0ccf326698ee3bc9a1a676e8831ba3e8001d39b2
[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   StateStackPtr SetupStates;
44 }
45
46 namespace Tablebases {
47
48   int Cardinality;
49   uint64_t Hits;
50   bool RootInTB;
51   bool UseRule50;
52   Depth ProbeDepth;
53   Value Score;
54 }
55
56 namespace TB = Tablebases;
57
58 using std::string;
59 using Eval::evaluate;
60 using namespace Search;
61
62 namespace {
63
64   // Different node types, used as a template parameter
65   enum NodeType { NonPV, PV };
66
67   // Razoring and futility margin based on depth
68   const int razor_margin[4] = { 483, 570, 603, 554 };
69   Value futility_margin(Depth d) { return Value(200 * d); }
70
71   // Futility and reductions lookup tables, initialized at startup
72   int FutilityMoveCounts[2][16];  // [improving][depth]
73   Depth Reductions[2][2][64][64]; // [pv][improving][depth][moveNumber]
74
75   template <bool PvNode> Depth reduction(bool i, Depth d, int mn) {
76     return Reductions[PvNode][i][std::min(d, 63 * ONE_PLY)][std::min(mn, 63)];
77   }
78
79   // Skill structure is used to implement strength limit
80   struct Skill {
81     Skill(int l) : level(l) {}
82     bool enabled() const { return level < 20; }
83     bool time_to_pick(Depth depth) const { return depth / ONE_PLY == 1 + level; }
84     Move best_move(size_t multiPV) { return best ? best : pick_best(multiPV); }
85     Move pick_best(size_t multiPV);
86
87     int level;
88     Move best = MOVE_NONE;
89   };
90
91   // EasyMoveManager structure is used to detect an 'easy move'. When the PV is
92   // stable across multiple search iterations, we can quickly return the best move.
93   struct EasyMoveManager {
94
95     void clear() {
96       stableCnt = 0;
97       expectedPosKey = 0;
98       pv[0] = pv[1] = pv[2] = MOVE_NONE;
99     }
100
101     Move get(Key key) const {
102       return expectedPosKey == key ? pv[2] : MOVE_NONE;
103     }
104
105     void update(Position& pos, const std::vector<Move>& newPv) {
106
107       assert(newPv.size() >= 3);
108
109       // Keep track of how many times in a row the 3rd ply remains stable
110       stableCnt = (newPv[2] == pv[2]) ? stableCnt + 1 : 0;
111
112       if (!std::equal(newPv.begin(), newPv.begin() + 3, pv))
113       {
114           std::copy(newPv.begin(), newPv.begin() + 3, pv);
115
116           StateInfo st[2];
117           pos.do_move(newPv[0], st[0], pos.gives_check(newPv[0], CheckInfo(pos)));
118           pos.do_move(newPv[1], st[1], pos.gives_check(newPv[1], CheckInfo(pos)));
119           expectedPosKey = pos.key();
120           pos.undo_move(newPv[1]);
121           pos.undo_move(newPv[0]);
122       }
123     }
124
125     int stableCnt;
126     Key expectedPosKey;
127     Move pv[3];
128   };
129
130   EasyMoveManager EasyMove;
131   Value DrawValue[COLOR_NB];
132   CounterMoveHistoryStats CounterMoveHistory;
133
134   template <NodeType NT>
135   Value search(Position& pos, Stack* ss, Value alpha, Value beta, Depth depth, bool cutNode);
136
137   template <NodeType NT, bool InCheck>
138   Value qsearch(Position& pos, Stack* ss, Value alpha, Value beta, Depth depth);
139
140   Value value_to_tt(Value v, int ply);
141   Value value_from_tt(Value v, int ply);
142   void update_pv(Move* pv, Move move, Move* childPv);
143   void update_stats(const Position& pos, Stack* ss, Move move, Depth depth, Move* quiets, int quietsCnt);
144   void check_time();
145
146 } // namespace
147
148
149 /// Search::init() is called during startup to initialize various lookup tables
150
151 void Search::init() {
152
153   const double K[][2] = {{ 0.799, 2.281 }, { 0.484, 3.023 }};
154
155   for (int pv = 0; pv <= 1; ++pv)
156       for (int imp = 0; imp <= 1; ++imp)
157           for (int d = 1; d < 64; ++d)
158               for (int mc = 1; mc < 64; ++mc)
159               {
160                   double r = K[pv][0] + log(d) * log(mc) / K[pv][1];
161
162                   if (r >= 1.5)
163                       Reductions[pv][imp][d][mc] = int(r) * ONE_PLY;
164
165                   // Increase reduction when eval is not improving
166                   if (!pv && !imp && Reductions[pv][imp][d][mc] >= 2 * ONE_PLY)
167                       Reductions[pv][imp][d][mc] += ONE_PLY;
168               }
169
170   for (int d = 0; d < 16; ++d)
171   {
172       FutilityMoveCounts[0][d] = int(2.4 + 0.773 * pow(d + 0.00, 1.8));
173       FutilityMoveCounts[1][d] = int(2.9 + 1.045 * pow(d + 0.49, 1.8));
174   }
175 }
176
177
178 /// Search::clear() resets search state to zero, to obtain reproducible results
179
180 void Search::clear() {
181
182   TT.clear();
183   CounterMoveHistory.clear();
184
185   for (Thread* th : Threads)
186   {
187       th->history.clear();
188       th->counterMoves.clear();
189   }
190
191   Threads.main()->previousScore = VALUE_INFINITE;
192 }
193
194
195 /// Search::perft() is our utility to verify move generation. All the leaf nodes
196 /// up to the given depth are generated and counted, and the sum is returned.
197 template<bool Root>
198 uint64_t Search::perft(Position& pos, Depth depth) {
199
200   StateInfo st;
201   uint64_t cnt, nodes = 0;
202   CheckInfo ci(pos);
203   const bool leaf = (depth == 2 * ONE_PLY);
204
205   for (const auto& m : MoveList<LEGAL>(pos))
206   {
207       if (Root && depth <= ONE_PLY)
208           cnt = 1, nodes++;
209       else
210       {
211           pos.do_move(m, st, pos.gives_check(m, ci));
212           cnt = leaf ? MoveList<LEGAL>(pos).size() : perft<false>(pos, depth - ONE_PLY);
213           nodes += cnt;
214           pos.undo_move(m);
215       }
216       if (Root)
217           sync_cout << UCI::move(m, pos.is_chess960()) << ": " << cnt << sync_endl;
218   }
219   return nodes;
220 }
221
222 template uint64_t Search::perft<true>(Position&, Depth);
223
224
225 /// MainThread::search() is called by the main thread when the program receives
226 /// the UCI 'go' command. It searches from the root position and outputs the "bestmove".
227
228 void MainThread::search() {
229
230   Color us = rootPos.side_to_move();
231   Time.init(Limits, us, rootPos.game_ply());
232
233   int contempt = Options["Contempt"] * PawnValueEg / 100; // From centipawns
234   DrawValue[ us] = VALUE_DRAW - Value(contempt);
235   DrawValue[~us] = VALUE_DRAW + Value(contempt);
236
237   TB::Hits = 0;
238   TB::RootInTB = false;
239   TB::UseRule50 = Options["Syzygy50MoveRule"];
240   TB::ProbeDepth = Options["SyzygyProbeDepth"] * ONE_PLY;
241   TB::Cardinality = Options["SyzygyProbeLimit"];
242
243   // Skip TB probing when no TB found: !TBLargest -> !TB::Cardinality
244   if (TB::Cardinality > TB::MaxCardinality)
245   {
246       TB::Cardinality = TB::MaxCardinality;
247       TB::ProbeDepth = DEPTH_ZERO;
248   }
249
250   if (rootMoves.empty())
251   {
252       rootMoves.push_back(RootMove(MOVE_NONE));
253       sync_cout << "info depth 0 score "
254                 << UCI::value(rootPos.checkers() ? -VALUE_MATE : VALUE_DRAW)
255                 << sync_endl;
256   }
257   else
258   {
259       if (TB::Cardinality >=  rootPos.count<ALL_PIECES>(WHITE)
260                             + rootPos.count<ALL_PIECES>(BLACK))
261       {
262           // If the current root position is in the tablebases, then RootMoves
263           // contains only moves that preserve the draw or the win.
264           TB::RootInTB = Tablebases::root_probe(rootPos, rootMoves, TB::Score);
265
266           if (TB::RootInTB)
267               TB::Cardinality = 0; // Do not probe tablebases during the search
268
269           else // If DTZ tables are missing, use WDL tables as a fallback
270           {
271               // Filter out moves that do not preserve the draw or the win.
272               TB::RootInTB = Tablebases::root_probe_wdl(rootPos, rootMoves, TB::Score);
273
274               // Only probe during search if winning
275               if (TB::Score <= VALUE_DRAW)
276                   TB::Cardinality = 0;
277           }
278
279           if (TB::RootInTB)
280           {
281               TB::Hits = rootMoves.size();
282
283               if (!TB::UseRule50)
284                   TB::Score =  TB::Score > VALUE_DRAW ?  VALUE_MATE - MAX_PLY - 1
285                              : TB::Score < VALUE_DRAW ? -VALUE_MATE + MAX_PLY + 1
286                                                       :  VALUE_DRAW;
287           }
288       }
289
290       for (Thread* th : Threads)
291       {
292           th->maxPly = 0;
293           th->rootDepth = DEPTH_ZERO;
294           if (th != this)
295           {
296               th->rootPos = Position(rootPos, th);
297               th->rootMoves = rootMoves;
298               th->start_searching();
299           }
300       }
301
302       Thread::search(); // Let's start searching!
303   }
304
305   // When playing in 'nodes as time' mode, subtract the searched nodes from
306   // the available ones before exiting.
307   if (Limits.npmsec)
308       Time.availableNodes += Limits.inc[us] - Threads.nodes_searched();
309
310   // When we reach the maximum depth, we can arrive here without a raise of
311   // Signals.stop. However, if we are pondering or in an infinite search,
312   // the UCI protocol states that we shouldn't print the best move before the
313   // GUI sends a "stop" or "ponderhit" command. We therefore simply wait here
314   // until the GUI sends one of those commands (which also raises Signals.stop).
315   if (!Signals.stop && (Limits.ponder || Limits.infinite))
316   {
317       Signals.stopOnPonderhit = true;
318       wait(Signals.stop);
319   }
320
321   // Stop the threads if not already stopped
322   Signals.stop = true;
323
324   // Wait until all threads have finished
325   for (Thread* th : Threads)
326       if (th != this)
327           th->wait_for_search_finished();
328
329   // Check if there are threads with a better score than main thread
330   Thread* bestThread = this;
331   if (   !this->easyMovePlayed
332       &&  Options["MultiPV"] == 1
333       && !Skill(Options["Skill Level"]).enabled())
334   {
335       for (Thread* th : Threads)
336           if (   th->completedDepth > bestThread->completedDepth
337               && th->rootMoves[0].score > bestThread->rootMoves[0].score)
338               bestThread = th;
339   }
340
341   previousScore = bestThread->rootMoves[0].score;
342
343   // Send new PV when needed
344   if (bestThread != this)
345       sync_cout << UCI::pv(bestThread->rootPos, bestThread->completedDepth, -VALUE_INFINITE, VALUE_INFINITE) << sync_endl;
346
347   sync_cout << "bestmove " << UCI::move(bestThread->rootMoves[0].pv[0], rootPos.is_chess960());
348
349   if (bestThread->rootMoves[0].pv.size() > 1 || bestThread->rootMoves[0].extract_ponder_from_tt(rootPos))
350       std::cout << " ponder " << UCI::move(bestThread->rootMoves[0].pv[1], rootPos.is_chess960());
351
352   std::cout << sync_endl;
353 }
354
355
356 // Thread::search() is the main iterative deepening loop. It calls search()
357 // repeatedly with increasing depth until the allocated thinking time has been
358 // consumed, the user stops the search, or the maximum search depth is reached.
359
360 void Thread::search() {
361
362   Stack stack[MAX_PLY+4], *ss = stack+2; // To allow referencing (ss-2) and (ss+2)
363   Value bestValue, alpha, beta, delta;
364   Move easyMove = MOVE_NONE;
365   MainThread* mainThread = (this == Threads.main() ? Threads.main() : nullptr);
366
367   std::memset(ss-2, 0, 5 * sizeof(Stack));
368
369   bestValue = delta = alpha = -VALUE_INFINITE;
370   beta = VALUE_INFINITE;
371   completedDepth = DEPTH_ZERO;
372
373   if (mainThread)
374   {
375       easyMove = EasyMove.get(rootPos.key());
376       EasyMove.clear();
377       mainThread->easyMovePlayed = mainThread->failedLow = false;
378       mainThread->bestMoveChanges = 0;
379       TT.new_search();
380   }
381
382   size_t multiPV = Options["MultiPV"];
383   Skill skill(Options["Skill Level"]);
384
385   // When playing with strength handicap enable MultiPV search that we will
386   // use behind the scenes to retrieve a set of possible moves.
387   if (skill.enabled())
388       multiPV = std::max(multiPV, (size_t)4);
389
390   multiPV = std::min(multiPV, rootMoves.size());
391
392   // Iterative deepening loop until requested to stop or the target depth is reached.
393   while (++rootDepth < DEPTH_MAX && !Signals.stop && (!Limits.depth || rootDepth <= Limits.depth))
394   {
395       // Set up the new depths for the helper threads skipping on average every
396       // 2nd ply (using a half-density map similar to a Hadamard matrix).
397       if (!mainThread)
398       {
399           int d = rootDepth + rootPos.game_ply();
400
401           if (idx <= 6 || idx > 24)
402           {
403               if (((d + idx) >> (msb(idx + 1) - 1)) % 2)
404                   continue;
405           }
406           else
407           {
408               // Table of values of 6 bits with 3 of them set
409               static const int HalfDensityMap[] = {
410                 0x07, 0x0b, 0x0d, 0x0e, 0x13, 0x16, 0x19, 0x1a, 0x1c,
411                 0x23, 0x25, 0x26, 0x29, 0x2c, 0x31, 0x32, 0x34, 0x38
412               };
413
414               if ((HalfDensityMap[idx - 7] >> (d % 6)) & 1)
415                   continue;
416           }
417       }
418
419       // Age out PV variability metric
420       if (mainThread)
421           mainThread->bestMoveChanges *= 0.505, mainThread->failedLow = false;
422
423       // Save the last iteration's scores before first PV line is searched and
424       // all the move scores except the (new) PV are set to -VALUE_INFINITE.
425       for (RootMove& rm : rootMoves)
426           rm.previousScore = rm.score;
427
428       // MultiPV loop. We perform a full root search for each PV line
429       for (PVIdx = 0; PVIdx < multiPV && !Signals.stop; ++PVIdx)
430       {
431           // Reset aspiration window starting size
432           if (rootDepth >= 5 * ONE_PLY)
433           {
434               delta = Value(18);
435               alpha = std::max(rootMoves[PVIdx].previousScore - delta,-VALUE_INFINITE);
436               beta  = std::min(rootMoves[PVIdx].previousScore + delta, VALUE_INFINITE);
437           }
438
439           // Start with a small aspiration window and, in the case of a fail
440           // high/low, re-search with a bigger window until we're not failing
441           // high/low anymore.
442           while (true)
443           {
444               bestValue = ::search<PV>(rootPos, ss, alpha, beta, rootDepth, false);
445
446               // Bring the best move to the front. It is critical that sorting
447               // is done with a stable algorithm because all the values but the
448               // first and eventually the new best one are set to -VALUE_INFINITE
449               // and we want to keep the same order for all the moves except the
450               // new PV that goes to the front. Note that in case of MultiPV
451               // search the already searched PV lines are preserved.
452               std::stable_sort(rootMoves.begin() + PVIdx, rootMoves.end());
453
454               // Write PV back to the transposition table in case the relevant
455               // entries have been overwritten during the search.
456               for (size_t i = 0; i <= PVIdx; ++i)
457                   rootMoves[i].insert_pv_in_tt(rootPos);
458
459               // If search has been stopped, break immediately. Sorting and
460               // writing PV back to TT is safe because RootMoves is still
461               // valid, although it refers to the previous iteration.
462               if (Signals.stop)
463                   break;
464
465               // When failing high/low give some update (without cluttering
466               // the UI) before a re-search.
467               if (   mainThread
468                   && multiPV == 1
469                   && (bestValue <= alpha || bestValue >= beta)
470                   && Time.elapsed() > 3000)
471                   sync_cout << UCI::pv(rootPos, rootDepth, alpha, beta) << sync_endl;
472
473               // In case of failing low/high increase aspiration window and
474               // re-search, otherwise exit the loop.
475               if (bestValue <= alpha)
476               {
477                   beta = (alpha + beta) / 2;
478                   alpha = std::max(bestValue - delta, -VALUE_INFINITE);
479
480                   if (mainThread)
481                   {
482                       mainThread->failedLow = true;
483                       Signals.stopOnPonderhit = false;
484                   }
485               }
486               else if (bestValue >= beta)
487               {
488                   alpha = (alpha + beta) / 2;
489                   beta = std::min(bestValue + delta, VALUE_INFINITE);
490               }
491               else
492                   break;
493
494               delta += delta / 4 + 5;
495
496               assert(alpha >= -VALUE_INFINITE && beta <= VALUE_INFINITE);
497           }
498
499           // Sort the PV lines searched so far and update the GUI
500           std::stable_sort(rootMoves.begin(), rootMoves.begin() + PVIdx + 1);
501
502           if (!mainThread)
503               break;
504
505           if (Signals.stop)
506               sync_cout << "info nodes " << Threads.nodes_searched()
507                         << " time " << Time.elapsed() << sync_endl;
508
509           else if (PVIdx + 1 == multiPV || Time.elapsed() > 3000)
510               sync_cout << UCI::pv(rootPos, rootDepth, alpha, beta) << sync_endl;
511       }
512
513       if (!Signals.stop)
514           completedDepth = rootDepth;
515
516       if (!mainThread)
517           continue;
518
519       // If skill level is enabled and time is up, pick a sub-optimal best move
520       if (skill.enabled() && skill.time_to_pick(rootDepth))
521           skill.pick_best(multiPV);
522
523       // Have we found a "mate in x"?
524       if (   Limits.mate
525           && bestValue >= VALUE_MATE_IN_MAX_PLY
526           && VALUE_MATE - bestValue <= 2 * Limits.mate)
527           Signals.stop = true;
528
529       // Do we have time for the next iteration? Can we stop searching now?
530       if (Limits.use_time_management())
531       {
532           if (!Signals.stop && !Signals.stopOnPonderhit)
533           {
534               // Take some extra time if the best move has changed
535               if (rootDepth > 4 * ONE_PLY && multiPV == 1)
536                   Time.pv_instability(mainThread->bestMoveChanges);
537
538               // Stop the search if only one legal move is available, or if all
539               // of the available time has been used, or if we matched an easyMove
540               // from the previous search and just did a fast verification.
541               const bool F[] = { !mainThread->failedLow,
542                                  bestValue >= mainThread->previousScore };
543
544               int improvingFactor = 640 - 160*F[0] - 126*F[1] - 124*F[0]*F[1];
545
546               bool doEasyMove =   rootMoves[0].pv[0] == easyMove
547                                && mainThread->bestMoveChanges < 0.03
548                                && Time.elapsed() > Time.available() * 25 / 206;
549
550               if (   rootMoves.size() == 1
551                   || Time.elapsed() > Time.available() * improvingFactor / 640
552                   || (mainThread->easyMovePlayed = doEasyMove))
553               {
554                   // If we are allowed to ponder do not stop the search now but
555                   // keep pondering until the GUI sends "ponderhit" or "stop".
556                   if (Limits.ponder)
557                       Signals.stopOnPonderhit = true;
558                   else
559                       Signals.stop = true;
560               }
561           }
562
563           if (rootMoves[0].pv.size() >= 3)
564               EasyMove.update(rootPos, rootMoves[0].pv);
565           else
566               EasyMove.clear();
567       }
568   }
569
570   if (!mainThread)
571       return;
572
573   // Clear any candidate easy move that wasn't stable for the last search
574   // iterations; the second condition prevents consecutive fast moves.
575   if (EasyMove.stableCnt < 6 || mainThread->easyMovePlayed)
576       EasyMove.clear();
577
578   // If skill level is enabled, swap best PV line with the sub-optimal one
579   if (skill.enabled())
580       std::swap(rootMoves[0], *std::find(rootMoves.begin(),
581                 rootMoves.end(), skill.best_move(multiPV)));
582 }
583
584
585 namespace {
586
587   // search<>() is the main search function for both PV and non-PV nodes
588
589   template <NodeType NT>
590   Value search(Position& pos, Stack* ss, Value alpha, Value beta, Depth depth, bool cutNode) {
591
592     const bool PvNode = NT == PV;
593     const bool rootNode = PvNode && (ss-1)->ply == 0;
594
595     assert(-VALUE_INFINITE <= alpha && alpha < beta && beta <= VALUE_INFINITE);
596     assert(PvNode || (alpha == beta - 1));
597     assert(DEPTH_ZERO < depth && depth < DEPTH_MAX);
598
599     Move pv[MAX_PLY+1], quietsSearched[64];
600     StateInfo st;
601     TTEntry* tte;
602     Key posKey;
603     Move ttMove, move, excludedMove, bestMove;
604     Depth extension, newDepth, predictedDepth;
605     Value bestValue, value, ttValue, eval, nullValue, futilityValue;
606     bool ttHit, inCheck, givesCheck, singularExtensionNode, improving;
607     bool captureOrPromotion, doFullDepthSearch;
608     int moveCount, quietCount;
609
610     // Step 1. Initialize node
611     Thread* thisThread = pos.this_thread();
612     inCheck = pos.checkers();
613     moveCount = quietCount =  ss->moveCount = 0;
614     bestValue = -VALUE_INFINITE;
615     ss->ply = (ss-1)->ply + 1;
616
617     // Check for the available remaining time
618     if (thisThread->resetCalls.load(std::memory_order_relaxed))
619     {
620         thisThread->resetCalls = false;
621         thisThread->callsCnt = 0;
622     }
623     if (++thisThread->callsCnt > 4096)
624     {
625         for (Thread* th : Threads)
626             th->resetCalls = true;
627
628         check_time();
629     }
630
631     // Used to send selDepth info to GUI
632     if (PvNode && thisThread->maxPly < ss->ply)
633         thisThread->maxPly = ss->ply;
634
635     if (!rootNode)
636     {
637         // Step 2. Check for aborted search and immediate draw
638         if (Signals.stop.load(std::memory_order_relaxed) || pos.is_draw() || ss->ply >= MAX_PLY)
639             return ss->ply >= MAX_PLY && !inCheck ? evaluate(pos)
640                                                   : DrawValue[pos.side_to_move()];
641
642         // Step 3. Mate distance pruning. Even if we mate at the next move our score
643         // would be at best mate_in(ss->ply+1), but if alpha is already bigger because
644         // a shorter mate was found upward in the tree then there is no need to search
645         // because we will never beat the current alpha. Same logic but with reversed
646         // signs applies also in the opposite condition of being mated instead of giving
647         // mate. In this case return a fail-high score.
648         alpha = std::max(mated_in(ss->ply), alpha);
649         beta = std::min(mate_in(ss->ply+1), beta);
650         if (alpha >= beta)
651             return alpha;
652     }
653
654     assert(0 <= ss->ply && ss->ply < MAX_PLY);
655
656     ss->currentMove = (ss+1)->excludedMove = bestMove = MOVE_NONE;
657     (ss+1)->skipEarlyPruning = false;
658     (ss+2)->killers[0] = (ss+2)->killers[1] = MOVE_NONE;
659
660     // Step 4. Transposition table lookup. We don't want the score of a partial
661     // search to overwrite a previous full search TT value, so we use a different
662     // position key in case of an excluded move.
663     excludedMove = ss->excludedMove;
664     posKey = excludedMove ? pos.exclusion_key() : pos.key();
665     tte = TT.probe(posKey, ttHit);
666     ttValue = ttHit ? value_from_tt(tte->value(), ss->ply) : VALUE_NONE;
667     ttMove =  rootNode ? thisThread->rootMoves[thisThread->PVIdx].pv[0]
668             : ttHit    ? tte->move() : MOVE_NONE;
669
670     // At non-PV nodes we check for an early TT cutoff
671     if (  !PvNode
672         && ttHit
673         && tte->depth() >= depth
674         && ttValue != VALUE_NONE // Possible in case of TT access race
675         && (ttValue >= beta ? (tte->bound() & BOUND_LOWER)
676                             : (tte->bound() & BOUND_UPPER)))
677     {
678         ss->currentMove = ttMove; // Can be MOVE_NONE
679
680         // If ttMove is quiet, update killers, history, counter move on TT hit
681         if (ttValue >= beta && ttMove && !pos.capture_or_promotion(ttMove))
682             update_stats(pos, ss, ttMove, depth, nullptr, 0);
683
684         return ttValue;
685     }
686
687     // Step 4a. Tablebase probe
688     if (!rootNode && TB::Cardinality)
689     {
690         int piecesCnt = pos.count<ALL_PIECES>(WHITE) + pos.count<ALL_PIECES>(BLACK);
691
692         if (    piecesCnt <= TB::Cardinality
693             && (piecesCnt <  TB::Cardinality || depth >= TB::ProbeDepth)
694             &&  pos.rule50_count() == 0)
695         {
696             int found, v = Tablebases::probe_wdl(pos, &found);
697
698             if (found)
699             {
700                 TB::Hits++;
701
702                 int drawScore = TB::UseRule50 ? 1 : 0;
703
704                 value =  v < -drawScore ? -VALUE_MATE + MAX_PLY + ss->ply
705                        : v >  drawScore ?  VALUE_MATE - MAX_PLY - ss->ply
706                                         :  VALUE_DRAW + 2 * v * drawScore;
707
708                 tte->save(posKey, value_to_tt(value, ss->ply), BOUND_EXACT,
709                           std::min(DEPTH_MAX - ONE_PLY, depth + 6 * ONE_PLY),
710                           MOVE_NONE, VALUE_NONE, TT.generation());
711
712                 return value;
713             }
714         }
715     }
716
717     // Step 5. Evaluate the position statically
718     if (inCheck)
719     {
720         ss->staticEval = eval = VALUE_NONE;
721         goto moves_loop;
722     }
723
724     else if (ttHit)
725     {
726         // Never assume anything on values stored in TT
727         if ((ss->staticEval = eval = tte->eval()) == VALUE_NONE)
728             eval = ss->staticEval = evaluate(pos);
729
730         // Can ttValue be used as a better position evaluation?
731         if (ttValue != VALUE_NONE)
732             if (tte->bound() & (ttValue > eval ? BOUND_LOWER : BOUND_UPPER))
733                 eval = ttValue;
734     }
735     else
736     {
737         eval = ss->staticEval =
738         (ss-1)->currentMove != MOVE_NULL ? evaluate(pos)
739                                          : -(ss-1)->staticEval + 2 * Eval::Tempo;
740
741         tte->save(posKey, VALUE_NONE, BOUND_NONE, DEPTH_NONE, MOVE_NONE,
742                   ss->staticEval, TT.generation());
743     }
744
745     if (ss->skipEarlyPruning)
746         goto moves_loop;
747
748     // Step 6. Razoring (skipped when in check)
749     if (   !PvNode
750         &&  depth < 4 * ONE_PLY
751         &&  eval + razor_margin[depth] <= alpha
752         &&  ttMove == MOVE_NONE)
753     {
754         if (   depth <= ONE_PLY
755             && eval + razor_margin[3 * ONE_PLY] <= alpha)
756             return qsearch<NonPV, false>(pos, ss, alpha, beta, DEPTH_ZERO);
757
758         Value ralpha = alpha - razor_margin[depth];
759         Value v = qsearch<NonPV, false>(pos, ss, ralpha, ralpha+1, DEPTH_ZERO);
760         if (v <= ralpha)
761             return v;
762     }
763
764     // Step 7. Futility pruning: child node (skipped when in check)
765     if (   !rootNode
766         &&  depth < 7 * ONE_PLY
767         &&  eval - futility_margin(depth) >= beta
768         &&  eval < VALUE_KNOWN_WIN  // Do not return unproven wins
769         &&  pos.non_pawn_material(pos.side_to_move()))
770         return eval - futility_margin(depth);
771
772     // Step 8. Null move search with verification search (is omitted in PV nodes)
773     if (   !PvNode
774         &&  depth >= 2 * ONE_PLY
775         &&  eval >= beta
776         &&  pos.non_pawn_material(pos.side_to_move()))
777     {
778         ss->currentMove = MOVE_NULL;
779
780         assert(eval - beta >= 0);
781
782         // Null move dynamic reduction based on depth and value
783         Depth R = ((823 + 67 * depth) / 256 + std::min((eval - beta) / PawnValueMg, 3)) * ONE_PLY;
784
785         pos.do_null_move(st);
786         (ss+1)->skipEarlyPruning = true;
787         nullValue = depth-R < ONE_PLY ? -qsearch<NonPV, false>(pos, ss+1, -beta, -beta+1, DEPTH_ZERO)
788                                       : - search<NonPV>(pos, ss+1, -beta, -beta+1, depth-R, !cutNode);
789         (ss+1)->skipEarlyPruning = false;
790         pos.undo_null_move();
791
792         if (nullValue >= beta)
793         {
794             // Do not return unproven mate scores
795             if (nullValue >= VALUE_MATE_IN_MAX_PLY)
796                 nullValue = beta;
797
798             if (depth < 12 * ONE_PLY && abs(beta) < VALUE_KNOWN_WIN)
799                 return nullValue;
800
801             // Do verification search at high depths
802             ss->skipEarlyPruning = true;
803             Value v = depth-R < ONE_PLY ? qsearch<NonPV, false>(pos, ss, beta-1, beta, DEPTH_ZERO)
804                                         :  search<NonPV>(pos, ss, beta-1, beta, depth-R, false);
805             ss->skipEarlyPruning = false;
806
807             if (v >= beta)
808                 return nullValue;
809         }
810     }
811
812     // Step 9. ProbCut (skipped when in check)
813     // If we have a very good capture (i.e. SEE > seeValues[captured_piece_type])
814     // and a reduced search returns a value much above beta, we can (almost)
815     // safely prune the previous move.
816     if (   !PvNode
817         &&  depth >= 5 * ONE_PLY
818         &&  abs(beta) < VALUE_MATE_IN_MAX_PLY)
819     {
820         Value rbeta = std::min(beta + 200, VALUE_INFINITE);
821         Depth rdepth = depth - 4 * ONE_PLY;
822
823         assert(rdepth >= ONE_PLY);
824         assert((ss-1)->currentMove != MOVE_NONE);
825         assert((ss-1)->currentMove != MOVE_NULL);
826
827         MovePicker mp(pos, ttMove, thisThread->history, PieceValue[MG][pos.captured_piece_type()]);
828         CheckInfo ci(pos);
829
830         while ((move = mp.next_move()) != MOVE_NONE)
831             if (pos.legal(move, ci.pinned))
832             {
833                 ss->currentMove = move;
834                 pos.do_move(move, st, pos.gives_check(move, ci));
835                 value = -search<NonPV>(pos, ss+1, -rbeta, -rbeta+1, rdepth, !cutNode);
836                 pos.undo_move(move);
837                 if (value >= rbeta)
838                     return value;
839             }
840     }
841
842     // Step 10. Internal iterative deepening (skipped when in check)
843     if (    depth >= (PvNode ? 5 * ONE_PLY : 8 * ONE_PLY)
844         && !ttMove
845         && (PvNode || ss->staticEval + 256 >= beta))
846     {
847         Depth d = depth - 2 * ONE_PLY - (PvNode ? DEPTH_ZERO : depth / 4);
848         ss->skipEarlyPruning = true;
849         search<NT>(pos, ss, alpha, beta, d, true);
850         ss->skipEarlyPruning = false;
851
852         tte = TT.probe(posKey, ttHit);
853         ttMove = ttHit ? tte->move() : MOVE_NONE;
854     }
855
856 moves_loop: // When in check search starts from here
857
858     Square prevSq = to_sq((ss-1)->currentMove);
859     Move cm = thisThread->counterMoves[pos.piece_on(prevSq)][prevSq];
860     const CounterMoveStats& cmh = CounterMoveHistory[pos.piece_on(prevSq)][prevSq];
861
862     MovePicker mp(pos, ttMove, depth, thisThread->history, cmh, cm, ss);
863     CheckInfo ci(pos);
864     value = bestValue; // Workaround a bogus 'uninitialized' warning under gcc
865     improving =   ss->staticEval >= (ss-2)->staticEval
866                || ss->staticEval == VALUE_NONE
867                ||(ss-2)->staticEval == VALUE_NONE;
868
869     singularExtensionNode =   !rootNode
870                            &&  depth >= 8 * ONE_PLY
871                            &&  ttMove != MOVE_NONE
872                        /*  &&  ttValue != VALUE_NONE Already implicit in the next condition */
873                            &&  abs(ttValue) < VALUE_KNOWN_WIN
874                            && !excludedMove // Recursive singular search is not allowed
875                            && (tte->bound() & BOUND_LOWER)
876                            &&  tte->depth() >= depth - 3 * ONE_PLY;
877
878     // Step 11. Loop through moves
879     // Loop through all pseudo-legal moves until no moves remain or a beta cutoff occurs
880     while ((move = mp.next_move()) != MOVE_NONE)
881     {
882       assert(is_ok(move));
883
884       if (move == excludedMove)
885           continue;
886
887       // At root obey the "searchmoves" option and skip moves not listed in Root
888       // Move List. As a consequence any illegal move is also skipped. In MultiPV
889       // mode we also skip PV moves which have been already searched.
890       if (rootNode && !std::count(thisThread->rootMoves.begin() + thisThread->PVIdx,
891                                   thisThread->rootMoves.end(), move))
892           continue;
893
894       ss->moveCount = ++moveCount;
895
896       if (rootNode && thisThread == Threads.main() && Time.elapsed() > 3000)
897           sync_cout << "info depth " << depth / ONE_PLY
898                     << " currmove " << UCI::move(move, pos.is_chess960())
899                     << " currmovenumber " << moveCount + thisThread->PVIdx << sync_endl;
900
901       if (PvNode)
902           (ss+1)->pv = nullptr;
903
904       extension = DEPTH_ZERO;
905       captureOrPromotion = pos.capture_or_promotion(move);
906
907       givesCheck =  type_of(move) == NORMAL && !ci.dcCandidates
908                   ? ci.checkSquares[type_of(pos.piece_on(from_sq(move)))] & to_sq(move)
909                   : pos.gives_check(move, ci);
910
911       // Step 12. Extend checks
912       if (givesCheck && pos.see_sign(move) >= VALUE_ZERO)
913           extension = ONE_PLY;
914
915       // Singular extension search. If all moves but one fail low on a search of
916       // (alpha-s, beta-s), and just one fails high on (alpha, beta), then that move
917       // is singular and should be extended. To verify this we do a reduced search
918       // on all the other moves but the ttMove and if the result is lower than
919       // ttValue minus a margin then we extend the ttMove.
920       if (    singularExtensionNode
921           &&  move == ttMove
922           && !extension
923           &&  pos.legal(move, ci.pinned))
924       {
925           Value rBeta = ttValue - 2 * depth / ONE_PLY;
926           ss->excludedMove = move;
927           ss->skipEarlyPruning = true;
928           value = search<NonPV>(pos, ss, rBeta - 1, rBeta, depth / 2, cutNode);
929           ss->skipEarlyPruning = false;
930           ss->excludedMove = MOVE_NONE;
931
932           if (value < rBeta)
933               extension = ONE_PLY;
934       }
935
936       // Update the current move (this must be done after singular extension search)
937       newDepth = depth - ONE_PLY + extension;
938
939       // Step 13. Pruning at shallow depth
940       if (   !rootNode
941           && !captureOrPromotion
942           && !inCheck
943           && !givesCheck
944           && !pos.advanced_pawn_push(move)
945           &&  bestValue > VALUE_MATED_IN_MAX_PLY)
946       {
947           // Move count based pruning
948           if (   depth < 16 * ONE_PLY
949               && moveCount >= FutilityMoveCounts[improving][depth])
950               continue;
951
952           // History based pruning
953           if (   depth <= 4 * ONE_PLY
954               && move != ss->killers[0]
955               && thisThread->history[pos.moved_piece(move)][to_sq(move)] < VALUE_ZERO
956               && cmh[pos.moved_piece(move)][to_sq(move)] < VALUE_ZERO)
957               continue;
958
959           predictedDepth = newDepth - reduction<PvNode>(improving, depth, moveCount);
960
961           // Futility pruning: parent node
962           if (predictedDepth < 7 * ONE_PLY)
963           {
964               futilityValue = ss->staticEval + futility_margin(predictedDepth) + 256;
965
966               if (futilityValue <= alpha)
967               {
968                   bestValue = std::max(bestValue, futilityValue);
969                   continue;
970               }
971           }
972
973           // Prune moves with negative SEE at low depths
974           if (predictedDepth < 4 * ONE_PLY && pos.see_sign(move) < VALUE_ZERO)
975               continue;
976       }
977
978       // Speculative prefetch as early as possible
979       prefetch(TT.first_entry(pos.key_after(move)));
980
981       // Check for legality just before making the move
982       if (!rootNode && !pos.legal(move, ci.pinned))
983       {
984           ss->moveCount = --moveCount;
985           continue;
986       }
987
988       ss->currentMove = move;
989
990       // Step 14. Make the move
991       pos.do_move(move, st, givesCheck);
992
993       // Step 15. Reduced depth search (LMR). If the move fails high it will be
994       // re-searched at full depth.
995       if (    depth >= 3 * ONE_PLY
996           &&  moveCount > 1
997           && !captureOrPromotion)
998       {
999           Depth r = reduction<PvNode>(improving, depth, moveCount);
1000
1001           // Increase reduction for cut nodes and moves with a bad history
1002           if (   (!PvNode && cutNode)
1003               || (   thisThread->history[pos.piece_on(to_sq(move))][to_sq(move)] < VALUE_ZERO
1004                   && cmh[pos.piece_on(to_sq(move))][to_sq(move)] <= VALUE_ZERO))
1005               r += ONE_PLY;
1006
1007           // Decrease/increase reduction for moves with a good/bad history
1008           int rHist = (  thisThread->history[pos.piece_on(to_sq(move))][to_sq(move)]
1009                        + cmh[pos.piece_on(to_sq(move))][to_sq(move)]) / 14980;
1010           r = std::max(DEPTH_ZERO, r - rHist * ONE_PLY);
1011
1012           // Decrease reduction for moves that escape a capture. Filter out
1013           // castling moves, because they are coded as "king captures rook" and
1014           // hence break make_move(). Also use see() instead of see_sign(),
1015           // because the destination square is empty.
1016           if (   r
1017               && type_of(move) == NORMAL
1018               && type_of(pos.piece_on(to_sq(move))) != PAWN
1019               && pos.see(make_move(to_sq(move), from_sq(move))) < VALUE_ZERO)
1020               r = std::max(DEPTH_ZERO, r - ONE_PLY);
1021
1022           Depth d = std::max(newDepth - r, ONE_PLY);
1023
1024           value = -search<NonPV>(pos, ss+1, -(alpha+1), -alpha, d, true);
1025
1026           doFullDepthSearch = (value > alpha && r != DEPTH_ZERO);
1027       }
1028       else
1029           doFullDepthSearch = !PvNode || moveCount > 1;
1030
1031       // Step 16. Full depth search when LMR is skipped or fails high
1032       if (doFullDepthSearch)
1033           value = newDepth <   ONE_PLY ?
1034                             givesCheck ? -qsearch<NonPV,  true>(pos, ss+1, -(alpha+1), -alpha, DEPTH_ZERO)
1035                                        : -qsearch<NonPV, false>(pos, ss+1, -(alpha+1), -alpha, DEPTH_ZERO)
1036                                        : - search<NonPV>(pos, ss+1, -(alpha+1), -alpha, newDepth, !cutNode);
1037
1038       // For PV nodes only, do a full PV search on the first move or after a fail
1039       // high (in the latter case search only if value < beta), otherwise let the
1040       // parent node fail low with value <= alpha and try another move.
1041       if (PvNode && (moveCount == 1 || (value > alpha && (rootNode || value < beta))))
1042       {
1043           (ss+1)->pv = pv;
1044           (ss+1)->pv[0] = MOVE_NONE;
1045
1046           value = newDepth <   ONE_PLY ?
1047                             givesCheck ? -qsearch<PV,  true>(pos, ss+1, -beta, -alpha, DEPTH_ZERO)
1048                                        : -qsearch<PV, false>(pos, ss+1, -beta, -alpha, DEPTH_ZERO)
1049                                        : - search<PV>(pos, ss+1, -beta, -alpha, newDepth, false);
1050       }
1051
1052       // Step 17. Undo move
1053       pos.undo_move(move);
1054
1055       assert(value > -VALUE_INFINITE && value < VALUE_INFINITE);
1056
1057       // Step 18. Check for a new best move
1058       // Finished searching the move. If a stop occurred, the return value of
1059       // the search cannot be trusted, and we return immediately without
1060       // updating best move, PV and TT.
1061       if (Signals.stop.load(std::memory_order_relaxed))
1062           return VALUE_ZERO;
1063
1064       if (rootNode)
1065       {
1066           RootMove& rm = *std::find(thisThread->rootMoves.begin(),
1067                                     thisThread->rootMoves.end(), move);
1068
1069           // PV move or new best move ?
1070           if (moveCount == 1 || value > alpha)
1071           {
1072               rm.score = value;
1073               rm.pv.resize(1);
1074
1075               assert((ss+1)->pv);
1076
1077               for (Move* m = (ss+1)->pv; *m != MOVE_NONE; ++m)
1078                   rm.pv.push_back(*m);
1079
1080               // We record how often the best move has been changed in each
1081               // iteration. This information is used for time management: When
1082               // the best move changes frequently, we allocate some more time.
1083               if (moveCount > 1 && thisThread == Threads.main())
1084                   ++static_cast<MainThread*>(thisThread)->bestMoveChanges;
1085           }
1086           else
1087               // All other moves but the PV are set to the lowest value: this is
1088               // not a problem when sorting because the sort is stable and the
1089               // move position in the list is preserved - just the PV is pushed up.
1090               rm.score = -VALUE_INFINITE;
1091       }
1092
1093       if (value > bestValue)
1094       {
1095           bestValue = value;
1096
1097           if (value > alpha)
1098           {
1099               // If there is an easy move for this position, clear it if unstable
1100               if (    PvNode
1101                   &&  thisThread == Threads.main()
1102                   &&  EasyMove.get(pos.key())
1103                   && (move != EasyMove.get(pos.key()) || moveCount > 1))
1104                   EasyMove.clear();
1105
1106               bestMove = move;
1107
1108               if (PvNode && !rootNode) // Update pv even in fail-high case
1109                   update_pv(ss->pv, move, (ss+1)->pv);
1110
1111               if (PvNode && value < beta) // Update alpha! Always alpha < beta
1112                   alpha = value;
1113               else
1114               {
1115                   assert(value >= beta); // Fail high
1116                   break;
1117               }
1118           }
1119       }
1120
1121       if (!captureOrPromotion && move != bestMove && quietCount < 64)
1122           quietsSearched[quietCount++] = move;
1123     }
1124
1125     // The following condition would detect a stop only after move loop has been
1126     // completed. But in this case bestValue is valid because we have fully
1127     // searched our subtree, and we can anyhow save the result in TT.
1128     /*
1129        if (Signals.stop)
1130         return VALUE_DRAW;
1131     */
1132
1133     // Step 20. Check for mate and stalemate
1134     // All legal moves have been searched and if there are no legal moves, it
1135     // must be a mate or a stalemate. If we are in a singular extension search then
1136     // return a fail low score.
1137     if (!moveCount)
1138         bestValue = excludedMove ? alpha
1139                    :     inCheck ? mated_in(ss->ply) : DrawValue[pos.side_to_move()];
1140
1141     // Quiet best move: update killers, history and countermoves
1142     else if (bestMove && !pos.capture_or_promotion(bestMove))
1143         update_stats(pos, ss, bestMove, depth, quietsSearched, quietCount);
1144
1145     // Bonus for prior countermove that caused the fail low
1146     else if (    depth >= 3 * ONE_PLY
1147              && !bestMove
1148              && !inCheck
1149              && !pos.captured_piece_type()
1150              && is_ok((ss - 1)->currentMove)
1151              && is_ok((ss - 2)->currentMove))
1152     {
1153         Value bonus = Value((depth / ONE_PLY) * (depth / ONE_PLY) + depth / ONE_PLY - 1);
1154         Square prevPrevSq = to_sq((ss - 2)->currentMove);
1155         CounterMoveStats& prevCmh = CounterMoveHistory[pos.piece_on(prevPrevSq)][prevPrevSq];
1156         prevCmh.update(pos.piece_on(prevSq), prevSq, bonus);
1157     }
1158
1159     tte->save(posKey, value_to_tt(bestValue, ss->ply),
1160               bestValue >= beta ? BOUND_LOWER :
1161               PvNode && bestMove ? BOUND_EXACT : BOUND_UPPER,
1162               depth, bestMove, ss->staticEval, TT.generation());
1163
1164     assert(bestValue > -VALUE_INFINITE && bestValue < VALUE_INFINITE);
1165
1166     return bestValue;
1167   }
1168
1169
1170   // qsearch() is the quiescence search function, which is called by the main
1171   // search function when the remaining depth is zero (or, to be more precise,
1172   // less than ONE_PLY).
1173
1174   template <NodeType NT, bool InCheck>
1175   Value qsearch(Position& pos, Stack* ss, Value alpha, Value beta, Depth depth) {
1176
1177     const bool PvNode = NT == PV;
1178
1179     assert(InCheck == !!pos.checkers());
1180     assert(alpha >= -VALUE_INFINITE && alpha < beta && beta <= VALUE_INFINITE);
1181     assert(PvNode || (alpha == beta - 1));
1182     assert(depth <= DEPTH_ZERO);
1183
1184     Move pv[MAX_PLY+1];
1185     StateInfo st;
1186     TTEntry* tte;
1187     Key posKey;
1188     Move ttMove, move, bestMove;
1189     Value bestValue, value, ttValue, futilityValue, futilityBase, oldAlpha;
1190     bool ttHit, givesCheck, evasionPrunable;
1191     Depth ttDepth;
1192
1193     if (PvNode)
1194     {
1195         oldAlpha = alpha; // To flag BOUND_EXACT when eval above alpha and no available moves
1196         (ss+1)->pv = pv;
1197         ss->pv[0] = MOVE_NONE;
1198     }
1199
1200     ss->currentMove = bestMove = MOVE_NONE;
1201     ss->ply = (ss-1)->ply + 1;
1202
1203     // Check for an instant draw or if the maximum ply has been reached
1204     if (pos.is_draw() || ss->ply >= MAX_PLY)
1205         return ss->ply >= MAX_PLY && !InCheck ? evaluate(pos)
1206                                               : DrawValue[pos.side_to_move()];
1207
1208     assert(0 <= ss->ply && ss->ply < MAX_PLY);
1209
1210     // Decide whether or not to include checks: this fixes also the type of
1211     // TT entry depth that we are going to use. Note that in qsearch we use
1212     // only two types of depth in TT: DEPTH_QS_CHECKS or DEPTH_QS_NO_CHECKS.
1213     ttDepth = InCheck || depth >= DEPTH_QS_CHECKS ? DEPTH_QS_CHECKS
1214                                                   : DEPTH_QS_NO_CHECKS;
1215
1216     // Transposition table lookup
1217     posKey = pos.key();
1218     tte = TT.probe(posKey, ttHit);
1219     ttMove = ttHit ? tte->move() : MOVE_NONE;
1220     ttValue = ttHit ? value_from_tt(tte->value(), ss->ply) : VALUE_NONE;
1221
1222     if (  !PvNode
1223         && ttHit
1224         && tte->depth() >= ttDepth
1225         && ttValue != VALUE_NONE // Only in case of TT access race
1226         && (ttValue >= beta ? (tte->bound() &  BOUND_LOWER)
1227                             : (tte->bound() &  BOUND_UPPER)))
1228     {
1229         ss->currentMove = ttMove; // Can be MOVE_NONE
1230         return ttValue;
1231     }
1232
1233     // Evaluate the position statically
1234     if (InCheck)
1235     {
1236         ss->staticEval = VALUE_NONE;
1237         bestValue = futilityBase = -VALUE_INFINITE;
1238     }
1239     else
1240     {
1241         if (ttHit)
1242         {
1243             // Never assume anything on values stored in TT
1244             if ((ss->staticEval = bestValue = tte->eval()) == VALUE_NONE)
1245                 ss->staticEval = bestValue = evaluate(pos);
1246
1247             // Can ttValue be used as a better position evaluation?
1248             if (ttValue != VALUE_NONE)
1249                 if (tte->bound() & (ttValue > bestValue ? BOUND_LOWER : BOUND_UPPER))
1250                     bestValue = ttValue;
1251         }
1252         else
1253             ss->staticEval = bestValue =
1254             (ss-1)->currentMove != MOVE_NULL ? evaluate(pos)
1255                                              : -(ss-1)->staticEval + 2 * Eval::Tempo;
1256
1257         // Stand pat. Return immediately if static value is at least beta
1258         if (bestValue >= beta)
1259         {
1260             if (!ttHit)
1261                 tte->save(pos.key(), value_to_tt(bestValue, ss->ply), BOUND_LOWER,
1262                           DEPTH_NONE, MOVE_NONE, ss->staticEval, TT.generation());
1263
1264             return bestValue;
1265         }
1266
1267         if (PvNode && bestValue > alpha)
1268             alpha = bestValue;
1269
1270         futilityBase = bestValue + 128;
1271     }
1272
1273     // Initialize a MovePicker object for the current position, and prepare
1274     // to search the moves. Because the depth is <= 0 here, only captures,
1275     // queen promotions and checks (only if depth >= DEPTH_QS_CHECKS) will
1276     // be generated.
1277     MovePicker mp(pos, ttMove, depth, pos.this_thread()->history, to_sq((ss-1)->currentMove));
1278     CheckInfo ci(pos);
1279
1280     // Loop through the moves until no moves remain or a beta cutoff occurs
1281     while ((move = mp.next_move()) != MOVE_NONE)
1282     {
1283       assert(is_ok(move));
1284
1285       givesCheck =  type_of(move) == NORMAL && !ci.dcCandidates
1286                   ? ci.checkSquares[type_of(pos.piece_on(from_sq(move)))] & to_sq(move)
1287                   : pos.gives_check(move, ci);
1288
1289       // Futility pruning
1290       if (   !InCheck
1291           && !givesCheck
1292           &&  futilityBase > -VALUE_KNOWN_WIN
1293           && !pos.advanced_pawn_push(move))
1294       {
1295           assert(type_of(move) != ENPASSANT); // Due to !pos.advanced_pawn_push
1296
1297           futilityValue = futilityBase + PieceValue[EG][pos.piece_on(to_sq(move))];
1298
1299           if (futilityValue <= alpha)
1300           {
1301               bestValue = std::max(bestValue, futilityValue);
1302               continue;
1303           }
1304
1305           if (futilityBase <= alpha && pos.see(move) <= VALUE_ZERO)
1306           {
1307               bestValue = std::max(bestValue, futilityBase);
1308               continue;
1309           }
1310       }
1311
1312       // Detect non-capture evasions that are candidates to be pruned
1313       evasionPrunable =    InCheck
1314                        &&  bestValue > VALUE_MATED_IN_MAX_PLY
1315                        && !pos.capture(move);
1316
1317       // Don't search moves with negative SEE values
1318       if (  (!InCheck || evasionPrunable)
1319           &&  type_of(move) != PROMOTION
1320           &&  pos.see_sign(move) < VALUE_ZERO)
1321           continue;
1322
1323       // Speculative prefetch as early as possible
1324       prefetch(TT.first_entry(pos.key_after(move)));
1325
1326       // Check for legality just before making the move
1327       if (!pos.legal(move, ci.pinned))
1328           continue;
1329
1330       ss->currentMove = move;
1331
1332       // Make and search the move
1333       pos.do_move(move, st, givesCheck);
1334       value = givesCheck ? -qsearch<NT,  true>(pos, ss+1, -beta, -alpha, depth - ONE_PLY)
1335                          : -qsearch<NT, false>(pos, ss+1, -beta, -alpha, depth - ONE_PLY);
1336       pos.undo_move(move);
1337
1338       assert(value > -VALUE_INFINITE && value < VALUE_INFINITE);
1339
1340       // Check for a new best move
1341       if (value > bestValue)
1342       {
1343           bestValue = value;
1344
1345           if (value > alpha)
1346           {
1347               if (PvNode) // Update pv even in fail-high case
1348                   update_pv(ss->pv, move, (ss+1)->pv);
1349
1350               if (PvNode && value < beta) // Update alpha here!
1351               {
1352                   alpha = value;
1353                   bestMove = move;
1354               }
1355               else // Fail high
1356               {
1357                   tte->save(posKey, value_to_tt(value, ss->ply), BOUND_LOWER,
1358                             ttDepth, move, ss->staticEval, TT.generation());
1359
1360                   return value;
1361               }
1362           }
1363        }
1364     }
1365
1366     // All legal moves have been searched. A special case: If we're in check
1367     // and no legal moves were found, it is checkmate.
1368     if (InCheck && bestValue == -VALUE_INFINITE)
1369         return mated_in(ss->ply); // Plies to mate from the root
1370
1371     tte->save(posKey, value_to_tt(bestValue, ss->ply),
1372               PvNode && bestValue > oldAlpha ? BOUND_EXACT : BOUND_UPPER,
1373               ttDepth, bestMove, ss->staticEval, TT.generation());
1374
1375     assert(bestValue > -VALUE_INFINITE && bestValue < VALUE_INFINITE);
1376
1377     return bestValue;
1378   }
1379
1380
1381   // value_to_tt() adjusts a mate score from "plies to mate from the root" to
1382   // "plies to mate from the current position". Non-mate scores are unchanged.
1383   // The function is called before storing a value in the transposition table.
1384
1385   Value value_to_tt(Value v, int ply) {
1386
1387     assert(v != VALUE_NONE);
1388
1389     return  v >= VALUE_MATE_IN_MAX_PLY  ? v + ply
1390           : v <= VALUE_MATED_IN_MAX_PLY ? v - ply : v;
1391   }
1392
1393
1394   // value_from_tt() is the inverse of value_to_tt(): It adjusts a mate score
1395   // from the transposition table (which refers to the plies to mate/be mated
1396   // from current position) to "plies to mate/be mated from the root".
1397
1398   Value value_from_tt(Value v, int ply) {
1399
1400     return  v == VALUE_NONE             ? VALUE_NONE
1401           : v >= VALUE_MATE_IN_MAX_PLY  ? v - ply
1402           : v <= VALUE_MATED_IN_MAX_PLY ? v + ply : v;
1403   }
1404
1405
1406   // update_pv() adds current move and appends child pv[]
1407
1408   void update_pv(Move* pv, Move move, Move* childPv) {
1409
1410     for (*pv++ = move; childPv && *childPv != MOVE_NONE; )
1411         *pv++ = *childPv++;
1412     *pv = MOVE_NONE;
1413   }
1414
1415
1416   // update_stats() updates killers, history, countermove and countermove
1417   // history when a new quiet best move is found.
1418
1419   void update_stats(const Position& pos, Stack* ss, Move move,
1420                     Depth depth, Move* quiets, int quietsCnt) {
1421
1422     if (ss->killers[0] != move)
1423     {
1424         ss->killers[1] = ss->killers[0];
1425         ss->killers[0] = move;
1426     }
1427
1428     Value bonus = Value((depth / ONE_PLY) * (depth / ONE_PLY) + depth / ONE_PLY - 1);
1429
1430     Square prevSq = to_sq((ss-1)->currentMove);
1431     CounterMoveStats& cmh = CounterMoveHistory[pos.piece_on(prevSq)][prevSq];
1432     Thread* thisThread = pos.this_thread();
1433
1434     thisThread->history.update(pos.moved_piece(move), to_sq(move), bonus);
1435
1436     if (is_ok((ss-1)->currentMove))
1437     {
1438         thisThread->counterMoves.update(pos.piece_on(prevSq), prevSq, move);
1439         cmh.update(pos.moved_piece(move), to_sq(move), bonus);
1440     }
1441
1442     // Decrease all the other played quiet moves
1443     for (int i = 0; i < quietsCnt; ++i)
1444     {
1445         thisThread->history.update(pos.moved_piece(quiets[i]), to_sq(quiets[i]), -bonus);
1446
1447         if (is_ok((ss-1)->currentMove))
1448             cmh.update(pos.moved_piece(quiets[i]), to_sq(quiets[i]), -bonus);
1449     }
1450
1451     // Extra penalty for a quiet TT move in previous ply when it gets refuted
1452     if (   (ss-1)->moveCount == 1
1453         && !pos.captured_piece_type()
1454         && is_ok((ss-2)->currentMove))
1455     {
1456         Square prevPrevSq = to_sq((ss-2)->currentMove);
1457         CounterMoveStats& prevCmh = CounterMoveHistory[pos.piece_on(prevPrevSq)][prevPrevSq];
1458         prevCmh.update(pos.piece_on(prevSq), prevSq, -bonus - 2 * (depth + 1) / ONE_PLY);
1459     }
1460   }
1461
1462
1463   // When playing with strength handicap, choose best move among a set of RootMoves
1464   // using a statistical rule dependent on 'level'. Idea by Heinz van Saanen.
1465
1466   Move Skill::pick_best(size_t multiPV) {
1467
1468     const Search::RootMoveVector& rootMoves = Threads.main()->rootMoves;
1469     static PRNG rng(now()); // PRNG sequence should be non-deterministic
1470
1471     // RootMoves are already sorted by score in descending order
1472     Value topScore = rootMoves[0].score;
1473     int delta = std::min(topScore - rootMoves[multiPV - 1].score, PawnValueMg);
1474     int weakness = 120 - 2 * level;
1475     int maxScore = -VALUE_INFINITE;
1476
1477     // Choose best move. For each move score we add two terms, both dependent on
1478     // weakness. One is deterministic and bigger for weaker levels, and one is
1479     // random. Then we choose the move with the resulting highest score.
1480     for (size_t i = 0; i < multiPV; ++i)
1481     {
1482         // This is our magic formula
1483         int push = (  weakness * int(topScore - rootMoves[i].score)
1484                     + delta * (rng.rand<unsigned>() % weakness)) / 128;
1485
1486         if (rootMoves[i].score + push > maxScore)
1487         {
1488             maxScore = rootMoves[i].score + push;
1489             best = rootMoves[i].pv[0];
1490         }
1491     }
1492
1493     return best;
1494   }
1495
1496
1497   // check_time() is used to print debug info and, more importantly, to detect
1498   // when we are out of available time and thus stop the search.
1499
1500   void check_time() {
1501
1502     static TimePoint lastInfoTime = now();
1503
1504     int elapsed = Time.elapsed();
1505     TimePoint tick = Limits.startTime + elapsed;
1506
1507     if (tick - lastInfoTime >= 1000)
1508     {
1509         lastInfoTime = tick;
1510         dbg_print();
1511     }
1512
1513     // An engine may not stop pondering until told so by the GUI
1514     if (Limits.ponder)
1515         return;
1516
1517     if (   (Limits.use_time_management() && elapsed > Time.maximum() - 10)
1518         || (Limits.movetime && elapsed >= Limits.movetime)
1519         || (Limits.nodes && Threads.nodes_searched() >= Limits.nodes))
1520             Signals.stop = true;
1521   }
1522
1523 } // namespace
1524
1525
1526 /// UCI::pv() formats PV information according to the UCI protocol. UCI requires
1527 /// that all (if any) unsearched PV lines are sent using a previous search score.
1528
1529 string UCI::pv(const Position& pos, Depth depth, Value alpha, Value beta) {
1530
1531   std::stringstream ss;
1532   int elapsed = Time.elapsed() + 1;
1533   const Search::RootMoveVector& rootMoves = pos.this_thread()->rootMoves;
1534   size_t PVIdx = pos.this_thread()->PVIdx;
1535   size_t multiPV = std::min((size_t)Options["MultiPV"], rootMoves.size());
1536   uint64_t nodes_searched = Threads.nodes_searched();
1537
1538   for (size_t i = 0; i < multiPV; ++i)
1539   {
1540       bool updated = (i <= PVIdx);
1541
1542       if (depth == ONE_PLY && !updated)
1543           continue;
1544
1545       Depth d = updated ? depth : depth - ONE_PLY;
1546       Value v = updated ? rootMoves[i].score : rootMoves[i].previousScore;
1547
1548       bool tb = TB::RootInTB && abs(v) < VALUE_MATE - MAX_PLY;
1549       v = tb ? TB::Score : v;
1550
1551       if (ss.rdbuf()->in_avail()) // Not at first line
1552           ss << "\n";
1553
1554       ss << "info"
1555          << " depth "    << d / ONE_PLY
1556          << " seldepth " << pos.this_thread()->maxPly
1557          << " multipv "  << i + 1
1558          << " score "    << UCI::value(v);
1559
1560       if (!tb && i == PVIdx)
1561           ss << (v >= beta ? " lowerbound" : v <= alpha ? " upperbound" : "");
1562
1563       ss << " nodes "    << nodes_searched
1564          << " nps "      << nodes_searched * 1000 / elapsed;
1565
1566       if (elapsed > 1000) // Earlier makes little sense
1567           ss << " hashfull " << TT.hashfull();
1568
1569       ss << " tbhits "   << TB::Hits
1570          << " time "     << elapsed
1571          << " pv";
1572
1573       for (Move m : rootMoves[i].pv)
1574           ss << " " << UCI::move(m, pos.is_chess960());
1575   }
1576
1577   return ss.str();
1578 }
1579
1580
1581 /// RootMove::insert_pv_in_tt() is called at the end of a search iteration, and
1582 /// inserts the PV back into the TT. This makes sure the old PV moves are searched
1583 /// first, even if the old TT entries have been overwritten.
1584
1585 void RootMove::insert_pv_in_tt(Position& pos) {
1586
1587   StateInfo state[MAX_PLY], *st = state;
1588   bool ttHit;
1589
1590   for (Move m : pv)
1591   {
1592       assert(MoveList<LEGAL>(pos).contains(m));
1593
1594       TTEntry* tte = TT.probe(pos.key(), ttHit);
1595
1596       if (!ttHit || tte->move() != m) // Don't overwrite correct entries
1597           tte->save(pos.key(), VALUE_NONE, BOUND_NONE, DEPTH_NONE,
1598                     m, VALUE_NONE, TT.generation());
1599
1600       pos.do_move(m, *st++, pos.gives_check(m, CheckInfo(pos)));
1601   }
1602
1603   for (size_t i = pv.size(); i > 0; )
1604       pos.undo_move(pv[--i]);
1605 }
1606
1607
1608 /// RootMove::extract_ponder_from_tt() is called in case we have no ponder move
1609 /// before exiting the search, for instance, in case we stop the search during a
1610 /// fail high at root. We try hard to have a ponder move to return to the GUI,
1611 /// otherwise in case of 'ponder on' we have nothing to think on.
1612
1613 bool RootMove::extract_ponder_from_tt(Position& pos)
1614 {
1615     StateInfo st;
1616     bool ttHit;
1617
1618     assert(pv.size() == 1);
1619
1620     pos.do_move(pv[0], st, pos.gives_check(pv[0], CheckInfo(pos)));
1621     TTEntry* tte = TT.probe(pos.key(), ttHit);
1622     pos.undo_move(pv[0]);
1623
1624     if (ttHit)
1625     {
1626         Move m = tte->move(); // Local copy to be SMP safe
1627         if (MoveList<LEGAL>(pos).contains(m))
1628            return pv.push_back(m), true;
1629     }
1630
1631     return false;
1632 }