1101a41ed69e046561bdb18d61284af587ed613f
[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   SignalsType Signals;
43   LimitsType Limits;
44 }
45
46 namespace Tablebases {
47
48   int Cardinality;
49   bool RootInTB;
50   bool UseRule50;
51   Depth ProbeDepth;
52   Value Score;
53 }
54
55 namespace TB = Tablebases;
56
57 using std::string;
58 using Eval::evaluate;
59 using namespace Search;
60
61 namespace {
62
63   // Different node types, used as a template parameter
64   enum NodeType { NonPV, PV };
65
66   // Razoring and futility margin based on depth
67   const int razor_margin[4] = { 483, 570, 603, 554 };
68   Value futility_margin(Depth d) { return Value(150 * d / ONE_PLY); }
69
70   // Futility and reductions lookup tables, initialized at startup
71   int FutilityMoveCounts[2][16]; // [improving][depth]
72   int Reductions[2][2][64][64];  // [pv][improving][depth][moveNumber]
73
74   template <bool PvNode> Depth reduction(bool i, Depth d, int mn) {
75     return Reductions[PvNode][i][std::min(d / ONE_PLY, 63)][std::min(mn, 63)] * ONE_PLY;
76   }
77
78   // History and stats update bonus, based on depth
79   Value stat_bonus(Depth depth) {
80     int d = depth / ONE_PLY ;
81     return Value(d * d + 2 * d - 2);
82   }
83
84   // Skill structure is used to implement strength limit
85   struct Skill {
86     Skill(int l) : level(l) {}
87     bool enabled() const { return level < 20; }
88     bool time_to_pick(Depth depth) const { return depth / ONE_PLY == 1 + level; }
89     Move best_move(size_t multiPV) { return best ? best : pick_best(multiPV); }
90     Move pick_best(size_t multiPV);
91
92     int level;
93     Move best = MOVE_NONE;
94   };
95
96   // EasyMoveManager structure is used to detect an 'easy move'. When the PV is
97   // stable across multiple search iterations, we can quickly return the best move.
98   struct EasyMoveManager {
99
100     void clear() {
101       stableCnt = 0;
102       expectedPosKey = 0;
103       pv[0] = pv[1] = pv[2] = MOVE_NONE;
104     }
105
106     Move get(Key key) const {
107       return expectedPosKey == key ? pv[2] : MOVE_NONE;
108     }
109
110     void update(Position& pos, const std::vector<Move>& newPv) {
111
112       assert(newPv.size() >= 3);
113
114       // Keep track of how many times in a row the 3rd ply remains stable
115       stableCnt = (newPv[2] == pv[2]) ? stableCnt + 1 : 0;
116
117       if (!std::equal(newPv.begin(), newPv.begin() + 3, pv))
118       {
119           std::copy(newPv.begin(), newPv.begin() + 3, pv);
120
121           StateInfo st[2];
122           pos.do_move(newPv[0], st[0]);
123           pos.do_move(newPv[1], st[1]);
124           expectedPosKey = pos.key();
125           pos.undo_move(newPv[1]);
126           pos.undo_move(newPv[0]);
127       }
128     }
129
130     int stableCnt;
131     Key expectedPosKey;
132     Move pv[3];
133   };
134
135   // Set of rows with half bits set to 1 and half to 0. It is used to allocate
136   // the search depths across the threads.
137   typedef std::vector<int> Row;
138
139   const Row HalfDensity[] = {
140     {0, 1},
141     {1, 0},
142     {0, 0, 1, 1},
143     {0, 1, 1, 0},
144     {1, 1, 0, 0},
145     {1, 0, 0, 1},
146     {0, 0, 0, 1, 1, 1},
147     {0, 0, 1, 1, 1, 0},
148     {0, 1, 1, 1, 0, 0},
149     {1, 1, 1, 0, 0, 0},
150     {1, 1, 0, 0, 0, 1},
151     {1, 0, 0, 0, 1, 1},
152     {0, 0, 0, 0, 1, 1, 1, 1},
153     {0, 0, 0, 1, 1, 1, 1, 0},
154     {0, 0, 1, 1, 1, 1, 0 ,0},
155     {0, 1, 1, 1, 1, 0, 0 ,0},
156     {1, 1, 1, 1, 0, 0, 0 ,0},
157     {1, 1, 1, 0, 0, 0, 0 ,1},
158     {1, 1, 0, 0, 0, 0, 1 ,1},
159     {1, 0, 0, 0, 0, 1, 1 ,1},
160   };
161
162   const size_t HalfDensitySize = std::extent<decltype(HalfDensity)>::value;
163
164   EasyMoveManager EasyMove;
165   Value DrawValue[COLOR_NB];
166
167   template <NodeType NT>
168   Value search(Position& pos, Stack* ss, Value alpha, Value beta, Depth depth, bool cutNode, bool skipEarlyPruning);
169
170   template <NodeType NT, bool InCheck>
171   Value qsearch(Position& pos, Stack* ss, Value alpha, Value beta, Depth depth = DEPTH_ZERO);
172
173   Value value_to_tt(Value v, int ply);
174   Value value_from_tt(Value v, int ply);
175   void update_pv(Move* pv, Move move, Move* childPv);
176   void update_cm_stats(Stack* ss, Piece pc, Square s, Value bonus);
177   void update_stats(const Position& pos, Stack* ss, Move move, Move* quiets, int quietsCnt, Value bonus);
178   void check_time();
179
180 } // namespace
181
182
183 /// Search::init() is called during startup to initialize various lookup tables
184
185 void Search::init() {
186
187   for (int imp = 0; imp <= 1; ++imp)
188       for (int d = 1; d < 64; ++d)
189           for (int mc = 1; mc < 64; ++mc)
190           {
191               double r = log(d) * log(mc) / 2;
192
193               Reductions[NonPV][imp][d][mc] = int(std::round(r));
194               Reductions[PV][imp][d][mc] = std::max(Reductions[NonPV][imp][d][mc] - 1, 0);
195
196               // Increase reduction for non-PV nodes when eval is not improving
197               if (!imp && Reductions[NonPV][imp][d][mc] >= 2)
198                 Reductions[NonPV][imp][d][mc]++;
199           }
200
201   for (int d = 0; d < 16; ++d)
202   {
203       FutilityMoveCounts[0][d] = int(2.4 + 0.773 * pow(d + 0.00, 1.8));
204       FutilityMoveCounts[1][d] = int(2.9 + 1.045 * pow(d + 0.49, 1.8));
205   }
206 }
207
208
209 /// Search::clear() resets search state to zero, to obtain reproducible results
210
211 void Search::clear() {
212
213   TT.clear();
214
215   for (Thread* th : Threads)
216   {
217       th->counterMoves.clear();
218       th->history.clear();
219       th->counterMoveHistory.clear();
220       th->resetCalls = true;
221   }
222
223   Threads.main()->previousScore = VALUE_INFINITE;
224 }
225
226
227 /// Search::perft() is our utility to verify move generation. All the leaf nodes
228 /// up to the given depth are generated and counted, and the sum is returned.
229 template<bool Root>
230 uint64_t Search::perft(Position& pos, Depth depth) {
231
232   StateInfo st;
233   uint64_t cnt, nodes = 0;
234   const bool leaf = (depth == 2 * ONE_PLY);
235
236   for (const auto& m : MoveList<LEGAL>(pos))
237   {
238       if (Root && depth <= ONE_PLY)
239           cnt = 1, nodes++;
240       else
241       {
242           pos.do_move(m, st);
243           cnt = leaf ? MoveList<LEGAL>(pos).size() : perft<false>(pos, depth - ONE_PLY);
244           nodes += cnt;
245           pos.undo_move(m);
246       }
247       if (Root)
248           sync_cout << UCI::move(m, pos.is_chess960()) << ": " << cnt << sync_endl;
249   }
250   return nodes;
251 }
252
253 template uint64_t Search::perft<true>(Position&, Depth);
254
255
256 /// MainThread::search() is called by the main thread when the program receives
257 /// the UCI 'go' command. It searches from the root position and outputs the "bestmove".
258
259 void MainThread::search() {
260
261   Color us = rootPos.side_to_move();
262   Time.init(Limits, us, rootPos.game_ply());
263
264   int contempt = Options["Contempt"] * PawnValueEg / 100; // From centipawns
265   DrawValue[ us] = VALUE_DRAW - Value(contempt);
266   DrawValue[~us] = VALUE_DRAW + Value(contempt);
267
268   if (rootMoves.empty())
269   {
270       rootMoves.push_back(RootMove(MOVE_NONE));
271       sync_cout << "info depth 0 score "
272                 << UCI::value(rootPos.checkers() ? -VALUE_MATE : VALUE_DRAW)
273                 << sync_endl;
274   }
275   else
276   {
277       for (Thread* th : Threads)
278           if (th != this)
279               th->start_searching();
280
281       Thread::search(); // Let's start searching!
282   }
283
284   // When playing in 'nodes as time' mode, subtract the searched nodes from
285   // the available ones before exiting.
286   if (Limits.npmsec)
287       Time.availableNodes += Limits.inc[us] - Threads.nodes_searched();
288
289   // When we reach the maximum depth, we can arrive here without a raise of
290   // Signals.stop. However, if we are pondering or in an infinite search,
291   // the UCI protocol states that we shouldn't print the best move before the
292   // GUI sends a "stop" or "ponderhit" command. We therefore simply wait here
293   // until the GUI sends one of those commands (which also raises Signals.stop).
294   if (!Signals.stop && (Limits.ponder || Limits.infinite))
295   {
296       Signals.stopOnPonderhit = true;
297       wait(Signals.stop);
298   }
299
300   // Stop the threads if not already stopped
301   Signals.stop = true;
302
303   // Wait until all threads have finished
304   for (Thread* th : Threads)
305       if (th != this)
306           th->wait_for_search_finished();
307
308   // Check if there are threads with a better score than main thread
309   Thread* bestThread = this;
310   if (   !this->easyMovePlayed
311       &&  Options["MultiPV"] == 1
312       && !Limits.depth
313       && !Skill(Options["Skill Level"]).enabled()
314       &&  rootMoves[0].pv[0] != MOVE_NONE)
315   {
316       for (Thread* th : Threads)
317       {
318           Depth depthDiff = th->completedDepth - bestThread->completedDepth;
319           Value scoreDiff = th->rootMoves[0].score - bestThread->rootMoves[0].score;
320
321           if (scoreDiff > 0 && depthDiff >= 0)
322               bestThread = th;
323       }
324   }
325
326   previousScore = bestThread->rootMoves[0].score;
327
328   // Send new PV when needed
329   if (bestThread != this)
330       sync_cout << UCI::pv(bestThread->rootPos, bestThread->completedDepth, -VALUE_INFINITE, VALUE_INFINITE) << sync_endl;
331
332   sync_cout << "bestmove " << UCI::move(bestThread->rootMoves[0].pv[0], rootPos.is_chess960());
333
334   if (bestThread->rootMoves[0].pv.size() > 1 || bestThread->rootMoves[0].extract_ponder_from_tt(rootPos))
335       std::cout << " ponder " << UCI::move(bestThread->rootMoves[0].pv[1], rootPos.is_chess960());
336
337   std::cout << sync_endl;
338 }
339
340
341 // Thread::search() is the main iterative deepening loop. It calls search()
342 // repeatedly with increasing depth until the allocated thinking time has been
343 // consumed, the user stops the search, or the maximum search depth is reached.
344
345 void Thread::search() {
346
347   Stack stack[MAX_PLY+7], *ss = stack+4; // To allow referencing (ss-4) and (ss+2)
348   Value bestValue, alpha, beta, delta;
349   Move easyMove = MOVE_NONE;
350   MainThread* mainThread = (this == Threads.main() ? Threads.main() : nullptr);
351
352   std::memset(ss-4, 0, 7 * sizeof(Stack));
353
354   bestValue = delta = alpha = -VALUE_INFINITE;
355   beta = VALUE_INFINITE;
356   completedDepth = DEPTH_ZERO;
357
358   if (mainThread)
359   {
360       easyMove = EasyMove.get(rootPos.key());
361       EasyMove.clear();
362       mainThread->easyMovePlayed = mainThread->failedLow = false;
363       mainThread->bestMoveChanges = 0;
364       TT.new_search();
365   }
366
367   size_t multiPV = Options["MultiPV"];
368   Skill skill(Options["Skill Level"]);
369
370   // When playing with strength handicap enable MultiPV search that we will
371   // use behind the scenes to retrieve a set of possible moves.
372   if (skill.enabled())
373       multiPV = std::max(multiPV, (size_t)4);
374
375   multiPV = std::min(multiPV, rootMoves.size());
376
377   // Iterative deepening loop until requested to stop or the target depth is reached
378   while (   (rootDepth += ONE_PLY) < DEPTH_MAX
379          && !Signals.stop
380          && (!Limits.depth || Threads.main()->rootDepth / ONE_PLY <= Limits.depth))
381   {
382       // Set up the new depths for the helper threads skipping on average every
383       // 2nd ply (using a half-density matrix).
384       if (!mainThread)
385       {
386           const Row& row = HalfDensity[(idx - 1) % HalfDensitySize];
387           if (row[(rootDepth / ONE_PLY + rootPos.game_ply()) % row.size()])
388              continue;
389       }
390
391       // Age out PV variability metric
392       if (mainThread)
393           mainThread->bestMoveChanges *= 0.505, mainThread->failedLow = false;
394
395       // Save the last iteration's scores before first PV line is searched and
396       // all the move scores except the (new) PV are set to -VALUE_INFINITE.
397       for (RootMove& rm : rootMoves)
398           rm.previousScore = rm.score;
399
400       // MultiPV loop. We perform a full root search for each PV line
401       for (PVIdx = 0; PVIdx < multiPV && !Signals.stop; ++PVIdx)
402       {
403           // Reset aspiration window starting size
404           if (rootDepth >= 5 * ONE_PLY)
405           {
406               delta = Value(18);
407               alpha = std::max(rootMoves[PVIdx].previousScore - delta,-VALUE_INFINITE);
408               beta  = std::min(rootMoves[PVIdx].previousScore + delta, VALUE_INFINITE);
409           }
410
411           // Start with a small aspiration window and, in the case of a fail
412           // high/low, re-search with a bigger window until we're not failing
413           // high/low anymore.
414           while (true)
415           {
416               bestValue = ::search<PV>(rootPos, ss, alpha, beta, rootDepth, false, false);
417
418               // Bring the best move to the front. It is critical that sorting
419               // is done with a stable algorithm because all the values but the
420               // first and eventually the new best one are set to -VALUE_INFINITE
421               // and we want to keep the same order for all the moves except the
422               // new PV that goes to the front. Note that in case of MultiPV
423               // search the already searched PV lines are preserved.
424               std::stable_sort(rootMoves.begin() + PVIdx, rootMoves.end());
425
426               // If search has been stopped, break immediately. Sorting and
427               // writing PV back to TT is safe because RootMoves is still
428               // valid, although it refers to the previous iteration.
429               if (Signals.stop)
430                   break;
431
432               // When failing high/low give some update (without cluttering
433               // the UI) before a re-search.
434               if (   mainThread
435                   && multiPV == 1
436                   && (bestValue <= alpha || bestValue >= beta)
437                   && Time.elapsed() > 3000)
438                   sync_cout << UCI::pv(rootPos, rootDepth, alpha, beta) << sync_endl;
439
440               // In case of failing low/high increase aspiration window and
441               // re-search, otherwise exit the loop.
442               if (bestValue <= alpha)
443               {
444                   beta = (alpha + beta) / 2;
445                   alpha = std::max(bestValue - delta, -VALUE_INFINITE);
446
447                   if (mainThread)
448                   {
449                       mainThread->failedLow = true;
450                       Signals.stopOnPonderhit = false;
451                   }
452               }
453               else if (bestValue >= beta)
454               {
455                   alpha = (alpha + beta) / 2;
456                   beta = std::min(bestValue + delta, VALUE_INFINITE);
457               }
458               else
459                   break;
460
461               delta += delta / 4 + 5;
462
463               assert(alpha >= -VALUE_INFINITE && beta <= VALUE_INFINITE);
464           }
465
466           // Sort the PV lines searched so far and update the GUI
467           std::stable_sort(rootMoves.begin(), rootMoves.begin() + PVIdx + 1);
468
469           if (!mainThread)
470               continue;
471
472           if (Signals.stop || PVIdx + 1 == multiPV || Time.elapsed() > 3000)
473               sync_cout << UCI::pv(rootPos, rootDepth, alpha, beta) << sync_endl;
474       }
475
476       if (!Signals.stop)
477           completedDepth = rootDepth;
478
479       if (!mainThread)
480           continue;
481
482       // If skill level is enabled and time is up, pick a sub-optimal best move
483       if (skill.enabled() && skill.time_to_pick(rootDepth))
484           skill.pick_best(multiPV);
485
486       // Have we found a "mate in x"?
487       if (   Limits.mate
488           && bestValue >= VALUE_MATE_IN_MAX_PLY
489           && VALUE_MATE - bestValue <= 2 * Limits.mate)
490           Signals.stop = true;
491
492       // Do we have time for the next iteration? Can we stop searching now?
493       if (Limits.use_time_management())
494       {
495           if (!Signals.stop && !Signals.stopOnPonderhit)
496           {
497               // Stop the search if only one legal move is available, or if all
498               // of the available time has been used, or if we matched an easyMove
499               // from the previous search and just did a fast verification.
500               const int F[] = { mainThread->failedLow,
501                                 bestValue - mainThread->previousScore };
502
503               int improvingFactor = std::max(229, std::min(715, 357 + 119 * F[0] - 6 * F[1]));
504               double unstablePvFactor = 1 + mainThread->bestMoveChanges;
505
506               bool doEasyMove =   rootMoves[0].pv[0] == easyMove
507                                && mainThread->bestMoveChanges < 0.03
508                                && Time.elapsed() > Time.optimum() * 5 / 44;
509
510               if (   rootMoves.size() == 1
511                   || Time.elapsed() > Time.optimum() * unstablePvFactor * improvingFactor / 628
512                   || (mainThread->easyMovePlayed = doEasyMove, doEasyMove))
513               {
514                   // If we are allowed to ponder do not stop the search now but
515                   // keep pondering until the GUI sends "ponderhit" or "stop".
516                   if (Limits.ponder)
517                       Signals.stopOnPonderhit = true;
518                   else
519                       Signals.stop = true;
520               }
521           }
522
523           if (rootMoves[0].pv.size() >= 3)
524               EasyMove.update(rootPos, rootMoves[0].pv);
525           else
526               EasyMove.clear();
527       }
528   }
529
530   if (!mainThread)
531       return;
532
533   // Clear any candidate easy move that wasn't stable for the last search
534   // iterations; the second condition prevents consecutive fast moves.
535   if (EasyMove.stableCnt < 6 || mainThread->easyMovePlayed)
536       EasyMove.clear();
537
538   // If skill level is enabled, swap best PV line with the sub-optimal one
539   if (skill.enabled())
540       std::swap(rootMoves[0], *std::find(rootMoves.begin(),
541                 rootMoves.end(), skill.best_move(multiPV)));
542 }
543
544
545 namespace {
546
547   // search<>() is the main search function for both PV and non-PV nodes
548
549   template <NodeType NT>
550   Value search(Position& pos, Stack* ss, Value alpha, Value beta, Depth depth, bool cutNode, bool skipEarlyPruning) {
551
552     const bool PvNode = NT == PV;
553     const bool rootNode = PvNode && (ss-1)->ply == 0;
554
555     assert(-VALUE_INFINITE <= alpha && alpha < beta && beta <= VALUE_INFINITE);
556     assert(PvNode || (alpha == beta - 1));
557     assert(DEPTH_ZERO < depth && depth < DEPTH_MAX);
558     assert(!(PvNode && cutNode));
559     assert(depth / ONE_PLY * ONE_PLY == depth);
560
561     Move pv[MAX_PLY+1], quietsSearched[64];
562     StateInfo st;
563     TTEntry* tte;
564     Key posKey;
565     Move ttMove, move, excludedMove, bestMove;
566     Depth extension, newDepth;
567     Value bestValue, value, ttValue, eval, nullValue;
568     bool ttHit, inCheck, givesCheck, singularExtensionNode, improving;
569     bool captureOrPromotion, doFullDepthSearch, moveCountPruning;
570     Piece moved_piece;
571     int moveCount, quietCount;
572
573     // Step 1. Initialize node
574     Thread* thisThread = pos.this_thread();
575     inCheck = pos.checkers();
576     moveCount = quietCount =  ss->moveCount = 0;
577     ss->history = VALUE_ZERO;
578     bestValue = -VALUE_INFINITE;
579     ss->ply = (ss-1)->ply + 1;
580
581     // Check for the available remaining time
582     if (thisThread->resetCalls.load(std::memory_order_relaxed))
583     {
584         thisThread->resetCalls = false;
585         // At low node count increase the checking rate to about 0.1% of nodes
586         // otherwise use a default value.
587         thisThread->callsCnt = Limits.nodes ? std::min((int64_t)4096, Limits.nodes / 1024)
588                                             : 4096;
589     }
590
591     if (--thisThread->callsCnt <= 0)
592     {
593         for (Thread* th : Threads)
594             th->resetCalls = true;
595
596         check_time();
597     }
598
599     // Used to send selDepth info to GUI
600     if (PvNode && thisThread->maxPly < ss->ply)
601         thisThread->maxPly = ss->ply;
602
603     if (!rootNode)
604     {
605         // Step 2. Check for aborted search and immediate draw
606         if (Signals.stop.load(std::memory_order_relaxed) || pos.is_draw(ss->ply) || ss->ply >= MAX_PLY)
607             return ss->ply >= MAX_PLY && !inCheck ? evaluate(pos)
608                                                   : DrawValue[pos.side_to_move()];
609
610         // Step 3. Mate distance pruning. Even if we mate at the next move our score
611         // would be at best mate_in(ss->ply+1), but if alpha is already bigger because
612         // a shorter mate was found upward in the tree then there is no need to search
613         // because we will never beat the current alpha. Same logic but with reversed
614         // signs applies also in the opposite condition of being mated instead of giving
615         // mate. In this case return a fail-high score.
616         alpha = std::max(mated_in(ss->ply), alpha);
617         beta = std::min(mate_in(ss->ply+1), beta);
618         if (alpha >= beta)
619             return alpha;
620     }
621
622     assert(0 <= ss->ply && ss->ply < MAX_PLY);
623
624     ss->currentMove = (ss+1)->excludedMove = bestMove = MOVE_NONE;
625     ss->counterMoves = nullptr;
626     (ss+2)->killers[0] = (ss+2)->killers[1] = MOVE_NONE;
627     Square prevSq = to_sq((ss-1)->currentMove);
628
629     // Step 4. Transposition table lookup. We don't want the score of a partial
630     // search to overwrite a previous full search TT value, so we use a different
631     // position key in case of an excluded move.
632     excludedMove = ss->excludedMove;
633     posKey = pos.key() ^ Key(excludedMove);
634     tte = TT.probe(posKey, ttHit);
635     ttValue = ttHit ? value_from_tt(tte->value(), ss->ply) : VALUE_NONE;
636     ttMove =  rootNode ? thisThread->rootMoves[thisThread->PVIdx].pv[0]
637             : ttHit    ? tte->move() : MOVE_NONE;
638
639     // At non-PV nodes we check for an early TT cutoff
640     if (  !PvNode
641         && ttHit
642         && tte->depth() >= depth
643         && ttValue != VALUE_NONE // Possible in case of TT access race
644         && (ttValue >= beta ? (tte->bound() & BOUND_LOWER)
645                             : (tte->bound() & BOUND_UPPER)))
646     {
647         // If ttMove is quiet, update move sorting heuristics on TT hit
648         if (ttMove)
649         {
650             if (ttValue >= beta)
651             {
652                 if (!pos.capture_or_promotion(ttMove))
653                     update_stats(pos, ss, ttMove, nullptr, 0, stat_bonus(depth));
654
655                 // Extra penalty for a quiet TT move in previous ply when it gets refuted
656                 if ((ss-1)->moveCount == 1 && !pos.captured_piece())
657                     update_cm_stats(ss-1, pos.piece_on(prevSq), prevSq, -stat_bonus(depth + ONE_PLY));
658             }
659             // Penalty for a quiet ttMove that fails low
660             else if (!pos.capture_or_promotion(ttMove))
661             {
662                 Value penalty = -stat_bonus(depth + ONE_PLY);
663                 thisThread->history.update(pos.side_to_move(), ttMove, penalty);
664                 update_cm_stats(ss, pos.moved_piece(ttMove), to_sq(ttMove), penalty);
665             }
666         }
667         return ttValue;
668     }
669
670     // Step 4a. Tablebase probe
671     if (!rootNode && TB::Cardinality)
672     {
673         int piecesCount = pos.count<ALL_PIECES>(WHITE) + pos.count<ALL_PIECES>(BLACK);
674
675         if (    piecesCount <= TB::Cardinality
676             && (piecesCount <  TB::Cardinality || depth >= TB::ProbeDepth)
677             &&  pos.rule50_count() == 0
678             && !pos.can_castle(ANY_CASTLING))
679         {
680             TB::ProbeState err;
681             TB::WDLScore v = Tablebases::probe_wdl(pos, &err);
682
683             if (err != TB::ProbeState::FAIL)
684             {
685                 thisThread->tbHits++;
686
687                 int drawScore = TB::UseRule50 ? 1 : 0;
688
689                 value =  v < -drawScore ? -VALUE_MATE + MAX_PLY + ss->ply
690                        : v >  drawScore ?  VALUE_MATE - MAX_PLY - ss->ply
691                                         :  VALUE_DRAW + 2 * v * drawScore;
692
693                 tte->save(posKey, value_to_tt(value, ss->ply), BOUND_EXACT,
694                           std::min(DEPTH_MAX - ONE_PLY, depth + 6 * ONE_PLY),
695                           MOVE_NONE, VALUE_NONE, TT.generation());
696
697                 return value;
698             }
699         }
700     }
701
702     // Step 5. Evaluate the position statically
703     if (inCheck)
704     {
705         ss->staticEval = eval = VALUE_NONE;
706         goto moves_loop;
707     }
708
709     else if (ttHit)
710     {
711         // Never assume anything on values stored in TT
712         if ((ss->staticEval = eval = tte->eval()) == VALUE_NONE)
713             eval = ss->staticEval = evaluate(pos);
714
715         // Can ttValue be used as a better position evaluation?
716         if (ttValue != VALUE_NONE)
717             if (tte->bound() & (ttValue > eval ? BOUND_LOWER : BOUND_UPPER))
718                 eval = ttValue;
719     }
720     else
721     {
722         eval = ss->staticEval =
723         (ss-1)->currentMove != MOVE_NULL ? evaluate(pos)
724                                          : -(ss-1)->staticEval + 2 * Eval::Tempo;
725
726         tte->save(posKey, VALUE_NONE, BOUND_NONE, DEPTH_NONE, MOVE_NONE,
727                   ss->staticEval, TT.generation());
728     }
729
730     if (skipEarlyPruning)
731         goto moves_loop;
732
733     // Step 6. Razoring (skipped when in check)
734     if (   !PvNode
735         &&  depth < 4 * ONE_PLY
736         &&  ttMove == MOVE_NONE
737         &&  eval + razor_margin[depth / ONE_PLY] <= alpha)
738     {
739         if (depth <= ONE_PLY)
740             return qsearch<NonPV, false>(pos, ss, alpha, alpha+1);
741
742         Value ralpha = alpha - razor_margin[depth / ONE_PLY];
743         Value v = qsearch<NonPV, false>(pos, ss, ralpha, ralpha+1);
744         if (v <= ralpha)
745             return v;
746     }
747
748     // Step 7. Futility pruning: child node (skipped when in check)
749     if (   !rootNode
750         &&  depth < 7 * ONE_PLY
751         &&  eval - futility_margin(depth) >= beta
752         &&  eval < VALUE_KNOWN_WIN  // Do not return unproven wins
753         &&  pos.non_pawn_material(pos.side_to_move()))
754         return eval;
755
756     // Step 8. Null move search with verification search (is omitted in PV nodes)
757     if (   !PvNode
758         &&  eval >= beta
759         && (ss->staticEval >= beta - 35 * (depth / ONE_PLY - 6) || depth >= 13 * ONE_PLY)
760         &&  pos.non_pawn_material(pos.side_to_move()))
761     {
762         ss->currentMove = MOVE_NULL;
763         ss->counterMoves = nullptr;
764
765         assert(eval - beta >= 0);
766
767         // Null move dynamic reduction based on depth and value
768         Depth R = ((823 + 67 * depth / ONE_PLY) / 256 + std::min((eval - beta) / PawnValueMg, 3)) * ONE_PLY;
769
770         pos.do_null_move(st);
771         nullValue = depth-R < ONE_PLY ? -qsearch<NonPV, false>(pos, ss+1, -beta, -beta+1)
772                                       : - search<NonPV>(pos, ss+1, -beta, -beta+1, depth-R, !cutNode, true);
773         pos.undo_null_move();
774
775         if (nullValue >= beta)
776         {
777             // Do not return unproven mate scores
778             if (nullValue >= VALUE_MATE_IN_MAX_PLY)
779                 nullValue = beta;
780
781             if (depth < 12 * ONE_PLY && abs(beta) < VALUE_KNOWN_WIN)
782                 return nullValue;
783
784             // Do verification search at high depths
785             Value v = depth-R < ONE_PLY ? qsearch<NonPV, false>(pos, ss, beta-1, beta)
786                                         :  search<NonPV>(pos, ss, beta-1, beta, depth-R, false, true);
787
788             if (v >= beta)
789                 return nullValue;
790         }
791     }
792
793     // Step 9. ProbCut (skipped when in check)
794     // If we have a good enough capture and a reduced search returns a value
795     // much above beta, we can (almost) safely prune the previous move.
796     if (   !PvNode
797         &&  depth >= 5 * ONE_PLY
798         &&  abs(beta) < VALUE_MATE_IN_MAX_PLY)
799     {
800         Value rbeta = std::min(beta + 200, VALUE_INFINITE);
801         Depth rdepth = depth - 4 * ONE_PLY;
802
803         assert(rdepth >= ONE_PLY);
804         assert((ss-1)->currentMove != MOVE_NONE);
805         assert((ss-1)->currentMove != MOVE_NULL);
806
807         MovePicker mp(pos, ttMove, rbeta - ss->staticEval);
808
809         while ((move = mp.next_move()) != MOVE_NONE)
810             if (pos.legal(move))
811             {
812                 ss->currentMove = move;
813                 ss->counterMoves = &thisThread->counterMoveHistory[pos.moved_piece(move)][to_sq(move)];
814                 pos.do_move(move, st);
815                 value = -search<NonPV>(pos, ss+1, -rbeta, -rbeta+1, rdepth, !cutNode, false);
816                 pos.undo_move(move);
817                 if (value >= rbeta)
818                     return value;
819             }
820     }
821
822     // Step 10. Internal iterative deepening (skipped when in check)
823     if (    depth >= 6 * ONE_PLY
824         && !ttMove
825         && (PvNode || ss->staticEval + 256 >= beta))
826     {
827         Depth d = (3 * depth / (4 * ONE_PLY) - 2) * ONE_PLY;
828         search<NT>(pos, ss, alpha, beta, d, cutNode, true);
829
830         tte = TT.probe(posKey, ttHit);
831         ttMove = ttHit ? tte->move() : MOVE_NONE;
832     }
833
834 moves_loop: // When in check search starts from here
835
836     const CounterMoveStats* cmh  = (ss-1)->counterMoves;
837     const CounterMoveStats* fmh  = (ss-2)->counterMoves;
838     const CounterMoveStats* fmh2 = (ss-4)->counterMoves;
839
840     MovePicker mp(pos, ttMove, depth, ss);
841     value = bestValue; // Workaround a bogus 'uninitialized' warning under gcc
842     improving =   ss->staticEval >= (ss-2)->staticEval
843             /* || ss->staticEval == VALUE_NONE Already implicit in the previous condition */
844                ||(ss-2)->staticEval == VALUE_NONE;
845
846     singularExtensionNode =   !rootNode
847                            &&  depth >= 8 * ONE_PLY
848                            &&  ttMove != MOVE_NONE
849                            &&  ttValue != VALUE_NONE
850                            && !excludedMove // Recursive singular search is not allowed
851                            && (tte->bound() & BOUND_LOWER)
852                            &&  tte->depth() >= depth - 3 * ONE_PLY;
853
854     // Step 11. Loop through moves
855     // Loop through all pseudo-legal moves until no moves remain or a beta cutoff occurs
856     while ((move = mp.next_move()) != MOVE_NONE)
857     {
858       assert(is_ok(move));
859
860       if (move == excludedMove)
861           continue;
862
863       // At root obey the "searchmoves" option and skip moves not listed in Root
864       // Move List. As a consequence any illegal move is also skipped. In MultiPV
865       // mode we also skip PV moves which have been already searched.
866       if (rootNode && !std::count(thisThread->rootMoves.begin() + thisThread->PVIdx,
867                                   thisThread->rootMoves.end(), move))
868           continue;
869
870       ss->moveCount = ++moveCount;
871
872       if (rootNode && thisThread == Threads.main() && Time.elapsed() > 3000)
873           sync_cout << "info depth " << depth / ONE_PLY
874                     << " currmove " << UCI::move(move, pos.is_chess960())
875                     << " currmovenumber " << moveCount + thisThread->PVIdx << sync_endl;
876
877       if (PvNode)
878           (ss+1)->pv = nullptr;
879
880       extension = DEPTH_ZERO;
881       captureOrPromotion = pos.capture_or_promotion(move);
882       moved_piece = pos.moved_piece(move);
883
884       givesCheck =  type_of(move) == NORMAL && !pos.discovered_check_candidates()
885                   ? pos.check_squares(type_of(pos.piece_on(from_sq(move)))) & to_sq(move)
886                   : pos.gives_check(move);
887
888       moveCountPruning =   depth < 16 * ONE_PLY
889                         && moveCount >= FutilityMoveCounts[improving][depth / ONE_PLY];
890
891       // Step 12. Extensions
892       // Extend checks
893       if (    givesCheck
894           && !moveCountPruning
895           &&  pos.see_ge(move, VALUE_ZERO))
896           extension = ONE_PLY;
897
898       // Singular extension search. If all moves but one fail low on a search of
899       // (alpha-s, beta-s), and just one fails high on (alpha, beta), then that move
900       // is singular and should be extended. To verify this we do a reduced search
901       // on all the other moves but the ttMove and if the result is lower than
902       // ttValue minus a margin then we extend the ttMove.
903       if (    singularExtensionNode
904           &&  move == ttMove
905           && !extension
906           &&  pos.legal(move))
907       {
908           Value rBeta = std::max(ttValue - 2 * depth / ONE_PLY, -VALUE_MATE);
909           Depth d = (depth / (2 * ONE_PLY)) * ONE_PLY;
910           ss->excludedMove = move;
911           value = search<NonPV>(pos, ss, rBeta - 1, rBeta, d, cutNode, true);
912           ss->excludedMove = MOVE_NONE;
913
914           if (value < rBeta)
915               extension = ONE_PLY;
916       }
917
918       // Calculate new depth for this move
919       newDepth = depth - ONE_PLY + extension;
920
921       // Step 13. Pruning at shallow depth
922       if (  !rootNode
923           && bestValue > VALUE_MATED_IN_MAX_PLY)
924       {
925           if (   !captureOrPromotion
926               && !givesCheck
927               && !pos.advanced_pawn_push(move))
928           {
929               // Move count based pruning
930               if (moveCountPruning)
931                   continue;
932
933               // Reduced depth of the next LMR search
934               int lmrDepth = std::max(newDepth - reduction<PvNode>(improving, depth, moveCount), DEPTH_ZERO) / ONE_PLY;
935
936               // Countermoves based pruning
937               if (   lmrDepth < 3
938                   && (!cmh  || (*cmh )[moved_piece][to_sq(move)] < VALUE_ZERO)
939                   && (!fmh  || (*fmh )[moved_piece][to_sq(move)] < VALUE_ZERO)
940                   && (!fmh2 || (*fmh2)[moved_piece][to_sq(move)] < VALUE_ZERO || (cmh && fmh)))
941                   continue;
942
943               // Futility pruning: parent node
944               if (   lmrDepth < 7
945                   && !inCheck
946                   && ss->staticEval + 256 + 200 * lmrDepth <= alpha)
947                   continue;
948
949               // Prune moves with negative SEE
950               if (   lmrDepth < 8
951                   && !pos.see_ge(move, Value(-35 * lmrDepth * lmrDepth)))
952                   continue;
953           }
954           else if (    depth < 7 * ONE_PLY
955                    && !extension
956                    && !pos.see_ge(move, -PawnValueEg * (depth / ONE_PLY)))
957                   continue;
958       }
959
960       // Speculative prefetch as early as possible
961       prefetch(TT.first_entry(pos.key_after(move)));
962
963       // Check for legality just before making the move
964       if (!rootNode && !pos.legal(move))
965       {
966           ss->moveCount = --moveCount;
967           continue;
968       }
969
970       // Update the current move (this must be done after singular extension search)
971       ss->currentMove = move;
972       ss->counterMoves = &thisThread->counterMoveHistory[moved_piece][to_sq(move)];
973
974       // Step 14. Make the move
975       pos.do_move(move, st, givesCheck);
976
977       // Step 15. Reduced depth search (LMR). If the move fails high it will be
978       // re-searched at full depth.
979       if (    depth >= 3 * ONE_PLY
980           &&  moveCount > 1
981           && (!captureOrPromotion || moveCountPruning))
982       {
983           Depth r = reduction<PvNode>(improving, depth, moveCount);
984
985           if (captureOrPromotion)
986               r -= r ? ONE_PLY : DEPTH_ZERO;
987           else
988           {
989               // Increase reduction for cut nodes
990               if (cutNode)
991                   r += 2 * ONE_PLY;
992
993               // Decrease reduction for moves that escape a capture. Filter out
994               // castling moves, because they are coded as "king captures rook" and
995               // hence break make_move().
996               else if (   type_of(move) == NORMAL
997                        && !pos.see_ge(make_move(to_sq(move), from_sq(move)),  VALUE_ZERO))
998                   r -= 2 * ONE_PLY;
999
1000               ss->history =  (cmh  ? (*cmh )[moved_piece][to_sq(move)] : VALUE_ZERO)
1001                            + (fmh  ? (*fmh )[moved_piece][to_sq(move)] : VALUE_ZERO)
1002                            + (fmh2 ? (*fmh2)[moved_piece][to_sq(move)] : VALUE_ZERO)
1003                            + thisThread->history.get(~pos.side_to_move(), move)
1004                            - 4000; // Correction factor
1005
1006               // Decrease/increase reduction by comparing opponent's stat score
1007               if (ss->history > VALUE_ZERO && (ss-1)->history < VALUE_ZERO)
1008                   r -= ONE_PLY;
1009
1010               else if (ss->history < VALUE_ZERO && (ss-1)->history > VALUE_ZERO)
1011                   r += ONE_PLY;
1012
1013               // Decrease/increase reduction for moves with a good/bad history
1014               r = std::max(DEPTH_ZERO, (r / ONE_PLY - ss->history / 20000) * ONE_PLY);
1015           }
1016
1017           Depth d = std::max(newDepth - r, ONE_PLY);
1018
1019           value = -search<NonPV>(pos, ss+1, -(alpha+1), -alpha, d, true, false);
1020
1021           doFullDepthSearch = (value > alpha && d != newDepth);
1022       }
1023       else
1024           doFullDepthSearch = !PvNode || moveCount > 1;
1025
1026       // Step 16. Full depth search when LMR is skipped or fails high
1027       if (doFullDepthSearch)
1028           value = newDepth <   ONE_PLY ?
1029                             givesCheck ? -qsearch<NonPV,  true>(pos, ss+1, -(alpha+1), -alpha)
1030                                        : -qsearch<NonPV, false>(pos, ss+1, -(alpha+1), -alpha)
1031                                        : - search<NonPV>(pos, ss+1, -(alpha+1), -alpha, newDepth, !cutNode, false);
1032
1033       // For PV nodes only, do a full PV search on the first move or after a fail
1034       // high (in the latter case search only if value < beta), otherwise let the
1035       // parent node fail low with value <= alpha and try another move.
1036       if (PvNode && (moveCount == 1 || (value > alpha && (rootNode || value < beta))))
1037       {
1038           (ss+1)->pv = pv;
1039           (ss+1)->pv[0] = MOVE_NONE;
1040
1041           value = newDepth <   ONE_PLY ?
1042                             givesCheck ? -qsearch<PV,  true>(pos, ss+1, -beta, -alpha)
1043                                        : -qsearch<PV, false>(pos, ss+1, -beta, -alpha)
1044                                        : - search<PV>(pos, ss+1, -beta, -alpha, newDepth, false, false);
1045       }
1046
1047       // Step 17. Undo move
1048       pos.undo_move(move);
1049
1050       assert(value > -VALUE_INFINITE && value < VALUE_INFINITE);
1051
1052       // Step 18. Check for a new best move
1053       // Finished searching the move. If a stop occurred, the return value of
1054       // the search cannot be trusted, and we return immediately without
1055       // updating best move, PV and TT.
1056       if (Signals.stop.load(std::memory_order_relaxed))
1057           return VALUE_ZERO;
1058
1059       if (rootNode)
1060       {
1061           RootMove& rm = *std::find(thisThread->rootMoves.begin(),
1062                                     thisThread->rootMoves.end(), move);
1063
1064           // PV move or new best move ?
1065           if (moveCount == 1 || value > alpha)
1066           {
1067               rm.score = value;
1068               rm.pv.resize(1);
1069
1070               assert((ss+1)->pv);
1071
1072               for (Move* m = (ss+1)->pv; *m != MOVE_NONE; ++m)
1073                   rm.pv.push_back(*m);
1074
1075               // We record how often the best move has been changed in each
1076               // iteration. This information is used for time management: When
1077               // the best move changes frequently, we allocate some more time.
1078               if (moveCount > 1 && thisThread == Threads.main())
1079                   ++static_cast<MainThread*>(thisThread)->bestMoveChanges;
1080           }
1081           else
1082               // All other moves but the PV are set to the lowest value: this is
1083               // not a problem when sorting because the sort is stable and the
1084               // move position in the list is preserved - just the PV is pushed up.
1085               rm.score = -VALUE_INFINITE;
1086       }
1087
1088       if (value > bestValue)
1089       {
1090           bestValue = value;
1091
1092           if (value > alpha)
1093           {
1094               bestMove = move;
1095
1096               if (PvNode && !rootNode) // Update pv even in fail-high case
1097                   update_pv(ss->pv, move, (ss+1)->pv);
1098
1099               if (PvNode && value < beta) // Update alpha! Always alpha < beta
1100                   alpha = value;
1101               else
1102               {
1103                   assert(value >= beta); // Fail high
1104                   break;
1105               }
1106           }
1107       }
1108
1109       if (!captureOrPromotion && move != bestMove && quietCount < 64)
1110           quietsSearched[quietCount++] = move;
1111     }
1112
1113     // The following condition would detect a stop only after move loop has been
1114     // completed. But in this case bestValue is valid because we have fully
1115     // searched our subtree, and we can anyhow save the result in TT.
1116     /*
1117        if (Signals.stop)
1118         return VALUE_DRAW;
1119     */
1120
1121     // Step 20. Check for mate and stalemate
1122     // All legal moves have been searched and if there are no legal moves, it
1123     // must be a mate or a stalemate. If we are in a singular extension search then
1124     // return a fail low score.
1125
1126     assert(moveCount || !inCheck || excludedMove || !MoveList<LEGAL>(pos).size());
1127
1128     if (!moveCount)
1129         bestValue = excludedMove ? alpha
1130                    :     inCheck ? mated_in(ss->ply) : DrawValue[pos.side_to_move()];
1131     else if (bestMove)
1132     {
1133
1134         // Quiet best move: update move sorting heuristics
1135         if (!pos.capture_or_promotion(bestMove))
1136             update_stats(pos, ss, bestMove, quietsSearched, quietCount, stat_bonus(depth));
1137
1138         // Extra penalty for a quiet TT move in previous ply when it gets refuted
1139         if ((ss-1)->moveCount == 1 && !pos.captured_piece())
1140             update_cm_stats(ss-1, pos.piece_on(prevSq), prevSq, -stat_bonus(depth + ONE_PLY));
1141     }
1142     // Bonus for prior countermove that caused the fail low
1143     else if (    depth >= 3 * ONE_PLY
1144              && !pos.captured_piece()
1145              && is_ok((ss-1)->currentMove))
1146         update_cm_stats(ss-1, pos.piece_on(prevSq), prevSq, stat_bonus(depth));
1147
1148     tte->save(posKey, value_to_tt(bestValue, ss->ply),
1149               bestValue >= beta ? BOUND_LOWER :
1150               PvNode && bestMove ? BOUND_EXACT : BOUND_UPPER,
1151               depth, bestMove, ss->staticEval, TT.generation());
1152
1153     assert(bestValue > -VALUE_INFINITE && bestValue < VALUE_INFINITE);
1154
1155     return bestValue;
1156   }
1157
1158
1159   // qsearch() is the quiescence search function, which is called by the main
1160   // search function with depth zero, or recursively with depth less than ONE_PLY.
1161
1162   template <NodeType NT, bool InCheck>
1163   Value qsearch(Position& pos, Stack* ss, Value alpha, Value beta, Depth depth) {
1164
1165     const bool PvNode = NT == PV;
1166
1167     assert(InCheck == !!pos.checkers());
1168     assert(alpha >= -VALUE_INFINITE && alpha < beta && beta <= VALUE_INFINITE);
1169     assert(PvNode || (alpha == beta - 1));
1170     assert(depth <= DEPTH_ZERO);
1171     assert(depth / ONE_PLY * ONE_PLY == depth);
1172
1173     Move pv[MAX_PLY+1];
1174     StateInfo st;
1175     TTEntry* tte;
1176     Key posKey;
1177     Move ttMove, move, bestMove;
1178     Value bestValue, value, ttValue, futilityValue, futilityBase, oldAlpha;
1179     bool ttHit, givesCheck, evasionPrunable;
1180     Depth ttDepth;
1181
1182     if (PvNode)
1183     {
1184         oldAlpha = alpha; // To flag BOUND_EXACT when eval above alpha and no available moves
1185         (ss+1)->pv = pv;
1186         ss->pv[0] = MOVE_NONE;
1187     }
1188
1189     ss->currentMove = bestMove = MOVE_NONE;
1190     ss->ply = (ss-1)->ply + 1;
1191
1192     // Check for an instant draw or if the maximum ply has been reached
1193     if (pos.is_draw(ss->ply) || ss->ply >= MAX_PLY)
1194         return ss->ply >= MAX_PLY && !InCheck ? evaluate(pos)
1195                                               : DrawValue[pos.side_to_move()];
1196
1197     assert(0 <= ss->ply && ss->ply < MAX_PLY);
1198
1199     // Decide whether or not to include checks: this fixes also the type of
1200     // TT entry depth that we are going to use. Note that in qsearch we use
1201     // only two types of depth in TT: DEPTH_QS_CHECKS or DEPTH_QS_NO_CHECKS.
1202     ttDepth = InCheck || depth >= DEPTH_QS_CHECKS ? DEPTH_QS_CHECKS
1203                                                   : DEPTH_QS_NO_CHECKS;
1204
1205     // Transposition table lookup
1206     posKey = pos.key();
1207     tte = TT.probe(posKey, ttHit);
1208     ttMove = ttHit ? tte->move() : MOVE_NONE;
1209     ttValue = ttHit ? value_from_tt(tte->value(), ss->ply) : VALUE_NONE;
1210
1211     if (  !PvNode
1212         && ttHit
1213         && tte->depth() >= ttDepth
1214         && ttValue != VALUE_NONE // Only in case of TT access race
1215         && (ttValue >= beta ? (tte->bound() &  BOUND_LOWER)
1216                             : (tte->bound() &  BOUND_UPPER)))
1217         return ttValue;
1218
1219     // Evaluate the position statically
1220     if (InCheck)
1221     {
1222         ss->staticEval = VALUE_NONE;
1223         bestValue = futilityBase = -VALUE_INFINITE;
1224     }
1225     else
1226     {
1227         if (ttHit)
1228         {
1229             // Never assume anything on values stored in TT
1230             if ((ss->staticEval = bestValue = tte->eval()) == VALUE_NONE)
1231                 ss->staticEval = bestValue = evaluate(pos);
1232
1233             // Can ttValue be used as a better position evaluation?
1234             if (ttValue != VALUE_NONE)
1235                 if (tte->bound() & (ttValue > bestValue ? BOUND_LOWER : BOUND_UPPER))
1236                     bestValue = ttValue;
1237         }
1238         else
1239             ss->staticEval = bestValue =
1240             (ss-1)->currentMove != MOVE_NULL ? evaluate(pos)
1241                                              : -(ss-1)->staticEval + 2 * Eval::Tempo;
1242
1243         // Stand pat. Return immediately if static value is at least beta
1244         if (bestValue >= beta)
1245         {
1246             if (!ttHit)
1247                 tte->save(pos.key(), value_to_tt(bestValue, ss->ply), BOUND_LOWER,
1248                           DEPTH_NONE, MOVE_NONE, ss->staticEval, TT.generation());
1249
1250             return bestValue;
1251         }
1252
1253         if (PvNode && bestValue > alpha)
1254             alpha = bestValue;
1255
1256         futilityBase = bestValue + 128;
1257     }
1258
1259     // Initialize a MovePicker object for the current position, and prepare
1260     // to search the moves. Because the depth is <= 0 here, only captures,
1261     // queen promotions and checks (only if depth >= DEPTH_QS_CHECKS) will
1262     // be generated.
1263     MovePicker mp(pos, ttMove, depth, to_sq((ss-1)->currentMove));
1264
1265     // Loop through the moves until no moves remain or a beta cutoff occurs
1266     while ((move = mp.next_move()) != MOVE_NONE)
1267     {
1268       assert(is_ok(move));
1269
1270       givesCheck =  type_of(move) == NORMAL && !pos.discovered_check_candidates()
1271                   ? pos.check_squares(type_of(pos.piece_on(from_sq(move)))) & to_sq(move)
1272                   : pos.gives_check(move);
1273
1274       // Futility pruning
1275       if (   !InCheck
1276           && !givesCheck
1277           &&  futilityBase > -VALUE_KNOWN_WIN
1278           && !pos.advanced_pawn_push(move))
1279       {
1280           assert(type_of(move) != ENPASSANT); // Due to !pos.advanced_pawn_push
1281
1282           futilityValue = futilityBase + PieceValue[EG][pos.piece_on(to_sq(move))];
1283
1284           if (futilityValue <= alpha)
1285           {
1286               bestValue = std::max(bestValue, futilityValue);
1287               continue;
1288           }
1289
1290           if (futilityBase <= alpha && !pos.see_ge(move, VALUE_ZERO + 1))
1291           {
1292               bestValue = std::max(bestValue, futilityBase);
1293               continue;
1294           }
1295       }
1296
1297       // Detect non-capture evasions that are candidates to be pruned
1298       evasionPrunable =    InCheck
1299                        &&  bestValue > VALUE_MATED_IN_MAX_PLY
1300                        && !pos.capture(move);
1301
1302       // Don't search moves with negative SEE values
1303       if (  (!InCheck || evasionPrunable)
1304           &&  type_of(move) != PROMOTION
1305           &&  !pos.see_ge(move, VALUE_ZERO))
1306           continue;
1307
1308       // Speculative prefetch as early as possible
1309       prefetch(TT.first_entry(pos.key_after(move)));
1310
1311       // Check for legality just before making the move
1312       if (!pos.legal(move))
1313           continue;
1314
1315       ss->currentMove = move;
1316
1317       // Make and search the move
1318       pos.do_move(move, st, givesCheck);
1319       value = givesCheck ? -qsearch<NT,  true>(pos, ss+1, -beta, -alpha, depth - ONE_PLY)
1320                          : -qsearch<NT, false>(pos, ss+1, -beta, -alpha, depth - ONE_PLY);
1321       pos.undo_move(move);
1322
1323       assert(value > -VALUE_INFINITE && value < VALUE_INFINITE);
1324
1325       // Check for a new best move
1326       if (value > bestValue)
1327       {
1328           bestValue = value;
1329
1330           if (value > alpha)
1331           {
1332               if (PvNode) // Update pv even in fail-high case
1333                   update_pv(ss->pv, move, (ss+1)->pv);
1334
1335               if (PvNode && value < beta) // Update alpha here!
1336               {
1337                   alpha = value;
1338                   bestMove = move;
1339               }
1340               else // Fail high
1341               {
1342                   tte->save(posKey, value_to_tt(value, ss->ply), BOUND_LOWER,
1343                             ttDepth, move, ss->staticEval, TT.generation());
1344
1345                   return value;
1346               }
1347           }
1348        }
1349     }
1350
1351     // All legal moves have been searched. A special case: If we're in check
1352     // and no legal moves were found, it is checkmate.
1353     if (InCheck && bestValue == -VALUE_INFINITE)
1354         return mated_in(ss->ply); // Plies to mate from the root
1355
1356     tte->save(posKey, value_to_tt(bestValue, ss->ply),
1357               PvNode && bestValue > oldAlpha ? BOUND_EXACT : BOUND_UPPER,
1358               ttDepth, bestMove, ss->staticEval, TT.generation());
1359
1360     assert(bestValue > -VALUE_INFINITE && bestValue < VALUE_INFINITE);
1361
1362     return bestValue;
1363   }
1364
1365
1366   // value_to_tt() adjusts a mate score from "plies to mate from the root" to
1367   // "plies to mate from the current position". Non-mate scores are unchanged.
1368   // The function is called before storing a value in the transposition table.
1369
1370   Value value_to_tt(Value v, int ply) {
1371
1372     assert(v != VALUE_NONE);
1373
1374     return  v >= VALUE_MATE_IN_MAX_PLY  ? v + ply
1375           : v <= VALUE_MATED_IN_MAX_PLY ? v - ply : v;
1376   }
1377
1378
1379   // value_from_tt() is the inverse of value_to_tt(): It adjusts a mate score
1380   // from the transposition table (which refers to the plies to mate/be mated
1381   // from current position) to "plies to mate/be mated from the root".
1382
1383   Value value_from_tt(Value v, int ply) {
1384
1385     return  v == VALUE_NONE             ? VALUE_NONE
1386           : v >= VALUE_MATE_IN_MAX_PLY  ? v - ply
1387           : v <= VALUE_MATED_IN_MAX_PLY ? v + ply : v;
1388   }
1389
1390
1391   // update_pv() adds current move and appends child pv[]
1392
1393   void update_pv(Move* pv, Move move, Move* childPv) {
1394
1395     for (*pv++ = move; childPv && *childPv != MOVE_NONE; )
1396         *pv++ = *childPv++;
1397     *pv = MOVE_NONE;
1398   }
1399
1400
1401   // update_cm_stats() updates countermove and follow-up move history
1402
1403   void update_cm_stats(Stack* ss, Piece pc, Square s, Value bonus) {
1404
1405     CounterMoveStats* cmh  = (ss-1)->counterMoves;
1406     CounterMoveStats* fmh1 = (ss-2)->counterMoves;
1407     CounterMoveStats* fmh2 = (ss-4)->counterMoves;
1408
1409     if (cmh)
1410         cmh->update(pc, s, bonus);
1411
1412     if (fmh1)
1413         fmh1->update(pc, s, bonus);
1414
1415     if (fmh2)
1416         fmh2->update(pc, s, bonus);
1417   }
1418
1419
1420   // update_stats() updates move sorting heuristics when a new quiet best move is found
1421
1422   void update_stats(const Position& pos, Stack* ss, Move move,
1423                     Move* quiets, int quietsCnt, Value bonus) {
1424
1425     if (ss->killers[0] != move)
1426     {
1427         ss->killers[1] = ss->killers[0];
1428         ss->killers[0] = move;
1429     }
1430
1431     Color c = pos.side_to_move();
1432     Thread* thisThread = pos.this_thread();
1433     thisThread->history.update(c, move, bonus);
1434     update_cm_stats(ss, pos.moved_piece(move), to_sq(move), bonus);
1435
1436     if ((ss-1)->counterMoves)
1437     {
1438         Square prevSq = to_sq((ss-1)->currentMove);
1439         thisThread->counterMoves.update(pos.piece_on(prevSq), prevSq, move);
1440     }
1441
1442     // Decrease all the other played quiet moves
1443     for (int i = 0; i < quietsCnt; ++i)
1444     {
1445         thisThread->history.update(c, quiets[i], -bonus);
1446         update_cm_stats(ss, pos.moved_piece(quiets[i]), to_sq(quiets[i]), -bonus);
1447     }
1448   }
1449
1450
1451   // When playing with strength handicap, choose best move among a set of RootMoves
1452   // using a statistical rule dependent on 'level'. Idea by Heinz van Saanen.
1453
1454   Move Skill::pick_best(size_t multiPV) {
1455
1456     const RootMoves& rootMoves = Threads.main()->rootMoves;
1457     static PRNG rng(now()); // PRNG sequence should be non-deterministic
1458
1459     // RootMoves are already sorted by score in descending order
1460     Value topScore = rootMoves[0].score;
1461     int delta = std::min(topScore - rootMoves[multiPV - 1].score, PawnValueMg);
1462     int weakness = 120 - 2 * level;
1463     int maxScore = -VALUE_INFINITE;
1464
1465     // Choose best move. For each move score we add two terms, both dependent on
1466     // weakness. One is deterministic and bigger for weaker levels, and one is
1467     // random. Then we choose the move with the resulting highest score.
1468     for (size_t i = 0; i < multiPV; ++i)
1469     {
1470         // This is our magic formula
1471         int push = (  weakness * int(topScore - rootMoves[i].score)
1472                     + delta * (rng.rand<unsigned>() % weakness)) / 128;
1473
1474         if (rootMoves[i].score + push > maxScore)
1475         {
1476             maxScore = rootMoves[i].score + push;
1477             best = rootMoves[i].pv[0];
1478         }
1479     }
1480
1481     return best;
1482   }
1483
1484
1485   // check_time() is used to print debug info and, more importantly, to detect
1486   // when we are out of available time and thus stop the search.
1487
1488   void check_time() {
1489
1490     static TimePoint lastInfoTime = now();
1491
1492     int elapsed = Time.elapsed();
1493     TimePoint tick = Limits.startTime + elapsed;
1494
1495     if (tick - lastInfoTime >= 1000)
1496     {
1497         lastInfoTime = tick;
1498         dbg_print();
1499     }
1500
1501     // An engine may not stop pondering until told so by the GUI
1502     if (Limits.ponder)
1503         return;
1504
1505     if (   (Limits.use_time_management() && elapsed > Time.maximum() - 10)
1506         || (Limits.movetime && elapsed >= Limits.movetime)
1507         || (Limits.nodes && Threads.nodes_searched() >= (uint64_t)Limits.nodes))
1508             Signals.stop = true;
1509   }
1510
1511 } // namespace
1512
1513
1514 /// UCI::pv() formats PV information according to the UCI protocol. UCI requires
1515 /// that all (if any) unsearched PV lines are sent using a previous search score.
1516
1517 string UCI::pv(const Position& pos, Depth depth, Value alpha, Value beta) {
1518
1519   std::stringstream ss;
1520   int elapsed = Time.elapsed() + 1;
1521   const RootMoves& rootMoves = pos.this_thread()->rootMoves;
1522   size_t PVIdx = pos.this_thread()->PVIdx;
1523   size_t multiPV = std::min((size_t)Options["MultiPV"], rootMoves.size());
1524   uint64_t nodesSearched = Threads.nodes_searched();
1525   uint64_t tbHits = Threads.tb_hits() + (TB::RootInTB ? rootMoves.size() : 0);
1526
1527   for (size_t i = 0; i < multiPV; ++i)
1528   {
1529       bool updated = (i <= PVIdx);
1530
1531       if (depth == ONE_PLY && !updated)
1532           continue;
1533
1534       Depth d = updated ? depth : depth - ONE_PLY;
1535       Value v = updated ? rootMoves[i].score : rootMoves[i].previousScore;
1536
1537       bool tb = TB::RootInTB && abs(v) < VALUE_MATE - MAX_PLY;
1538       v = tb ? TB::Score : v;
1539
1540       if (ss.rdbuf()->in_avail()) // Not at first line
1541           ss << "\n";
1542
1543       ss << "info"
1544          << " depth "    << d / ONE_PLY
1545          << " seldepth " << pos.this_thread()->maxPly
1546          << " multipv "  << i + 1
1547          << " score "    << UCI::value(v);
1548
1549       if (!tb && i == PVIdx)
1550           ss << (v >= beta ? " lowerbound" : v <= alpha ? " upperbound" : "");
1551
1552       ss << " nodes "    << nodesSearched
1553          << " nps "      << nodesSearched * 1000 / elapsed;
1554
1555       if (elapsed > 1000) // Earlier makes little sense
1556           ss << " hashfull " << TT.hashfull();
1557
1558       ss << " tbhits "   << tbHits
1559          << " time "     << elapsed
1560          << " pv";
1561
1562       for (Move m : rootMoves[i].pv)
1563           ss << " " << UCI::move(m, pos.is_chess960());
1564   }
1565
1566   return ss.str();
1567 }
1568
1569
1570 /// RootMove::extract_ponder_from_tt() is called in case we have no ponder move
1571 /// before exiting the search, for instance, in case we stop the search during a
1572 /// fail high at root. We try hard to have a ponder move to return to the GUI,
1573 /// otherwise in case of 'ponder on' we have nothing to think on.
1574
1575 bool RootMove::extract_ponder_from_tt(Position& pos) {
1576
1577     StateInfo st;
1578     bool ttHit;
1579
1580     assert(pv.size() == 1);
1581
1582     if (!pv[0])
1583         return false;
1584
1585     pos.do_move(pv[0], st);
1586     TTEntry* tte = TT.probe(pos.key(), ttHit);
1587
1588     if (ttHit)
1589     {
1590         Move m = tte->move(); // Local copy to be SMP safe
1591         if (MoveList<LEGAL>(pos).contains(m))
1592             pv.push_back(m);
1593     }
1594
1595     pos.undo_move(pv[0]);
1596     return pv.size() > 1;
1597 }
1598
1599 void Tablebases::filter_root_moves(Position& pos, Search::RootMoves& rootMoves) {
1600
1601     RootInTB = false;
1602     UseRule50 = Options["Syzygy50MoveRule"];
1603     ProbeDepth = Options["SyzygyProbeDepth"] * ONE_PLY;
1604     Cardinality = Options["SyzygyProbeLimit"];
1605
1606     // Skip TB probing when no TB found: !TBLargest -> !TB::Cardinality
1607     if (Cardinality > MaxCardinality)
1608     {
1609         Cardinality = MaxCardinality;
1610         ProbeDepth = DEPTH_ZERO;
1611     }
1612
1613     if (Cardinality < popcount(pos.pieces()) || pos.can_castle(ANY_CASTLING))
1614         return;
1615
1616     // If the current root position is in the tablebases, then RootMoves
1617     // contains only moves that preserve the draw or the win.
1618     RootInTB = root_probe(pos, rootMoves, TB::Score);
1619
1620     if (RootInTB)
1621         Cardinality = 0; // Do not probe tablebases during the search
1622
1623     else // If DTZ tables are missing, use WDL tables as a fallback
1624     {
1625         // Filter out moves that do not preserve the draw or the win.
1626         RootInTB = root_probe_wdl(pos, rootMoves, TB::Score);
1627
1628         // Only probe during search if winning
1629         if (RootInTB && TB::Score <= VALUE_DRAW)
1630             Cardinality = 0;
1631     }
1632
1633     if (RootInTB && !UseRule50)
1634         TB::Score =  TB::Score > VALUE_DRAW ?  VALUE_MATE - MAX_PLY - 1
1635                    : TB::Score < VALUE_DRAW ? -VALUE_MATE + MAX_PLY + 1
1636                                             :  VALUE_DRAW;
1637 }