]> git.sesse.net Git - stockfish/blob - src/search.cpp
Reformat stats update
[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, Move* quiets, int quietsCnt, Value bonus);
172   void update_opponent_stats(const Position& pos, Stack* ss, Value bonus);
173   void check_time();
174
175 } // namespace
176
177
178 /// Search::init() is called during startup to initialize various lookup tables
179
180 void Search::init() {
181
182   for (int imp = 0; imp <= 1; ++imp)
183       for (int d = 1; d < 64; ++d)
184           for (int mc = 1; mc < 64; ++mc)
185           {
186               double r = log(d) * log(mc) / 2;
187               if (r < 0.80)
188                 continue;
189
190               Reductions[NonPV][imp][d][mc] = int(std::round(r)) * ONE_PLY;
191               Reductions[PV][imp][d][mc] = std::max(Reductions[NonPV][imp][d][mc] - ONE_PLY, DEPTH_ZERO);
192
193               // Increase reduction for non-PV nodes when eval is not improving
194               if (!imp && Reductions[NonPV][imp][d][mc] >= 2 * ONE_PLY)
195                 Reductions[NonPV][imp][d][mc] += ONE_PLY;
196           }
197
198   for (int d = 0; d < 16; ++d)
199   {
200       FutilityMoveCounts[0][d] = int(2.4 + 0.773 * pow(d + 0.00, 1.8));
201       FutilityMoveCounts[1][d] = int(2.9 + 1.045 * pow(d + 0.49, 1.8));
202   }
203 }
204
205
206 /// Search::clear() resets search state to zero, to obtain reproducible results
207
208 void Search::clear() {
209
210   TT.clear();
211   CounterMoveHistory.clear();
212
213   for (Thread* th : Threads)
214   {
215       th->history.clear();
216       th->counterMoves.clear();
217       th->fromTo.clear();
218   }
219
220   Threads.main()->previousScore = VALUE_INFINITE;
221 }
222
223
224 /// Search::perft() is our utility to verify move generation. All the leaf nodes
225 /// up to the given depth are generated and counted, and the sum is returned.
226 template<bool Root>
227 uint64_t Search::perft(Position& pos, Depth depth) {
228
229   StateInfo st;
230   uint64_t cnt, nodes = 0;
231   CheckInfo ci(pos);
232   const bool leaf = (depth == 2 * ONE_PLY);
233
234   for (const auto& m : MoveList<LEGAL>(pos))
235   {
236       if (Root && depth <= ONE_PLY)
237           cnt = 1, nodes++;
238       else
239       {
240           pos.do_move(m, st, pos.gives_check(m, ci));
241           cnt = leaf ? MoveList<LEGAL>(pos).size() : perft<false>(pos, depth - ONE_PLY);
242           nodes += cnt;
243           pos.undo_move(m);
244       }
245       if (Root)
246           sync_cout << UCI::move(m, pos.is_chess960()) << ": " << cnt << sync_endl;
247   }
248   return nodes;
249 }
250
251 template uint64_t Search::perft<true>(Position&, Depth);
252
253
254 /// MainThread::search() is called by the main thread when the program receives
255 /// the UCI 'go' command. It searches from the root position and outputs the "bestmove".
256
257 void MainThread::search() {
258
259   Color us = rootPos.side_to_move();
260   Time.init(Limits, us, rootPos.game_ply());
261
262   int contempt = Options["Contempt"] * PawnValueEg / 100; // From centipawns
263   DrawValue[ us] = VALUE_DRAW - Value(contempt);
264   DrawValue[~us] = VALUE_DRAW + Value(contempt);
265
266   if (rootMoves.empty())
267   {
268       rootMoves.push_back(RootMove(MOVE_NONE));
269       sync_cout << "info depth 0 score "
270                 << UCI::value(rootPos.checkers() ? -VALUE_MATE : VALUE_DRAW)
271                 << sync_endl;
272   }
273   else
274   {
275       for (Thread* th : Threads)
276           if (th != this)
277               th->start_searching();
278
279       Thread::search(); // Let's start searching!
280   }
281
282   // When playing in 'nodes as time' mode, subtract the searched nodes from
283   // the available ones before exiting.
284   if (Limits.npmsec)
285       Time.availableNodes += Limits.inc[us] - Threads.nodes_searched();
286
287   // When we reach the maximum depth, we can arrive here without a raise of
288   // Signals.stop. However, if we are pondering or in an infinite search,
289   // the UCI protocol states that we shouldn't print the best move before the
290   // GUI sends a "stop" or "ponderhit" command. We therefore simply wait here
291   // until the GUI sends one of those commands (which also raises Signals.stop).
292   if (!Signals.stop && (Limits.ponder || Limits.infinite))
293   {
294       Signals.stopOnPonderhit = true;
295       wait(Signals.stop);
296   }
297
298   // Stop the threads if not already stopped
299   Signals.stop = true;
300
301   // Wait until all threads have finished
302   for (Thread* th : Threads)
303       if (th != this)
304           th->wait_for_search_finished();
305
306   // Check if there are threads with a better score than main thread
307   Thread* bestThread = this;
308   if (   !this->easyMovePlayed
309       &&  Options["MultiPV"] == 1
310       && !Limits.depth
311       && !Skill(Options["Skill Level"]).enabled()
312       &&  rootMoves[0].pv[0] != MOVE_NONE)
313   {
314       for (Thread* th : Threads)
315           if (   th->completedDepth > bestThread->completedDepth
316               && th->rootMoves[0].score > bestThread->rootMoves[0].score)
317               bestThread = th;
318   }
319
320   previousScore = bestThread->rootMoves[0].score;
321
322   // Send new PV when needed
323   if (bestThread != this)
324       sync_cout << UCI::pv(bestThread->rootPos, bestThread->completedDepth, -VALUE_INFINITE, VALUE_INFINITE) << sync_endl;
325
326   sync_cout << "bestmove " << UCI::move(bestThread->rootMoves[0].pv[0], rootPos.is_chess960());
327
328   if (bestThread->rootMoves[0].pv.size() > 1 || bestThread->rootMoves[0].extract_ponder_from_tt(rootPos))
329       std::cout << " ponder " << UCI::move(bestThread->rootMoves[0].pv[1], rootPos.is_chess960());
330
331   std::cout << sync_endl;
332 }
333
334
335 // Thread::search() is the main iterative deepening loop. It calls search()
336 // repeatedly with increasing depth until the allocated thinking time has been
337 // consumed, the user stops the search, or the maximum search depth is reached.
338
339 void Thread::search() {
340
341   Stack stack[MAX_PLY+7], *ss = stack+5; // To allow referencing (ss-5) and (ss+2)
342   Value bestValue, alpha, beta, delta;
343   Move easyMove = MOVE_NONE;
344   MainThread* mainThread = (this == Threads.main() ? Threads.main() : nullptr);
345
346   std::memset(ss-5, 0, 8 * sizeof(Stack));
347
348   bestValue = delta = alpha = -VALUE_INFINITE;
349   beta = VALUE_INFINITE;
350   completedDepth = DEPTH_ZERO;
351
352   if (mainThread)
353   {
354       easyMove = EasyMove.get(rootPos.key());
355       EasyMove.clear();
356       mainThread->easyMovePlayed = mainThread->failedLow = false;
357       mainThread->bestMoveChanges = 0;
358       TT.new_search();
359   }
360
361   size_t multiPV = Options["MultiPV"];
362   Skill skill(Options["Skill Level"]);
363
364   // When playing with strength handicap enable MultiPV search that we will
365   // use behind the scenes to retrieve a set of possible moves.
366   if (skill.enabled())
367       multiPV = std::max(multiPV, (size_t)4);
368
369   multiPV = std::min(multiPV, rootMoves.size());
370
371   // Iterative deepening loop until requested to stop or the target depth is reached.
372   while (++rootDepth < DEPTH_MAX && !Signals.stop && (!Limits.depth || Threads.main()->rootDepth <= Limits.depth))
373   {
374       // Set up the new depths for the helper threads skipping on average every
375       // 2nd ply (using a half-density matrix).
376       if (!mainThread)
377       {
378           const Row& row = HalfDensity[(idx - 1) % HalfDensitySize];
379           if (row[(rootDepth + rootPos.game_ply()) % row.size()])
380              continue;
381       }
382
383       // Age out PV variability metric
384       if (mainThread)
385           mainThread->bestMoveChanges *= 0.505, mainThread->failedLow = false;
386
387       // Save the last iteration's scores before first PV line is searched and
388       // all the move scores except the (new) PV are set to -VALUE_INFINITE.
389       for (RootMove& rm : rootMoves)
390           rm.previousScore = rm.score;
391
392       // MultiPV loop. We perform a full root search for each PV line
393       for (PVIdx = 0; PVIdx < multiPV && !Signals.stop; ++PVIdx)
394       {
395           // Reset aspiration window starting size
396           if (rootDepth >= 5 * ONE_PLY)
397           {
398               delta = Value(18);
399               alpha = std::max(rootMoves[PVIdx].previousScore - delta,-VALUE_INFINITE);
400               beta  = std::min(rootMoves[PVIdx].previousScore + delta, VALUE_INFINITE);
401           }
402
403           // Start with a small aspiration window and, in the case of a fail
404           // high/low, re-search with a bigger window until we're not failing
405           // high/low anymore.
406           while (true)
407           {
408               bestValue = ::search<PV>(rootPos, ss, alpha, beta, rootDepth, false);
409
410               // Bring the best move to the front. It is critical that sorting
411               // is done with a stable algorithm because all the values but the
412               // first and eventually the new best one are set to -VALUE_INFINITE
413               // and we want to keep the same order for all the moves except the
414               // new PV that goes to the front. Note that in case of MultiPV
415               // search the already searched PV lines are preserved.
416               std::stable_sort(rootMoves.begin() + PVIdx, rootMoves.end());
417
418               // If search has been stopped, break immediately. Sorting and
419               // writing PV back to TT is safe because RootMoves is still
420               // valid, although it refers to the previous iteration.
421               if (Signals.stop)
422                   break;
423
424               // When failing high/low give some update (without cluttering
425               // the UI) before a re-search.
426               if (   mainThread
427                   && multiPV == 1
428                   && (bestValue <= alpha || bestValue >= beta)
429                   && Time.elapsed() > 3000)
430                   sync_cout << UCI::pv(rootPos, rootDepth, alpha, beta) << sync_endl;
431
432               // In case of failing low/high increase aspiration window and
433               // re-search, otherwise exit the loop.
434               if (bestValue <= alpha)
435               {
436                   beta = (alpha + beta) / 2;
437                   alpha = std::max(bestValue - delta, -VALUE_INFINITE);
438
439                   if (mainThread)
440                   {
441                       mainThread->failedLow = true;
442                       Signals.stopOnPonderhit = false;
443                   }
444               }
445               else if (bestValue >= beta)
446               {
447                   alpha = (alpha + beta) / 2;
448                   beta = std::min(bestValue + delta, VALUE_INFINITE);
449               }
450               else
451                   break;
452
453               delta += delta / 4 + 5;
454
455               assert(alpha >= -VALUE_INFINITE && beta <= VALUE_INFINITE);
456           }
457
458           // Sort the PV lines searched so far and update the GUI
459           std::stable_sort(rootMoves.begin(), rootMoves.begin() + PVIdx + 1);
460
461           if (!mainThread)
462               continue;
463
464           if (Signals.stop)
465               sync_cout << "info nodes " << Threads.nodes_searched()
466                         << " time " << Time.elapsed() << sync_endl;
467
468           else if (PVIdx + 1 == multiPV || Time.elapsed() > 3000)
469               sync_cout << UCI::pv(rootPos, rootDepth, alpha, beta) << sync_endl;
470       }
471
472       if (!Signals.stop)
473           completedDepth = rootDepth;
474
475       if (!mainThread)
476           continue;
477
478       // If skill level is enabled and time is up, pick a sub-optimal best move
479       if (skill.enabled() && skill.time_to_pick(rootDepth))
480           skill.pick_best(multiPV);
481
482       // Have we found a "mate in x"?
483       if (   Limits.mate
484           && bestValue >= VALUE_MATE_IN_MAX_PLY
485           && VALUE_MATE - bestValue <= 2 * Limits.mate)
486           Signals.stop = true;
487
488       // Do we have time for the next iteration? Can we stop searching now?
489       if (Limits.use_time_management())
490       {
491           if (!Signals.stop && !Signals.stopOnPonderhit)
492           {
493               // Stop the search if only one legal move is available, or if all
494               // of the available time has been used, or if we matched an easyMove
495               // from the previous search and just did a fast verification.
496               const int F[] = { mainThread->failedLow,
497                                 bestValue - mainThread->previousScore };
498
499               int improvingFactor = std::max(229, std::min(715, 357 + 119 * F[0] - 6 * F[1]));
500               double unstablePvFactor = 1 + mainThread->bestMoveChanges;
501
502               bool doEasyMove =   rootMoves[0].pv[0] == easyMove
503                                && mainThread->bestMoveChanges < 0.03
504                                && Time.elapsed() > Time.optimum() * 5 / 42;
505
506               if (   rootMoves.size() == 1
507                   || Time.elapsed() > Time.optimum() * unstablePvFactor * improvingFactor / 628
508                   || (mainThread->easyMovePlayed = doEasyMove))
509               {
510                   // If we are allowed to ponder do not stop the search now but
511                   // keep pondering until the GUI sends "ponderhit" or "stop".
512                   if (Limits.ponder)
513                       Signals.stopOnPonderhit = true;
514                   else
515                       Signals.stop = true;
516               }
517           }
518
519           if (rootMoves[0].pv.size() >= 3)
520               EasyMove.update(rootPos, rootMoves[0].pv);
521           else
522               EasyMove.clear();
523       }
524   }
525
526   if (!mainThread)
527       return;
528
529   // Clear any candidate easy move that wasn't stable for the last search
530   // iterations; the second condition prevents consecutive fast moves.
531   if (EasyMove.stableCnt < 6 || mainThread->easyMovePlayed)
532       EasyMove.clear();
533
534   // If skill level is enabled, swap best PV line with the sub-optimal one
535   if (skill.enabled())
536       std::swap(rootMoves[0], *std::find(rootMoves.begin(),
537                 rootMoves.end(), skill.best_move(multiPV)));
538 }
539
540
541 namespace {
542
543   // search<>() is the main search function for both PV and non-PV nodes
544
545   template <NodeType NT>
546   Value search(Position& pos, Stack* ss, Value alpha, Value beta, Depth depth, bool cutNode) {
547
548     const bool PvNode = NT == PV;
549     const bool rootNode = PvNode && (ss-1)->ply == 0;
550
551     assert(-VALUE_INFINITE <= alpha && alpha < beta && beta <= VALUE_INFINITE);
552     assert(PvNode || (alpha == beta - 1));
553     assert(DEPTH_ZERO < depth && depth < DEPTH_MAX);
554     assert(!(PvNode && cutNode));
555
556     Move pv[MAX_PLY+1], quietsSearched[64];
557     StateInfo st;
558     TTEntry* tte;
559     Key posKey;
560     Move ttMove, move, excludedMove, bestMove;
561     Depth extension, newDepth, predictedDepth;
562     Value bestValue, value, ttValue, eval, nullValue;
563     bool ttHit, inCheck, givesCheck, singularExtensionNode, improving;
564     bool captureOrPromotion, doFullDepthSearch, moveCountPruning;
565     Piece moved_piece;
566     int moveCount, quietCount;
567
568     // Step 1. Initialize node
569     Thread* thisThread = pos.this_thread();
570     inCheck = pos.checkers();
571     moveCount = quietCount =  ss->moveCount = 0;
572     bestValue = -VALUE_INFINITE;
573     ss->ply = (ss-1)->ply + 1;
574
575     // Check for the available remaining time
576     if (thisThread->resetCalls.load(std::memory_order_relaxed))
577     {
578         thisThread->resetCalls = false;
579         thisThread->callsCnt = 0;
580     }
581     if (++thisThread->callsCnt > 4096)
582     {
583         for (Thread* th : Threads)
584             th->resetCalls = true;
585
586         check_time();
587     }
588
589     // Used to send selDepth info to GUI
590     if (PvNode && thisThread->maxPly < ss->ply)
591         thisThread->maxPly = ss->ply;
592
593     if (!rootNode)
594     {
595         // Step 2. Check for aborted search and immediate draw
596         if (Signals.stop.load(std::memory_order_relaxed) || pos.is_draw() || ss->ply >= MAX_PLY)
597             return ss->ply >= MAX_PLY && !inCheck ? evaluate(pos)
598                                                   : DrawValue[pos.side_to_move()];
599
600         // Step 3. Mate distance pruning. Even if we mate at the next move our score
601         // would be at best mate_in(ss->ply+1), but if alpha is already bigger because
602         // a shorter mate was found upward in the tree then there is no need to search
603         // because we will never beat the current alpha. Same logic but with reversed
604         // signs applies also in the opposite condition of being mated instead of giving
605         // mate. In this case return a fail-high score.
606         alpha = std::max(mated_in(ss->ply), alpha);
607         beta = std::min(mate_in(ss->ply+1), beta);
608         if (alpha >= beta)
609             return alpha;
610     }
611
612     assert(0 <= ss->ply && ss->ply < MAX_PLY);
613
614     ss->currentMove = (ss+1)->excludedMove = bestMove = MOVE_NONE;
615     ss->counterMoves = nullptr;
616     (ss+1)->skipEarlyPruning = false;
617     (ss+2)->killers[0] = (ss+2)->killers[1] = MOVE_NONE;
618
619     // Step 4. Transposition table lookup. We don't want the score of a partial
620     // search to overwrite a previous full search TT value, so we use a different
621     // position key in case of an excluded move.
622     excludedMove = ss->excludedMove;
623     posKey = excludedMove ? pos.exclusion_key() : pos.key();
624     tte = TT.probe(posKey, ttHit);
625     ttValue = ttHit ? value_from_tt(tte->value(), ss->ply) : VALUE_NONE;
626     ttMove =  rootNode ? thisThread->rootMoves[thisThread->PVIdx].pv[0]
627             : ttHit    ? tte->move() : MOVE_NONE;
628
629     // At non-PV nodes we check for an early TT cutoff
630     if (  !PvNode
631         && ttHit
632         && tte->depth() >= depth
633         && ttValue != VALUE_NONE // Possible in case of TT access race
634         && (ttValue >= beta ? (tte->bound() & BOUND_LOWER)
635                             : (tte->bound() & BOUND_UPPER)))
636     {
637         ss->currentMove = ttMove; // Can be MOVE_NONE
638
639         // If ttMove is quiet, update killers, history, counter move on TT hit
640         if (ttValue >= beta && ttMove)
641         {
642             int d = depth / ONE_PLY;
643
644             if (!pos.capture_or_promotion(ttMove))
645             {
646                 Value bonus = Value(d * d + 2 * d - 2);
647                 update_stats(pos, ss, ttMove, nullptr, 0, bonus);
648             }
649
650             // Extra penalty for a quiet TT move in previous ply when it gets refuted
651             if ((ss-1)->moveCount == 1 && !pos.captured_piece_type())
652             {
653                 Value penalty = Value(d * d + 4 * d + 1);
654                 update_opponent_stats(pos, ss, -penalty);
655             }
656         }
657         return ttValue;
658     }
659
660     // Step 4a. Tablebase probe
661     if (!rootNode && TB::Cardinality)
662     {
663         int piecesCnt = pos.count<ALL_PIECES>(WHITE) + pos.count<ALL_PIECES>(BLACK);
664
665         if (    piecesCnt <= TB::Cardinality
666             && (piecesCnt <  TB::Cardinality || depth >= TB::ProbeDepth)
667             &&  pos.rule50_count() == 0
668             && !pos.can_castle(ANY_CASTLING))
669         {
670             int found, v = Tablebases::probe_wdl(pos, &found);
671
672             if (found)
673             {
674                 TB::Hits++;
675
676                 int drawScore = TB::UseRule50 ? 1 : 0;
677
678                 value =  v < -drawScore ? -VALUE_MATE + MAX_PLY + ss->ply
679                        : v >  drawScore ?  VALUE_MATE - MAX_PLY - ss->ply
680                                         :  VALUE_DRAW + 2 * v * drawScore;
681
682                 tte->save(posKey, value_to_tt(value, ss->ply), BOUND_EXACT,
683                           std::min(DEPTH_MAX - ONE_PLY, depth + 6 * ONE_PLY),
684                           MOVE_NONE, VALUE_NONE, TT.generation());
685
686                 return value;
687             }
688         }
689     }
690
691     // Step 5. Evaluate the position statically
692     if (inCheck)
693     {
694         ss->staticEval = eval = VALUE_NONE;
695         goto moves_loop;
696     }
697
698     else if (ttHit)
699     {
700         // Never assume anything on values stored in TT
701         if ((ss->staticEval = eval = tte->eval()) == VALUE_NONE)
702             eval = ss->staticEval = evaluate(pos);
703
704         // Can ttValue be used as a better position evaluation?
705         if (ttValue != VALUE_NONE)
706             if (tte->bound() & (ttValue > eval ? BOUND_LOWER : BOUND_UPPER))
707                 eval = ttValue;
708     }
709     else
710     {
711         eval = ss->staticEval =
712         (ss-1)->currentMove != MOVE_NULL ? evaluate(pos)
713                                          : -(ss-1)->staticEval + 2 * Eval::Tempo;
714
715         tte->save(posKey, VALUE_NONE, BOUND_NONE, DEPTH_NONE, MOVE_NONE,
716                   ss->staticEval, TT.generation());
717     }
718
719     if (ss->skipEarlyPruning)
720         goto moves_loop;
721
722     // Step 6. Razoring (skipped when in check)
723     if (   !PvNode
724         &&  depth < 4 * ONE_PLY
725         &&  eval + razor_margin[depth] <= alpha
726         &&  ttMove == MOVE_NONE)
727     {
728         if (   depth <= ONE_PLY
729             && eval + razor_margin[3 * ONE_PLY] <= alpha)
730             return qsearch<NonPV, false>(pos, ss, alpha, beta, DEPTH_ZERO);
731
732         Value ralpha = alpha - razor_margin[depth];
733         Value v = qsearch<NonPV, false>(pos, ss, ralpha, ralpha+1, DEPTH_ZERO);
734         if (v <= ralpha)
735             return v;
736     }
737
738     // Step 7. Futility pruning: child node (skipped when in check)
739     if (   !rootNode
740         &&  depth < 7 * ONE_PLY
741         &&  eval - futility_margin(depth) >= beta
742         &&  eval < VALUE_KNOWN_WIN  // Do not return unproven wins
743         &&  pos.non_pawn_material(pos.side_to_move()))
744         return eval - futility_margin(depth);
745
746     // Step 8. Null move search with verification search (is omitted in PV nodes)
747     if (   !PvNode
748         &&  eval >= beta
749         && (ss->staticEval >= beta - 35 * (depth / ONE_PLY - 6) || depth >= 13 * ONE_PLY)
750         &&  pos.non_pawn_material(pos.side_to_move()))
751     {
752         ss->currentMove = MOVE_NULL;
753         ss->counterMoves = nullptr;
754
755         assert(eval - beta >= 0);
756
757         // Null move dynamic reduction based on depth and value
758         Depth R = ((823 + 67 * depth) / 256 + std::min((eval - beta) / PawnValueMg, 3)) * ONE_PLY;
759
760         pos.do_null_move(st);
761         (ss+1)->skipEarlyPruning = true;
762         nullValue = depth-R < ONE_PLY ? -qsearch<NonPV, false>(pos, ss+1, -beta, -beta+1, DEPTH_ZERO)
763                                       : - search<NonPV>(pos, ss+1, -beta, -beta+1, depth-R, !cutNode);
764         (ss+1)->skipEarlyPruning = false;
765         pos.undo_null_move();
766
767         if (nullValue >= beta)
768         {
769             // Do not return unproven mate scores
770             if (nullValue >= VALUE_MATE_IN_MAX_PLY)
771                 nullValue = beta;
772
773             if (depth < 12 * ONE_PLY && abs(beta) < VALUE_KNOWN_WIN)
774                 return nullValue;
775
776             // Do verification search at high depths
777             ss->skipEarlyPruning = true;
778             Value v = depth-R < ONE_PLY ? qsearch<NonPV, false>(pos, ss, beta-1, beta, DEPTH_ZERO)
779                                         :  search<NonPV>(pos, ss, beta-1, beta, depth-R, false);
780             ss->skipEarlyPruning = false;
781
782             if (v >= beta)
783                 return nullValue;
784         }
785     }
786
787     // Step 9. ProbCut (skipped when in check)
788     // If we have a very good capture (i.e. SEE > seeValues[captured_piece_type])
789     // and a reduced search returns a value much above beta, we can (almost)
790     // safely prune the previous move.
791     if (   !PvNode
792         &&  depth >= 5 * ONE_PLY
793         &&  abs(beta) < VALUE_MATE_IN_MAX_PLY)
794     {
795         Value rbeta = std::min(beta + 200, VALUE_INFINITE);
796         Depth rdepth = depth - 4 * ONE_PLY;
797
798         assert(rdepth >= ONE_PLY);
799         assert((ss-1)->currentMove != MOVE_NONE);
800         assert((ss-1)->currentMove != MOVE_NULL);
801
802         MovePicker mp(pos, ttMove, PieceValue[MG][pos.captured_piece_type()]);
803         CheckInfo ci(pos);
804
805         while ((move = mp.next_move()) != MOVE_NONE)
806             if (pos.legal(move, ci.pinned))
807             {
808                 ss->currentMove = move;
809                 ss->counterMoves = &CounterMoveHistory[pos.moved_piece(move)][to_sq(move)];
810                 pos.do_move(move, st, pos.gives_check(move, ci));
811                 value = -search<NonPV>(pos, ss+1, -rbeta, -rbeta+1, rdepth, !cutNode);
812                 pos.undo_move(move);
813                 if (value >= rbeta)
814                     return value;
815             }
816     }
817
818     // Step 10. Internal iterative deepening (skipped when in check)
819     if (    depth >= 6 * ONE_PLY
820         && !ttMove
821         && (PvNode || ss->staticEval + 256 >= beta))
822     {
823         ss->skipEarlyPruning = true;
824         search<NT>(pos, ss, alpha, beta, 3 * depth / 4 - 2 * ONE_PLY, cutNode);
825         ss->skipEarlyPruning = false;
826
827         tte = TT.probe(posKey, ttHit);
828         ttMove = ttHit ? tte->move() : MOVE_NONE;
829     }
830
831 moves_loop: // When in check search starts from here
832
833     const CounterMoveStats* cmh  = (ss-1)->counterMoves;
834     const CounterMoveStats* fmh  = (ss-2)->counterMoves;
835     const CounterMoveStats* fmh2 = (ss-4)->counterMoves;
836
837     MovePicker mp(pos, ttMove, depth, ss);
838     CheckInfo ci(pos);
839     value = bestValue; // Workaround a bogus 'uninitialized' warning under gcc
840     improving =   ss->staticEval >= (ss-2)->staticEval
841             /* || ss->staticEval == VALUE_NONE Already implicit in the previous condition */
842                ||(ss-2)->staticEval == VALUE_NONE;
843
844     singularExtensionNode =   !rootNode
845                            &&  depth >= 8 * ONE_PLY
846                            &&  ttMove != MOVE_NONE
847                        /*  &&  ttValue != VALUE_NONE Already implicit in the next condition */
848                            &&  abs(ttValue) < VALUE_KNOWN_WIN
849                            && !excludedMove // Recursive singular search is not allowed
850                            && (tte->bound() & BOUND_LOWER)
851                            &&  tte->depth() >= depth - 3 * ONE_PLY;
852
853     // Step 11. Loop through moves
854     // Loop through all pseudo-legal moves until no moves remain or a beta cutoff occurs
855     while ((move = mp.next_move()) != MOVE_NONE)
856     {
857       assert(is_ok(move));
858
859       if (move == excludedMove)
860           continue;
861
862       // At root obey the "searchmoves" option and skip moves not listed in Root
863       // Move List. As a consequence any illegal move is also skipped. In MultiPV
864       // mode we also skip PV moves which have been already searched.
865       if (rootNode && !std::count(thisThread->rootMoves.begin() + thisThread->PVIdx,
866                                   thisThread->rootMoves.end(), move))
867           continue;
868
869       ss->moveCount = ++moveCount;
870
871       if (rootNode && thisThread == Threads.main() && Time.elapsed() > 3000)
872           sync_cout << "info depth " << depth / ONE_PLY
873                     << " currmove " << UCI::move(move, pos.is_chess960())
874                     << " currmovenumber " << moveCount + thisThread->PVIdx << sync_endl;
875
876       if (PvNode)
877           (ss+1)->pv = nullptr;
878
879       extension = DEPTH_ZERO;
880       captureOrPromotion = pos.capture_or_promotion(move);
881       moved_piece = pos.moved_piece(move);
882
883       givesCheck =  type_of(move) == NORMAL && !ci.dcCandidates
884                   ? ci.checkSquares[type_of(pos.piece_on(from_sq(move)))] & to_sq(move)
885                   : pos.gives_check(move, ci);
886
887       moveCountPruning =   depth < 16 * ONE_PLY
888                         && moveCount >= FutilityMoveCounts[improving][depth];
889
890       // Step 12. Extend checks
891       if (    givesCheck
892           && !moveCountPruning
893           &&  pos.see_sign(move) >= VALUE_ZERO)
894           extension = ONE_PLY;
895
896       // Singular extension search. If all moves but one fail low on a search of
897       // (alpha-s, beta-s), and just one fails high on (alpha, beta), then that move
898       // is singular and should be extended. To verify this we do a reduced search
899       // on all the other moves but the ttMove and if the result is lower than
900       // ttValue minus a margin then we extend the ttMove.
901       if (    singularExtensionNode
902           &&  move == ttMove
903           && !extension
904           &&  pos.legal(move, ci.pinned))
905       {
906           Value rBeta = ttValue - 2 * depth / ONE_PLY;
907           ss->excludedMove = move;
908           ss->skipEarlyPruning = true;
909           value = search<NonPV>(pos, ss, rBeta - 1, rBeta, depth / 2, cutNode);
910           ss->skipEarlyPruning = false;
911           ss->excludedMove = MOVE_NONE;
912
913           if (value < rBeta)
914               extension = ONE_PLY;
915       }
916
917       // Update the current move (this must be done after singular extension search)
918       newDepth = depth - ONE_PLY + extension;
919
920       // Step 13. Pruning at shallow depth
921       if (   !rootNode
922           && !captureOrPromotion
923           && !inCheck
924           && !givesCheck
925           && !pos.advanced_pawn_push(move)
926           &&  bestValue > VALUE_MATED_IN_MAX_PLY)
927       {
928           // Move count based pruning
929           if (moveCountPruning)
930               continue;
931
932           predictedDepth = std::max(newDepth - reduction<PvNode>(improving, depth, moveCount), DEPTH_ZERO);
933
934           // Countermoves based pruning
935           if (   predictedDepth < 3 * ONE_PLY
936               && move != ss->killers[0]
937               && (!cmh  || (*cmh )[moved_piece][to_sq(move)] < VALUE_ZERO)
938               && (!fmh  || (*fmh )[moved_piece][to_sq(move)] < VALUE_ZERO)
939               && (!fmh2 || (*fmh2)[moved_piece][to_sq(move)] < VALUE_ZERO || (cmh && fmh)))
940               continue;
941
942           // Futility pruning: parent node
943           if (   predictedDepth < 7 * ONE_PLY
944               && ss->staticEval + 256 + 200 * predictedDepth / ONE_PLY <= alpha)
945               continue;
946
947           // Prune moves with negative SEE at low depths and below a decreasing
948           // threshold at higher depths.
949           if (predictedDepth < 8 * ONE_PLY)
950           {
951               Value see_v = predictedDepth < 4 * ONE_PLY ? VALUE_ZERO
952                             : -PawnValueMg * 2 * int(predictedDepth - 3 * ONE_PLY);
953
954               if (pos.see_sign(move) < see_v)
955                   continue;
956           }
957       }
958
959       // Speculative prefetch as early as possible
960       prefetch(TT.first_entry(pos.key_after(move)));
961
962       // Check for legality just before making the move
963       if (!rootNode && !pos.legal(move, ci.pinned))
964       {
965           ss->moveCount = --moveCount;
966           continue;
967       }
968
969       ss->currentMove = move;
970       ss->counterMoves = &CounterMoveHistory[moved_piece][to_sq(move)];
971
972       // Step 14. Make the move
973       pos.do_move(move, st, givesCheck);
974
975       // Step 15. Reduced depth search (LMR). If the move fails high it will be
976       // re-searched at full depth.
977       if (    depth >= 3 * ONE_PLY
978           &&  moveCount > 1
979           && (!captureOrPromotion || moveCountPruning))
980       {
981           Depth r = reduction<PvNode>(improving, depth, moveCount);
982
983           if (captureOrPromotion)
984               r -= r ? ONE_PLY : DEPTH_ZERO;
985           else
986           {
987               Value val = thisThread->history[moved_piece][to_sq(move)]
988                          +    (cmh  ? (*cmh )[moved_piece][to_sq(move)] : VALUE_ZERO)
989                          +    (fmh  ? (*fmh )[moved_piece][to_sq(move)] : VALUE_ZERO)
990                          +    (fmh2 ? (*fmh2)[moved_piece][to_sq(move)] : VALUE_ZERO)
991                          +    thisThread->fromTo.get(~pos.side_to_move(), move);
992
993               // Increase reduction for cut nodes
994               if (cutNode)
995                   r += 2 * ONE_PLY;
996
997               // Decrease reduction for moves that escape a capture. Filter out
998               // castling moves, because they are coded as "king captures rook" and
999               // hence break make_move(). Also use see() instead of see_sign(),
1000               // because the destination square is empty.
1001               else if (   type_of(move) == NORMAL
1002                        && type_of(pos.piece_on(to_sq(move))) != PAWN
1003                        && pos.see(make_move(to_sq(move), from_sq(move))) < VALUE_ZERO)
1004                   r -= 2 * ONE_PLY;
1005
1006               // Decrease/increase reduction for moves with a good/bad history
1007               int rHist = (val - 8000) / 20000;
1008               r = std::max(DEPTH_ZERO, r - rHist * ONE_PLY);
1009           }
1010
1011           Depth d = std::max(newDepth - r, ONE_PLY);
1012
1013           value = -search<NonPV>(pos, ss+1, -(alpha+1), -alpha, d, true);
1014
1015           doFullDepthSearch = (value > alpha && d != newDepth);
1016       }
1017       else
1018           doFullDepthSearch = !PvNode || moveCount > 1;
1019
1020       // Step 16. Full depth search when LMR is skipped or fails high
1021       if (doFullDepthSearch)
1022           value = newDepth <   ONE_PLY ?
1023                             givesCheck ? -qsearch<NonPV,  true>(pos, ss+1, -(alpha+1), -alpha, DEPTH_ZERO)
1024                                        : -qsearch<NonPV, false>(pos, ss+1, -(alpha+1), -alpha, DEPTH_ZERO)
1025                                        : - search<NonPV>(pos, ss+1, -(alpha+1), -alpha, newDepth, !cutNode);
1026
1027       // For PV nodes only, do a full PV search on the first move or after a fail
1028       // high (in the latter case search only if value < beta), otherwise let the
1029       // parent node fail low with value <= alpha and try another move.
1030       if (PvNode && (moveCount == 1 || (value > alpha && (rootNode || value < beta))))
1031       {
1032           (ss+1)->pv = pv;
1033           (ss+1)->pv[0] = MOVE_NONE;
1034
1035           value = newDepth <   ONE_PLY ?
1036                             givesCheck ? -qsearch<PV,  true>(pos, ss+1, -beta, -alpha, DEPTH_ZERO)
1037                                        : -qsearch<PV, false>(pos, ss+1, -beta, -alpha, DEPTH_ZERO)
1038                                        : - search<PV>(pos, ss+1, -beta, -alpha, newDepth, false);
1039       }
1040
1041       // Step 17. Undo move
1042       pos.undo_move(move);
1043
1044       assert(value > -VALUE_INFINITE && value < VALUE_INFINITE);
1045
1046       // Step 18. Check for a new best move
1047       // Finished searching the move. If a stop occurred, the return value of
1048       // the search cannot be trusted, and we return immediately without
1049       // updating best move, PV and TT.
1050       if (Signals.stop.load(std::memory_order_relaxed))
1051           return VALUE_ZERO;
1052
1053       if (rootNode)
1054       {
1055           RootMove& rm = *std::find(thisThread->rootMoves.begin(),
1056                                     thisThread->rootMoves.end(), move);
1057
1058           // PV move or new best move ?
1059           if (moveCount == 1 || value > alpha)
1060           {
1061               rm.score = value;
1062               rm.pv.resize(1);
1063
1064               assert((ss+1)->pv);
1065
1066               for (Move* m = (ss+1)->pv; *m != MOVE_NONE; ++m)
1067                   rm.pv.push_back(*m);
1068
1069               // We record how often the best move has been changed in each
1070               // iteration. This information is used for time management: When
1071               // the best move changes frequently, we allocate some more time.
1072               if (moveCount > 1 && thisThread == Threads.main())
1073                   ++static_cast<MainThread*>(thisThread)->bestMoveChanges;
1074           }
1075           else
1076               // All other moves but the PV are set to the lowest value: this is
1077               // not a problem when sorting because the sort is stable and the
1078               // move position in the list is preserved - just the PV is pushed up.
1079               rm.score = -VALUE_INFINITE;
1080       }
1081
1082       if (value > bestValue)
1083       {
1084           bestValue = value;
1085
1086           if (value > alpha)
1087           {
1088               // If there is an easy move for this position, clear it if unstable
1089               if (    PvNode
1090                   &&  thisThread == Threads.main()
1091                   &&  EasyMove.get(pos.key())
1092                   && (move != EasyMove.get(pos.key()) || moveCount > 1))
1093                   EasyMove.clear();
1094
1095               bestMove = move;
1096
1097               if (PvNode && !rootNode) // Update pv even in fail-high case
1098                   update_pv(ss->pv, move, (ss+1)->pv);
1099
1100               if (PvNode && value < beta) // Update alpha! Always alpha < beta
1101                   alpha = value;
1102               else
1103               {
1104                   assert(value >= beta); // Fail high
1105                   break;
1106               }
1107           }
1108       }
1109
1110       if (!captureOrPromotion && move != bestMove && quietCount < 64)
1111           quietsSearched[quietCount++] = move;
1112     }
1113
1114     // The following condition would detect a stop only after move loop has been
1115     // completed. But in this case bestValue is valid because we have fully
1116     // searched our subtree, and we can anyhow save the result in TT.
1117     /*
1118        if (Signals.stop)
1119         return VALUE_DRAW;
1120     */
1121
1122     // Step 20. Check for mate and stalemate
1123     // All legal moves have been searched and if there are no legal moves, it
1124     // must be a mate or a stalemate. If we are in a singular extension search then
1125     // return a fail low score.
1126     if (!moveCount)
1127         bestValue = excludedMove ? alpha
1128                    :     inCheck ? mated_in(ss->ply) : DrawValue[pos.side_to_move()];
1129     else if (bestMove)
1130     {
1131         int d = depth / ONE_PLY;
1132
1133         // Quiet best move: update killers, history and countermoves
1134         if (!pos.capture_or_promotion(bestMove))
1135         {
1136             Value bonus = Value(d * d + 2 * d - 2);
1137             update_stats(pos, ss, bestMove, quietsSearched, quietCount, bonus);
1138         }
1139
1140         // Extra penalty for a quiet TT move in previous ply when it gets refuted
1141         if ((ss-1)->moveCount == 1 && !pos.captured_piece_type())
1142         {
1143             Value penalty = Value(d * d + 4 * d + 1);
1144             update_opponent_stats(pos, ss, -penalty);
1145         }
1146     }
1147     // Bonus for prior countermove that caused the fail low
1148     else if (    depth >= 3 * ONE_PLY
1149              && !pos.captured_piece_type()
1150              && is_ok((ss-1)->currentMove))
1151     {
1152         int d = depth / ONE_PLY;
1153         Value bonus = Value(d * d + 2 * d - 2);
1154         update_opponent_stats(pos, ss, bonus);
1155     }
1156
1157     tte->save(posKey, value_to_tt(bestValue, ss->ply),
1158               bestValue >= beta ? BOUND_LOWER :
1159               PvNode && bestMove ? BOUND_EXACT : BOUND_UPPER,
1160               depth, bestMove, ss->staticEval, TT.generation());
1161
1162     assert(bestValue > -VALUE_INFINITE && bestValue < VALUE_INFINITE);
1163
1164     return bestValue;
1165   }
1166
1167
1168   // qsearch() is the quiescence search function, which is called by the main
1169   // search function when the remaining depth is zero (or, to be more precise,
1170   // less than ONE_PLY).
1171
1172   template <NodeType NT, bool InCheck>
1173   Value qsearch(Position& pos, Stack* ss, Value alpha, Value beta, Depth depth) {
1174
1175     const bool PvNode = NT == PV;
1176
1177     assert(InCheck == !!pos.checkers());
1178     assert(alpha >= -VALUE_INFINITE && alpha < beta && beta <= VALUE_INFINITE);
1179     assert(PvNode || (alpha == beta - 1));
1180     assert(depth <= DEPTH_ZERO);
1181
1182     Move pv[MAX_PLY+1];
1183     StateInfo st;
1184     TTEntry* tte;
1185     Key posKey;
1186     Move ttMove, move, bestMove;
1187     Value bestValue, value, ttValue, futilityValue, futilityBase, oldAlpha;
1188     bool ttHit, givesCheck, evasionPrunable;
1189     Depth ttDepth;
1190
1191     if (PvNode)
1192     {
1193         oldAlpha = alpha; // To flag BOUND_EXACT when eval above alpha and no available moves
1194         (ss+1)->pv = pv;
1195         ss->pv[0] = MOVE_NONE;
1196     }
1197
1198     ss->currentMove = bestMove = MOVE_NONE;
1199     ss->ply = (ss-1)->ply + 1;
1200
1201     // Check for an instant draw or if the maximum ply has been reached
1202     if (pos.is_draw() || ss->ply >= MAX_PLY)
1203         return ss->ply >= MAX_PLY && !InCheck ? evaluate(pos)
1204                                               : DrawValue[pos.side_to_move()];
1205
1206     assert(0 <= ss->ply && ss->ply < MAX_PLY);
1207
1208     // Decide whether or not to include checks: this fixes also the type of
1209     // TT entry depth that we are going to use. Note that in qsearch we use
1210     // only two types of depth in TT: DEPTH_QS_CHECKS or DEPTH_QS_NO_CHECKS.
1211     ttDepth = InCheck || depth >= DEPTH_QS_CHECKS ? DEPTH_QS_CHECKS
1212                                                   : DEPTH_QS_NO_CHECKS;
1213
1214     // Transposition table lookup
1215     posKey = pos.key();
1216     tte = TT.probe(posKey, ttHit);
1217     ttMove = ttHit ? tte->move() : MOVE_NONE;
1218     ttValue = ttHit ? value_from_tt(tte->value(), ss->ply) : VALUE_NONE;
1219
1220     if (  !PvNode
1221         && ttHit
1222         && tte->depth() >= ttDepth
1223         && ttValue != VALUE_NONE // Only in case of TT access race
1224         && (ttValue >= beta ? (tte->bound() &  BOUND_LOWER)
1225                             : (tte->bound() &  BOUND_UPPER)))
1226     {
1227         ss->currentMove = ttMove; // Can be MOVE_NONE
1228         return ttValue;
1229     }
1230
1231     // Evaluate the position statically
1232     if (InCheck)
1233     {
1234         ss->staticEval = VALUE_NONE;
1235         bestValue = futilityBase = -VALUE_INFINITE;
1236     }
1237     else
1238     {
1239         if (ttHit)
1240         {
1241             // Never assume anything on values stored in TT
1242             if ((ss->staticEval = bestValue = tte->eval()) == VALUE_NONE)
1243                 ss->staticEval = bestValue = evaluate(pos);
1244
1245             // Can ttValue be used as a better position evaluation?
1246             if (ttValue != VALUE_NONE)
1247                 if (tte->bound() & (ttValue > bestValue ? BOUND_LOWER : BOUND_UPPER))
1248                     bestValue = ttValue;
1249         }
1250         else
1251             ss->staticEval = bestValue =
1252             (ss-1)->currentMove != MOVE_NULL ? evaluate(pos)
1253                                              : -(ss-1)->staticEval + 2 * Eval::Tempo;
1254
1255         // Stand pat. Return immediately if static value is at least beta
1256         if (bestValue >= beta)
1257         {
1258             if (!ttHit)
1259                 tte->save(pos.key(), value_to_tt(bestValue, ss->ply), BOUND_LOWER,
1260                           DEPTH_NONE, MOVE_NONE, ss->staticEval, TT.generation());
1261
1262             return bestValue;
1263         }
1264
1265         if (PvNode && bestValue > alpha)
1266             alpha = bestValue;
1267
1268         futilityBase = bestValue + 128;
1269     }
1270
1271     // Initialize a MovePicker object for the current position, and prepare
1272     // to search the moves. Because the depth is <= 0 here, only captures,
1273     // queen promotions and checks (only if depth >= DEPTH_QS_CHECKS) will
1274     // be generated.
1275     MovePicker mp(pos, ttMove, depth, to_sq((ss-1)->currentMove));
1276     CheckInfo ci(pos);
1277
1278     // Loop through the moves until no moves remain or a beta cutoff occurs
1279     while ((move = mp.next_move()) != MOVE_NONE)
1280     {
1281       assert(is_ok(move));
1282
1283       givesCheck =  type_of(move) == NORMAL && !ci.dcCandidates
1284                   ? ci.checkSquares[type_of(pos.piece_on(from_sq(move)))] & to_sq(move)
1285                   : pos.gives_check(move, ci);
1286
1287       // Futility pruning
1288       if (   !InCheck
1289           && !givesCheck
1290           &&  futilityBase > -VALUE_KNOWN_WIN
1291           && !pos.advanced_pawn_push(move))
1292       {
1293           assert(type_of(move) != ENPASSANT); // Due to !pos.advanced_pawn_push
1294
1295           futilityValue = futilityBase + PieceValue[EG][pos.piece_on(to_sq(move))];
1296
1297           if (futilityValue <= alpha)
1298           {
1299               bestValue = std::max(bestValue, futilityValue);
1300               continue;
1301           }
1302
1303           if (futilityBase <= alpha && pos.see(move) <= VALUE_ZERO)
1304           {
1305               bestValue = std::max(bestValue, futilityBase);
1306               continue;
1307           }
1308       }
1309
1310       // Detect non-capture evasions that are candidates to be pruned
1311       evasionPrunable =    InCheck
1312                        &&  bestValue > VALUE_MATED_IN_MAX_PLY
1313                        && !pos.capture(move);
1314
1315       // Don't search moves with negative SEE values
1316       if (  (!InCheck || evasionPrunable)
1317           &&  type_of(move) != PROMOTION
1318           &&  pos.see_sign(move) < VALUE_ZERO)
1319           continue;
1320
1321       // Speculative prefetch as early as possible
1322       prefetch(TT.first_entry(pos.key_after(move)));
1323
1324       // Check for legality just before making the move
1325       if (!pos.legal(move, ci.pinned))
1326           continue;
1327
1328       ss->currentMove = move;
1329
1330       // Make and search the move
1331       pos.do_move(move, st, givesCheck);
1332       value = givesCheck ? -qsearch<NT,  true>(pos, ss+1, -beta, -alpha, depth - ONE_PLY)
1333                          : -qsearch<NT, false>(pos, ss+1, -beta, -alpha, depth - ONE_PLY);
1334       pos.undo_move(move);
1335
1336       assert(value > -VALUE_INFINITE && value < VALUE_INFINITE);
1337
1338       // Check for a new best move
1339       if (value > bestValue)
1340       {
1341           bestValue = value;
1342
1343           if (value > alpha)
1344           {
1345               if (PvNode) // Update pv even in fail-high case
1346                   update_pv(ss->pv, move, (ss+1)->pv);
1347
1348               if (PvNode && value < beta) // Update alpha here!
1349               {
1350                   alpha = value;
1351                   bestMove = move;
1352               }
1353               else // Fail high
1354               {
1355                   tte->save(posKey, value_to_tt(value, ss->ply), BOUND_LOWER,
1356                             ttDepth, move, ss->staticEval, TT.generation());
1357
1358                   return value;
1359               }
1360           }
1361        }
1362     }
1363
1364     // All legal moves have been searched. A special case: If we're in check
1365     // and no legal moves were found, it is checkmate.
1366     if (InCheck && bestValue == -VALUE_INFINITE)
1367         return mated_in(ss->ply); // Plies to mate from the root
1368
1369     tte->save(posKey, value_to_tt(bestValue, ss->ply),
1370               PvNode && bestValue > oldAlpha ? BOUND_EXACT : BOUND_UPPER,
1371               ttDepth, bestMove, ss->staticEval, TT.generation());
1372
1373     assert(bestValue > -VALUE_INFINITE && bestValue < VALUE_INFINITE);
1374
1375     return bestValue;
1376   }
1377
1378
1379   // value_to_tt() adjusts a mate score from "plies to mate from the root" to
1380   // "plies to mate from the current position". Non-mate scores are unchanged.
1381   // The function is called before storing a value in the transposition table.
1382
1383   Value value_to_tt(Value v, int ply) {
1384
1385     assert(v != VALUE_NONE);
1386
1387     return  v >= VALUE_MATE_IN_MAX_PLY  ? v + ply
1388           : v <= VALUE_MATED_IN_MAX_PLY ? v - ply : v;
1389   }
1390
1391
1392   // value_from_tt() is the inverse of value_to_tt(): It adjusts a mate score
1393   // from the transposition table (which refers to the plies to mate/be mated
1394   // from current position) to "plies to mate/be mated from the root".
1395
1396   Value value_from_tt(Value v, int ply) {
1397
1398     return  v == VALUE_NONE             ? VALUE_NONE
1399           : v >= VALUE_MATE_IN_MAX_PLY  ? v - ply
1400           : v <= VALUE_MATED_IN_MAX_PLY ? v + ply : v;
1401   }
1402
1403
1404   // update_pv() adds current move and appends child pv[]
1405
1406   void update_pv(Move* pv, Move move, Move* childPv) {
1407
1408     for (*pv++ = move; childPv && *childPv != MOVE_NONE; )
1409         *pv++ = *childPv++;
1410     *pv = MOVE_NONE;
1411   }
1412
1413
1414   // update_opponent_stats() updates countermoves for prior opponent move, i.e.
1415   // (ss-1)->currentMove. Called for both capture and non-capture moves.
1416
1417   void update_opponent_stats(const Position& pos, Stack* ss, Value bonus) {
1418
1419     Square prevSq = to_sq((ss-1)->currentMove);
1420
1421     CounterMoveStats* cmh  = (ss-2)->counterMoves;
1422     CounterMoveStats* fmh1 = (ss-3)->counterMoves;
1423     CounterMoveStats* fmh2 = (ss-5)->counterMoves;
1424
1425     if (cmh)
1426         cmh->update(pos.piece_on(prevSq), prevSq, bonus);
1427
1428     if (fmh1)
1429         fmh1->update(pos.piece_on(prevSq), prevSq, bonus);
1430
1431     if (fmh2)
1432         fmh2->update(pos.piece_on(prevSq), prevSq, bonus);
1433   }
1434
1435
1436   // update_stats() updates killers, history, countermove and countermove plus
1437   // follow-up move history when a new quiet best move is found.
1438
1439   void update_stats(const Position& pos, Stack* ss, Move move,
1440                     Move* quiets, int quietsCnt, Value bonus) {
1441
1442     if (ss->killers[0] != move)
1443     {
1444         ss->killers[1] = ss->killers[0];
1445         ss->killers[0] = move;
1446     }
1447
1448     CounterMoveStats* cmh  = (ss-1)->counterMoves;
1449     CounterMoveStats* fmh1 = (ss-2)->counterMoves;
1450     CounterMoveStats* fmh2 = (ss-4)->counterMoves;
1451
1452     Color c = pos.side_to_move();
1453     Thread* thisThread = pos.this_thread();
1454     thisThread->history.update(pos.moved_piece(move), to_sq(move), bonus);
1455     thisThread->fromTo.update(c, move, bonus);
1456
1457     if (cmh)
1458     {
1459         Square prevSq = to_sq((ss-1)->currentMove);
1460         thisThread->counterMoves.update(pos.piece_on(prevSq), prevSq, move);
1461         cmh->update(pos.moved_piece(move), to_sq(move), bonus);
1462     }
1463
1464     if (fmh1)
1465         fmh1->update(pos.moved_piece(move), to_sq(move), bonus);
1466
1467     if (fmh2)
1468         fmh2->update(pos.moved_piece(move), to_sq(move), bonus);
1469
1470     // Decrease all the other played quiet moves
1471     for (int i = 0; i < quietsCnt; ++i)
1472     {
1473         thisThread->history.update(pos.moved_piece(quiets[i]), to_sq(quiets[i]), -bonus);
1474         thisThread->fromTo.update(c, quiets[i], -bonus);
1475
1476         if (cmh)
1477             cmh->update(pos.moved_piece(quiets[i]), to_sq(quiets[i]), -bonus);
1478
1479         if (fmh1)
1480             fmh1->update(pos.moved_piece(quiets[i]), to_sq(quiets[i]), -bonus);
1481
1482         if (fmh2)
1483             fmh2->update(pos.moved_piece(quiets[i]), to_sq(quiets[i]), -bonus);
1484     }
1485   }
1486
1487
1488   // When playing with strength handicap, choose best move among a set of RootMoves
1489   // using a statistical rule dependent on 'level'. Idea by Heinz van Saanen.
1490
1491   Move Skill::pick_best(size_t multiPV) {
1492
1493     const RootMoves& rootMoves = Threads.main()->rootMoves;
1494     static PRNG rng(now()); // PRNG sequence should be non-deterministic
1495
1496     // RootMoves are already sorted by score in descending order
1497     Value topScore = rootMoves[0].score;
1498     int delta = std::min(topScore - rootMoves[multiPV - 1].score, PawnValueMg);
1499     int weakness = 120 - 2 * level;
1500     int maxScore = -VALUE_INFINITE;
1501
1502     // Choose best move. For each move score we add two terms, both dependent on
1503     // weakness. One is deterministic and bigger for weaker levels, and one is
1504     // random. Then we choose the move with the resulting highest score.
1505     for (size_t i = 0; i < multiPV; ++i)
1506     {
1507         // This is our magic formula
1508         int push = (  weakness * int(topScore - rootMoves[i].score)
1509                     + delta * (rng.rand<unsigned>() % weakness)) / 128;
1510
1511         if (rootMoves[i].score + push > maxScore)
1512         {
1513             maxScore = rootMoves[i].score + push;
1514             best = rootMoves[i].pv[0];
1515         }
1516     }
1517
1518     return best;
1519   }
1520
1521
1522   // check_time() is used to print debug info and, more importantly, to detect
1523   // when we are out of available time and thus stop the search.
1524
1525   void check_time() {
1526
1527     static TimePoint lastInfoTime = now();
1528
1529     int elapsed = Time.elapsed();
1530     TimePoint tick = Limits.startTime + elapsed;
1531
1532     if (tick - lastInfoTime >= 1000)
1533     {
1534         lastInfoTime = tick;
1535         dbg_print();
1536     }
1537
1538     // An engine may not stop pondering until told so by the GUI
1539     if (Limits.ponder)
1540         return;
1541
1542     if (   (Limits.use_time_management() && elapsed > Time.maximum() - 10)
1543         || (Limits.movetime && elapsed >= Limits.movetime)
1544         || (Limits.nodes && Threads.nodes_searched() >= Limits.nodes))
1545             Signals.stop = true;
1546   }
1547
1548 } // namespace
1549
1550
1551 /// UCI::pv() formats PV information according to the UCI protocol. UCI requires
1552 /// that all (if any) unsearched PV lines are sent using a previous search score.
1553
1554 string UCI::pv(const Position& pos, Depth depth, Value alpha, Value beta) {
1555
1556   std::stringstream ss;
1557   int elapsed = Time.elapsed() + 1;
1558   const RootMoves& rootMoves = pos.this_thread()->rootMoves;
1559   size_t PVIdx = pos.this_thread()->PVIdx;
1560   size_t multiPV = std::min((size_t)Options["MultiPV"], rootMoves.size());
1561   uint64_t nodes_searched = Threads.nodes_searched();
1562
1563   for (size_t i = 0; i < multiPV; ++i)
1564   {
1565       bool updated = (i <= PVIdx);
1566
1567       if (depth == ONE_PLY && !updated)
1568           continue;
1569
1570       Depth d = updated ? depth : depth - ONE_PLY;
1571       Value v = updated ? rootMoves[i].score : rootMoves[i].previousScore;
1572
1573       bool tb = TB::RootInTB && abs(v) < VALUE_MATE - MAX_PLY;
1574       v = tb ? TB::Score : v;
1575
1576       if (ss.rdbuf()->in_avail()) // Not at first line
1577           ss << "\n";
1578
1579       ss << "info"
1580          << " depth "    << d / ONE_PLY
1581          << " seldepth " << pos.this_thread()->maxPly
1582          << " multipv "  << i + 1
1583          << " score "    << UCI::value(v);
1584
1585       if (!tb && i == PVIdx)
1586           ss << (v >= beta ? " lowerbound" : v <= alpha ? " upperbound" : "");
1587
1588       ss << " nodes "    << nodes_searched
1589          << " nps "      << nodes_searched * 1000 / elapsed;
1590
1591       if (elapsed > 1000) // Earlier makes little sense
1592           ss << " hashfull " << TT.hashfull();
1593
1594       ss << " tbhits "   << TB::Hits
1595          << " time "     << elapsed
1596          << " pv";
1597
1598       for (Move m : rootMoves[i].pv)
1599           ss << " " << UCI::move(m, pos.is_chess960());
1600   }
1601
1602   return ss.str();
1603 }
1604
1605
1606 /// RootMove::extract_ponder_from_tt() is called in case we have no ponder move
1607 /// before exiting the search, for instance, in case we stop the search during a
1608 /// fail high at root. We try hard to have a ponder move to return to the GUI,
1609 /// otherwise in case of 'ponder on' we have nothing to think on.
1610
1611 bool RootMove::extract_ponder_from_tt(Position& pos)
1612 {
1613     StateInfo st;
1614     bool ttHit;
1615
1616     assert(pv.size() == 1);
1617
1618     pos.do_move(pv[0], st, pos.gives_check(pv[0], CheckInfo(pos)));
1619     TTEntry* tte = TT.probe(pos.key(), ttHit);
1620
1621     if (ttHit)
1622     {
1623         Move m = tte->move(); // Local copy to be SMP safe
1624         if (MoveList<LEGAL>(pos).contains(m))
1625             pv.push_back(m);
1626     }
1627
1628     pos.undo_move(pv[0]);
1629     return pv.size() > 1;
1630 }
1631
1632 void Tablebases::filter_root_moves(Position& pos, Search::RootMoves& rootMoves) {
1633
1634     Hits = 0;
1635     RootInTB = false;
1636     UseRule50 = Options["Syzygy50MoveRule"];
1637     ProbeDepth = Options["SyzygyProbeDepth"] * ONE_PLY;
1638     Cardinality = Options["SyzygyProbeLimit"];
1639
1640     // Skip TB probing when no TB found: !TBLargest -> !TB::Cardinality
1641     if (Cardinality > MaxCardinality)
1642     {
1643         Cardinality = MaxCardinality;
1644         ProbeDepth = DEPTH_ZERO;
1645     }
1646
1647     if (Cardinality < popcount(pos.pieces()) || pos.can_castle(ANY_CASTLING))
1648         return;
1649
1650     // If the current root position is in the tablebases, then RootMoves
1651     // contains only moves that preserve the draw or the win.
1652     RootInTB = root_probe(pos, rootMoves, TB::Score);
1653
1654     if (RootInTB)
1655         Cardinality = 0; // Do not probe tablebases during the search
1656
1657     else // If DTZ tables are missing, use WDL tables as a fallback
1658     {
1659         // Filter out moves that do not preserve the draw or the win.
1660         RootInTB = root_probe_wdl(pos, rootMoves, TB::Score);
1661
1662         // Only probe during search if winning
1663         if (TB::Score <= VALUE_DRAW)
1664             Cardinality = 0;
1665     }
1666
1667     if (RootInTB)
1668     {
1669         Hits = rootMoves.size();
1670
1671         if (!UseRule50)
1672             TB::Score =  TB::Score > VALUE_DRAW ?  VALUE_MATE - MAX_PLY - 1
1673                        : TB::Score < VALUE_DRAW ? -VALUE_MATE + MAX_PLY + 1
1674                                                 :  VALUE_DRAW;
1675     }
1676 }