initialize node
568     Thread* thisThread = pos.this_thread();
569     inCheck = pos.checkers();
570     moveCount = quietCount =  ss->moveCount = 0;
571     bestValue = -VALUE_INFINITE;
572     ss->ply = (ss-1)->ply + 1;
573
574     // Check for the available remaining time
575     if (thisThread->resetCalls.load(std::memory_order_relaxed))
576     {
577         thisThread->resetCalls = false;
578         thisThread->callsCnt = 0;
579     }
580     if (++thisThread->callsCnt > 4096)
581     {
582         for (Thread* th : Threads)
583             th->resetCalls = true;
584
585         check_time();
586     }
587
588     // Used to send selDepth info to GUI
589     if (PvNode && thisThread->maxPly < ss->ply)
590         thisThread->maxPly = ss->ply;
591
592     if (!rootNode)
593     {
594         // Step 2. Check for aborted search and immediate draw
595         if (Signals.stop.load(std::memory_order_relaxed) || pos.is_draw() || ss->ply >= MAX_PLY)
596             return ss->ply >= MAX_PLY && !inCheck ? evaluate(pos)
597                                                   : DrawValue[pos.side_to_move()];
598
599         // Step 3. Mate distance pruning. Even if we mate at the next move our score
600         // would be at best mate_in(ss->ply+1), but if alpha is already bigger because
601         // a shorter mate was found upward in the tree then there is no need to search
602         // because we will never beat the current alpha. Same logic but with reversed
603         // signs applies also in the opposite condition of being mated instead of giving
604         // mate. In this case return a fail-high score.
605         alpha = std::max(mated_in(ss->ply), alpha);
606         beta = std::min(mate_in(ss->ply+1), beta);
607         if (alpha >= beta)
608             return alpha;
609     }
610
611     assert(0 <= ss->ply && ss->ply < MAX_PLY);
612
613     ss->currentMove = (ss+1)->excludedMove = bestMove = MOVE_NONE;
614     ss->counterMoves = nullptr;
615     (ss+1)->skipEarlyPruning = false;
616     (ss+2)->killers[0] = (ss+2)->killers[1] = MOVE_NONE;
617
618     // Step 4. Transposition table lookup. We don't want the score of a partial
619     // search to overwrite a previous full search TT value, so we use a different
620     // position key in case of an excluded move.
621     excludedMove = ss->excludedMove;
622     posKey = excludedMove ? pos.exclusion_key() : pos.key();
623     tte = TT.probe(posKey, ttHit);
624     ttValue = ttHit ? value_from_tt(tte->value(), ss->ply) : VALUE_NONE;
625     ttMove =  rootNode ? thisThread->rootMoves[thisThread->PVIdx].pv[0]
626             : ttHit    ? tte->move() : MOVE_NONE;
627
628     // At non-PV nodes we check for an early TT cutoff
629     if (  !PvNode
630         && ttHit
631         && tte->depth() >= depth
632         && ttValue != VALUE_NONE // Possible in case of TT access race
633         && (ttValue >= beta ? (tte->bound() & BOUND_LOWER)
634                             : (tte->bound() & BOUND_UPPER)))
635     {
636         ss->currentMove = ttMove; // Can be MOVE_NONE
637
638         // If ttMove is quiet, update killers, history, counter move on TT hit
639         if (ttValue >= beta && ttMove && !pos.capture_or_promotion(ttMove))
640             update_stats(pos, ss, ttMove, depth, nullptr, 0);
641
642         return ttValue;
643     }
644
645     // Step 4a. Tablebase probe
646     if (!rootNode && TB::Cardinality)
647     {
648         int piecesCnt = pos.count<ALL_PIECES>(WHITE) + pos.count<ALL_PIECES>(BLACK);
649
650         if (    piecesCnt <= TB::Cardinality
651             && (piecesCnt <  TB::Cardinality || depth >= TB::ProbeDepth)
652             &&  pos.rule50_count() == 0
653             && !pos.can_castle(ANY_CASTLING))
654         {
655             int found, v = Tablebases::probe_wdl(pos, &found);
656
657             if (found)
658             {
659                 TB::Hits++;
660
661                 int drawScore = TB::UseRule50 ? 1 : 0;
662
663                 value =  v < -drawScore ? -VALUE_MATE + MAX_PLY + ss->ply
664                        : v >  drawScore ?  VALUE_MATE - MAX_PLY - ss->ply
665                                         :  VALUE_DRAW + 2 * v * drawScore;
666
667                 tte->save(posKey, value_to_tt(value, ss->ply), BOUND_EXACT,
668                           std::min(DEPTH_MAX - ONE_PLY, depth + 6 * ONE_PLY),
669                           MOVE_NONE, VALUE_NONE, TT.generation());
670
671                 return value;
672             }
673         }
674     }
675
676     // Step 5. Evaluate the position statically
677     if (inCheck)
678     {
679         ss->staticEval = eval = VALUE_NONE;
680         goto moves_loop;
681     }
682
683     else if (ttHit)
684     {
685         // Never assume anything on values stored in TT
686         if ((ss->staticEval = eval = tte->eval()) == VALUE_NONE)
687             eval = ss->staticEval = evaluate(pos);
688
689         // Can ttValue be used as a better position evaluation?
690         if (ttValue != VALUE_NONE)
691             if (tte->bound() & (ttValue > eval ? BOUND_LOWER : BOUND_UPPER))
692                 eval = ttValue;
693     }
694     else
695     {
696         eval = ss->staticEval =
697         (ss-1)->currentMove != MOVE_NULL ? evaluate(pos)
698                                          : -(ss-1)->staticEval + 2 * Eval::Tempo;
699
700         tte->save(posKey, VALUE_NONE, BOUND_NONE, DEPTH_NONE, MOVE_NONE,
701                   ss->staticEval, TT.generation());
702     }
703
704     if (ss->skipEarlyPruning)
705         goto moves_loop;
706
707     // Step 6. Razoring (skipped when in check)
708     if (   !PvNode
709         &&  depth < 4 * ONE_PLY
710         &&  eval + razor_margin[depth] <= alpha
711         &&  ttMove == MOVE_NONE)
712     {
713         if (   depth <= ONE_PLY
714             && eval + razor_margin[3 * ONE_PLY] <= alpha)
715             return qsearch<NonPV, false>(pos, ss, alpha, beta, DEPTH_ZERO);
716
717         Value ralpha = alpha - razor_margin[depth];
718         Value v = qsearch<NonPV, false>(pos, ss, ralpha, ralpha+1, DEPTH_ZERO);
719         if (v <= ralpha)
720             return v;
721     }
722
723     // Step 7. Futility pruning: child node (skipped when in check)
724     if (   !rootNode
725         &&  depth < 7 * ONE_PLY
726         &&  eval - futility_margin(depth) >= beta
727         &&  eval < VALUE_KNOWN_WIN  // Do not return unproven wins
728         &&  pos.non_pawn_material(pos.side_to_move()))
729         return eval - futility_margin(depth);
730
731     // Step 8. Null move search with verification search (is omitted in PV nodes)
732     if (   !PvNode
733         &&  eval >= beta
734         && (ss->staticEval >= beta - 35 * (depth / ONE_PLY - 6) || depth >= 13 * ONE_PLY)
735         &&  pos.non_pawn_material(pos.side_to_move()))
736     {
737         ss->currentMove = MOVE_NULL;
738         ss->counterMoves = nullptr;
739
740         assert(eval - beta >= 0);
741
742         // Null move dynamic reduction based on depth and value
743         Depth R = ((823 + 67 * depth) / 256 + std::min((eval - beta) / PawnValueMg, 3)) * ONE_PLY;
744
745         pos.do_null_move(st);
746         (ss+1)->skipEarlyPruning = true;
747         nullValue = depth-R < ONE_PLY ? -qsearch<NonPV, false>(pos, ss+1, -beta, -beta+1, DEPTH_ZERO)
748                                       : - search<NonPV>(pos, ss+1, -beta, -beta+1, depth-R, !cutNode);
749         (ss+1)->skipEarlyPruning = false;
750         pos.undo_null_move();
751
752         if (nullValue >= beta)
753         {
754             // Do not return unproven mate scores
755             if (nullValue >= VALUE_MATE_IN_MAX_PLY)
756                 nullValue = beta;
757
758             if (depth < 12 * ONE_PLY && abs(beta) < VALUE_KNOWN_WIN)
759                 return nullValue;
760
761             // Do verification search at high depths
762             ss->skipEarlyPruning = true;
763             Value v = depth-R < ONE_PLY ? qsearch<NonPV, false>(pos, ss, beta-1, beta, DEPTH_ZERO)
764                                         :  search<NonPV>(pos, ss, beta-1, beta, depth-R, false);
765             ss->skipEarlyPruning = false;
766
767             if (v >= beta)
768                 return nullValue;
769         }
770     }
771
772     // Step 9. ProbCut (skipped when in check)
773     // If we have a very good capture (i.e. SEE > seeValues[captured_piece_type])
774     // and a reduced search returns a value much above beta, we can (almost)
775     // safely prune the previous move.
776     if (   !PvNode
777         &&  depth >= 5 * ONE_PLY
778         &&  abs(beta) < VALUE_MATE_IN_MAX_PLY)
779     {
780         Value rbeta = std::min(beta + 200, VALUE_INFINITE);
781         Depth rdepth = depth - 4 * ONE_PLY;
782
783         assert(rdepth >= ONE_PLY);
784         assert((ss-1)->currentMove != MOVE_NONE);
785         assert((ss-1)->currentMove != MOVE_NULL);
786
787         MovePicker mp(pos, ttMove, PieceValue[MG][pos.captured_piece_type()]);
788         CheckInfo ci(pos);
789
790         while ((move = mp.next_move()) != MOVE_NONE)
791             if (pos.legal(move, ci.pinned))
792             {
793                 ss->currentMove = move;
794                 ss->counterMoves = &CounterMoveHistory[pos.moved_piece(move)][to_sq(move)];
795                 pos.do_move(move, st, pos.gives_check(move, ci));
796                 value = -search<NonPV>(pos, ss+1, -rbeta, -rbeta+1, rdepth, !cutNode);
797                 pos.undo_move(move);
798                 if (value >= rbeta)
799                     return value;
800             }
801     }
802
803     // Step 10. Internal iterative deepening (skipped when in check)
804     if (    depth >= (PvNode ? 5 * ONE_PLY : 8 * ONE_PLY)
805         && !ttMove
806         && (PvNode || ss->staticEval + 256 >= beta))
807     {
808         Depth d = depth - 2 * ONE_PLY - (PvNode ? DEPTH_ZERO : depth / 4);
809         ss->skipEarlyPruning = true;
810         search<NT>(pos, ss, alpha, beta, d, cutNode);
811         ss->skipEarlyPruning = false;
812
813         tte = TT.probe(posKey, ttHit);
814         ttMove = ttHit ? tte->move() : MOVE_NONE;
815     }
816
817 moves_loop: // When in check search starts from here
818
819     const CounterMoveStats* cmh  = (ss-1)->counterMoves;
820     const CounterMoveStats* fmh  = (ss-2)->counterMoves;
821     const CounterMoveStats* fmh2 = (ss-4)->counterMoves;
822
823     MovePicker mp(pos, ttMove, depth, ss);
824     CheckInfo ci(pos);
825     value = bestValue; // Workaround a bogus 'uninitialized' warning under gcc
826     improving =   ss->staticEval >= (ss-2)->staticEval
827             /* || ss->staticEval == VALUE_NONE Already implicit in the previous condition */
828                ||(ss-2)->staticEval == VALUE_NONE;
829
830     singularExtensionNode =   !rootNode
831                            &&  depth >= 8 * ONE_PLY
832                            &&  ttMove != MOVE_NONE
833                        /*  &&  ttValue != VALUE_NONE Already implicit in the next condition */
834                            &&  abs(ttValue) < VALUE_KNOWN_WIN
835                            && !excludedMove // Recursive singular search is not allowed
836                            && (tte->bound() & BOUND_LOWER)
837                            &&  tte->depth() >= depth - 3 * ONE_PLY;
838
839     // Step 11. Loop through moves
840     // Loop through all pseudo-legal moves until no moves remain or a beta cutoff occurs
841     while ((move = mp.next_move()) != MOVE_NONE)
842     {
843       assert(is_ok(move));
844
845       if (move == excludedMove)
846           continue;
847
848       // At root obey the "searchmoves" option and skip moves not listed in Root
849       // Move List. As a consequence any illegal move is also skipped. In MultiPV
850       // mode we also skip PV moves which have been already searched.
851       if (rootNode && !std::count(thisThread->rootMoves.begin() + thisThread->PVIdx,
852                                   thisThread->rootMoves.end(), move))
853           continue;
854
855       ss->moveCount = ++moveCount;
856
857       if (rootNode && thisThread == Threads.main() && Time.elapsed() > 3000)
858           sync_cout << "info depth " << depth / ONE_PLY
859                     << " currmove " << UCI::move(move, pos.is_chess960())
860                     << " currmovenumber " << moveCount + thisThread->PVIdx << sync_endl;
861
862       if (PvNode)
863           (ss+1)->pv = nullptr;
864
865       extension = DEPTH_ZERO;
866       captureOrPromotion = pos.capture_or_promotion(move);
867       moved_piece = pos.moved_piece(move);
868
869       givesCheck =  type_of(move) == NORMAL && !ci.dcCandidates
870                   ? ci.checkSquares[type_of(pos.piece_on(from_sq(move)))] & to_sq(move)
871                   : pos.gives_check(move, ci);
872
873       moveCountPruning =   depth < 16 * ONE_PLY
874                         && moveCount >= FutilityMoveCounts[improving][depth];
875
876       // Step 12. Extend checks
877       if (    givesCheck
878           && !moveCountPruning
879           &&  pos.see_sign(move) >= VALUE_ZERO)
880           extension = ONE_PLY;
881
882       // Singular extension search. If all moves but one fail low on a search of
883       // (alpha-s, beta-s), and just one fails high on (alpha, beta), then that move
884       // is singular and should be extended. To verify this we do a reduced search
885       // on all the other moves but the ttMove and if the result is lower than
886       // ttValue minus a margin then we extend the ttMove.
887       if (    singularExtensionNode
888           &&  move == ttMove
889           && !extension
890           &&  pos.legal(move, ci.pinned))
891       {
892           Value rBeta = ttValue - 2 * depth / ONE_PLY;
893           ss->excludedMove = move;
894           ss->skipEarlyPruning = true;
895           value = search<NonPV>(pos, ss, rBeta - 1, rBeta, depth / 2, cutNode);
896           ss->skipEarlyPruning = false;
897           ss->excludedMove = MOVE_NONE;
898
899           if (value < rBeta)
900               extension = ONE_PLY;
901       }
902
903       // Update the current move (this must be done after singular extension search)
904       newDepth = depth - ONE_PLY + extension;
905
906       // Step 13. Pruning at shallow depth
907       if (   !rootNode
908           && !captureOrPromotion
909           && !inCheck
910           && !givesCheck
911           && !pos.advanced_pawn_push(move)
912           &&  bestValue > VALUE_MATED_IN_MAX_PLY)
913       {
914           // Move count based pruning
915           if (moveCountPruning)
916               continue;
917
918           predictedDepth = std::max(newDepth - reduction<PvNode>(improving, depth, moveCount), DEPTH_ZERO);
919
920           // Countermoves based pruning
921           if (   predictedDepth < 3 * ONE_PLY
922               && move != ss->killers[0]
923               && (!cmh  || (*cmh )[moved_piece][to_sq(move)] < VALUE_ZERO)
924               && (!fmh  || (*fmh )[moved_piece][to_sq(move)] < VALUE_ZERO)
925               && (!fmh2 || (*fmh2)[moved_piece][to_sq(move)] < VALUE_ZERO || (cmh && fmh)))
926               continue;
927
928           // Futility pruning: parent node
929           if (   predictedDepth < 7 * ONE_PLY
930               && ss->staticEval + 256 + 200 * predictedDepth / ONE_PLY <= alpha)
931               continue;
932
933           // Prune moves with negative SEE at low depths and below a decreasing
934           // threshold at higher depths.
935           if (predictedDepth < 8 * ONE_PLY)
936           {
937               Value see_v = predictedDepth < 4 * ONE_PLY ? VALUE_ZERO
938                             : -PawnValueMg * 2 * int(predictedDepth - 3 * ONE_PLY);
939
940               if (pos.see_sign(move) < see_v)
941                   continue;
942           }
943       }
944
945       // Speculative prefetch as early as possible
946       prefetch(TT.first_entry(pos.key_after(move)));
947
948       // Check for legality just before making the move
949       if (!rootNode && !pos.legal(move, ci.pinned))
950       {
951           ss->moveCount = --moveCount;
952           continue;
953       }
954
955       ss->currentMove = move;
956       ss->counterMoves = &CounterMoveHistory[moved_piece][to_sq(move)];
957
958       // Step 14. Make the move
959       pos.do_move(move, st, givesCheck);
960
961       // Step 15. Reduced depth search (LMR). If the move fails high it will be
962       // re-searched at full depth.
963       if (    depth >= 3 * ONE_PLY
964           &&  moveCount > 1
965           && !captureOrPromotion)
966       {
967           Depth r = reduction<PvNode>(improving, depth, moveCount);
968           Value val = thisThread->history[moved_piece][to_sq(move)]
969                      +    (cmh  ? (*cmh )[moved_piece][to_sq(move)] : VALUE_ZERO)
970                      +    (fmh  ? (*fmh )[moved_piece][to_sq(move)] : VALUE_ZERO)
971                      +    (fmh2 ? (*fmh2)[moved_piece][to_sq(move)] : VALUE_ZERO)
972                      +    thisThread->fromTo.get(~pos.side_to_move(), move);
973
974           // Increase reduction for cut nodes
975           if (cutNode)
976               r += 2 * ONE_PLY;
977
978           // Decrease reduction for moves that escape a capture. Filter out
979           // castling moves, because they are coded as "king captures rook" and
980           // hence break make_move(). Also use see() instead of see_sign(),
981           // because the destination square is empty.
982           else if (   type_of(move) == NORMAL
983                    && type_of(pos.piece_on(to_sq(move))) != PAWN
984                    && pos.see(make_move(to_sq(move), from_sq(move))) < VALUE_ZERO)
985               r -= 2 * ONE_PLY;
986
987           // Decrease/increase reduction for moves with a good/bad history
988           int rHist = (val - 10000) / 20000;
989           r = std::max(DEPTH_ZERO, r - rHist * ONE_PLY);
990
991           Depth d = std::max(newDepth - r, ONE_PLY);
992
993           value = -search<NonPV>(pos, ss+1, -(alpha+1), -alpha, d, true);
994
995           doFullDepthSearch = (value > alpha && r != DEPTH_ZERO);
996       }
997       else
998           doFullDepthSearch = !PvNode || moveCount > 1;
999
1000       // Step 16. Full depth search when LMR is skipped or fails high
1001       if (doFullDepthSearch)
1002           value = newDepth <   ONE_PLY ?
1003                             givesCheck ? -qsearch<NonPV,  true>(pos, ss+1, -(alpha+1), -alpha, DEPTH_ZERO)
1004                                        : -qsearch<NonPV, false>(pos, ss+1, -(alpha+1), -alpha, DEPTH_ZERO)
1005                                        : - search<NonPV>(pos, ss+1, -(alpha+1), -alpha, newDepth, !cutNode);
1006
1007       // For PV nodes only, do a full PV search on the first move or after a fail
1008       // high (in the latter case search only if value < beta), otherwise let the
1009       // parent node fail low with value <= alpha and try another move.
1010       if (PvNode && (moveCount == 1 || (value > alpha && (rootNode || value < beta))))
1011       {
1012           (ss+1)->pv = pv;
1013           (ss+1)->pv[0] = MOVE_NONE;
1014
1015           value = newDepth <   ONE_PLY ?
1016                             givesCheck ? -qsearch<PV,  true>(pos, ss+1, -beta, -alpha, DEPTH_ZERO)
1017                                        : -qsearch<PV, false>(pos, ss+1, -beta, -alpha, DEPTH_ZERO)
1018                                        : - search<PV>(pos, ss+1, -beta, -alpha, newDepth, false);
1019       }
1020
1021       // Step 17. Undo move
1022       pos.undo_move(move);
1023
1024       assert(value > -VALUE_INFINITE && value < VALUE_INFINITE);
1025
1026       // Step 18. Check for a new best move
1027       // Finished searching the move. If a stop occurred, the return value of
1028       // the search cannot be trusted, and we return immediately without
1029       // updating best move, PV and TT.
1030       if (Signals.stop.load(std::memory_order_relaxed))
1031           return VALUE_ZERO;
1032
1033       if (rootNode)
1034       {
1035           RootMove& rm = *std::find(thisThread->rootMoves.begin(),
1036                                     thisThread->rootMoves.end(), move);
1037
1038           // PV move or new best move ?
1039           if (moveCount == 1 || value > alpha)
1040           {
1041               rm.score = value;
1042               rm.pv.resize(1);
1043
1044               assert((ss+1)->pv);
1045
1046               for (Move* m = (ss+1)->pv; *m != MOVE_NONE; ++m)
1047                   rm.pv.push_back(*m);
1048
1049               // We record how often the best move has been changed in each
1050               // iteration. This information is used for time management: When
1051               // the best move changes frequently, we allocate some more time.
1052               if (moveCount > 1 && thisThread == Threads.main())
1053                   ++static_cast<MainThread*>(thisThread)->bestMoveChanges;
1054           }
1055           else
1056               // All other moves but the PV are set to the lowest value: this is
1057               // not a problem when sorting because the sort is stable and the
1058               // move position in the list is preserved - just the PV is pushed up.
1059               rm.score = -VALUE_INFINITE;
1060       }
1061
1062       if (value > bestValue)
1063       {
1064           bestValue = value;
1065
1066           if (value > alpha)
1067           {
1068               // If there is an easy move for this position, clear it if unstable
1069               if (    PvNode
1070                   &&  thisThread == Threads.main()
1071                   &&  EasyMove.get(pos.key())
1072                   && (move != EasyMove.get(pos.key()) || moveCount > 1))
1073                   EasyMove.clear();
1074
1075               bestMove = move;
1076
1077               if (PvNode && !rootNode) // Update pv even in fail-high case
1078                   update_pv(ss->pv, move, (ss+1)->pv);
1079
1080               if (PvNode && value < beta) // Update alpha! Always alpha < beta
1081                   alpha = value;
1082               else
1083               {
1084                   assert(value >= beta); // Fail high
1085                   break;
1086               }
1087           }
1088       }
1089
1090       if (!captureOrPromotion && move != bestMove && quietCount < 64)
1091           quietsSearched[quietCount++] = move;
1092     }
1093
1094     // The following condition would detect a stop only after move loop has been
1095     // completed. But in this case bestValue is valid because we have fully
1096     // searched our subtree, and we can anyhow save the result in TT.
1097     /*
1098        if (Signals.stop)
1099         return VALUE_DRAW;
1100     */
1101
1102     // Step 20. Check for mate and stalemate
1103     // All legal moves have been searched and if there are no legal moves, it
1104     // must be a mate or a stalemate. If we are in a singular extension search then
1105     // return a fail low score.
1106     if (!moveCount)
1107         bestValue = excludedMove ? alpha
1108                    :     inCheck ? mated_in(ss->ply) : DrawValue[pos.side_to_move()];
1109
1110     // Quiet best move: update killers, history and countermoves
1111     else if (bestMove && !pos.capture_or_promotion(bestMove))
1112         update_stats(pos, ss, bestMove, depth, quietsSearched, quietCount);
1113
1114     // Bonus for prior countermove that caused the fail low
1115     else if (    depth >= 3 * ONE_PLY
1116              && !bestMove
1117              && !pos.captured_piece_type()
1118              && is_ok((ss-1)->currentMove))
1119     {
1120         Square prevSq = to_sq((ss-1)->currentMove);
1121         Value bonus = Value((depth / ONE_PLY) * (depth / ONE_PLY) + 2 * depth / ONE_PLY - 2);
1122         if ((ss-2)->counterMoves)
1123             (ss-2)->counterMoves->update(pos.piece_on(prevSq), prevSq, bonus);
1124
1125         if ((ss-3)->counterMoves)
1126             (ss-3)->counterMoves->update(pos.piece_on(prevSq), prevSq, bonus);
1127
1128         if ((ss-5)->counterMoves)
1129             (ss-5)->counterMoves->update(pos.piece_on(prevSq), prevSq, bonus);
1130     }
1131
1132     tte->save(posKey, value_to_tt(bestValue, ss->ply),
1133               bestValue >= beta ? BOUND_LOWER :
1134               PvNode && bestMove ? BOUND_EXACT : BOUND_UPPER,
1135               depth, bestMove, ss->staticEval, TT.generation());
1136
1137     assert(bestValue > -VALUE_INFINITE && bestValue < VALUE_INFINITE);
1138
1139     return bestValue;
1140   }
1141
1142
1143   // qsearch() is the quiescence search function, which is called by the main
1144   // search function when the remaining depth is zero (or, to be more precise,
1145   // less than ONE_PLY).
1146
1147   template <NodeType NT, bool InCheck>
1148   Value qsearch(Position& pos, Stack* ss, Value alpha, Value beta, Depth depth) {
1149
1150     const bool PvNode = NT == PV;
1151
1152     assert(InCheck == !!pos.checkers());
1153     assert(alpha >= -VALUE_INFINITE && alpha < beta && beta <= VALUE_INFINITE);
1154     assert(PvNode || (alpha == beta - 1));
1155     assert(depth <= DEPTH_ZERO);
1156
1157     Move pv[MAX_PLY+1];
1158     StateInfo st;
1159     TTEntry* tte;
1160     Key posKey;
1161     Move ttMove, move, bestMove;
1162     Value bestValue, value, ttValue, futilityValue, futilityBase, oldAlpha;
1163     bool ttHit, givesCheck, evasionPrunable;
1164     Depth ttDepth;
1165
1166     if (PvNode)
1167     {
1168         oldAlpha = alpha; // To flag BOUND_EXACT when eval above alpha and no available moves
1169         (ss+1)->pv = pv;
1170         ss->pv[0] = MOVE_NONE;
1171     }
1172
1173     ss->currentMove = bestMove = MOVE_NONE;
1174     ss->ply = (ss-1)->ply + 1;
1175
1176     // Check for an instant draw or if the maximum ply has been reached
1177     if (pos.is_draw() || ss->ply >= MAX_PLY)
1178         return ss->ply >= MAX_PLY && !InCheck ? evaluate(pos)
1179                                               : DrawValue[pos.side_to_move()];
1180
1181     assert(0 <= ss->ply && ss->ply < MAX_PLY);
1182
1183     // Decide whether or not to include checks: this fixes also the type of
1184     // TT entry depth that we are going to use. Note that in qsearch we use
1185     // only two types of depth in TT: DEPTH_QS_CHECKS or DEPTH_QS_NO_CHECKS.
1186     ttDepth = InCheck || depth >= DEPTH_QS_CHECKS ? DEPTH_QS_CHECKS
1187                                                   : DEPTH_QS_NO_CHECKS;
1188
1189     // Transposition table lookup
1190     posKey = pos.key();
1191     tte = TT.probe(posKey, ttHit);
1192     ttMove = ttHit ? tte->move() : MOVE_NONE;
1193     ttValue = ttHit ? value_from_tt(tte->value(), ss->ply) : VALUE_NONE;
1194
1195     if (  !PvNode
1196         && ttHit
1197         && tte->depth() >= ttDepth
1198         && ttValue != VALUE_NONE // Only in case of TT access race
1199         && (ttValue >= beta ? (tte->bound() &  BOUND_LOWER)
1200                             : (tte->bound() &  BOUND_UPPER)))
1201     {
1202         ss->currentMove = ttMove; // Can be MOVE_NONE
1203         return ttValue;
1204     }
1205
1206     // Evaluate the position statically
1207     if (InCheck)
1208     {
1209         ss->staticEval = VALUE_NONE;
1210         bestValue = futilityBase = -VALUE_INFINITE;
1211     }
1212     else
1213     {
1214         if (ttHit)
1215         {
1216             // Never assume anything on values stored in TT
1217             if ((ss->staticEval = bestValue = tte->eval()) == VALUE_NONE)
1218                 ss->staticEval = bestValue = evaluate(pos);
1219
1220             // Can ttValue be used as a better position evaluation?
1221             if (ttValue != VALUE_NONE)
1222                 if (tte->bound() & (ttValue > bestValue ? BOUND_LOWER : BOUND_UPPER))
1223                     bestValue = ttValue;
1224         }
1225         else
1226             ss->staticEval = bestValue =
1227             (ss-1)->currentMove != MOVE_NULL ? evaluate(pos)
1228                                              : -(ss-1)->staticEval + 2 * Eval::Tempo;
1229
1230         // Stand pat. Return immediately if static value is at least beta
1231         if (bestValue >= beta)
1232         {
1233             if (!ttHit)
1234                 tte->save(pos.key(), value_to_tt(bestValue, ss->ply), BOUND_LOWER,
1235                           DEPTH_NONE, MOVE_NONE, ss->staticEval, TT.generation());
1236
1237             return bestValue;
1238         }
1239
1240         if (PvNode && bestValue > alpha)
1241             alpha = bestValue;
1242
1243         futilityBase = bestValue + 128;
1244     }
1245
1246     // Initialize a MovePicker object for the current position, and prepare
1247     // to search the moves. Because the depth is <= 0 here, only captures,
1248     // queen promotions and checks (only if depth >= DEPTH_QS_CHECKS) will
1249     // be generated.
1250     MovePicker mp(pos, ttMove, depth, to_sq((ss-1)->currentMove));
1251     CheckInfo ci(pos);
1252
1253     // Loop through the moves until no moves remain or a beta cutoff occurs
1254     while ((move = mp.next_move()) != MOVE_NONE)
1255     {
1256       assert(is_ok(move));
1257
1258       givesCheck =  type_of(move) == NORMAL && !ci.dcCandidates
1259                   ? ci.checkSquares[type_of(pos.piece_on(from_sq(move)))] & to_sq(move)
1260                   : pos.gives_check(move, ci);
1261
1262       // Futility pruning
1263       if (   !InCheck
1264           && !givesCheck
1265           &&  futilityBase > -VALUE_KNOWN_WIN
1266           && !pos.advanced_pawn_push(move))
1267       {
1268           assert(type_of(move) != ENPASSANT); // Due to !pos.advanced_pawn_push
1269
1270           futilityValue = futilityBase + PieceValue[EG][pos.piece_on(to_sq(move))];
1271
1272           if (futilityValue <= alpha)
1273           {
1274               bestValue = std::max(bestValue, futilityValue);
1275               continue;
1276           }
1277
1278           if (futilityBase <= alpha && pos.see(move) <= VALUE_ZERO)
1279           {
1280               bestValue = std::max(bestValue, futilityBase);
1281               continue;
1282           }
1283       }
1284
1285       // Detect non-capture evasions that are candidates to be pruned
1286       evasionPrunable =    InCheck
1287                        &&  bestValue > VALUE_MATED_IN_MAX_PLY
1288                        && !pos.capture(move);
1289
1290       // Don't search moves with negative SEE values
1291       if (  (!InCheck || evasionPrunable)
1292           &&  type_of(move) != PROMOTION
1293           &&  pos.see_sign(move) < VALUE_ZERO)
1294           continue;
1295
1296       // Speculative prefetch as early as possible
1297       prefetch(TT.first_entry(pos.key_after(move)));
1298
1299       // Check for legality just before making the move
1300       if (!pos.legal(move, ci.pinned))
1301           continue;
1302
1303       ss->currentMove = move;
1304
1305       // Make and search the move
1306       pos.do_move(move, st, givesCheck);
1307       value = givesCheck ? -qsearch<NT,  true>(pos, ss+1, -beta, -alpha, depth - ONE_PLY)
1308                          : -qsearch<NT, false>(pos, ss+1, -beta, -alpha, depth - ONE_PLY);
1309       pos.undo_move(move);
1310
1311       assert(value > -VALUE_INFINITE && value < VALUE_INFINITE);
1312
1313       // Check for a new best move
1314       if (value > bestValue)
1315       {
1316           bestValue = value;
1317
1318           if (value > alpha)
1319           {
1320               if (PvNode) // Update pv even in fail-high case
1321                   update_pv(ss->pv, move, (ss+1)->pv);
1322
1323               if (PvNode && value < beta) // Update alpha here!
1324               {
1325                   alpha = value;
1326                   bestMove = move;
1327               }
1328               else // Fail high
1329               {
1330                   tte->save(posKey, value_to_tt(value, ss->ply), BOUND_LOWER,
1331                             ttDepth, move, ss->staticEval, TT.generation());
1332
1333                   return value;
1334               }
1335           }
1336        }
1337     }
1338
1339     // All legal moves have been searched. A special case: If we're in check
1340     // and no legal moves were found, it is checkmate.
1341     if (InCheck && bestValue == -VALUE_INFINITE)
1342         return mated_in(ss->ply); // Plies to mate from the root
1343
1344     tte->save(posKey, value_to_tt(bestValue, ss->ply),
1345               PvNode && bestValue > oldAlpha ? BOUND_EXACT : BOUND_UPPER,
1346               ttDepth, bestMove, ss->staticEval, TT.generation());
1347
1348     assert(bestValue > -VALUE_INFINITE && bestValue < VALUE_INFINITE);
1349
1350     return bestValue;
1351   }
1352
1353
1354   // value_to_tt() adjusts a mate score from "plies to mate from the root" to
1355   // "plies to mate from the current position". Non-mate scores are unchanged.
1356   // The function is called before storing a value in the transposition table.
1357
1358   Value value_to_tt(Value v, int ply) {
1359
1360     assert(v != VALUE_NONE);
1361
1362     return  v >= VALUE_MATE_IN_MAX_PLY  ? v + ply
1363           : v <= VALUE_MATED_IN_MAX_PLY ? v - ply : v;
1364   }
1365
1366
1367   // value_from_tt() is the inverse of value_to_tt(): It adjusts a mate score
1368   // from the transposition table (which refers to the plies to mate/be mated
1369   // from current position) to "plies to mate/be mated from the root".
1370
1371   Value value_from_tt(Value v, int ply) {
1372
1373     return  v == VALUE_NONE             ? VALUE_NONE
1374           : v >= VALUE_MATE_IN_MAX_PLY  ? v - ply
1375           : v <= VALUE_MATED_IN_MAX_PLY ? v + ply : v;
1376   }
1377
1378
1379   // update_pv() adds current move and appends child pv[]
1380
1381   void update_pv(Move* pv, Move move, Move* childPv) {
1382
1383     for (*pv++ = move; childPv && *childPv != MOVE_NONE; )
1384         *pv++ = *childPv++;
1385     *pv = MOVE_NONE;
1386   }
1387
1388
1389   // update_stats() updates killers, history, countermove and countermove plus
1390   // follow-up move history when a new quiet best move is found.
1391
1392   void update_stats(const Position& pos, Stack* ss, Move move,
1393                     Depth depth, Move* quiets, int quietsCnt) {
1394
1395     if (ss->killers[0] != move)
1396     {
1397         ss->killers[1] = ss->killers[0];
1398         ss->killers[0] = move;
1399     }
1400
1401     Color c = pos.side_to_move();
1402     Value bonus = Value((depth / ONE_PLY) * (depth / ONE_PLY) + 2 * depth / ONE_PLY - 2);
1403
1404     Square prevSq = to_sq((ss-1)->currentMove);
1405     CounterMoveStats* cmh  = (ss-1)->counterMoves;
1406     CounterMoveStats* fmh  = (ss-2)->counterMoves;
1407     CounterMoveStats* fmh2 = (ss-4)->counterMoves;
1408     Thread* thisThread = pos.this_thread();
1409
1410     thisThread->history.update(pos.moved_piece(move), to_sq(move), bonus);
1411     thisThread->fromTo.update(c, move, bonus);
1412
1413     if (cmh)
1414     {
1415         thisThread->counterMoves.update(pos.piece_on(prevSq), prevSq, move);
1416         cmh->update(pos.moved_piece(move), to_sq(move), bonus);
1417     }
1418
1419     if (fmh)
1420         fmh->update(pos.moved_piece(move), to_sq(move), bonus);
1421
1422     if (fmh2)
1423         fmh2->update(pos.moved_piece(move), to_sq(move), bonus);
1424
1425     // Decrease all the other played quiet moves
1426     for (int i = 0; i < quietsCnt; ++i)
1427     {
1428         thisThread->history.update(pos.moved_piece(quiets[i]), to_sq(quiets[i]), -bonus);
1429         thisThread->fromTo.update(c, quiets[i], -bonus);
1430
1431         if (cmh)
1432             cmh->update(pos.moved_piece(quiets[i]), to_sq(quiets[i]), -bonus);
1433
1434         if (fmh)
1435             fmh->update(pos.moved_piece(quiets[i]), to_sq(quiets[i]), -bonus);
1436
1437         if (fmh2)
1438             fmh2->update(pos.moved_piece(quiets[i]), to_sq(quiets[i]), -bonus);
1439     }
1440
1441     // Extra penalty for a quiet TT move in previous ply when it gets refuted
1442     if ((ss-1)->moveCount == 1 && !pos.captured_piece_type())
1443     {
1444         if ((ss-2)->counterMoves)
1445             (ss-2)->counterMoves->update(pos.piece_on(prevSq), prevSq, -bonus - 2 * (depth + 1) / ONE_PLY - 1);
1446
1447         if ((ss-3)->counterMoves)
1448             (ss-3)->counterMoves->update(pos.piece_on(prevSq), prevSq, -bonus - 2 * (depth + 1) / ONE_PLY - 1);
1449
1450         if ((ss-5)->counterMoves)
1451             (ss-5)->counterMoves->update(pos.piece_on(prevSq), prevSq, -bonus - 2 * (depth + 1) / ONE_PLY - 1);
1452     }
1453   }
1454
1455
1456   // When playing with strength handicap, choose best move among a set of RootMoves
1457   // using a statistical rule dependent on 'level'. Idea by Heinz van Saanen.
1458
1459   Move Skill::pick_best(size_t multiPV) {
1460
1461     const RootMoves& rootMoves = Threads.main()->rootMoves;
1462     static PRNG rng(now()); // PRNG sequence should be non-deterministic
1463
1464     // RootMoves are already sorted by score in descending order
1465     Value topScore = rootMoves[0].score;
1466     int delta = std::min(topScore - rootMoves[multiPV - 1].score, PawnValueMg);
1467     int weakness = 120 - 2 * level;
1468     int maxScore = -VALUE_INFINITE;
1469
1470     // Choose best move. For each move score we add two terms, both dependent on
1471     // weakness. One is deterministic and bigger for weaker levels, and one is
1472     // random. Then we choose the move with the resulting highest score.
1473     for (size_t i = 0; i < multiPV; ++i)
1474     {
1475         // This is our magic formula
1476         int push = (  weakness * int(topScore - rootMoves[i].score)
1477                     + delta * (rng.rand<unsigned>() % weakness)) / 128;
1478
1479         if (rootMoves[i].score + push > maxScore)
1480         {
1481             maxScore = rootMoves[i].score + push;
1482             best = rootMoves[i].pv[0];
1483         }
1484     }
1485
1486     return best;
1487   }
1488
1489
1490   // check_time() is used to print debug info and, more importantly, to detect
1491   // when we are out of available time and thus stop the search.
1492
1493   void check_time() {
1494
1495     static TimePoint lastInfoTime = now();
1496
1497     int elapsed = Time.elapsed();
1498     TimePoint tick = Limits.startTime + elapsed;
1499
1500     if (tick - lastInfoTime >= 1000)
1501     {
1502         lastInfoTime = tick;
1503         dbg_print();
1504     }
1505
1506     // An engine may not stop pondering until told so by the GUI
1507     if (Limits.ponder)
1508         return;
1509
1510     if (   (Limits.use_time_management() && elapsed > Time.maximum() - 10)
1511         || (Limits.movetime && elapsed >= Limits.movetime)
1512         || (Limits.nodes && Threads.nodes_searched() >= Limits.nodes))
1513             Signals.stop = true;
1514   }
1515
1516 } // namespace
1517
1518
1519 /// UCI::pv() formats PV information according to the UCI protocol. UCI requires
1520 /// that all (if any) unsearched PV lines are sent using a previous search score.
1521
1522 string UCI::pv(const Position& pos, Depth depth, Value alpha, Value beta) {
1523
1524   std::stringstream ss;
1525   int elapsed = Time.elapsed() + 1;
1526   const RootMoves& rootMoves = pos.this_thread()->rootMoves;
1527   size_t PVIdx = pos.this_thread()->PVIdx;
1528   size_t multiPV = std::min((size_t)Options["MultiPV"], rootMoves.size());
1529   uint64_t nodes_searched = Threads.nodes_searched();
1530
1531   for (size_t i = 0; i < multiPV; ++i)
1532   {
1533       bool updated = (i <= PVIdx);
1534
1535       if (depth == ONE_PLY && !updated)
1536           continue;
1537
1538       Depth d = updated ? depth : depth - ONE_PLY;
1539       Value v = updated ? rootMoves[i].score : rootMoves[i].previousScore;
1540
1541       bool tb = TB::RootInTB && abs(v) < VALUE_MATE - MAX_PLY;
1542       v = tb ? TB::Score : v;
1543
1544       if (ss.rdbuf()->in_avail()) // Not at first line
1545           ss << "\n";
1546
1547       ss << "info"
1548          << " depth "    << d / ONE_PLY
1549          << " seldepth " << pos.this_thread()->maxPly
1550          << " multipv "  << i + 1
1551          << " score "    << UCI::value(v);
1552
1553       if (!tb && i == PVIdx)
1554           ss << (v >= beta ? " lowerbound" : v <= alpha ? " upperbound" : "");
1555
1556       ss << " nodes "    << nodes_searched
1557          << " nps "      << nodes_searched * 1000 / elapsed;
1558
1559       if (elapsed > 1000) // Earlier makes little sense
1560           ss << " hashfull " << TT.hashfull();
1561
1562       ss << " tbhits "   << TB::Hits
1563          << " time "     << elapsed
1564          << " pv";
1565
1566       for (Move m : rootMoves[i].pv)
1567           ss << " " << UCI::move(m, pos.is_chess960());
1568   }
1569
1570   return ss.str();
1571 }
1572
1573
1574 /// RootMove::extract_ponder_from_tt() is called in case we have no ponder move
1575 /// before exiting the search, for instance, in case we stop the search during a
1576 /// fail high at root. We try hard to have a ponder move to return to the GUI,
1577 /// otherwise in case of 'ponder on' we have nothing to think on.
1578
1579 bool RootMove::extract_ponder_from_tt(Position& pos)
1580 {
1581     StateInfo st;
1582     bool ttHit;
1583
1584     assert(pv.size() == 1);
1585
1586     pos.do_move(pv[0], st, pos.gives_check(pv[0], CheckInfo(pos)));
1587     TTEntry* tte = TT.probe(pos.key(), ttHit);
1588
1589     if (ttHit)
1590     {
1591         Move m = tte->move(); // Local copy to be SMP safe
1592         if (MoveList<LEGAL>(pos).contains(m))
1593             pv.push_back(m);
1594     }
1595
1596     pos.undo_move(pv[0]);
1597     return pv.size() > 1;
1598 }
1599
1600 void Tablebases::filter_root_moves(Position& pos, Search::RootMoves& rootMoves) {
1601
1602     Hits = 0;
1603     RootInTB = false;
1604     UseRule50 = Options["Syzygy50MoveRule"];
1605     ProbeDepth = Options["SyzygyProbeDepth"] * ONE_PLY;
1606     Cardinality = Options["SyzygyProbeLimit"];
1607
1608     // Skip TB probing when no TB found: !TBLargest -> !TB::Cardinality
1609     if (Cardinality > MaxCardinality)
1610     {
1611         Cardinality = MaxCardinality;
1612         ProbeDepth = DEPTH_ZERO;
1613     }
1614
1615     if (Cardinality < popcount(pos.pieces()) || pos.can_castle(ANY_CASTLING))
1616         return;
1617
1618     // If the current root position is in the tablebases, then RootMoves
1619     // contains only moves that preserve the draw or the win.
1620     RootInTB = root_probe(pos, rootMoves, TB::Score);
1621
1622     if (RootInTB)
1623         Cardinality = 0; // Do not probe tablebases during the search
1624
1625     else // If DTZ tables are missing, use WDL tables as a fallback
1626     {
1627         // Filter out moves that do not preserve the draw or the win.
1628         RootInTB = root_probe_wdl(pos, rootMoves, TB::Score);
1629
1630         // Only probe during search if winning
1631         if (TB::Score <= VALUE_DRAW)
1632             Cardinality = 0;
1633     }
1634
1635     if (RootInTB)
1636     {
1637         Hits = rootMoves.size();
1638
1639         if (!UseRule50)
1640             TB::Score =  TB::Score > VALUE_DRAW ?  VALUE_MATE - MAX_PLY - 1
1641                        : TB::Score < VALUE_DRAW ? -VALUE_MATE + MAX_PLY + 1
1642                                                 :  VALUE_DRAW;
1643     }
1644 }