Correctly prevent recursive verification in nmp.
[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) 2015-2018 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 "thread.h"
35 #include "timeman.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 }
52
53 namespace TB = Tablebases;
54
55 using std::string;
56 using Eval::evaluate;
57 using namespace Search;
58
59 namespace {
60
61   // Different node types, used as a template parameter
62   enum NodeType { NonPV, PV };
63
64   // Sizes and phases of the skip-blocks, used for distributing search depths across the threads
65   constexpr int SkipSize[]  = { 1, 1, 2, 2, 2, 2, 3, 3, 3, 3, 3, 3, 4, 4, 4, 4, 4, 4, 4, 4 };
66   constexpr int SkipPhase[] = { 0, 1, 0, 1, 2, 3, 0, 1, 2, 3, 4, 5, 0, 1, 2, 3, 4, 5, 6, 7 };
67
68   // Razor and futility margins
69   constexpr int RazorMargin[] = {0, 590, 604};
70   Value futility_margin(Depth d, bool improving) {
71     return Value((175 - 50 * improving) * d / ONE_PLY);
72   }
73
74   // Margin for pruning capturing moves: almost linear in depth
75   constexpr int CapturePruneMargin[] = { 0,
76                                          1 * PawnValueEg * 1055 / 1000,
77                                          2 * PawnValueEg * 1042 / 1000,
78                                          3 * PawnValueEg * 963  / 1000,
79                                          4 * PawnValueEg * 1038 / 1000,
80                                          5 * PawnValueEg * 950  / 1000,
81                                          6 * PawnValueEg * 930  / 1000
82                                        };
83
84   // Futility and reductions lookup tables, initialized at startup
85   int FutilityMoveCounts[2][16]; // [improving][depth]
86   int Reductions[2][2][64][64];  // [pv][improving][depth][moveNumber]
87
88   template <bool PvNode> Depth reduction(bool i, Depth d, int mn) {
89     return Reductions[PvNode][i][std::min(d / ONE_PLY, 63)][std::min(mn, 63)] * ONE_PLY;
90   }
91
92   // History and stats update bonus, based on depth
93   int stat_bonus(Depth depth) {
94     int d = depth / ONE_PLY;
95     return d > 17 ? 0 : 32 * d * d + 64 * d - 64;
96   }
97
98   // Skill structure is used to implement strength limit
99   struct Skill {
100     explicit Skill(int l) : level(l) {}
101     bool enabled() const { return level < 20; }
102     bool time_to_pick(Depth depth) const { return depth / ONE_PLY == 1 + level; }
103     Move pick_best(size_t multiPV);
104
105     int level;
106     Move best = MOVE_NONE;
107   };
108
109   template <NodeType NT>
110   Value search(Position& pos, Stack* ss, Value alpha, Value beta, Depth depth, bool cutNode);
111
112   template <NodeType NT>
113   Value qsearch(Position& pos, Stack* ss, Value alpha, Value beta, Depth depth = DEPTH_ZERO);
114
115   Value value_to_tt(Value v, int ply);
116   Value value_from_tt(Value v, int ply);
117   void update_pv(Move* pv, Move move, Move* childPv);
118   void update_continuation_histories(Stack* ss, Piece pc, Square to, int bonus);
119   void update_quiet_stats(const Position& pos, Stack* ss, Move move, Move* quiets, int quietsCnt, int bonus);
120   void update_capture_stats(const Position& pos, Move move, Move* captures, int captureCnt, int bonus);
121
122   inline bool gives_check(const Position& pos, Move move) {
123     Color us = pos.side_to_move();
124     return  type_of(move) == NORMAL && !(pos.blockers_for_king(~us) & pos.pieces(us))
125           ? pos.check_squares(type_of(pos.moved_piece(move))) & to_sq(move)
126           : pos.gives_check(move);
127   }
128
129   // perft() is our utility to verify move generation. All the leaf nodes up
130   // to the given depth are generated and counted, and the sum is returned.
131   template<bool Root>
132   uint64_t perft(Position& pos, Depth depth) {
133
134     StateInfo st;
135     uint64_t cnt, nodes = 0;
136     const bool leaf = (depth == 2 * ONE_PLY);
137
138     for (const auto& m : MoveList<LEGAL>(pos))
139     {
140         if (Root && depth <= ONE_PLY)
141             cnt = 1, nodes++;
142         else
143         {
144             pos.do_move(m, st);
145             cnt = leaf ? MoveList<LEGAL>(pos).size() : perft<false>(pos, depth - ONE_PLY);
146             nodes += cnt;
147             pos.undo_move(m);
148         }
149         if (Root)
150             sync_cout << UCI::move(m, pos.is_chess960()) << ": " << cnt << sync_endl;
151     }
152     return nodes;
153   }
154
155 } // namespace
156
157
158 /// Search::init() is called at startup to initialize various lookup tables
159
160 void Search::init() {
161
162   for (int imp = 0; imp <= 1; ++imp)
163       for (int d = 1; d < 64; ++d)
164           for (int mc = 1; mc < 64; ++mc)
165           {
166               double r = log(d) * log(mc) / 1.95;
167
168               Reductions[NonPV][imp][d][mc] = int(std::round(r));
169               Reductions[PV][imp][d][mc] = std::max(Reductions[NonPV][imp][d][mc] - 1, 0);
170
171               // Increase reduction for non-PV nodes when eval is not improving
172               if (!imp && r > 1.0)
173                 Reductions[NonPV][imp][d][mc]++;
174           }
175
176   for (int d = 0; d < 16; ++d)
177   {
178       FutilityMoveCounts[0][d] = int(2.4 + 0.74 * pow(d, 1.78));
179       FutilityMoveCounts[1][d] = int(5.0 + 1.00 * pow(d, 2.00));
180   }
181 }
182
183
184 /// Search::clear() resets search state to its initial value
185
186 void Search::clear() {
187
188   Threads.main()->wait_for_search_finished();
189
190   Time.availableNodes = 0;
191   TT.clear();
192   Threads.clear();
193 }
194
195
196 /// MainThread::search() is called by the main thread when the program receives
197 /// the UCI 'go' command. It searches from the root position and outputs the "bestmove".
198
199 void MainThread::search() {
200
201   if (Limits.perft)
202   {
203       nodes = perft<true>(rootPos, Limits.perft * ONE_PLY);
204       sync_cout << "\nNodes searched: " << nodes << "\n" << sync_endl;
205       return;
206   }
207
208   Color us = rootPos.side_to_move();
209   Time.init(Limits, us, rootPos.game_ply());
210   TT.new_search();
211
212   if (rootMoves.empty())
213   {
214       rootMoves.emplace_back(MOVE_NONE);
215       sync_cout << "info depth 0 score "
216                 << UCI::value(rootPos.checkers() ? -VALUE_MATE : VALUE_DRAW)
217                 << sync_endl;
218   }
219   else
220   {
221       for (Thread* th : Threads)
222           if (th != this)
223               th->start_searching();
224
225       Thread::search(); // Let's start searching!
226   }
227
228   // When we reach the maximum depth, we can arrive here without a raise of
229   // Threads.stop. However, if we are pondering or in an infinite search,
230   // the UCI protocol states that we shouldn't print the best move before the
231   // GUI sends a "stop" or "ponderhit" command. We therefore simply wait here
232   // until the GUI sends one of those commands (which also raises Threads.stop).
233   Threads.stopOnPonderhit = true;
234
235   while (!Threads.stop && (Threads.ponder || Limits.infinite))
236   {} // Busy wait for a stop or a ponder reset
237
238   // Stop the threads if not already stopped (also raise the stop if
239   // "ponderhit" just reset Threads.ponder).
240   Threads.stop = true;
241
242   // Wait until all threads have finished
243   for (Thread* th : Threads)
244       if (th != this)
245           th->wait_for_search_finished();
246
247   // When playing in 'nodes as time' mode, subtract the searched nodes from
248   // the available ones before exiting.
249   if (Limits.npmsec)
250       Time.availableNodes += Limits.inc[us] - Threads.nodes_searched();
251
252   // Check if there are threads with a better score than main thread
253   Thread* bestThread = this;
254   if (    Options["MultiPV"] == 1
255       && !Limits.depth
256       && !Skill(Options["Skill Level"]).enabled()
257       &&  rootMoves[0].pv[0] != MOVE_NONE)
258   {
259       for (Thread* th : Threads)
260       {
261           Depth depthDiff = th->completedDepth - bestThread->completedDepth;
262           Value scoreDiff = th->rootMoves[0].score - bestThread->rootMoves[0].score;
263
264           // Select the thread with the best score, always if it is a mate
265           if (    scoreDiff > 0
266               && (depthDiff >= 0 || th->rootMoves[0].score >= VALUE_MATE_IN_MAX_PLY))
267               bestThread = th;
268       }
269   }
270
271   previousScore = bestThread->rootMoves[0].score;
272
273   // Send again PV info if we have a new best thread
274   if (bestThread != this)
275       sync_cout << UCI::pv(bestThread->rootPos, bestThread->completedDepth, -VALUE_INFINITE, VALUE_INFINITE) << sync_endl;
276
277   sync_cout << "bestmove " << UCI::move(bestThread->rootMoves[0].pv[0], rootPos.is_chess960());
278
279   if (bestThread->rootMoves[0].pv.size() > 1 || bestThread->rootMoves[0].extract_ponder_from_tt(rootPos))
280       std::cout << " ponder " << UCI::move(bestThread->rootMoves[0].pv[1], rootPos.is_chess960());
281
282   std::cout << sync_endl;
283 }
284
285
286 /// Thread::search() is the main iterative deepening loop. It calls search()
287 /// repeatedly with increasing depth until the allocated thinking time has been
288 /// consumed, the user stops the search, or the maximum search depth is reached.
289
290 void Thread::search() {
291
292   Stack stack[MAX_PLY+7], *ss = stack+4; // To reference from (ss-4) to (ss+2)
293   Value bestValue, alpha, beta, delta;
294   Move  lastBestMove = MOVE_NONE;
295   Depth lastBestMoveDepth = DEPTH_ZERO;
296   MainThread* mainThread = (this == Threads.main() ? Threads.main() : nullptr);
297   double timeReduction = 1.0;
298   Color us = rootPos.side_to_move();
299
300   std::memset(ss-4, 0, 7 * sizeof(Stack));
301   for (int i = 4; i > 0; i--)
302      (ss-i)->contHistory = this->contHistory[NO_PIECE][0].get(); // Use as sentinel
303
304   bestValue = delta = alpha = -VALUE_INFINITE;
305   beta = VALUE_INFINITE;
306
307   if (mainThread)
308       mainThread->bestMoveChanges = 0, mainThread->failedLow = false;
309
310   size_t multiPV = Options["MultiPV"];
311   Skill skill(Options["Skill Level"]);
312
313   // When playing with strength handicap enable MultiPV search that we will
314   // use behind the scenes to retrieve a set of possible moves.
315   if (skill.enabled())
316       multiPV = std::max(multiPV, (size_t)4);
317
318   multiPV = std::min(multiPV, rootMoves.size());
319
320   int ct = int(Options["Contempt"]) * PawnValueEg / 100; // From centipawns
321
322   // In analysis mode, adjust contempt in accordance with user preference
323   if (Limits.infinite || Options["UCI_AnalyseMode"])
324       ct =  Options["Analysis Contempt"] == "Off"  ? 0
325           : Options["Analysis Contempt"] == "Both" ? ct
326           : Options["Analysis Contempt"] == "White" && us == BLACK ? -ct
327           : Options["Analysis Contempt"] == "Black" && us == WHITE ? -ct
328           : ct;
329
330   // In evaluate.cpp the evaluation is from the white point of view
331   contempt = (us == WHITE ?  make_score(ct, ct / 2)
332                           : -make_score(ct, ct / 2));
333
334   // Iterative deepening loop until requested to stop or the target depth is reached
335   while (   (rootDepth += ONE_PLY) < DEPTH_MAX
336          && !Threads.stop
337          && !(Limits.depth && mainThread && rootDepth / ONE_PLY > Limits.depth))
338   {
339       // Distribute search depths across the helper threads
340       if (idx > 0)
341       {
342           int i = (idx - 1) % 20;
343           if (((rootDepth / ONE_PLY + rootPos.game_ply() + SkipPhase[i]) / SkipSize[i]) % 2)
344               continue;  // Retry with an incremented rootDepth
345       }
346
347       // Age out PV variability metric
348       if (mainThread)
349           mainThread->bestMoveChanges *= 0.517, mainThread->failedLow = false;
350
351       // Save the last iteration's scores before first PV line is searched and
352       // all the move scores except the (new) PV are set to -VALUE_INFINITE.
353       for (RootMove& rm : rootMoves)
354           rm.previousScore = rm.score;
355
356       size_t PVFirst = 0;
357       PVLast = 0;
358
359       // MultiPV loop. We perform a full root search for each PV line
360       for (PVIdx = 0; PVIdx < multiPV && !Threads.stop; ++PVIdx)
361       {
362           if (PVIdx == PVLast)
363           {
364               PVFirst = PVLast;
365               for (PVLast++; PVLast < rootMoves.size(); PVLast++)
366                   if (rootMoves[PVLast].TBRank != rootMoves[PVFirst].TBRank)
367                       break;
368           }
369
370           // Reset UCI info selDepth for each depth and each PV line
371           selDepth = 0;
372
373           // Reset aspiration window starting size
374           if (rootDepth >= 5 * ONE_PLY)
375           {
376               Value previousScore = rootMoves[PVIdx].previousScore;
377               delta = Value(18);
378               alpha = std::max(previousScore - delta,-VALUE_INFINITE);
379               beta  = std::min(previousScore + delta, VALUE_INFINITE);
380
381               // Adjust contempt based on root move's previousScore (dynamic contempt)
382               int dct = ct + 88 * previousScore / (abs(previousScore) + 200);
383
384               contempt = (us == WHITE ?  make_score(dct, dct / 2)
385                                       : -make_score(dct, dct / 2));
386           }
387
388           // Start with a small aspiration window and, in the case of a fail
389           // high/low, re-search with a bigger window until we don't fail
390           // high/low anymore.
391           while (true)
392           {
393               bestValue = ::search<PV>(rootPos, ss, alpha, beta, rootDepth, false);
394
395               // Bring the best move to the front. It is critical that sorting
396               // is done with a stable algorithm because all the values but the
397               // first and eventually the new best one are set to -VALUE_INFINITE
398               // and we want to keep the same order for all the moves except the
399               // new PV that goes to the front. Note that in case of MultiPV
400               // search the already searched PV lines are preserved.
401               std::stable_sort(rootMoves.begin() + PVIdx, rootMoves.begin() + PVLast);
402
403               // If search has been stopped, we break immediately. Sorting is
404               // safe because RootMoves is still valid, although it refers to
405               // the previous iteration.
406               if (Threads.stop)
407                   break;
408
409               // When failing high/low give some update (without cluttering
410               // the UI) before a re-search.
411               if (   mainThread
412                   && multiPV == 1
413                   && (bestValue <= alpha || bestValue >= beta)
414                   && Time.elapsed() > 3000)
415                   sync_cout << UCI::pv(rootPos, rootDepth, alpha, beta) << sync_endl;
416
417               // In case of failing low/high increase aspiration window and
418               // re-search, otherwise exit the loop.
419               if (bestValue <= alpha)
420               {
421                   beta = (alpha + beta) / 2;
422                   alpha = std::max(bestValue - delta, -VALUE_INFINITE);
423
424                   if (mainThread)
425                   {
426                       mainThread->failedLow = true;
427                       Threads.stopOnPonderhit = false;
428                   }
429               }
430               else if (bestValue >= beta)
431                   beta = std::min(bestValue + delta, VALUE_INFINITE);
432               else
433                   break;
434
435               delta += delta / 4 + 5;
436
437               assert(alpha >= -VALUE_INFINITE && beta <= VALUE_INFINITE);
438           }
439
440           // Sort the PV lines searched so far and update the GUI
441           std::stable_sort(rootMoves.begin() + PVFirst, rootMoves.begin() + PVIdx + 1);
442
443           if (    mainThread
444               && (Threads.stop || PVIdx + 1 == multiPV || Time.elapsed() > 3000))
445               sync_cout << UCI::pv(rootPos, rootDepth, alpha, beta) << sync_endl;
446       }
447
448       if (!Threads.stop)
449           completedDepth = rootDepth;
450
451       if (rootMoves[0].pv[0] != lastBestMove) {
452          lastBestMove = rootMoves[0].pv[0];
453          lastBestMoveDepth = rootDepth;
454       }
455
456       // Have we found a "mate in x"?
457       if (   Limits.mate
458           && bestValue >= VALUE_MATE_IN_MAX_PLY
459           && VALUE_MATE - bestValue <= 2 * Limits.mate)
460           Threads.stop = true;
461
462       if (!mainThread)
463           continue;
464
465       // If skill level is enabled and time is up, pick a sub-optimal best move
466       if (skill.enabled() && skill.time_to_pick(rootDepth))
467           skill.pick_best(multiPV);
468
469       // Do we have time for the next iteration? Can we stop searching now?
470       if (    Limits.use_time_management()
471           && !Threads.stop
472           && !Threads.stopOnPonderhit)
473           {
474               const int F[] = { mainThread->failedLow,
475                                 bestValue - mainThread->previousScore };
476
477               int improvingFactor = std::max(246, std::min(832, 306 + 119 * F[0] - 6 * F[1]));
478
479               // If the bestMove is stable over several iterations, reduce time accordingly
480               timeReduction = 1.0;
481               for (int i : {3, 4, 5})
482                   if (lastBestMoveDepth * i < completedDepth)
483                      timeReduction *= 1.25;
484
485               // Use part of the gained time from a previous stable move for the current move
486               double bestMoveInstability = 1.0 + mainThread->bestMoveChanges;
487               bestMoveInstability *= std::pow(mainThread->previousTimeReduction, 0.528) / timeReduction;
488
489               // Stop the search if we have only one legal move, or if available time elapsed
490               if (   rootMoves.size() == 1
491                   || Time.elapsed() > Time.optimum() * bestMoveInstability * improvingFactor / 581)
492               {
493                   // If we are allowed to ponder do not stop the search now but
494                   // keep pondering until the GUI sends "ponderhit" or "stop".
495                   if (Threads.ponder)
496                       Threads.stopOnPonderhit = true;
497                   else
498                       Threads.stop = true;
499               }
500           }
501   }
502
503   if (!mainThread)
504       return;
505
506   mainThread->previousTimeReduction = timeReduction;
507
508   // If skill level is enabled, swap best PV line with the sub-optimal one
509   if (skill.enabled())
510       std::swap(rootMoves[0], *std::find(rootMoves.begin(), rootMoves.end(),
511                 skill.best ? skill.best : skill.pick_best(multiPV)));
512 }
513
514
515 namespace {
516
517   // search<>() is the main search function for both PV and non-PV nodes
518
519   template <NodeType NT>
520   Value search(Position& pos, Stack* ss, Value alpha, Value beta, Depth depth, bool cutNode) {
521
522     // Use quiescence search when needed
523     if (depth < ONE_PLY)
524         return qsearch<NT>(pos, ss, alpha, beta);
525
526     constexpr bool PvNode = NT == PV;
527     const bool rootNode = PvNode && ss->ply == 0;
528
529     assert(-VALUE_INFINITE <= alpha && alpha < beta && beta <= VALUE_INFINITE);
530     assert(PvNode || (alpha == beta - 1));
531     assert(DEPTH_ZERO < depth && depth < DEPTH_MAX);
532     assert(!(PvNode && cutNode));
533     assert(depth / ONE_PLY * ONE_PLY == depth);
534
535     Move pv[MAX_PLY+1], capturesSearched[32], quietsSearched[64];
536     StateInfo st;
537     TTEntry* tte;
538     Key posKey;
539     Move ttMove, move, excludedMove, bestMove;
540     Depth extension, newDepth;
541     Value bestValue, value, ttValue, eval, maxValue;
542     bool ttHit, inCheck, givesCheck, improving;
543     bool captureOrPromotion, doFullDepthSearch, moveCountPruning, skipQuiets, ttCapture, pvExact;
544     Piece movedPiece;
545     int moveCount, captureCount, quietCount;
546
547     // Step 1. Initialize node
548     Thread* thisThread = pos.this_thread();
549     inCheck = pos.checkers();
550     Color us = pos.side_to_move();
551     moveCount = captureCount = quietCount = ss->moveCount = 0;
552     bestValue = -VALUE_INFINITE;
553     maxValue = VALUE_INFINITE;
554
555     // Check for the available remaining time
556     if (thisThread == Threads.main())
557         static_cast<MainThread*>(thisThread)->check_time();
558
559     // Used to send selDepth info to GUI (selDepth counts from 1, ply from 0)
560     if (PvNode && thisThread->selDepth < ss->ply + 1)
561         thisThread->selDepth = ss->ply + 1;
562
563     if (!rootNode)
564     {
565         // Step 2. Check for aborted search and immediate draw
566         if (   Threads.stop.load(std::memory_order_relaxed)
567             || pos.is_draw(ss->ply)
568             || ss->ply >= MAX_PLY)
569             return (ss->ply >= MAX_PLY && !inCheck) ? evaluate(pos) : VALUE_DRAW;
570
571         // Step 3. Mate distance pruning. Even if we mate at the next move our score
572         // would be at best mate_in(ss->ply+1), but if alpha is already bigger because
573         // a shorter mate was found upward in the tree then there is no need to search
574         // because we will never beat the current alpha. Same logic but with reversed
575         // signs applies also in the opposite condition of being mated instead of giving
576         // mate. In this case return a fail-high score.
577         alpha = std::max(mated_in(ss->ply), alpha);
578         beta = std::min(mate_in(ss->ply+1), beta);
579         if (alpha >= beta)
580             return alpha;
581
582         // Check if there exists a move which draws by repetition, or an alternative
583         // earlier move to this position.
584         if (   pos.rule50_count() >= 3
585             && alpha < VALUE_DRAW
586             && pos.has_game_cycle(ss->ply))
587         {
588             alpha = VALUE_DRAW;
589             if (alpha >= beta)
590                 return alpha;
591         }
592     }
593
594     assert(0 <= ss->ply && ss->ply < MAX_PLY);
595
596     (ss+1)->ply = ss->ply + 1;
597     ss->currentMove = (ss+1)->excludedMove = bestMove = MOVE_NONE;
598     ss->contHistory = thisThread->contHistory[NO_PIECE][0].get();
599     (ss+2)->killers[0] = (ss+2)->killers[1] = MOVE_NONE;
600     Square prevSq = to_sq((ss-1)->currentMove);
601
602     // Initialize statScore to zero for the grandchildren of the current position.
603     // So statScore is shared between all grandchildren and only the first grandchild
604     // starts with statScore = 0. Later grandchildren start with the last calculated
605     // statScore of the previous grandchild. This influences the reduction rules in
606     // LMR which are based on the statScore of parent position.
607     (ss+2)->statScore = 0;
608
609     // Step 4. Transposition table lookup. We don't want the score of a partial
610     // search to overwrite a previous full search TT value, so we use a different
611     // position key in case of an excluded move.
612     excludedMove = ss->excludedMove;
613     posKey = pos.key() ^ Key(excludedMove << 16); // Isn't a very good hash
614     tte = TT.probe(posKey, ttHit);
615     ttValue = ttHit ? value_from_tt(tte->value(), ss->ply) : VALUE_NONE;
616     ttMove =  rootNode ? thisThread->rootMoves[thisThread->PVIdx].pv[0]
617             : ttHit    ? tte->move() : MOVE_NONE;
618
619     // At non-PV nodes we check for an early TT cutoff
620     if (  !PvNode
621         && ttHit
622         && tte->depth() >= depth
623         && ttValue != VALUE_NONE // Possible in case of TT access race
624         && (ttValue >= beta ? (tte->bound() & BOUND_LOWER)
625                             : (tte->bound() & BOUND_UPPER)))
626     {
627         // If ttMove is quiet, update move sorting heuristics on TT hit
628         if (ttMove)
629         {
630             if (ttValue >= beta)
631             {
632                 if (!pos.capture_or_promotion(ttMove))
633                     update_quiet_stats(pos, ss, ttMove, nullptr, 0, stat_bonus(depth));
634
635                 // Extra penalty for a quiet TT move in previous ply when it gets refuted
636                 if ((ss-1)->moveCount == 1 && !pos.captured_piece())
637                     update_continuation_histories(ss-1, pos.piece_on(prevSq), prevSq, -stat_bonus(depth + ONE_PLY));
638             }
639             // Penalty for a quiet ttMove that fails low
640             else if (!pos.capture_or_promotion(ttMove))
641             {
642                 int penalty = -stat_bonus(depth);
643                 thisThread->mainHistory[us][from_to(ttMove)] << penalty;
644                 update_continuation_histories(ss, pos.moved_piece(ttMove), to_sq(ttMove), penalty);
645             }
646         }
647         return ttValue;
648     }
649
650     // Step 5. Tablebases probe
651     if (!rootNode && TB::Cardinality)
652     {
653         int piecesCount = pos.count<ALL_PIECES>();
654
655         if (    piecesCount <= TB::Cardinality
656             && (piecesCount <  TB::Cardinality || depth >= TB::ProbeDepth)
657             &&  pos.rule50_count() == 0
658             && !pos.can_castle(ANY_CASTLING))
659         {
660             TB::ProbeState err;
661             TB::WDLScore wdl = Tablebases::probe_wdl(pos, &err);
662
663             if (err != TB::ProbeState::FAIL)
664             {
665                 thisThread->tbHits.fetch_add(1, std::memory_order_relaxed);
666
667                 int drawScore = TB::UseRule50 ? 1 : 0;
668
669                 value =  wdl < -drawScore ? -VALUE_MATE + MAX_PLY + ss->ply + 1
670                        : wdl >  drawScore ?  VALUE_MATE - MAX_PLY - ss->ply - 1
671                                           :  VALUE_DRAW + 2 * wdl * drawScore;
672
673                 Bound b =  wdl < -drawScore ? BOUND_UPPER
674                          : wdl >  drawScore ? BOUND_LOWER : BOUND_EXACT;
675
676                 if (    b == BOUND_EXACT
677                     || (b == BOUND_LOWER ? value >= beta : value <= alpha))
678                 {
679                     tte->save(posKey, value_to_tt(value, ss->ply), b,
680                               std::min(DEPTH_MAX - ONE_PLY, depth + 6 * ONE_PLY),
681                               MOVE_NONE, VALUE_NONE, TT.generation());
682
683                     return value;
684                 }
685
686                 if (PvNode)
687                 {
688                     if (b == BOUND_LOWER)
689                         bestValue = value, alpha = std::max(alpha, bestValue);
690                     else
691                         maxValue = value;
692                 }
693             }
694         }
695     }
696
697     // Step 6. Static evaluation of the position
698     if (inCheck)
699     {
700         ss->staticEval = eval = VALUE_NONE;
701         improving = false;
702         goto moves_loop;  // Skip early pruning when in check
703     }
704     else if (ttHit)
705     {
706         // Never assume anything on values stored in TT
707         if ((ss->staticEval = eval = tte->eval()) == VALUE_NONE)
708             eval = ss->staticEval = evaluate(pos);
709
710         // Can ttValue be used as a better position evaluation?
711         if (    ttValue != VALUE_NONE
712             && (tte->bound() & (ttValue > eval ? BOUND_LOWER : BOUND_UPPER)))
713             eval = ttValue;
714     }
715     else
716     {
717         ss->staticEval = eval =
718         (ss-1)->currentMove != MOVE_NULL ? evaluate(pos)
719                                          : -(ss-1)->staticEval + 2 * Eval::Tempo;
720
721         tte->save(posKey, VALUE_NONE, BOUND_NONE, DEPTH_NONE, MOVE_NONE,
722                   ss->staticEval, TT.generation());
723     }
724
725     // Step 7. Razoring (~2 Elo)
726     if (  !PvNode
727         && depth < 3 * ONE_PLY
728         && eval <= alpha - RazorMargin[depth / ONE_PLY])
729     {
730         Value ralpha = alpha - (depth >= 2 * ONE_PLY) * RazorMargin[depth / ONE_PLY];
731         Value v = qsearch<NonPV>(pos, ss, ralpha, ralpha+1);
732         if (depth < 2 * ONE_PLY || v <= ralpha)
733             return v;
734     }
735
736     improving =   ss->staticEval >= (ss-2)->staticEval
737                || (ss-2)->staticEval == VALUE_NONE;
738
739     // Step 8. Futility pruning: child node (~30 Elo)
740     if (   !rootNode
741         &&  depth < 7 * ONE_PLY
742         &&  eval - futility_margin(depth, improving) >= beta
743         &&  eval < VALUE_KNOWN_WIN) // Do not return unproven wins
744         return eval;
745
746     // Step 9. Null move search with verification search (~40 Elo)
747     if (   !PvNode
748         && (ss-1)->currentMove != MOVE_NULL
749         && (ss-1)->statScore < 22500
750         &&  eval >= beta
751         &&  ss->staticEval >= beta - 36 * depth / ONE_PLY + 225
752         && !excludedMove
753         &&  pos.non_pawn_material(us)
754         && (ss->ply > thisThread->nmp_min_ply || us != thisThread->nmp_color))
755     {
756         assert(eval - beta >= 0);
757
758         // Null move dynamic reduction based on depth and value
759         Depth R = ((823 + 67 * depth / ONE_PLY) / 256 + std::min((eval - beta) / PawnValueMg, 3)) * ONE_PLY;
760
761         ss->currentMove = MOVE_NULL;
762         ss->contHistory = thisThread->contHistory[NO_PIECE][0].get();
763
764         pos.do_null_move(st);
765
766         Value nullValue = -search<NonPV>(pos, ss+1, -beta, -beta+1, depth-R, !cutNode);
767
768         pos.undo_null_move();
769
770         if (nullValue >= beta)
771         {
772             // Do not return unproven mate scores
773             if (nullValue >= VALUE_MATE_IN_MAX_PLY)
774                 nullValue = beta;
775
776             if (thisThread->nmp_min_ply || (abs(beta) < VALUE_KNOWN_WIN && depth < 12 * ONE_PLY))
777                 return nullValue;
778
779             assert(!thisThread->nmp_min_ply); // Recursive verification is not allowed
780
781             // Do verification search at high depths, with null move pruning disabled
782             // for us, until ply exceeds nmp_min_ply.
783             thisThread->nmp_min_ply = ss->ply + 3 * (depth-R) / 4 - 1;
784             thisThread->nmp_color = us;
785
786             Value v = search<NonPV>(pos, ss, beta-1, beta, depth-R, false);
787
788             thisThread->nmp_min_ply = 0;
789
790             if (v >= beta)
791                 return nullValue;
792         }
793     }
794
795     // Step 10. ProbCut (~10 Elo)
796     // If we have a good enough capture and a reduced search returns a value
797     // much above beta, we can (almost) safely prune the previous move.
798     if (   !PvNode
799         &&  depth >= 5 * ONE_PLY
800         &&  abs(beta) < VALUE_MATE_IN_MAX_PLY)
801     {
802         Value rbeta = std::min(beta + 216 - 48 * improving, VALUE_INFINITE);
803         MovePicker mp(pos, ttMove, rbeta - ss->staticEval, &thisThread->captureHistory);
804         int probCutCount = 0;
805
806         while (  (move = mp.next_move()) != MOVE_NONE
807                && probCutCount < 3)
808             if (pos.legal(move))
809             {
810                 probCutCount++;
811
812                 ss->currentMove = move;
813                 ss->contHistory = thisThread->contHistory[pos.moved_piece(move)][to_sq(move)].get();
814
815                 assert(depth >= 5 * ONE_PLY);
816
817                 pos.do_move(move, st);
818
819                 // Perform a preliminary qsearch to verify that the move holds
820                 value = -qsearch<NonPV>(pos, ss+1, -rbeta, -rbeta+1);
821
822                 // If the qsearch held perform the regular search
823                 if (value >= rbeta)
824                     value = -search<NonPV>(pos, ss+1, -rbeta, -rbeta+1, depth - 4 * ONE_PLY, !cutNode);
825
826                 pos.undo_move(move);
827
828                 if (value >= rbeta)
829                     return value;
830             }
831     }
832
833     // Step 11. Internal iterative deepening (~2 Elo)
834     if (    depth >= 8 * ONE_PLY
835         && !ttMove)
836     {
837         Depth d = 3 * depth / 4 - 2 * ONE_PLY;
838         search<NT>(pos, ss, alpha, beta, d, cutNode);
839
840         tte = TT.probe(posKey, ttHit);
841         ttValue = ttHit ? value_from_tt(tte->value(), ss->ply) : VALUE_NONE;
842         ttMove = ttHit ? tte->move() : MOVE_NONE;
843     }
844
845 moves_loop: // When in check, search starts from here
846
847     const PieceToHistory* contHist[] = { (ss-1)->contHistory, (ss-2)->contHistory, nullptr, (ss-4)->contHistory };
848     Move countermove = thisThread->counterMoves[pos.piece_on(prevSq)][prevSq];
849
850     MovePicker mp(pos, ttMove, depth, &thisThread->mainHistory,
851                                       &thisThread->captureHistory,
852                                       contHist,
853                                       countermove,
854                                       ss->killers);
855     value = bestValue; // Workaround a bogus 'uninitialized' warning under gcc
856
857     skipQuiets = false;
858     ttCapture = false;
859     pvExact = PvNode && ttHit && tte->bound() == BOUND_EXACT;
860
861     // Step 12. Loop through all pseudo-legal moves until no moves remain
862     // or a beta cutoff occurs.
863     while ((move = mp.next_move(skipQuiets)) != MOVE_NONE)
864     {
865       assert(is_ok(move));
866
867       if (move == excludedMove)
868           continue;
869
870       // At root obey the "searchmoves" option and skip moves not listed in Root
871       // Move List. As a consequence any illegal move is also skipped. In MultiPV
872       // mode we also skip PV moves which have been already searched and those
873       // of lower "TB rank" if we are in a TB root position.
874       if (rootNode && !std::count(thisThread->rootMoves.begin() + thisThread->PVIdx,
875                                   thisThread->rootMoves.begin() + thisThread->PVLast, move))
876           continue;
877
878       ss->moveCount = ++moveCount;
879
880       if (rootNode && thisThread == Threads.main() && Time.elapsed() > 3000)
881           sync_cout << "info depth " << depth / ONE_PLY
882                     << " currmove " << UCI::move(move, pos.is_chess960())
883                     << " currmovenumber " << moveCount + thisThread->PVIdx << sync_endl;
884       if (PvNode)
885           (ss+1)->pv = nullptr;
886
887       extension = DEPTH_ZERO;
888       captureOrPromotion = pos.capture_or_promotion(move);
889       movedPiece = pos.moved_piece(move);
890       givesCheck = gives_check(pos, move);
891
892       moveCountPruning =   depth < 16 * ONE_PLY
893                         && moveCount >= FutilityMoveCounts[improving][depth / ONE_PLY];
894
895       // Step 13. Extensions (~70 Elo)
896
897       // Singular extension search (~60 Elo). If all moves but one fail low on a
898       // search of (alpha-s, beta-s), and just one fails high on (alpha, beta),
899       // then that move is singular and should be extended. To verify this we do
900       // a reduced search on on all the other moves but the ttMove and if the
901       // result is lower than ttValue minus a margin then we will extend the ttMove.
902       if (    depth >= 8 * ONE_PLY
903           &&  move == ttMove
904           && !rootNode
905           && !excludedMove // Recursive singular search is not allowed
906           &&  ttValue != VALUE_NONE
907           && (tte->bound() & BOUND_LOWER)
908           &&  tte->depth() >= depth - 3 * ONE_PLY
909           &&  pos.legal(move))
910       {
911           Value rBeta = std::max(ttValue - 2 * depth / ONE_PLY, -VALUE_MATE);
912           ss->excludedMove = move;
913           value = search<NonPV>(pos, ss, rBeta - 1, rBeta, depth / 2, cutNode);
914           ss->excludedMove = MOVE_NONE;
915
916           if (value < rBeta)
917               extension = ONE_PLY;
918       }
919       else if (    givesCheck // Check extension (~2 Elo)
920                && !moveCountPruning
921                &&  pos.see_ge(move))
922           extension = ONE_PLY;
923
924       // Calculate new depth for this move
925       newDepth = depth - ONE_PLY + extension;
926
927       // Step 14. Pruning at shallow depth (~170 Elo)
928       if (  !rootNode
929           && pos.non_pawn_material(us)
930           && bestValue > VALUE_MATED_IN_MAX_PLY)
931       {
932           if (   !captureOrPromotion
933               && !givesCheck
934               && (!pos.advanced_pawn_push(move) || pos.non_pawn_material() >= Value(5000)))
935           {
936               // Move count based pruning (~30 Elo)
937               if (moveCountPruning)
938               {
939                   skipQuiets = true;
940                   continue;
941               }
942
943               // Reduced depth of the next LMR search
944               int lmrDepth = std::max(newDepth - reduction<PvNode>(improving, depth, moveCount), DEPTH_ZERO) / ONE_PLY;
945
946               // Countermoves based pruning (~20 Elo)
947               if (   lmrDepth < 3
948                   && (*contHist[0])[movedPiece][to_sq(move)] < CounterMovePruneThreshold
949                   && (*contHist[1])[movedPiece][to_sq(move)] < CounterMovePruneThreshold)
950                   continue;
951
952               // Futility pruning: parent node (~2 Elo)
953               if (   lmrDepth < 7
954                   && !inCheck
955                   && ss->staticEval + 256 + 200 * lmrDepth <= alpha)
956                   continue;
957
958               // Prune moves with negative SEE (~10 Elo)
959               if (   lmrDepth < 8
960                   && !pos.see_ge(move, Value(-35 * lmrDepth * lmrDepth)))
961                   continue;
962           }
963           else if (    depth < 7 * ONE_PLY // (~20 Elo)
964                    && !extension
965                    && !pos.see_ge(move, -Value(CapturePruneMargin[depth / ONE_PLY])))
966                   continue;
967       }
968
969       // Speculative prefetch as early as possible
970       prefetch(TT.first_entry(pos.key_after(move)));
971
972       // Check for legality just before making the move
973       if (!rootNode && !pos.legal(move))
974       {
975           ss->moveCount = --moveCount;
976           continue;
977       }
978
979       if (move == ttMove && captureOrPromotion)
980           ttCapture = true;
981
982       // Update the current move (this must be done after singular extension search)
983       ss->currentMove = move;
984       ss->contHistory = thisThread->contHistory[movedPiece][to_sq(move)].get();
985
986       // Step 15. Make the move
987       pos.do_move(move, st, givesCheck);
988
989       // Step 16. Reduced depth search (LMR). If the move fails high it will be
990       // re-searched at full depth.
991       if (    depth >= 3 * ONE_PLY
992           &&  moveCount > 1
993           && (!captureOrPromotion || moveCountPruning))
994       {
995           Depth r = reduction<PvNode>(improving, depth, moveCount);
996
997           if (captureOrPromotion) // (~5 Elo)
998               r -= r ? ONE_PLY : DEPTH_ZERO;
999           else
1000           {
1001               // Decrease reduction if opponent's move count is high (~5 Elo)
1002               if ((ss-1)->moveCount > 15)
1003                   r -= ONE_PLY;
1004
1005               // Decrease reduction for exact PV nodes (~0 Elo)
1006               if (pvExact)
1007                   r -= ONE_PLY;
1008
1009               // Increase reduction if ttMove is a capture (~0 Elo)
1010               if (ttCapture)
1011                   r += ONE_PLY;
1012
1013               // Increase reduction for cut nodes (~5 Elo)
1014               if (cutNode)
1015                   r += 2 * ONE_PLY;
1016
1017               // Decrease reduction for moves that escape a capture. Filter out
1018               // castling moves, because they are coded as "king captures rook" and
1019               // hence break make_move(). (~5 Elo)
1020               else if (    type_of(move) == NORMAL
1021                        && !pos.see_ge(make_move(to_sq(move), from_sq(move))))
1022                   r -= 2 * ONE_PLY;
1023
1024               ss->statScore =  thisThread->mainHistory[us][from_to(move)]
1025                              + (*contHist[0])[movedPiece][to_sq(move)]
1026                              + (*contHist[1])[movedPiece][to_sq(move)]
1027                              + (*contHist[3])[movedPiece][to_sq(move)]
1028                              - 4000;
1029
1030               // Decrease/increase reduction by comparing opponent's stat score (~10 Elo)
1031               if (ss->statScore >= 0 && (ss-1)->statScore < 0)
1032                   r -= ONE_PLY;
1033
1034               else if ((ss-1)->statScore >= 0 && ss->statScore < 0)
1035                   r += ONE_PLY;
1036
1037               // Decrease/increase reduction for moves with a good/bad history (~30 Elo)
1038               r = std::max(DEPTH_ZERO, (r / ONE_PLY - ss->statScore / 20000) * ONE_PLY);
1039           }
1040
1041           Depth d = std::max(newDepth - r, ONE_PLY);
1042
1043           value = -search<NonPV>(pos, ss+1, -(alpha+1), -alpha, d, true);
1044
1045           doFullDepthSearch = (value > alpha && d != newDepth);
1046       }
1047       else
1048           doFullDepthSearch = !PvNode || moveCount > 1;
1049
1050       // Step 17. Full depth search when LMR is skipped or fails high
1051       if (doFullDepthSearch)
1052           value = -search<NonPV>(pos, ss+1, -(alpha+1), -alpha, newDepth, !cutNode);
1053
1054       // For PV nodes only, do a full PV search on the first move or after a fail
1055       // high (in the latter case search only if value < beta), otherwise let the
1056       // parent node fail low with value <= alpha and try another move.
1057       if (PvNode && (moveCount == 1 || (value > alpha && (rootNode || value < beta))))
1058       {
1059           (ss+1)->pv = pv;
1060           (ss+1)->pv[0] = MOVE_NONE;
1061
1062           value = -search<PV>(pos, ss+1, -beta, -alpha, newDepth, false);
1063       }
1064
1065       // Step 18. Undo move
1066       pos.undo_move(move);
1067
1068       assert(value > -VALUE_INFINITE && value < VALUE_INFINITE);
1069
1070       // Step 19. Check for a new best move
1071       // Finished searching the move. If a stop occurred, the return value of
1072       // the search cannot be trusted, and we return immediately without
1073       // updating best move, PV and TT.
1074       if (Threads.stop.load(std::memory_order_relaxed))
1075           return VALUE_ZERO;
1076
1077       if (rootNode)
1078       {
1079           RootMove& rm = *std::find(thisThread->rootMoves.begin(),
1080                                     thisThread->rootMoves.end(), move);
1081
1082           // PV move or new best move?
1083           if (moveCount == 1 || value > alpha)
1084           {
1085               rm.score = value;
1086               rm.selDepth = thisThread->selDepth;
1087               rm.pv.resize(1);
1088
1089               assert((ss+1)->pv);
1090
1091               for (Move* m = (ss+1)->pv; *m != MOVE_NONE; ++m)
1092                   rm.pv.push_back(*m);
1093
1094               // We record how often the best move has been changed in each
1095               // iteration. This information is used for time management: When
1096               // the best move changes frequently, we allocate some more time.
1097               if (moveCount > 1 && thisThread == Threads.main())
1098                   ++static_cast<MainThread*>(thisThread)->bestMoveChanges;
1099           }
1100           else
1101               // All other moves but the PV are set to the lowest value: this
1102               // is not a problem when sorting because the sort is stable and the
1103               // move position in the list is preserved - just the PV is pushed up.
1104               rm.score = -VALUE_INFINITE;
1105       }
1106
1107       if (value > bestValue)
1108       {
1109           bestValue = value;
1110
1111           if (value > alpha)
1112           {
1113               bestMove = move;
1114
1115               if (PvNode && !rootNode) // Update pv even in fail-high case
1116                   update_pv(ss->pv, move, (ss+1)->pv);
1117
1118               if (PvNode && value < beta) // Update alpha! Always alpha < beta
1119                   alpha = value;
1120               else
1121               {
1122                   assert(value >= beta); // Fail high
1123                   ss->statScore = 0;
1124                   break;
1125               }
1126           }
1127       }
1128
1129       if (move != bestMove)
1130       {
1131           if (captureOrPromotion && captureCount < 32)
1132               capturesSearched[captureCount++] = move;
1133
1134           else if (!captureOrPromotion && quietCount < 64)
1135               quietsSearched[quietCount++] = move;
1136       }
1137     }
1138
1139     // The following condition would detect a stop only after move loop has been
1140     // completed. But in this case bestValue is valid because we have fully
1141     // searched our subtree, and we can anyhow save the result in TT.
1142     /*
1143        if (Threads.stop)
1144         return VALUE_DRAW;
1145     */
1146
1147     // Step 20. Check for mate and stalemate
1148     // All legal moves have been searched and if there are no legal moves, it
1149     // must be a mate or a stalemate. If we are in a singular extension search then
1150     // return a fail low score.
1151
1152     assert(moveCount || !inCheck || excludedMove || !MoveList<LEGAL>(pos).size());
1153
1154     if (!moveCount)
1155         bestValue = excludedMove ? alpha
1156                    :     inCheck ? mated_in(ss->ply) : VALUE_DRAW;
1157     else if (bestMove)
1158     {
1159         // Quiet best move: update move sorting heuristics
1160         if (!pos.capture_or_promotion(bestMove))
1161             update_quiet_stats(pos, ss, bestMove, quietsSearched, quietCount, stat_bonus(depth));
1162         else
1163             update_capture_stats(pos, bestMove, capturesSearched, captureCount, stat_bonus(depth));
1164
1165         // Extra penalty for a quiet TT move in previous ply when it gets refuted
1166         if ((ss-1)->moveCount == 1 && !pos.captured_piece())
1167             update_continuation_histories(ss-1, pos.piece_on(prevSq), prevSq, -stat_bonus(depth + ONE_PLY));
1168     }
1169     // Bonus for prior countermove that caused the fail low
1170     else if (   (depth >= 3 * ONE_PLY || PvNode)
1171              && !pos.captured_piece()
1172              && is_ok((ss-1)->currentMove))
1173         update_continuation_histories(ss-1, pos.piece_on(prevSq), prevSq, stat_bonus(depth));
1174
1175     if (PvNode)
1176         bestValue = std::min(bestValue, maxValue);
1177
1178     if (!excludedMove)
1179         tte->save(posKey, value_to_tt(bestValue, ss->ply),
1180                   bestValue >= beta ? BOUND_LOWER :
1181                   PvNode && bestMove ? BOUND_EXACT : BOUND_UPPER,
1182                   depth, bestMove, ss->staticEval, TT.generation());
1183
1184     assert(bestValue > -VALUE_INFINITE && bestValue < VALUE_INFINITE);
1185
1186     return bestValue;
1187   }
1188
1189
1190   // qsearch() is the quiescence search function, which is called by the main
1191   // search function with depth zero, or recursively with depth less than ONE_PLY.
1192   template <NodeType NT>
1193   Value qsearch(Position& pos, Stack* ss, Value alpha, Value beta, Depth depth) {
1194
1195     constexpr bool PvNode = NT == PV;
1196
1197     assert(alpha >= -VALUE_INFINITE && alpha < beta && beta <= VALUE_INFINITE);
1198     assert(PvNode || (alpha == beta - 1));
1199     assert(depth <= DEPTH_ZERO);
1200     assert(depth / ONE_PLY * ONE_PLY == depth);
1201
1202     Move pv[MAX_PLY+1];
1203     StateInfo st;
1204     TTEntry* tte;
1205     Key posKey;
1206     Move ttMove, move, bestMove;
1207     Depth ttDepth;
1208     Value bestValue, value, ttValue, futilityValue, futilityBase, oldAlpha;
1209     bool ttHit, inCheck, givesCheck, evasionPrunable;
1210     int moveCount;
1211
1212     if (PvNode)
1213     {
1214         oldAlpha = alpha; // To flag BOUND_EXACT when eval above alpha and no available moves
1215         (ss+1)->pv = pv;
1216         ss->pv[0] = MOVE_NONE;
1217     }
1218
1219     (ss+1)->ply = ss->ply + 1;
1220     ss->currentMove = bestMove = MOVE_NONE;
1221     inCheck = pos.checkers();
1222     moveCount = 0;
1223
1224     // Check for an immediate draw or maximum ply reached
1225     if (   pos.is_draw(ss->ply)
1226         || ss->ply >= MAX_PLY)
1227         return (ss->ply >= MAX_PLY && !inCheck) ? evaluate(pos) : VALUE_DRAW;
1228
1229     assert(0 <= ss->ply && ss->ply < MAX_PLY);
1230
1231     // Decide whether or not to include checks: this fixes also the type of
1232     // TT entry depth that we are going to use. Note that in qsearch we use
1233     // only two types of depth in TT: DEPTH_QS_CHECKS or DEPTH_QS_NO_CHECKS.
1234     ttDepth = inCheck || depth >= DEPTH_QS_CHECKS ? DEPTH_QS_CHECKS
1235                                                   : DEPTH_QS_NO_CHECKS;
1236     // Transposition table lookup
1237     posKey = pos.key();
1238     tte = TT.probe(posKey, ttHit);
1239     ttValue = ttHit ? value_from_tt(tte->value(), ss->ply) : VALUE_NONE;
1240     ttMove = ttHit ? tte->move() : MOVE_NONE;
1241
1242     if (  !PvNode
1243         && ttHit
1244         && tte->depth() >= ttDepth
1245         && ttValue != VALUE_NONE // Only in case of TT access race
1246         && (ttValue >= beta ? (tte->bound() &  BOUND_LOWER)
1247                             : (tte->bound() &  BOUND_UPPER)))
1248         return ttValue;
1249
1250     // Evaluate the position statically
1251     if (inCheck)
1252     {
1253         ss->staticEval = VALUE_NONE;
1254         bestValue = futilityBase = -VALUE_INFINITE;
1255     }
1256     else
1257     {
1258         if (ttHit)
1259         {
1260             // Never assume anything on values stored in TT
1261             if ((ss->staticEval = bestValue = tte->eval()) == VALUE_NONE)
1262                 ss->staticEval = bestValue = evaluate(pos);
1263
1264             // Can ttValue be used as a better position evaluation?
1265             if (   ttValue != VALUE_NONE
1266                 && (tte->bound() & (ttValue > bestValue ? BOUND_LOWER : BOUND_UPPER)))
1267                 bestValue = ttValue;
1268         }
1269         else
1270             ss->staticEval = bestValue =
1271             (ss-1)->currentMove != MOVE_NULL ? evaluate(pos)
1272                                              : -(ss-1)->staticEval + 2 * Eval::Tempo;
1273
1274         // Stand pat. Return immediately if static value is at least beta
1275         if (bestValue >= beta)
1276         {
1277             if (!ttHit)
1278                 tte->save(posKey, value_to_tt(bestValue, ss->ply), BOUND_LOWER,
1279                           DEPTH_NONE, MOVE_NONE, ss->staticEval, TT.generation());
1280
1281             return bestValue;
1282         }
1283
1284         if (PvNode && bestValue > alpha)
1285             alpha = bestValue;
1286
1287         futilityBase = bestValue + 128;
1288     }
1289
1290     // Initialize a MovePicker object for the current position, and prepare
1291     // to search the moves. Because the depth is <= 0 here, only captures,
1292     // queen promotions and checks (only if depth >= DEPTH_QS_CHECKS) will
1293     // be generated.
1294     MovePicker mp(pos, ttMove, depth, &pos.this_thread()->mainHistory,
1295                                       &pos.this_thread()->captureHistory,
1296                                       to_sq((ss-1)->currentMove));
1297
1298     // Loop through the moves until no moves remain or a beta cutoff occurs
1299     while ((move = mp.next_move()) != MOVE_NONE)
1300     {
1301       assert(is_ok(move));
1302
1303       givesCheck = gives_check(pos, move);
1304
1305       moveCount++;
1306
1307       // Futility pruning
1308       if (   !inCheck
1309           && !givesCheck
1310           &&  futilityBase > -VALUE_KNOWN_WIN
1311           && !pos.advanced_pawn_push(move))
1312       {
1313           assert(type_of(move) != ENPASSANT); // Due to !pos.advanced_pawn_push
1314
1315           futilityValue = futilityBase + PieceValue[EG][pos.piece_on(to_sq(move))];
1316
1317           if (futilityValue <= alpha)
1318           {
1319               bestValue = std::max(bestValue, futilityValue);
1320               continue;
1321           }
1322
1323           if (futilityBase <= alpha && !pos.see_ge(move, VALUE_ZERO + 1))
1324           {
1325               bestValue = std::max(bestValue, futilityBase);
1326               continue;
1327           }
1328       }
1329
1330       // Detect non-capture evasions that are candidates to be pruned
1331       evasionPrunable =    inCheck
1332                        &&  (depth != DEPTH_ZERO || moveCount > 2)
1333                        &&  bestValue > VALUE_MATED_IN_MAX_PLY
1334                        && !pos.capture(move);
1335
1336       // Don't search moves with negative SEE values
1337       if (  (!inCheck || evasionPrunable)
1338           && !pos.see_ge(move))
1339           continue;
1340
1341       // Speculative prefetch as early as possible
1342       prefetch(TT.first_entry(pos.key_after(move)));
1343
1344       // Check for legality just before making the move
1345       if (!pos.legal(move))
1346       {
1347           moveCount--;
1348           continue;
1349       }
1350
1351       ss->currentMove = move;
1352
1353       // Make and search the move
1354       pos.do_move(move, st, givesCheck);
1355       value = -qsearch<NT>(pos, ss+1, -beta, -alpha, depth - ONE_PLY);
1356       pos.undo_move(move);
1357
1358       assert(value > -VALUE_INFINITE && value < VALUE_INFINITE);
1359
1360       // Check for a new best move
1361       if (value > bestValue)
1362       {
1363           bestValue = value;
1364
1365           if (value > alpha)
1366           {
1367               if (PvNode) // Update pv even in fail-high case
1368                   update_pv(ss->pv, move, (ss+1)->pv);
1369
1370               if (PvNode && value < beta) // Update alpha here!
1371               {
1372                   alpha = value;
1373                   bestMove = move;
1374               }
1375               else // Fail high
1376               {
1377                   tte->save(posKey, value_to_tt(value, ss->ply), BOUND_LOWER,
1378                             ttDepth, move, ss->staticEval, TT.generation());
1379
1380                   return value;
1381               }
1382           }
1383        }
1384     }
1385
1386     // All legal moves have been searched. A special case: If we're in check
1387     // and no legal moves were found, it is checkmate.
1388     if (inCheck && bestValue == -VALUE_INFINITE)
1389         return mated_in(ss->ply); // Plies to mate from the root
1390
1391     tte->save(posKey, value_to_tt(bestValue, ss->ply),
1392               PvNode && bestValue > oldAlpha ? BOUND_EXACT : BOUND_UPPER,
1393               ttDepth, bestMove, ss->staticEval, TT.generation());
1394
1395     assert(bestValue > -VALUE_INFINITE && bestValue < VALUE_INFINITE);
1396
1397     return bestValue;
1398   }
1399
1400
1401   // value_to_tt() adjusts a mate score from "plies to mate from the root" to
1402   // "plies to mate from the current position". Non-mate scores are unchanged.
1403   // The function is called before storing a value in the transposition table.
1404
1405   Value value_to_tt(Value v, int ply) {
1406
1407     assert(v != VALUE_NONE);
1408
1409     return  v >= VALUE_MATE_IN_MAX_PLY  ? v + ply
1410           : v <= VALUE_MATED_IN_MAX_PLY ? v - ply : v;
1411   }
1412
1413
1414   // value_from_tt() is the inverse of value_to_tt(): It adjusts a mate score
1415   // from the transposition table (which refers to the plies to mate/be mated
1416   // from current position) to "plies to mate/be mated from the root".
1417
1418   Value value_from_tt(Value v, int ply) {
1419
1420     return  v == VALUE_NONE             ? VALUE_NONE
1421           : v >= VALUE_MATE_IN_MAX_PLY  ? v - ply
1422           : v <= VALUE_MATED_IN_MAX_PLY ? v + ply : v;
1423   }
1424
1425
1426   // update_pv() adds current move and appends child pv[]
1427
1428   void update_pv(Move* pv, Move move, Move* childPv) {
1429
1430     for (*pv++ = move; childPv && *childPv != MOVE_NONE; )
1431         *pv++ = *childPv++;
1432     *pv = MOVE_NONE;
1433   }
1434
1435
1436   // update_continuation_histories() updates histories of the move pairs formed
1437   // by moves at ply -1, -2, and -4 with current move.
1438
1439   void update_continuation_histories(Stack* ss, Piece pc, Square to, int bonus) {
1440
1441     for (int i : {1, 2, 4})
1442         if (is_ok((ss-i)->currentMove))
1443             (*(ss-i)->contHistory)[pc][to] << bonus;
1444   }
1445
1446
1447   // update_capture_stats() updates move sorting heuristics when a new capture best move is found
1448
1449   void update_capture_stats(const Position& pos, Move move,
1450                             Move* captures, int captureCnt, int bonus) {
1451
1452       CapturePieceToHistory& captureHistory =  pos.this_thread()->captureHistory;
1453       Piece moved_piece = pos.moved_piece(move);
1454       PieceType captured = type_of(pos.piece_on(to_sq(move)));
1455       captureHistory[moved_piece][to_sq(move)][captured] << bonus;
1456
1457       // Decrease all the other played capture moves
1458       for (int i = 0; i < captureCnt; ++i)
1459       {
1460           moved_piece = pos.moved_piece(captures[i]);
1461           captured = type_of(pos.piece_on(to_sq(captures[i])));
1462           captureHistory[moved_piece][to_sq(captures[i])][captured] << -bonus;
1463       }
1464   }
1465
1466
1467   // update_quiet_stats() updates move sorting heuristics when a new quiet best move is found
1468
1469   void update_quiet_stats(const Position& pos, Stack* ss, Move move,
1470                           Move* quiets, int quietsCnt, int bonus) {
1471
1472     if (ss->killers[0] != move)
1473     {
1474         ss->killers[1] = ss->killers[0];
1475         ss->killers[0] = move;
1476     }
1477
1478     Color us = pos.side_to_move();
1479     Thread* thisThread = pos.this_thread();
1480     thisThread->mainHistory[us][from_to(move)] << bonus;
1481     update_continuation_histories(ss, pos.moved_piece(move), to_sq(move), bonus);
1482
1483     if (is_ok((ss-1)->currentMove))
1484     {
1485         Square prevSq = to_sq((ss-1)->currentMove);
1486         thisThread->counterMoves[pos.piece_on(prevSq)][prevSq] = move;
1487     }
1488
1489     // Decrease all the other played quiet moves
1490     for (int i = 0; i < quietsCnt; ++i)
1491     {
1492         thisThread->mainHistory[us][from_to(quiets[i])] << -bonus;
1493         update_continuation_histories(ss, pos.moved_piece(quiets[i]), to_sq(quiets[i]), -bonus);
1494     }
1495   }
1496
1497   // When playing with strength handicap, choose best move among a set of RootMoves
1498   // using a statistical rule dependent on 'level'. Idea by Heinz van Saanen.
1499
1500   Move Skill::pick_best(size_t multiPV) {
1501
1502     const RootMoves& rootMoves = Threads.main()->rootMoves;
1503     static PRNG rng(now()); // PRNG sequence should be non-deterministic
1504
1505     // RootMoves are already sorted by score in descending order
1506     Value topScore = rootMoves[0].score;
1507     int delta = std::min(topScore - rootMoves[multiPV - 1].score, PawnValueMg);
1508     int weakness = 120 - 2 * level;
1509     int maxScore = -VALUE_INFINITE;
1510
1511     // Choose best move. For each move score we add two terms, both dependent on
1512     // weakness. One is deterministic and bigger for weaker levels, and one is
1513     // random. Then we choose the move with the resulting highest score.
1514     for (size_t i = 0; i < multiPV; ++i)
1515     {
1516         // This is our magic formula
1517         int push = (  weakness * int(topScore - rootMoves[i].score)
1518                     + delta * (rng.rand<unsigned>() % weakness)) / 128;
1519
1520         if (rootMoves[i].score + push >= maxScore)
1521         {
1522             maxScore = rootMoves[i].score + push;
1523             best = rootMoves[i].pv[0];
1524         }
1525     }
1526
1527     return best;
1528   }
1529
1530 } // namespace
1531
1532 /// MainThread::check_time() is used to print debug info and, more importantly,
1533 /// to detect when we are out of available time and thus stop the search.
1534
1535 void MainThread::check_time() {
1536
1537   if (--callsCnt > 0)
1538       return;
1539
1540   // When using nodes, ensure checking rate is not lower than 0.1% of nodes
1541   callsCnt = Limits.nodes ? std::min(1024, int(Limits.nodes / 1024)) : 1024;
1542
1543   static TimePoint lastInfoTime = now();
1544
1545   TimePoint elapsed = Time.elapsed();
1546   TimePoint tick = Limits.startTime + elapsed;
1547
1548   if (tick - lastInfoTime >= 1000)
1549   {
1550       lastInfoTime = tick;
1551       dbg_print();
1552   }
1553
1554   // We should not stop pondering until told so by the GUI
1555   if (Threads.ponder)
1556       return;
1557
1558   if (   (Limits.use_time_management() && elapsed > Time.maximum() - 10)
1559       || (Limits.movetime && elapsed >= Limits.movetime)
1560       || (Limits.nodes && Threads.nodes_searched() >= (uint64_t)Limits.nodes))
1561       Threads.stop = true;
1562 }
1563
1564
1565 /// UCI::pv() formats PV information according to the UCI protocol. UCI requires
1566 /// that all (if any) unsearched PV lines are sent using a previous search score.
1567
1568 string UCI::pv(const Position& pos, Depth depth, Value alpha, Value beta) {
1569
1570   std::stringstream ss;
1571   TimePoint elapsed = Time.elapsed() + 1;
1572   const RootMoves& rootMoves = pos.this_thread()->rootMoves;
1573   size_t PVIdx = pos.this_thread()->PVIdx;
1574   size_t multiPV = std::min((size_t)Options["MultiPV"], rootMoves.size());
1575   uint64_t nodesSearched = Threads.nodes_searched();
1576   uint64_t tbHits = Threads.tb_hits() + (TB::RootInTB ? rootMoves.size() : 0);
1577
1578   for (size_t i = 0; i < multiPV; ++i)
1579   {
1580       bool updated = (i <= PVIdx && rootMoves[i].score != -VALUE_INFINITE);
1581
1582       if (depth == ONE_PLY && !updated)
1583           continue;
1584
1585       Depth d = updated ? depth : depth - ONE_PLY;
1586       Value v = updated ? rootMoves[i].score : rootMoves[i].previousScore;
1587
1588       bool tb = TB::RootInTB && abs(v) < VALUE_MATE - MAX_PLY;
1589       v = tb ? rootMoves[i].TBScore : v;
1590
1591       if (ss.rdbuf()->in_avail()) // Not at first line
1592           ss << "\n";
1593
1594       ss << "info"
1595          << " depth "    << d / ONE_PLY
1596          << " seldepth " << rootMoves[i].selDepth
1597          << " multipv "  << i + 1
1598          << " score "    << UCI::value(v);
1599
1600       if (!tb && i == PVIdx)
1601           ss << (v >= beta ? " lowerbound" : v <= alpha ? " upperbound" : "");
1602
1603       ss << " nodes "    << nodesSearched
1604          << " nps "      << nodesSearched * 1000 / elapsed;
1605
1606       if (elapsed > 1000) // Earlier makes little sense
1607           ss << " hashfull " << TT.hashfull();
1608
1609       ss << " tbhits "   << tbHits
1610          << " time "     << elapsed
1611          << " pv";
1612
1613       for (Move m : rootMoves[i].pv)
1614           ss << " " << UCI::move(m, pos.is_chess960());
1615   }
1616
1617   return ss.str();
1618 }
1619
1620
1621 /// RootMove::extract_ponder_from_tt() is called in case we have no ponder move
1622 /// before exiting the search, for instance, in case we stop the search during a
1623 /// fail high at root. We try hard to have a ponder move to return to the GUI,
1624 /// otherwise in case of 'ponder on' we have nothing to think on.
1625
1626 bool RootMove::extract_ponder_from_tt(Position& pos) {
1627
1628     StateInfo st;
1629     bool ttHit;
1630
1631     assert(pv.size() == 1);
1632
1633     if (!pv[0])
1634         return false;
1635
1636     pos.do_move(pv[0], st);
1637     TTEntry* tte = TT.probe(pos.key(), ttHit);
1638
1639     if (ttHit)
1640     {
1641         Move m = tte->move(); // Local copy to be SMP safe
1642         if (MoveList<LEGAL>(pos).contains(m))
1643             pv.push_back(m);
1644     }
1645
1646     pos.undo_move(pv[0]);
1647     return pv.size() > 1;
1648 }
1649
1650 void Tablebases::rank_root_moves(Position& pos, Search::RootMoves& rootMoves) {
1651
1652     RootInTB = false;
1653     UseRule50 = bool(Options["Syzygy50MoveRule"]);
1654     ProbeDepth = int(Options["SyzygyProbeDepth"]) * ONE_PLY;
1655     Cardinality = int(Options["SyzygyProbeLimit"]);
1656     bool dtz_available = true;
1657
1658     // Tables with fewer pieces than SyzygyProbeLimit are searched with
1659     // ProbeDepth == DEPTH_ZERO
1660     if (Cardinality > MaxCardinality)
1661     {
1662         Cardinality = MaxCardinality;
1663         ProbeDepth = DEPTH_ZERO;
1664     }
1665
1666     if (Cardinality >= popcount(pos.pieces()) && !pos.can_castle(ANY_CASTLING))
1667     {
1668         // Rank moves using DTZ tables
1669         RootInTB = root_probe(pos, rootMoves);
1670
1671         if (!RootInTB)
1672         {
1673             // DTZ tables are missing; try to rank moves using WDL tables
1674             dtz_available = false;
1675             RootInTB = root_probe_wdl(pos, rootMoves);
1676         }
1677     }
1678
1679     if (RootInTB)
1680     {
1681         // Sort moves according to TB rank
1682         std::sort(rootMoves.begin(), rootMoves.end(),
1683                   [](const RootMove &a, const RootMove &b) { return a.TBRank > b.TBRank; } );
1684
1685         // Probe during search only if DTZ is not available and we are winning
1686         if (dtz_available || rootMoves[0].TBScore <= VALUE_DRAW)
1687             Cardinality = 0;
1688     }
1689     else
1690     {
1691         // Assign the same rank to all moves
1692         for (auto& m : rootMoves)
1693             m.TBRank = 0;
1694     }
1695 }