Capture Stat Simplification- Bench: 5363761
[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) 2015-2017 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 "position.h"
33 #include "search.h"
34 #include "timeman.h"
35 #include "thread.h"
36 #include "tt.h"
37 #include "uci.h"
38 #include "syzygy/tbprobe.h"
39
40 namespace Search {
41
42   LimitsType Limits;
43 }
44
45 namespace Tablebases {
46
47   int Cardinality;
48   bool RootInTB;
49   bool UseRule50;
50   Depth ProbeDepth;
51   Value Score;
52 }
53
54 namespace TB = Tablebases;
55
56 using std::string;
57 using Eval::evaluate;
58 using namespace Search;
59
60 namespace {
61
62   // Different node types, used as a template parameter
63   enum NodeType { NonPV, PV };
64
65   // Sizes and phases of the skip-blocks, used for distributing search depths across the threads
66   const int skipSize[]  = { 1, 1, 2, 2, 2, 2, 3, 3, 3, 3, 3, 3, 4, 4, 4, 4, 4, 4, 4, 4 };
67   const int skipPhase[] = { 0, 1, 0, 1, 2, 3, 0, 1, 2, 3, 4, 5, 0, 1, 2, 3, 4, 5, 6, 7 };
68
69   // Razoring and futility margin based on depth
70   // razor_margin[0] is unused as long as depth >= ONE_PLY in search
71   const int razor_margin[] = { 0, 570, 603, 554 };
72   Value futility_margin(Depth d) { return Value(150 * d / ONE_PLY); }
73
74   // Futility and reductions lookup tables, initialized at startup
75   int FutilityMoveCounts[2][16]; // [improving][depth]
76   int Reductions[2][2][64][64];  // [pv][improving][depth][moveNumber]
77
78   template <bool PvNode> Depth reduction(bool i, Depth d, int mn) {
79     return Reductions[PvNode][i][std::min(d / ONE_PLY, 63)][std::min(mn, 63)] * ONE_PLY;
80   }
81
82   // History and stats update bonus, based on depth
83   int stat_bonus(Depth depth) {
84     int d = depth / ONE_PLY;
85     return d > 17 ? 0 : d * d + 2 * d - 2;
86   }
87
88   // Skill structure is used to implement strength limit
89   struct Skill {
90     explicit Skill(int l) : level(l) {}
91     bool enabled() const { return level < 20; }
92     bool time_to_pick(Depth depth) const { return depth / ONE_PLY == 1 + level; }
93     Move pick_best(size_t multiPV);
94
95     int level;
96     Move best = MOVE_NONE;
97   };
98
99   Value DrawValue[COLOR_NB];
100
101   template <NodeType NT>
102   Value search(Position& pos, Stack* ss, Value alpha, Value beta, Depth depth, bool cutNode, bool skipEarlyPruning);
103
104   template <NodeType NT, bool InCheck>
105   Value qsearch(Position& pos, Stack* ss, Value alpha, Value beta, Depth depth = DEPTH_ZERO);
106
107   Value value_to_tt(Value v, int ply);
108   Value value_from_tt(Value v, int ply);
109   void update_pv(Move* pv, Move move, Move* childPv);
110   void update_continuation_histories(Stack* ss, Piece pc, Square to, int bonus);
111   void update_stats(const Position& pos, Stack* ss, Move move, Move* quiets, int quietsCnt, int bonus);
112   void update_capture_stats(const Position& pos, Move move, Move* captures, int captureCnt, int bonus);
113   bool pv_is_draw(Position& pos);
114
115   // perft() is our utility to verify move generation. All the leaf nodes up
116   // to the given depth are generated and counted, and the sum is returned.
117   template<bool Root>
118   uint64_t perft(Position& pos, Depth depth) {
119
120     StateInfo st;
121     uint64_t cnt, nodes = 0;
122     const bool leaf = (depth == 2 * ONE_PLY);
123
124     for (const auto& m : MoveList<LEGAL>(pos))
125     {
126         if (Root && depth <= ONE_PLY)
127             cnt = 1, nodes++;
128         else
129         {
130             pos.do_move(m, st);
131             cnt = leaf ? MoveList<LEGAL>(pos).size() : perft<false>(pos, depth - ONE_PLY);
132             nodes += cnt;
133             pos.undo_move(m);
134         }
135         if (Root)
136             sync_cout << UCI::move(m, pos.is_chess960()) << ": " << cnt << sync_endl;
137     }
138     return nodes;
139   }
140
141 } // namespace
142
143
144 /// Search::init() is called during startup to initialize various lookup tables
145
146 void Search::init() {
147
148   for (int imp = 0; imp <= 1; ++imp)
149       for (int d = 1; d < 64; ++d)
150           for (int mc = 1; mc < 64; ++mc)
151           {
152               double r = log(d) * log(mc) / 1.95;
153
154               Reductions[NonPV][imp][d][mc] = int(std::round(r));
155               Reductions[PV][imp][d][mc] = std::max(Reductions[NonPV][imp][d][mc] - 1, 0);
156
157               // Increase reduction for non-PV nodes when eval is not improving
158               if (!imp && Reductions[NonPV][imp][d][mc] >= 2)
159                 Reductions[NonPV][imp][d][mc]++;
160           }
161
162   for (int d = 0; d < 16; ++d)
163   {
164       FutilityMoveCounts[0][d] = int(2.4 + 0.74 * pow(d, 1.78));
165       FutilityMoveCounts[1][d] = int(5.0 + 1.00 * pow(d, 2.00));
166   }
167 }
168
169
170 /// Search::clear() resets search state to its initial value
171
172 void Search::clear() {
173
174   Threads.main()->wait_for_search_finished();
175
176   Time.availableNodes = 0;
177   TT.clear();
178
179   for (Thread* th : Threads)
180       th->clear();
181
182   Threads.main()->callsCnt = 0;
183   Threads.main()->previousScore = VALUE_INFINITE;
184   Threads.main()->previousTimeReduction = 1;
185 }
186
187
188 /// MainThread::search() is called by the main thread when the program receives
189 /// the UCI 'go' command. It searches from the root position and outputs the "bestmove".
190
191 void MainThread::search() {
192
193   if (Limits.perft)
194   {
195       nodes = perft<true>(rootPos, Limits.perft * ONE_PLY);
196       sync_cout << "\nNodes searched: " << nodes << "\n" << sync_endl;
197       return;
198   }
199
200   Color us = rootPos.side_to_move();
201   Time.init(Limits, us, rootPos.game_ply());
202   TT.new_search();
203
204   int contempt = Options["Contempt"] * PawnValueEg / 100; // From centipawns
205   DrawValue[ us] = VALUE_DRAW - Value(contempt);
206   DrawValue[~us] = VALUE_DRAW + Value(contempt);
207
208   if (rootMoves.empty())
209   {
210       rootMoves.emplace_back(MOVE_NONE);
211       sync_cout << "info depth 0 score "
212                 << UCI::value(rootPos.checkers() ? -VALUE_MATE : VALUE_DRAW)
213                 << sync_endl;
214   }
215   else
216   {
217       for (Thread* th : Threads)
218           if (th != this)
219               th->start_searching();
220
221       Thread::search(); // Let's start searching!
222   }
223
224   // When we reach the maximum depth, we can arrive here without a raise of
225   // Threads.stop. However, if we are pondering or in an infinite search,
226   // the UCI protocol states that we shouldn't print the best move before the
227   // GUI sends a "stop" or "ponderhit" command. We therefore simply wait here
228   // until the GUI sends one of those commands (which also raises Threads.stop).
229   Threads.stopOnPonderhit = true;
230
231   while (!Threads.stop && (Threads.ponder || Limits.infinite))
232   {} // Busy wait for a stop or a ponder reset
233
234   // Stop the threads if not already stopped (also raise the stop if
235   // "ponderhit" just reset Threads.ponder).
236   Threads.stop = true;
237
238   // Wait until all threads have finished
239   for (Thread* th : Threads)
240       if (th != this)
241           th->wait_for_search_finished();
242
243   // When playing in 'nodes as time' mode, subtract the searched nodes from
244   // the available ones before exiting.
245   if (Limits.npmsec)
246       Time.availableNodes += Limits.inc[us] - Threads.nodes_searched();
247
248   // Check if there are threads with a better score than main thread
249   Thread* bestThread = this;
250   if (    Options["MultiPV"] == 1
251       && !Limits.depth
252       && !Skill(Options["Skill Level"]).enabled()
253       &&  rootMoves[0].pv[0] != MOVE_NONE)
254   {
255       for (Thread* th : Threads)
256       {
257           Depth depthDiff = th->completedDepth - bestThread->completedDepth;
258           Value scoreDiff = th->rootMoves[0].score - bestThread->rootMoves[0].score;
259
260           // Select the thread with the best score, always if it is a mate
261           if (    scoreDiff > 0
262               && (depthDiff >= 0 || th->rootMoves[0].score >= VALUE_MATE_IN_MAX_PLY))
263               bestThread = th;
264       }
265   }
266
267   previousScore = bestThread->rootMoves[0].score;
268
269   // Send new PV when needed
270   if (bestThread != this)
271       sync_cout << UCI::pv(bestThread->rootPos, bestThread->completedDepth, -VALUE_INFINITE, VALUE_INFINITE) << sync_endl;
272
273   sync_cout << "bestmove " << UCI::move(bestThread->rootMoves[0].pv[0], rootPos.is_chess960());
274
275   if (bestThread->rootMoves[0].pv.size() > 1 || bestThread->rootMoves[0].extract_ponder_from_tt(rootPos))
276       std::cout << " ponder " << UCI::move(bestThread->rootMoves[0].pv[1], rootPos.is_chess960());
277
278   std::cout << sync_endl;
279 }
280
281
282 /// Thread::search() is the main iterative deepening loop. It calls search()
283 /// repeatedly with increasing depth until the allocated thinking time has been
284 /// consumed, the user stops the search, or the maximum search depth is reached.
285
286 void Thread::search() {
287
288   Stack stack[MAX_PLY+7], *ss = stack+4; // To reference from (ss-4) to (ss+2)
289   Value bestValue, alpha, beta, delta;
290   Move  lastBestMove = MOVE_NONE;
291   Depth lastBestMoveDepth = DEPTH_ZERO;
292   MainThread* mainThread = (this == Threads.main() ? Threads.main() : nullptr);
293   double timeReduction = 1.0;
294
295   std::memset(ss-4, 0, 7 * sizeof(Stack));
296   for (int i = 4; i > 0; i--)
297      (ss-i)->contHistory = &this->contHistory[NO_PIECE][0]; // Use as sentinel
298
299   bestValue = delta = alpha = -VALUE_INFINITE;
300   beta = VALUE_INFINITE;
301
302   if (mainThread)
303   {
304       mainThread->failedLow = false;
305       mainThread->bestMoveChanges = 0;
306   }
307
308   size_t multiPV = Options["MultiPV"];
309   Skill skill(Options["Skill Level"]);
310
311   // When playing with strength handicap enable MultiPV search that we will
312   // use behind the scenes to retrieve a set of possible moves.
313   if (skill.enabled())
314       multiPV = std::max(multiPV, (size_t)4);
315
316   multiPV = std::min(multiPV, rootMoves.size());
317
318   // Iterative deepening loop until requested to stop or the target depth is reached
319   while (   (rootDepth += ONE_PLY) < DEPTH_MAX
320          && !Threads.stop
321          && !(Limits.depth && mainThread && rootDepth / ONE_PLY > Limits.depth))
322   {
323       // Distribute search depths across the threads
324       if (idx)
325       {
326           int i = (idx - 1) % 20;
327           if (((rootDepth / ONE_PLY + rootPos.game_ply() + skipPhase[i]) / skipSize[i]) % 2)
328               continue;
329       }
330
331       // Age out PV variability metric
332       if (mainThread)
333           mainThread->bestMoveChanges *= 0.505, mainThread->failedLow = false;
334
335       // Save the last iteration's scores before first PV line is searched and
336       // all the move scores except the (new) PV are set to -VALUE_INFINITE.
337       for (RootMove& rm : rootMoves)
338           rm.previousScore = rm.score;
339
340       // MultiPV loop. We perform a full root search for each PV line
341       for (PVIdx = 0; PVIdx < multiPV && !Threads.stop; ++PVIdx)
342       {
343           // Reset UCI info selDepth for each depth and each PV line
344           selDepth = 0;
345
346           // Reset aspiration window starting size
347           if (rootDepth >= 5 * ONE_PLY)
348           {
349               delta = Value(18);
350               alpha = std::max(rootMoves[PVIdx].previousScore - delta,-VALUE_INFINITE);
351               beta  = std::min(rootMoves[PVIdx].previousScore + delta, VALUE_INFINITE);
352           }
353
354           // Start with a small aspiration window and, in the case of a fail
355           // high/low, re-search with a bigger window until we're not failing
356           // high/low anymore.
357           while (true)
358           {
359               bestValue = ::search<PV>(rootPos, ss, alpha, beta, rootDepth, false, false);
360
361               // Bring the best move to the front. It is critical that sorting
362               // is done with a stable algorithm because all the values but the
363               // first and eventually the new best one are set to -VALUE_INFINITE
364               // and we want to keep the same order for all the moves except the
365               // new PV that goes to the front. Note that in case of MultiPV
366               // search the already searched PV lines are preserved.
367               std::stable_sort(rootMoves.begin() + PVIdx, rootMoves.end());
368
369               // If search has been stopped, we break immediately. Sorting and
370               // writing PV back to TT is safe because RootMoves is still
371               // valid, although it refers to the previous iteration.
372               if (Threads.stop)
373                   break;
374
375               // When failing high/low give some update (without cluttering
376               // the UI) before a re-search.
377               if (   mainThread
378                   && multiPV == 1
379                   && (bestValue <= alpha || bestValue >= beta)
380                   && Time.elapsed() > 3000)
381                   sync_cout << UCI::pv(rootPos, rootDepth, alpha, beta) << sync_endl;
382
383               // In case of failing low/high increase aspiration window and
384               // re-search, otherwise exit the loop.
385               if (bestValue <= alpha)
386               {
387                   beta = (alpha + beta) / 2;
388                   alpha = std::max(bestValue - delta, -VALUE_INFINITE);
389
390                   if (mainThread)
391                   {
392                       mainThread->failedLow = true;
393                       Threads.stopOnPonderhit = false;
394                   }
395               }
396               else if (bestValue >= beta)
397                   beta = std::min(bestValue + delta, VALUE_INFINITE);
398               else
399                   break;
400
401               delta += delta / 4 + 5;
402
403               assert(alpha >= -VALUE_INFINITE && beta <= VALUE_INFINITE);
404           }
405
406           // Sort the PV lines searched so far and update the GUI
407           std::stable_sort(rootMoves.begin(), rootMoves.begin() + PVIdx + 1);
408
409           if (    mainThread
410               && (Threads.stop || PVIdx + 1 == multiPV || Time.elapsed() > 3000))
411               sync_cout << UCI::pv(rootPos, rootDepth, alpha, beta) << sync_endl;
412       }
413
414       if (!Threads.stop)
415           completedDepth = rootDepth;
416
417       if (rootMoves[0].pv[0] != lastBestMove) {
418          lastBestMove = rootMoves[0].pv[0];
419          lastBestMoveDepth = rootDepth;
420       }
421
422       // Have we found a "mate in x"?
423       if (   Limits.mate
424           && bestValue >= VALUE_MATE_IN_MAX_PLY
425           && VALUE_MATE - bestValue <= 2 * Limits.mate)
426           Threads.stop = true;
427
428       if (!mainThread)
429           continue;
430
431       // If skill level is enabled and time is up, pick a sub-optimal best move
432       if (skill.enabled() && skill.time_to_pick(rootDepth))
433           skill.pick_best(multiPV);
434
435       // Do we have time for the next iteration? Can we stop searching now?
436       if (Limits.use_time_management())
437       {
438           if (!Threads.stop && !Threads.stopOnPonderhit)
439           {
440               // Stop the search if only one legal move is available, or if all
441               // of the available time has been used
442               const int F[] = { mainThread->failedLow,
443                                 bestValue - mainThread->previousScore };
444               int improvingFactor = std::max(229, std::min(715, 357 + 119 * F[0] - 6 * F[1]));
445
446               Color us = rootPos.side_to_move();
447               bool thinkHard =    DrawValue[us] == bestValue
448                                && Limits.time[us] - Time.elapsed() > Limits.time[~us]
449                                && ::pv_is_draw(rootPos);
450
451               double unstablePvFactor = 1 + mainThread->bestMoveChanges + thinkHard;
452
453               // if the bestMove is stable over several iterations, reduce time for this move,
454               // the longer the move has been stable, the more.
455               // Use part of the gained time from a previous stable move for the current move.
456               timeReduction = 1;
457               for (int i : {3, 4, 5})
458                   if (lastBestMoveDepth * i < completedDepth && !thinkHard)
459                      timeReduction *= 1.3;
460               unstablePvFactor *=  std::pow(mainThread->previousTimeReduction, 0.51) / timeReduction;
461
462               if (   rootMoves.size() == 1
463                   || Time.elapsed() > Time.optimum() * unstablePvFactor * improvingFactor / 628)
464               {
465                   // If we are allowed to ponder do not stop the search now but
466                   // keep pondering until the GUI sends "ponderhit" or "stop".
467                   if (Threads.ponder)
468                       Threads.stopOnPonderhit = true;
469                   else
470                       Threads.stop = true;
471               }
472           }
473       }
474   }
475
476   if (!mainThread)
477       return;
478
479   mainThread->previousTimeReduction = timeReduction;
480
481   // If skill level is enabled, swap best PV line with the sub-optimal one
482   if (skill.enabled())
483       std::swap(rootMoves[0], *std::find(rootMoves.begin(), rootMoves.end(),
484                 skill.best ? skill.best : skill.pick_best(multiPV)));
485 }
486
487
488 namespace {
489
490   // search<>() is the main search function for both PV and non-PV nodes
491
492   template <NodeType NT>
493   Value search(Position& pos, Stack* ss, Value alpha, Value beta, Depth depth, bool cutNode, bool skipEarlyPruning) {
494
495     const bool PvNode = NT == PV;
496     const bool rootNode = PvNode && ss->ply == 0;
497
498     assert(-VALUE_INFINITE <= alpha && alpha < beta && beta <= VALUE_INFINITE);
499     assert(PvNode || (alpha == beta - 1));
500     assert(DEPTH_ZERO < depth && depth < DEPTH_MAX);
501     assert(!(PvNode && cutNode));
502     assert(depth / ONE_PLY * ONE_PLY == depth);
503
504     Move pv[MAX_PLY+1], capturesSearched[32], quietsSearched[64];
505     StateInfo st;
506     TTEntry* tte;
507     Key posKey;
508     Move ttMove, move, excludedMove, bestMove;
509     Depth extension, newDepth;
510     Value bestValue, value, ttValue, eval;
511     bool ttHit, inCheck, givesCheck, singularExtensionNode, improving;
512     bool captureOrPromotion, doFullDepthSearch, moveCountPruning, skipQuiets, ttCapture, pvExact;
513     Piece movedPiece;
514     int moveCount, captureCount, quietCount;
515
516     // Step 1. Initialize node
517     Thread* thisThread = pos.this_thread();
518     inCheck = pos.checkers();
519     moveCount = captureCount = quietCount = ss->moveCount = 0;
520     ss->statScore = 0;
521     bestValue = -VALUE_INFINITE;
522
523     // Check for the available remaining time
524     if (thisThread == Threads.main())
525         static_cast<MainThread*>(thisThread)->check_time();
526
527     // Used to send selDepth info to GUI (selDepth counts from 1, ply from 0)
528     if (PvNode && thisThread->selDepth < ss->ply + 1)
529         thisThread->selDepth = ss->ply + 1;
530
531     if (!rootNode)
532     {
533         // Step 2. Check for aborted search and immediate draw
534         if (Threads.stop.load(std::memory_order_relaxed) || pos.is_draw(ss->ply) || ss->ply >= MAX_PLY)
535             return ss->ply >= MAX_PLY && !inCheck ? evaluate(pos)
536                                                   : DrawValue[pos.side_to_move()];
537
538         // Step 3. Mate distance pruning. Even if we mate at the next move our score
539         // would be at best mate_in(ss->ply+1), but if alpha is already bigger because
540         // a shorter mate was found upward in the tree then there is no need to search
541         // because we will never beat the current alpha. Same logic but with reversed
542         // signs applies also in the opposite condition of being mated instead of giving
543         // mate. In this case return a fail-high score.
544         alpha = std::max(mated_in(ss->ply), alpha);
545         beta = std::min(mate_in(ss->ply+1), beta);
546         if (alpha >= beta)
547             return alpha;
548     }
549
550     assert(0 <= ss->ply && ss->ply < MAX_PLY);
551
552     (ss+1)->ply = ss->ply + 1;
553     ss->currentMove = (ss+1)->excludedMove = bestMove = MOVE_NONE;
554     ss->contHistory = &thisThread->contHistory[NO_PIECE][0];
555     (ss+2)->killers[0] = (ss+2)->killers[1] = MOVE_NONE;
556     Square prevSq = to_sq((ss-1)->currentMove);
557
558     // Step 4. Transposition table lookup. We don't want the score of a partial
559     // search to overwrite a previous full search TT value, so we use a different
560     // position key in case of an excluded move.
561     excludedMove = ss->excludedMove;
562     posKey = pos.key() ^ Key(excludedMove);
563     tte = TT.probe(posKey, ttHit);
564     ttValue = ttHit ? value_from_tt(tte->value(), ss->ply) : VALUE_NONE;
565     ttMove =  rootNode ? thisThread->rootMoves[thisThread->PVIdx].pv[0]
566             : ttHit    ? tte->move() : MOVE_NONE;
567
568     // At non-PV nodes we check for an early TT cutoff
569     if (  !PvNode
570         && ttHit
571         && tte->depth() >= depth
572         && ttValue != VALUE_NONE // Possible in case of TT access race
573         && (ttValue >= beta ? (tte->bound() & BOUND_LOWER)
574                             : (tte->bound() & BOUND_UPPER)))
575     {
576         // If ttMove is quiet, update move sorting heuristics on TT hit
577         if (ttMove)
578         {
579             if (ttValue >= beta)
580             {
581                 if (!pos.capture_or_promotion(ttMove))
582                     update_stats(pos, ss, ttMove, nullptr, 0, stat_bonus(depth));
583
584                 // Extra penalty for a quiet TT move in previous ply when it gets refuted
585                 if ((ss-1)->moveCount == 1 && !pos.captured_piece())
586                     update_continuation_histories(ss-1, pos.piece_on(prevSq), prevSq, -stat_bonus(depth + ONE_PLY));
587             }
588             // Penalty for a quiet ttMove that fails low
589             else if (!pos.capture_or_promotion(ttMove))
590             {
591                 int penalty = -stat_bonus(depth);
592                 thisThread->mainHistory.update(pos.side_to_move(), ttMove, penalty);
593                 update_continuation_histories(ss, pos.moved_piece(ttMove), to_sq(ttMove), penalty);
594             }
595         }
596         return ttValue;
597     }
598
599     // Step 4a. Tablebase probe
600     if (!rootNode && TB::Cardinality)
601     {
602         int piecesCount = pos.count<ALL_PIECES>();
603
604         if (    piecesCount <= TB::Cardinality
605             && (piecesCount <  TB::Cardinality || depth >= TB::ProbeDepth)
606             &&  pos.rule50_count() == 0
607             && !pos.can_castle(ANY_CASTLING))
608         {
609             TB::ProbeState err;
610             TB::WDLScore v = Tablebases::probe_wdl(pos, &err);
611
612             if (err != TB::ProbeState::FAIL)
613             {
614                 thisThread->tbHits.fetch_add(1, std::memory_order_relaxed);
615
616                 int drawScore = TB::UseRule50 ? 1 : 0;
617
618                 value =  v < -drawScore ? -VALUE_MATE + MAX_PLY + ss->ply + 1
619                        : v >  drawScore ?  VALUE_MATE - MAX_PLY - ss->ply - 1
620                                         :  VALUE_DRAW + 2 * v * drawScore;
621
622                 tte->save(posKey, value_to_tt(value, ss->ply), BOUND_EXACT,
623                           std::min(DEPTH_MAX - ONE_PLY, depth + 6 * ONE_PLY),
624                           MOVE_NONE, VALUE_NONE, TT.generation());
625
626                 return value;
627             }
628         }
629     }
630
631     // Step 5. Evaluate the position statically
632     if (inCheck)
633     {
634         ss->staticEval = eval = VALUE_NONE;
635         goto moves_loop;
636     }
637
638     else if (ttHit)
639     {
640         // Never assume anything on values stored in TT
641         if ((ss->staticEval = eval = tte->eval()) == VALUE_NONE)
642             eval = ss->staticEval = evaluate(pos);
643
644         // Can ttValue be used as a better position evaluation?
645         if (   ttValue != VALUE_NONE
646             && (tte->bound() & (ttValue > eval ? BOUND_LOWER : BOUND_UPPER)))
647             eval = ttValue;
648     }
649     else
650     {
651         eval = ss->staticEval =
652         (ss-1)->currentMove != MOVE_NULL ? evaluate(pos)
653                                          : -(ss-1)->staticEval + 2 * Eval::Tempo;
654
655         tte->save(posKey, VALUE_NONE, BOUND_NONE, DEPTH_NONE, MOVE_NONE,
656                   ss->staticEval, TT.generation());
657     }
658
659     if (skipEarlyPruning)
660         goto moves_loop;
661
662     // Step 6. Razoring (skipped when in check)
663     if (   !PvNode
664         &&  depth < 4 * ONE_PLY
665         &&  eval + razor_margin[depth / ONE_PLY] <= alpha)
666     {
667         if (depth <= ONE_PLY)
668             return qsearch<NonPV, false>(pos, ss, alpha, alpha+1);
669
670         Value ralpha = alpha - razor_margin[depth / ONE_PLY];
671         Value v = qsearch<NonPV, false>(pos, ss, ralpha, ralpha+1);
672         if (v <= ralpha)
673             return v;
674     }
675
676     // Step 7. Futility pruning: child node (skipped when in check)
677     if (   !rootNode
678         &&  depth < 7 * ONE_PLY
679         &&  eval - futility_margin(depth) >= beta
680         &&  eval < VALUE_KNOWN_WIN  // Do not return unproven wins
681         &&  pos.non_pawn_material(pos.side_to_move()))
682         return eval;
683
684     // Step 8. Null move search with verification search (is omitted in PV nodes)
685     if (   !PvNode
686         &&  eval >= beta
687         &&  ss->staticEval >= beta - 36 * depth / ONE_PLY + 225
688         &&  pos.non_pawn_material(pos.side_to_move()))
689     {
690
691         assert(eval - beta >= 0);
692
693         // Null move dynamic reduction based on depth and value
694         Depth R = ((823 + 67 * depth / ONE_PLY) / 256 + std::min((eval - beta) / PawnValueMg, 3)) * ONE_PLY;
695
696         ss->currentMove = MOVE_NULL;
697         ss->contHistory = &thisThread->contHistory[NO_PIECE][0];
698
699         pos.do_null_move(st);
700         Value nullValue = depth-R < ONE_PLY ? -qsearch<NonPV, false>(pos, ss+1, -beta, -beta+1)
701                                             : - search<NonPV>(pos, ss+1, -beta, -beta+1, depth-R, !cutNode, true);
702         pos.undo_null_move();
703
704         if (nullValue >= beta)
705         {
706             // Do not return unproven mate scores
707             if (nullValue >= VALUE_MATE_IN_MAX_PLY)
708                 nullValue = beta;
709
710             if (depth < 12 * ONE_PLY && abs(beta) < VALUE_KNOWN_WIN)
711                 return nullValue;
712
713             // Do verification search at high depths
714             Value v = depth-R < ONE_PLY ? qsearch<NonPV, false>(pos, ss, beta-1, beta)
715                                         :  search<NonPV>(pos, ss, beta-1, beta, depth-R, false, true);
716
717             if (v >= beta)
718                 return nullValue;
719         }
720     }
721
722     // Step 9. ProbCut (skipped when in check)
723     // If we have a good enough capture and a reduced search returns a value
724     // much above beta, we can (almost) safely prune the previous move.
725     if (   !PvNode
726         &&  depth >= 5 * ONE_PLY
727         &&  abs(beta) < VALUE_MATE_IN_MAX_PLY)
728     {
729         Value rbeta = std::min(beta + 200, VALUE_INFINITE);
730
731         assert(is_ok((ss-1)->currentMove));
732
733         MovePicker mp(pos, ttMove, rbeta - ss->staticEval, &thisThread->captureHistory);
734
735         while ((move = mp.next_move()) != MOVE_NONE)
736             if (pos.legal(move))
737             {
738                 ss->currentMove = move;
739                 ss->contHistory = &thisThread->contHistory[pos.moved_piece(move)][to_sq(move)];
740
741                 assert(depth >= 5 * ONE_PLY);
742                 pos.do_move(move, st);
743                 value = -search<NonPV>(pos, ss+1, -rbeta, -rbeta+1, depth - 4 * ONE_PLY, !cutNode, false);
744                 pos.undo_move(move);
745                 if (value >= rbeta)
746                     return value;
747             }
748     }
749
750     // Step 10. Internal iterative deepening (skipped when in check)
751     if (    depth >= 6 * ONE_PLY
752         && !ttMove
753         && (PvNode || ss->staticEval + 256 >= beta))
754     {
755         Depth d = (3 * depth / (4 * ONE_PLY) - 2) * ONE_PLY;
756         search<NT>(pos, ss, alpha, beta, d, cutNode, true);
757
758         tte = TT.probe(posKey, ttHit);
759         ttMove = ttHit ? tte->move() : MOVE_NONE;
760     }
761
762 moves_loop: // When in check search starts from here
763
764     const PieceToHistory* contHist[] = { (ss-1)->contHistory, (ss-2)->contHistory, nullptr, (ss-4)->contHistory };
765     Move countermove = thisThread->counterMoves[pos.piece_on(prevSq)][prevSq];
766
767     MovePicker mp(pos, ttMove, depth, &thisThread->mainHistory, &thisThread->captureHistory, contHist, countermove, ss->killers);
768     value = bestValue; // Workaround a bogus 'uninitialized' warning under gcc
769     improving =   ss->staticEval >= (ss-2)->staticEval
770             /* || ss->staticEval == VALUE_NONE Already implicit in the previous condition */
771                ||(ss-2)->staticEval == VALUE_NONE;
772
773     singularExtensionNode =   !rootNode
774                            &&  depth >= 8 * ONE_PLY
775                            &&  ttMove != MOVE_NONE
776                            &&  ttValue != VALUE_NONE
777                            && !excludedMove // Recursive singular search is not allowed
778                            && (tte->bound() & BOUND_LOWER)
779                            &&  tte->depth() >= depth - 3 * ONE_PLY;
780     skipQuiets = false;
781     ttCapture = false;
782     pvExact = PvNode && ttHit && tte->bound() == BOUND_EXACT;
783
784     // Step 11. Loop through moves
785     // Loop through all pseudo-legal moves until no moves remain or a beta cutoff occurs
786     while ((move = mp.next_move(skipQuiets)) != MOVE_NONE)
787     {
788       assert(is_ok(move));
789
790       if (move == excludedMove)
791           continue;
792
793       // At root obey the "searchmoves" option and skip moves not listed in Root
794       // Move List. As a consequence any illegal move is also skipped. In MultiPV
795       // mode we also skip PV moves which have been already searched.
796       if (rootNode && !std::count(thisThread->rootMoves.begin() + thisThread->PVIdx,
797                                   thisThread->rootMoves.end(), move))
798           continue;
799
800       ss->moveCount = ++moveCount;
801
802       if (rootNode && thisThread == Threads.main() && Time.elapsed() > 3000)
803           sync_cout << "info depth " << depth / ONE_PLY
804                     << " currmove " << UCI::move(move, pos.is_chess960())
805                     << " currmovenumber " << moveCount + thisThread->PVIdx << sync_endl;
806
807       if (PvNode)
808           (ss+1)->pv = nullptr;
809
810       extension = DEPTH_ZERO;
811       captureOrPromotion = pos.capture_or_promotion(move);
812       movedPiece = pos.moved_piece(move);
813
814       givesCheck =  type_of(move) == NORMAL && !pos.discovered_check_candidates()
815                   ? pos.check_squares(type_of(pos.piece_on(from_sq(move)))) & to_sq(move)
816                   : pos.gives_check(move);
817
818       moveCountPruning =   depth < 16 * ONE_PLY
819                         && moveCount >= FutilityMoveCounts[improving][depth / ONE_PLY];
820
821       // Step 12. Singular and Gives Check Extensions
822
823       // Singular extension search. If all moves but one fail low on a search of
824       // (alpha-s, beta-s), and just one fails high on (alpha, beta), then that move
825       // is singular and should be extended. To verify this we do a reduced search
826       // on all the other moves but the ttMove and if the result is lower than
827       // ttValue minus a margin then we will extend the ttMove.
828       if (    singularExtensionNode
829           &&  move == ttMove
830           &&  pos.legal(move))
831       {
832           Value rBeta = std::max(ttValue - 2 * depth / ONE_PLY, -VALUE_MATE);
833           Depth d = (depth / (2 * ONE_PLY)) * ONE_PLY;
834           ss->excludedMove = move;
835           value = search<NonPV>(pos, ss, rBeta - 1, rBeta, d, cutNode, true);
836           ss->excludedMove = MOVE_NONE;
837
838           if (value < rBeta)
839               extension = ONE_PLY;
840       }
841       else if (    givesCheck
842                && !moveCountPruning
843                &&  pos.see_ge(move))
844           extension = ONE_PLY;
845
846       // Calculate new depth for this move
847       newDepth = depth - ONE_PLY + extension;
848
849       // Step 13. Pruning at shallow depth
850       if (  !rootNode
851           && pos.non_pawn_material(pos.side_to_move())
852           && bestValue > VALUE_MATED_IN_MAX_PLY)
853       {
854           if (   !captureOrPromotion
855               && !givesCheck
856               && (!pos.advanced_pawn_push(move) || pos.non_pawn_material() >= Value(5000)))
857           {
858               // Move count based pruning
859               if (moveCountPruning)
860               {
861                   skipQuiets = true;
862                   continue;
863               }
864
865               // Reduced depth of the next LMR search
866               int lmrDepth = std::max(newDepth - reduction<PvNode>(improving, depth, moveCount), DEPTH_ZERO) / ONE_PLY;
867
868               // Countermoves based pruning
869               if (   lmrDepth < 3
870                   && (*contHist[0])[movedPiece][to_sq(move)] < CounterMovePruneThreshold
871                   && (*contHist[1])[movedPiece][to_sq(move)] < CounterMovePruneThreshold)
872                   continue;
873
874               // Futility pruning: parent node
875               if (   lmrDepth < 7
876                   && !inCheck
877                   && ss->staticEval + 256 + 200 * lmrDepth <= alpha)
878                   continue;
879
880               // Prune moves with negative SEE
881               if (   lmrDepth < 8
882                   && !pos.see_ge(move, Value(-35 * lmrDepth * lmrDepth)))
883                   continue;
884           }
885           else if (    depth < 7 * ONE_PLY
886                    && !extension
887                    && !pos.see_ge(move, -PawnValueEg * (depth / ONE_PLY)))
888                   continue;
889       }
890
891       // Speculative prefetch as early as possible
892       prefetch(TT.first_entry(pos.key_after(move)));
893
894       // Check for legality just before making the move
895       if (!rootNode && !pos.legal(move))
896       {
897           ss->moveCount = --moveCount;
898           continue;
899       }
900
901       if (move == ttMove && captureOrPromotion)
902           ttCapture = true;
903
904       // Update the current move (this must be done after singular extension search)
905       ss->currentMove = move;
906       ss->contHistory = &thisThread->contHistory[movedPiece][to_sq(move)];
907
908       // Step 14. Make the move
909       pos.do_move(move, st, givesCheck);
910
911       // Step 15. Reduced depth search (LMR). If the move fails high it will be
912       // re-searched at full depth.
913       if (    depth >= 3 * ONE_PLY
914           &&  moveCount > 1
915           && (!captureOrPromotion || moveCountPruning))
916       {
917           Depth r = reduction<PvNode>(improving, depth, moveCount);
918
919           if (captureOrPromotion)
920               r -= r ? ONE_PLY : DEPTH_ZERO;
921           else
922           {
923               // Decrease reduction if opponent's move count is high
924               if ((ss-1)->moveCount > 15)
925                   r -= ONE_PLY;
926
927               // Decrease reduction for exact PV nodes
928               if (pvExact)
929                   r -= ONE_PLY;
930
931               // Increase reduction if ttMove is a capture
932               if (ttCapture)
933                   r += ONE_PLY;
934
935               // Increase reduction for cut nodes
936               if (cutNode)
937                   r += 2 * ONE_PLY;
938
939               // Decrease reduction for moves that escape a capture. Filter out
940               // castling moves, because they are coded as "king captures rook" and
941               // hence break make_move().
942               else if (    type_of(move) == NORMAL
943                        && !pos.see_ge(make_move(to_sq(move), from_sq(move))))
944                   r -= 2 * ONE_PLY;
945
946               ss->statScore =  thisThread->mainHistory[~pos.side_to_move()][from_to(move)]
947                              + (*contHist[0])[movedPiece][to_sq(move)]
948                              + (*contHist[1])[movedPiece][to_sq(move)]
949                              + (*contHist[3])[movedPiece][to_sq(move)]
950                              - 4000;
951
952               // Decrease/increase reduction by comparing opponent's stat score
953               if (ss->statScore >= 0 && (ss-1)->statScore < 0)
954                   r -= ONE_PLY;
955
956               else if ((ss-1)->statScore >= 0 && ss->statScore < 0)
957                   r += ONE_PLY;
958
959               // Decrease/increase reduction for moves with a good/bad history
960               r = std::max(DEPTH_ZERO, (r / ONE_PLY - ss->statScore / 20000) * ONE_PLY);
961           }
962
963           Depth d = std::max(newDepth - r, ONE_PLY);
964
965           value = -search<NonPV>(pos, ss+1, -(alpha+1), -alpha, d, true, false);
966
967           doFullDepthSearch = (value > alpha && d != newDepth);
968       }
969       else
970           doFullDepthSearch = !PvNode || moveCount > 1;
971
972       // Step 16. Full depth search when LMR is skipped or fails high
973       if (doFullDepthSearch)
974           value = newDepth <   ONE_PLY ?
975                             givesCheck ? -qsearch<NonPV,  true>(pos, ss+1, -(alpha+1), -alpha)
976                                        : -qsearch<NonPV, false>(pos, ss+1, -(alpha+1), -alpha)
977                                        : - search<NonPV>(pos, ss+1, -(alpha+1), -alpha, newDepth, !cutNode, false);
978
979       // For PV nodes only, do a full PV search on the first move or after a fail
980       // high (in the latter case search only if value < beta), otherwise let the
981       // parent node fail low with value <= alpha and try another move.
982       if (PvNode && (moveCount == 1 || (value > alpha && (rootNode || value < beta))))
983       {
984           (ss+1)->pv = pv;
985           (ss+1)->pv[0] = MOVE_NONE;
986
987           value = newDepth <   ONE_PLY ?
988                             givesCheck ? -qsearch<PV,  true>(pos, ss+1, -beta, -alpha)
989                                        : -qsearch<PV, false>(pos, ss+1, -beta, -alpha)
990                                        : - search<PV>(pos, ss+1, -beta, -alpha, newDepth, false, false);
991       }
992
993       // Step 17. Undo move
994       pos.undo_move(move);
995
996       assert(value > -VALUE_INFINITE && value < VALUE_INFINITE);
997
998       // Step 18. Check for a new best move
999       // Finished searching the move. If a stop occurred, the return value of
1000       // the search cannot be trusted, and we return immediately without
1001       // updating best move, PV and TT.
1002       if (Threads.stop.load(std::memory_order_relaxed))
1003           return VALUE_ZERO;
1004
1005       if (rootNode)
1006       {
1007           RootMove& rm = *std::find(thisThread->rootMoves.begin(),
1008                                     thisThread->rootMoves.end(), move);
1009
1010           // PV move or new best move ?
1011           if (moveCount == 1 || value > alpha)
1012           {
1013               rm.score = value;
1014               rm.selDepth = thisThread->selDepth;
1015               rm.pv.resize(1);
1016
1017               assert((ss+1)->pv);
1018
1019               for (Move* m = (ss+1)->pv; *m != MOVE_NONE; ++m)
1020                   rm.pv.push_back(*m);
1021
1022               // We record how often the best move has been changed in each
1023               // iteration. This information is used for time management: When
1024               // the best move changes frequently, we allocate some more time.
1025               if (moveCount > 1 && thisThread == Threads.main())
1026                   ++static_cast<MainThread*>(thisThread)->bestMoveChanges;
1027           }
1028           else
1029               // All other moves but the PV are set to the lowest value: this
1030               // is not a problem when sorting because the sort is stable and the
1031               // move position in the list is preserved - just the PV is pushed up.
1032               rm.score = -VALUE_INFINITE;
1033       }
1034
1035       if (value > bestValue)
1036       {
1037           bestValue = value;
1038
1039           if (value > alpha)
1040           {
1041               bestMove = move;
1042
1043               if (PvNode && !rootNode) // Update pv even in fail-high case
1044                   update_pv(ss->pv, move, (ss+1)->pv);
1045
1046               if (PvNode && value < beta) // Update alpha! Always alpha < beta
1047                   alpha = value;
1048               else
1049               {
1050                   assert(value >= beta); // Fail high
1051                   break;
1052               }
1053           }
1054       }
1055
1056       if (!captureOrPromotion && move != bestMove && quietCount < 64)
1057           quietsSearched[quietCount++] = move;
1058       else if (captureOrPromotion && move != bestMove && captureCount < 32)
1059           capturesSearched[captureCount++] = move;
1060     }
1061
1062     // The following condition would detect a stop only after move loop has been
1063     // completed. But in this case bestValue is valid because we have fully
1064     // searched our subtree, and we can anyhow save the result in TT.
1065     /*
1066        if (Threads.stop)
1067         return VALUE_DRAW;
1068     */
1069
1070     // Step 20. Check for mate and stalemate
1071     // All legal moves have been searched and if there are no legal moves, it
1072     // must be a mate or a stalemate. If we are in a singular extension search then
1073     // return a fail low score.
1074
1075     assert(moveCount || !inCheck || excludedMove || !MoveList<LEGAL>(pos).size());
1076
1077     if (!moveCount)
1078         bestValue = excludedMove ? alpha
1079                    :     inCheck ? mated_in(ss->ply) : DrawValue[pos.side_to_move()];
1080     else if (bestMove)
1081     {
1082         // Quiet best move: update move sorting heuristics
1083         if (!pos.capture_or_promotion(bestMove))
1084             update_stats(pos, ss, bestMove, quietsSearched, quietCount, stat_bonus(depth));
1085         else
1086             update_capture_stats(pos, bestMove, capturesSearched, captureCount, stat_bonus(depth));
1087
1088         // Extra penalty for a quiet TT move in previous ply when it gets refuted
1089         if ((ss-1)->moveCount == 1 && !pos.captured_piece())
1090             update_continuation_histories(ss-1, pos.piece_on(prevSq), prevSq, -stat_bonus(depth + ONE_PLY));
1091     }
1092     // Bonus for prior countermove that caused the fail low
1093     else if (    depth >= 3 * ONE_PLY
1094              && !pos.captured_piece()
1095              && is_ok((ss-1)->currentMove))
1096         update_continuation_histories(ss-1, pos.piece_on(prevSq), prevSq, stat_bonus(depth));
1097
1098     if (!excludedMove)
1099         tte->save(posKey, value_to_tt(bestValue, ss->ply),
1100                   bestValue >= beta ? BOUND_LOWER :
1101                   PvNode && bestMove ? BOUND_EXACT : BOUND_UPPER,
1102                   depth, bestMove, ss->staticEval, TT.generation());
1103
1104     assert(bestValue > -VALUE_INFINITE && bestValue < VALUE_INFINITE);
1105
1106     return bestValue;
1107   }
1108
1109
1110   // qsearch() is the quiescence search function, which is called by the main
1111   // search function with depth zero, or recursively with depth less than ONE_PLY.
1112
1113   template <NodeType NT, bool InCheck>
1114   Value qsearch(Position& pos, Stack* ss, Value alpha, Value beta, Depth depth) {
1115
1116     const bool PvNode = NT == PV;
1117
1118     assert(InCheck == !!pos.checkers());
1119     assert(alpha >= -VALUE_INFINITE && alpha < beta && beta <= VALUE_INFINITE);
1120     assert(PvNode || (alpha == beta - 1));
1121     assert(depth <= DEPTH_ZERO);
1122     assert(depth / ONE_PLY * ONE_PLY == depth);
1123
1124     Move pv[MAX_PLY+1];
1125     StateInfo st;
1126     TTEntry* tte;
1127     Key posKey;
1128     Move ttMove, move, bestMove;
1129     Value bestValue, value, ttValue, futilityValue, futilityBase, oldAlpha;
1130     bool ttHit, givesCheck, evasionPrunable;
1131     Depth ttDepth;
1132     int moveCount;
1133
1134     if (PvNode)
1135     {
1136         oldAlpha = alpha; // To flag BOUND_EXACT when eval above alpha and no available moves
1137         (ss+1)->pv = pv;
1138         ss->pv[0] = MOVE_NONE;
1139     }
1140
1141     ss->currentMove = bestMove = MOVE_NONE;
1142     (ss+1)->ply = ss->ply + 1;
1143     moveCount = 0;
1144
1145     // Check for an instant draw or if the maximum ply has been reached
1146     if (pos.is_draw(ss->ply) || ss->ply >= MAX_PLY)
1147         return ss->ply >= MAX_PLY && !InCheck ? evaluate(pos)
1148                                               : DrawValue[pos.side_to_move()];
1149
1150     assert(0 <= ss->ply && ss->ply < MAX_PLY);
1151
1152     // Decide whether or not to include checks: this fixes also the type of
1153     // TT entry depth that we are going to use. Note that in qsearch we use
1154     // only two types of depth in TT: DEPTH_QS_CHECKS or DEPTH_QS_NO_CHECKS.
1155     ttDepth = InCheck || depth >= DEPTH_QS_CHECKS ? DEPTH_QS_CHECKS
1156                                                   : DEPTH_QS_NO_CHECKS;
1157     // Transposition table lookup
1158     posKey = pos.key();
1159     tte = TT.probe(posKey, ttHit);
1160     ttMove = ttHit ? tte->move() : MOVE_NONE;
1161     ttValue = ttHit ? value_from_tt(tte->value(), ss->ply) : VALUE_NONE;
1162
1163     if (  !PvNode
1164         && ttHit
1165         && tte->depth() >= ttDepth
1166         && ttValue != VALUE_NONE // Only in case of TT access race
1167         && (ttValue >= beta ? (tte->bound() &  BOUND_LOWER)
1168                             : (tte->bound() &  BOUND_UPPER)))
1169         return ttValue;
1170
1171     // Evaluate the position statically
1172     if (InCheck)
1173     {
1174         ss->staticEval = VALUE_NONE;
1175         bestValue = futilityBase = -VALUE_INFINITE;
1176     }
1177     else
1178     {
1179         if (ttHit)
1180         {
1181             // Never assume anything on values stored in TT
1182             if ((ss->staticEval = bestValue = tte->eval()) == VALUE_NONE)
1183                 ss->staticEval = bestValue = evaluate(pos);
1184
1185             // Can ttValue be used as a better position evaluation?
1186             if (   ttValue != VALUE_NONE
1187                 && (tte->bound() & (ttValue > bestValue ? BOUND_LOWER : BOUND_UPPER)))
1188                 bestValue = ttValue;
1189         }
1190         else
1191             ss->staticEval = bestValue =
1192             (ss-1)->currentMove != MOVE_NULL ? evaluate(pos)
1193                                              : -(ss-1)->staticEval + 2 * Eval::Tempo;
1194
1195         // Stand pat. Return immediately if static value is at least beta
1196         if (bestValue >= beta)
1197         {
1198             if (!ttHit)
1199                 tte->save(pos.key(), value_to_tt(bestValue, ss->ply), BOUND_LOWER,
1200                           DEPTH_NONE, MOVE_NONE, ss->staticEval, TT.generation());
1201
1202             return bestValue;
1203         }
1204
1205         if (PvNode && bestValue > alpha)
1206             alpha = bestValue;
1207
1208         futilityBase = bestValue + 128;
1209     }
1210
1211     // Initialize a MovePicker object for the current position, and prepare
1212     // to search the moves. Because the depth is <= 0 here, only captures,
1213     // queen promotions and checks (only if depth >= DEPTH_QS_CHECKS) will
1214     // be generated.
1215     MovePicker mp(pos, ttMove, depth, &pos.this_thread()->mainHistory, &pos.this_thread()->captureHistory, to_sq((ss-1)->currentMove));
1216
1217     // Loop through the moves until no moves remain or a beta cutoff occurs
1218     while ((move = mp.next_move()) != MOVE_NONE)
1219     {
1220       assert(is_ok(move));
1221
1222       givesCheck =  type_of(move) == NORMAL && !pos.discovered_check_candidates()
1223                   ? pos.check_squares(type_of(pos.piece_on(from_sq(move)))) & to_sq(move)
1224                   : pos.gives_check(move);
1225
1226       moveCount++;
1227
1228       // Futility pruning
1229       if (   !InCheck
1230           && !givesCheck
1231           &&  futilityBase > -VALUE_KNOWN_WIN
1232           && !pos.advanced_pawn_push(move))
1233       {
1234           assert(type_of(move) != ENPASSANT); // Due to !pos.advanced_pawn_push
1235
1236           futilityValue = futilityBase + PieceValue[EG][pos.piece_on(to_sq(move))];
1237
1238           if (futilityValue <= alpha)
1239           {
1240               bestValue = std::max(bestValue, futilityValue);
1241               continue;
1242           }
1243
1244           if (futilityBase <= alpha && !pos.see_ge(move, VALUE_ZERO + 1))
1245           {
1246               bestValue = std::max(bestValue, futilityBase);
1247               continue;
1248           }
1249       }
1250
1251       // Detect non-capture evasions that are candidates to be pruned
1252       evasionPrunable =    InCheck
1253                        &&  (depth != DEPTH_ZERO || moveCount > 2)
1254                        &&  bestValue > VALUE_MATED_IN_MAX_PLY
1255                        && !pos.capture(move);
1256
1257       // Don't search moves with negative SEE values
1258       if (  (!InCheck || evasionPrunable)
1259           &&  type_of(move) != PROMOTION
1260           &&  !pos.see_ge(move))
1261           continue;
1262
1263       // Speculative prefetch as early as possible
1264       prefetch(TT.first_entry(pos.key_after(move)));
1265
1266       // Check for legality just before making the move
1267       if (!pos.legal(move))
1268       {
1269           moveCount--;
1270           continue;
1271       }
1272
1273       ss->currentMove = move;
1274
1275       // Make and search the move
1276       pos.do_move(move, st, givesCheck);
1277       value = givesCheck ? -qsearch<NT,  true>(pos, ss+1, -beta, -alpha, depth - ONE_PLY)
1278                          : -qsearch<NT, false>(pos, ss+1, -beta, -alpha, depth - ONE_PLY);
1279       pos.undo_move(move);
1280
1281       assert(value > -VALUE_INFINITE && value < VALUE_INFINITE);
1282
1283       // Check for a new best move
1284       if (value > bestValue)
1285       {
1286           bestValue = value;
1287
1288           if (value > alpha)
1289           {
1290               if (PvNode) // Update pv even in fail-high case
1291                   update_pv(ss->pv, move, (ss+1)->pv);
1292
1293               if (PvNode && value < beta) // Update alpha here!
1294               {
1295                   alpha = value;
1296                   bestMove = move;
1297               }
1298               else // Fail high
1299               {
1300                   tte->save(posKey, value_to_tt(value, ss->ply), BOUND_LOWER,
1301                             ttDepth, move, ss->staticEval, TT.generation());
1302
1303                   return value;
1304               }
1305           }
1306        }
1307     }
1308
1309     // All legal moves have been searched. A special case: If we're in check
1310     // and no legal moves were found, it is checkmate.
1311     if (InCheck && bestValue == -VALUE_INFINITE)
1312         return mated_in(ss->ply); // Plies to mate from the root
1313
1314     tte->save(posKey, value_to_tt(bestValue, ss->ply),
1315               PvNode && bestValue > oldAlpha ? BOUND_EXACT : BOUND_UPPER,
1316               ttDepth, bestMove, ss->staticEval, TT.generation());
1317
1318     assert(bestValue > -VALUE_INFINITE && bestValue < VALUE_INFINITE);
1319
1320     return bestValue;
1321   }
1322
1323
1324   // value_to_tt() adjusts a mate score from "plies to mate from the root" to
1325   // "plies to mate from the current position". Non-mate scores are unchanged.
1326   // The function is called before storing a value in the transposition table.
1327
1328   Value value_to_tt(Value v, int ply) {
1329
1330     assert(v != VALUE_NONE);
1331
1332     return  v >= VALUE_MATE_IN_MAX_PLY  ? v + ply
1333           : v <= VALUE_MATED_IN_MAX_PLY ? v - ply : v;
1334   }
1335
1336
1337   // value_from_tt() is the inverse of value_to_tt(): It adjusts a mate score
1338   // from the transposition table (which refers to the plies to mate/be mated
1339   // from current position) to "plies to mate/be mated from the root".
1340
1341   Value value_from_tt(Value v, int ply) {
1342
1343     return  v == VALUE_NONE             ? VALUE_NONE
1344           : v >= VALUE_MATE_IN_MAX_PLY  ? v - ply
1345           : v <= VALUE_MATED_IN_MAX_PLY ? v + ply : v;
1346   }
1347
1348
1349   // update_pv() adds current move and appends child pv[]
1350
1351   void update_pv(Move* pv, Move move, Move* childPv) {
1352
1353     for (*pv++ = move; childPv && *childPv != MOVE_NONE; )
1354         *pv++ = *childPv++;
1355     *pv = MOVE_NONE;
1356   }
1357
1358
1359   // update_continuation_histories() updates histories of the move pairs formed
1360   // by moves at ply -1, -2, and -4 with current move.
1361
1362   void update_continuation_histories(Stack* ss, Piece pc, Square to, int bonus) {
1363
1364     for (int i : {1, 2, 4})
1365         if (is_ok((ss-i)->currentMove))
1366             (ss-i)->contHistory->update(pc, to, bonus);
1367   }
1368
1369
1370   // update_capture_stats() updates move sorting heuristics when a new capture best move is found
1371
1372   void update_capture_stats(const Position& pos, Move move,
1373                             Move* captures, int captureCnt, int bonus) {
1374
1375       CapturePieceToHistory& captureHistory =  pos.this_thread()->captureHistory;
1376       Piece moved_piece = pos.moved_piece(move);
1377       PieceType captured = type_of(pos.piece_on(to_sq(move)));
1378       captureHistory.update(moved_piece,to_sq(move), captured, bonus);
1379
1380       // Decrease all the other played capture moves
1381       for (int i = 0; i < captureCnt; ++i)
1382       {
1383           moved_piece = pos.moved_piece(captures[i]);
1384           captured = type_of(pos.piece_on(to_sq(captures[i])));
1385           captureHistory.update(moved_piece, to_sq(captures[i]), captured, -bonus);
1386       }
1387   }
1388
1389
1390   // update_stats() updates move sorting heuristics when a new quiet best move is found
1391
1392   void update_stats(const Position& pos, Stack* ss, Move move,
1393                     Move* quiets, int quietsCnt, int bonus) {
1394
1395     if (ss->killers[0] != move)
1396     {
1397         ss->killers[1] = ss->killers[0];
1398         ss->killers[0] = move;
1399     }
1400
1401     Color c = pos.side_to_move();
1402     Thread* thisThread = pos.this_thread();
1403     thisThread->mainHistory.update(c, move, bonus);
1404     update_continuation_histories(ss, pos.moved_piece(move), to_sq(move), bonus);
1405
1406     if (is_ok((ss-1)->currentMove))
1407     {
1408         Square prevSq = to_sq((ss-1)->currentMove);
1409         thisThread->counterMoves[pos.piece_on(prevSq)][prevSq] = move;
1410     }
1411
1412     // Decrease all the other played quiet moves
1413     for (int i = 0; i < quietsCnt; ++i)
1414     {
1415         thisThread->mainHistory.update(c, quiets[i], -bonus);
1416         update_continuation_histories(ss, pos.moved_piece(quiets[i]), to_sq(quiets[i]), -bonus);
1417     }
1418   }
1419
1420
1421   // Is the PV leading to a draw position? Assumes all pv moves are legal
1422   bool pv_is_draw(Position& pos) {
1423
1424     StateInfo st[MAX_PLY];
1425     auto& pv = pos.this_thread()->rootMoves[0].pv;
1426
1427     for (size_t i = 0; i < pv.size(); ++i)
1428         pos.do_move(pv[i], st[i]);
1429
1430     bool isDraw = pos.is_draw(pv.size());
1431
1432     for (size_t i = pv.size(); i > 0; --i)
1433         pos.undo_move(pv[i-1]);
1434
1435     return isDraw;
1436   }
1437
1438
1439   // When playing with strength handicap, choose best move among a set of RootMoves
1440   // using a statistical rule dependent on 'level'. Idea by Heinz van Saanen.
1441
1442   Move Skill::pick_best(size_t multiPV) {
1443
1444     const RootMoves& rootMoves = Threads.main()->rootMoves;
1445     static PRNG rng(now()); // PRNG sequence should be non-deterministic
1446
1447     // RootMoves are already sorted by score in descending order
1448     Value topScore = rootMoves[0].score;
1449     int delta = std::min(topScore - rootMoves[multiPV - 1].score, PawnValueMg);
1450     int weakness = 120 - 2 * level;
1451     int maxScore = -VALUE_INFINITE;
1452
1453     // Choose best move. For each move score we add two terms, both dependent on
1454     // weakness. One is deterministic and bigger for weaker levels, and one is
1455     // random. Then we choose the move with the resulting highest score.
1456     for (size_t i = 0; i < multiPV; ++i)
1457     {
1458         // This is our magic formula
1459         int push = (  weakness * int(topScore - rootMoves[i].score)
1460                     + delta * (rng.rand<unsigned>() % weakness)) / 128;
1461
1462         if (rootMoves[i].score + push >= maxScore)
1463         {
1464             maxScore = rootMoves[i].score + push;
1465             best = rootMoves[i].pv[0];
1466         }
1467     }
1468
1469     return best;
1470   }
1471
1472 } // namespace
1473
1474   // check_time() is used to print debug info and, more importantly, to detect
1475   // when we are out of available time and thus stop the search.
1476
1477   void MainThread::check_time() {
1478
1479     if (--callsCnt > 0)
1480         return;
1481
1482     // At low node count increase the checking rate to about 0.1% of nodes
1483     // otherwise use a default value.
1484     callsCnt = Limits.nodes ? std::min(4096, int(Limits.nodes / 1024)) : 4096;
1485
1486     static TimePoint lastInfoTime = now();
1487
1488     int elapsed = Time.elapsed();
1489     TimePoint tick = Limits.startTime + elapsed;
1490
1491     if (tick - lastInfoTime >= 1000)
1492     {
1493         lastInfoTime = tick;
1494         dbg_print();
1495     }
1496
1497     // An engine may not stop pondering until told so by the GUI
1498     if (Threads.ponder)
1499         return;
1500
1501     if (   (Limits.use_time_management() && elapsed > Time.maximum())
1502         || (Limits.movetime && elapsed >= Limits.movetime)
1503         || (Limits.nodes && Threads.nodes_searched() >= (uint64_t)Limits.nodes))
1504             Threads.stop = true;
1505   }
1506
1507
1508 /// UCI::pv() formats PV information according to the UCI protocol. UCI requires
1509 /// that all (if any) unsearched PV lines are sent using a previous search score.
1510
1511 string UCI::pv(const Position& pos, Depth depth, Value alpha, Value beta) {
1512
1513   std::stringstream ss;
1514   int elapsed = Time.elapsed() + 1;
1515   const RootMoves& rootMoves = pos.this_thread()->rootMoves;
1516   size_t PVIdx = pos.this_thread()->PVIdx;
1517   size_t multiPV = std::min((size_t)Options["MultiPV"], rootMoves.size());
1518   uint64_t nodesSearched = Threads.nodes_searched();
1519   uint64_t tbHits = Threads.tb_hits() + (TB::RootInTB ? rootMoves.size() : 0);
1520
1521   for (size_t i = 0; i < multiPV; ++i)
1522   {
1523       bool updated = (i <= PVIdx && rootMoves[i].score != -VALUE_INFINITE);
1524
1525       if (depth == ONE_PLY && !updated)
1526           continue;
1527
1528       Depth d = updated ? depth : depth - ONE_PLY;
1529       Value v = updated ? rootMoves[i].score : rootMoves[i].previousScore;
1530
1531       bool tb = TB::RootInTB && abs(v) < VALUE_MATE - MAX_PLY;
1532       v = tb ? TB::Score : v;
1533
1534       if (ss.rdbuf()->in_avail()) // Not at first line
1535           ss << "\n";
1536
1537       ss << "info"
1538          << " depth "    << d / ONE_PLY
1539          << " seldepth " << rootMoves[i].selDepth
1540          << " multipv "  << i + 1
1541          << " score "    << UCI::value(v);
1542
1543       if (!tb && i == PVIdx)
1544           ss << (v >= beta ? " lowerbound" : v <= alpha ? " upperbound" : "");
1545
1546       ss << " nodes "    << nodesSearched
1547          << " nps "      << nodesSearched * 1000 / elapsed;
1548
1549       if (elapsed > 1000) // Earlier makes little sense
1550           ss << " hashfull " << TT.hashfull();
1551
1552       ss << " tbhits "   << tbHits
1553          << " time "     << elapsed
1554          << " pv";
1555
1556       for (Move m : rootMoves[i].pv)
1557           ss << " " << UCI::move(m, pos.is_chess960());
1558   }
1559
1560   return ss.str();
1561 }
1562
1563
1564 /// RootMove::extract_ponder_from_tt() is called in case we have no ponder move
1565 /// before exiting the search, for instance, in case we stop the search during a
1566 /// fail high at root. We try hard to have a ponder move to return to the GUI,
1567 /// otherwise in case of 'ponder on' we have nothing to think on.
1568
1569 bool RootMove::extract_ponder_from_tt(Position& pos) {
1570
1571     StateInfo st;
1572     bool ttHit;
1573
1574     assert(pv.size() == 1);
1575
1576     if (!pv[0])
1577         return false;
1578
1579     pos.do_move(pv[0], st);
1580     TTEntry* tte = TT.probe(pos.key(), ttHit);
1581
1582     if (ttHit)
1583     {
1584         Move m = tte->move(); // Local copy to be SMP safe
1585         if (MoveList<LEGAL>(pos).contains(m))
1586             pv.push_back(m);
1587     }
1588
1589     pos.undo_move(pv[0]);
1590     return pv.size() > 1;
1591 }
1592
1593 void Tablebases::filter_root_moves(Position& pos, Search::RootMoves& rootMoves) {
1594
1595     RootInTB = false;
1596     UseRule50 = Options["Syzygy50MoveRule"];
1597     ProbeDepth = Options["SyzygyProbeDepth"] * ONE_PLY;
1598     Cardinality = Options["SyzygyProbeLimit"];
1599
1600     // Skip TB probing when no TB found: !TBLargest -> !TB::Cardinality
1601     if (Cardinality > MaxCardinality)
1602     {
1603         Cardinality = MaxCardinality;
1604         ProbeDepth = DEPTH_ZERO;
1605     }
1606
1607     if (Cardinality < popcount(pos.pieces()) || pos.can_castle(ANY_CASTLING))
1608         return;
1609
1610     // Don't filter any moves if the user requested analysis on multiple
1611     if (Options["MultiPV"] != 1)
1612         return;
1613
1614     // If the current root position is in the tablebases, then RootMoves
1615     // contains only moves that preserve the draw or the win.
1616     RootInTB = root_probe(pos, rootMoves, TB::Score);
1617
1618     if (RootInTB)
1619         Cardinality = 0; // Do not probe tablebases during the search
1620
1621     else // If DTZ tables are missing, use WDL tables as a fallback
1622     {
1623         // Filter out moves that do not preserve the draw or the win.
1624         RootInTB = root_probe_wdl(pos, rootMoves, TB::Score);
1625
1626         // Only probe during search if winning
1627         if (RootInTB && TB::Score <= VALUE_DRAW)
1628             Cardinality = 0;
1629     }
1630
1631     if (RootInTB && !UseRule50)
1632         TB::Score =  TB::Score > VALUE_DRAW ?  VALUE_MATE - MAX_PLY - 1
1633                    : TB::Score < VALUE_DRAW ? -VALUE_MATE + MAX_PLY + 1
1634                                             :  VALUE_DRAW;
1635 }