1e70be60a7f43adb774e2d8af4d77e62d881aa43
[stockfish] / src / search.cpp
1 /*
2   Stockfish, a UCI chess playing engine derived from Glaurung 2.1
3   Copyright (C) 2004-2008 Tord Romstad (Glaurung author)
4   Copyright (C) 2008-2015 Marco Costalba, Joona Kiiski, Tord Romstad
5   Copyright (C) 2015-2017 Marco Costalba, Joona Kiiski, Gary Linscott, Tord Romstad
6
7   Stockfish is free software: you can redistribute it and/or modify
8   it under the terms of the GNU General Public License as published by
9   the Free Software Foundation, either version 3 of the License, or
10   (at your option) any later version.
11
12   Stockfish is distributed in the hope that it will be useful,
13   but WITHOUT ANY WARRANTY; without even the implied warranty of
14   MERCHANTABILITY or FITNESS FOR A PARTICULAR PURPOSE.  See the
15   GNU General Public License for more details.
16
17   You should have received a copy of the GNU General Public License
18   along with this program.  If not, see <http://www.gnu.org/licenses/>.
19 */
20
21 #include <algorithm>
22 #include <cassert>
23 #include <cmath>
24 #include <cstring>   // For std::memset
25 #include <iostream>
26 #include <sstream>
27
28 #include "evaluate.h"
29 #include "misc.h"
30 #include "movegen.h"
31 #include "movepick.h"
32 #include "position.h"
33 #include "search.h"
34 #include "timeman.h"
35 #include "thread.h"
36 #include "tt.h"
37 #include "uci.h"
38 #include "syzygy/tbprobe.h"
39
40 namespace Search {
41
42   LimitsType Limits;
43 }
44
45 namespace Tablebases {
46
47   int Cardinality;
48   bool RootInTB;
49   bool UseRule50;
50   Depth ProbeDepth;
51   Value Score;
52 }
53
54 namespace TB = Tablebases;
55
56 using std::string;
57 using Eval::evaluate;
58 using namespace Search;
59
60 namespace {
61
62   // Different node types, used as a template parameter
63   enum NodeType { NonPV, PV };
64
65   // Sizes and phases of the skip-blocks, used for distributing search depths across the threads
66   const int skipSize[]  = { 1, 1, 2, 2, 2, 2, 3, 3, 3, 3, 3, 3, 4, 4, 4, 4, 4, 4, 4, 4 };
67   const int skipPhase[] = { 0, 1, 0, 1, 2, 3, 0, 1, 2, 3, 4, 5, 0, 1, 2, 3, 4, 5, 6, 7 };
68
69   // Razoring and futility margin based on depth
70   // razor_margin[0] is unused as long as depth >= ONE_PLY in search
71   const int razor_margin[] = { 0, 570, 603, 554 };
72   Value futility_margin(Depth d) { return Value(150 * d / ONE_PLY); }
73
74   // Futility and reductions lookup tables, initialized at startup
75   int FutilityMoveCounts[2][16]; // [improving][depth]
76   int Reductions[2][2][64][64];  // [pv][improving][depth][moveNumber]
77
78   // Threshold used for countermoves based pruning
79   const int CounterMovePruneThreshold = 0;
80
81   template <bool PvNode> Depth reduction(bool i, Depth d, int mn) {
82     return Reductions[PvNode][i][std::min(d / ONE_PLY, 63)][std::min(mn, 63)] * ONE_PLY;
83   }
84
85   // History and stats update bonus, based on depth
86   int stat_bonus(Depth depth) {
87     int d = depth / ONE_PLY;
88     return d > 17 ? 0 : d * d + 2 * d - 2;
89   }
90
91   // Skill structure is used to implement strength limit
92   struct Skill {
93     Skill(int l) : level(l) {}
94     bool enabled() const { return level < 20; }
95     bool time_to_pick(Depth depth) const { return depth / ONE_PLY == 1 + level; }
96     Move best_move(size_t multiPV) { return best ? best : pick_best(multiPV); }
97     Move pick_best(size_t multiPV);
98
99     int level;
100     Move best = MOVE_NONE;
101   };
102
103   // EasyMoveManager structure is used to detect an 'easy move'. When the PV is stable
104   // across multiple search iterations, we can quickly return the best move.
105   struct EasyMoveManager {
106
107     void clear() {
108       stableCnt = 0;
109       expectedPosKey = 0;
110       pv[0] = pv[1] = pv[2] = MOVE_NONE;
111     }
112
113     Move get(Key key) const {
114       return expectedPosKey == key ? pv[2] : MOVE_NONE;
115     }
116
117     void update(Position& pos, const std::vector<Move>& newPv) {
118
119       assert(newPv.size() >= 3);
120
121       // Keep track of how many times in a row the 3rd ply remains stable
122       stableCnt = (newPv[2] == pv[2]) ? stableCnt + 1 : 0;
123
124       if (!std::equal(newPv.begin(), newPv.begin() + 3, pv))
125       {
126           std::copy(newPv.begin(), newPv.begin() + 3, pv);
127
128           StateInfo st[2];
129           pos.do_move(newPv[0], st[0]);
130           pos.do_move(newPv[1], st[1]);
131           expectedPosKey = pos.key();
132           pos.undo_move(newPv[1]);
133           pos.undo_move(newPv[0]);
134       }
135     }
136
137     Key expectedPosKey;
138     int stableCnt;
139     Move pv[3];
140   };
141
142   EasyMoveManager EasyMove;
143   Value DrawValue[COLOR_NB];
144
145   template <NodeType NT>
146   Value search(Position& pos, Stack* ss, Value alpha, Value beta, Depth depth, bool cutNode, bool skipEarlyPruning);
147
148   template <NodeType NT, bool InCheck>
149   Value qsearch(Position& pos, Stack* ss, Value alpha, Value beta, Depth depth = DEPTH_ZERO);
150
151   Value value_to_tt(Value v, int ply);
152   Value value_from_tt(Value v, int ply);
153   void update_pv(Move* pv, Move move, Move* childPv);
154   void update_continuation_histories(Stack* ss, Piece pc, Square to, int bonus);
155   void update_stats(const Position& pos, Stack* ss, Move move, Move* quiets, int quietsCnt, int bonus);
156
157   // perft() is our utility to verify move generation. All the leaf nodes up
158   // to the given depth are generated and counted, and the sum is returned.
159   template<bool Root>
160   uint64_t perft(Position& pos, Depth depth) {
161
162     StateInfo st;
163     uint64_t cnt, nodes = 0;
164     const bool leaf = (depth == 2 * ONE_PLY);
165
166     for (const auto& m : MoveList<LEGAL>(pos))
167     {
168         if (Root && depth <= ONE_PLY)
169             cnt = 1, nodes++;
170         else
171         {
172             pos.do_move(m, st);
173             cnt = leaf ? MoveList<LEGAL>(pos).size() : perft<false>(pos, depth - ONE_PLY);
174             nodes += cnt;
175             pos.undo_move(m);
176         }
177         if (Root)
178             sync_cout << UCI::move(m, pos.is_chess960()) << ": " << cnt << sync_endl;
179     }
180     return nodes;
181   }
182
183 } // namespace
184
185
186 /// Search::init() is called during startup to initialize various lookup tables
187
188 void Search::init() {
189
190   for (int imp = 0; imp <= 1; ++imp)
191       for (int d = 1; d < 64; ++d)
192           for (int mc = 1; mc < 64; ++mc)
193           {
194               double r = log(d) * log(mc) / 1.95;
195
196               Reductions[NonPV][imp][d][mc] = int(std::round(r));
197               Reductions[PV][imp][d][mc] = std::max(Reductions[NonPV][imp][d][mc] - 1, 0);
198
199               // Increase reduction for non-PV nodes when eval is not improving
200               if (!imp && Reductions[NonPV][imp][d][mc] >= 2)
201                 Reductions[NonPV][imp][d][mc]++;
202           }
203
204   for (int d = 0; d < 16; ++d)
205   {
206       FutilityMoveCounts[0][d] = int(2.4 + 0.74 * pow(d, 1.78));
207       FutilityMoveCounts[1][d] = int(5.0 + 1.00 * pow(d, 2.00));
208   }
209 }
210
211
212 /// Search::clear() resets search state to its initial value
213
214 void Search::clear() {
215
216   Threads.main()->wait_for_search_finished();
217
218   Time.availableNodes = 0;
219   TT.clear();
220
221   for (Thread* th : Threads)
222   {
223       th->counterMoves.fill(MOVE_NONE);
224       th->mainHistory.fill(0);
225
226       for (auto& to : th->contHistory)
227           for (auto& h : to)
228               h.fill(0);
229
230       th->contHistory[NO_PIECE][0].fill(CounterMovePruneThreshold - 1);
231   }
232
233   Threads.main()->callsCnt = 0;
234   Threads.main()->previousScore = VALUE_INFINITE;
235 }
236
237
238 /// MainThread::search() is called by the main thread when the program receives
239 /// the UCI 'go' command. It searches from the root position and outputs the "bestmove".
240
241 void MainThread::search() {
242
243   if (Limits.perft)
244   {
245       nodes = perft<true>(rootPos, Limits.perft * ONE_PLY);
246       sync_cout << "\nNodes searched: " << nodes << "\n" << sync_endl;
247       return;
248   }
249
250   Color us = rootPos.side_to_move();
251   Time.init(Limits, us, rootPos.game_ply());
252   TT.new_search();
253
254   int contempt = Options["Contempt"] * PawnValueEg / 100; // From centipawns
255   DrawValue[ us] = VALUE_DRAW - Value(contempt);
256   DrawValue[~us] = VALUE_DRAW + Value(contempt);
257
258   if (rootMoves.empty())
259   {
260       rootMoves.emplace_back(MOVE_NONE);
261       sync_cout << "info depth 0 score "
262                 << UCI::value(rootPos.checkers() ? -VALUE_MATE : VALUE_DRAW)
263                 << sync_endl;
264   }
265   else
266   {
267       for (Thread* th : Threads)
268           if (th != this)
269               th->start_searching();
270
271       Thread::search(); // Let's start searching!
272   }
273
274   // When playing in 'nodes as time' mode, subtract the searched nodes from
275   // the available ones before exiting.
276   if (Limits.npmsec)
277       Time.availableNodes += Limits.inc[us] - Threads.nodes_searched();
278
279   // When we reach the maximum depth, we can arrive here without a raise of
280   // Threads.stop. However, if we are pondering or in an infinite search,
281   // the UCI protocol states that we shouldn't print the best move before the
282   // GUI sends a "stop" or "ponderhit" command. We therefore simply wait here
283   // until the GUI sends one of those commands (which also raises Threads.stop).
284   Threads.stopOnPonderhit = true;
285
286   while (!Threads.stop && (Threads.ponder || Limits.infinite))
287   {} // Busy wait for a stop or a ponder reset
288
289   // Stop the threads if not already stopped (also raise the stop if
290   // "ponderhit" just reset Threads.ponder).
291   Threads.stop = true;
292
293   // Wait until all threads have finished
294   for (Thread* th : Threads)
295       if (th != this)
296           th->wait_for_search_finished();
297
298   // Check if there are threads with a better score than main thread
299   Thread* bestThread = this;
300   if (   !this->easyMovePlayed
301       &&  Options["MultiPV"] == 1
302       && !Limits.depth
303       && !Skill(Options["Skill Level"]).enabled()
304       &&  rootMoves[0].pv[0] != MOVE_NONE)
305   {
306       for (Thread* th : Threads)
307       {
308           Depth depthDiff = th->completedDepth - bestThread->completedDepth;
309           Value scoreDiff = th->rootMoves[0].score - bestThread->rootMoves[0].score;
310
311           // Select the thread with the best score, always if it is a mate
312           if (    scoreDiff > 0
313               && (depthDiff >= 0 || th->rootMoves[0].score >= VALUE_MATE_IN_MAX_PLY))
314               bestThread = th;
315       }
316   }
317
318   previousScore = bestThread->rootMoves[0].score;
319
320   // Send new PV when needed
321   if (bestThread != this)
322       sync_cout << UCI::pv(bestThread->rootPos, bestThread->completedDepth, -VALUE_INFINITE, VALUE_INFINITE) << sync_endl;
323
324   sync_cout << "bestmove " << UCI::move(bestThread->rootMoves[0].pv[0], rootPos.is_chess960());
325
326   if (bestThread->rootMoves[0].pv.size() > 1 || bestThread->rootMoves[0].extract_ponder_from_tt(rootPos))
327       std::cout << " ponder " << UCI::move(bestThread->rootMoves[0].pv[1], rootPos.is_chess960());
328
329   std::cout << sync_endl;
330 }
331
332
333 /// Thread::search() is the main iterative deepening loop. It calls search()
334 /// repeatedly with increasing depth until the allocated thinking time has been
335 /// consumed, the user stops the search, or the maximum search depth is reached.
336
337 void Thread::search() {
338
339   Stack stack[MAX_PLY+7], *ss = stack+4; // To allow referencing (ss-4) and (ss+2)
340   Value bestValue, alpha, beta, delta;
341   Move easyMove = MOVE_NONE;
342   MainThread* mainThread = (this == Threads.main() ? Threads.main() : nullptr);
343
344   std::memset(ss-4, 0, 7 * sizeof(Stack));
345   for (int i = 4; i > 0; i--)
346      (ss-i)->contHistory = &this->contHistory[NO_PIECE][0]; // Use as sentinel
347
348   bestValue = delta = alpha = -VALUE_INFINITE;
349   beta = VALUE_INFINITE;
350
351   if (mainThread)
352   {
353       easyMove = EasyMove.get(rootPos.key());
354       EasyMove.clear();
355       mainThread->easyMovePlayed = mainThread->failedLow = false;
356       mainThread->bestMoveChanges = 0;
357   }
358
359   size_t multiPV = Options["MultiPV"];
360   Skill skill(Options["Skill Level"]);
361
362   // When playing with strength handicap enable MultiPV search that we will
363   // use behind the scenes to retrieve a set of possible moves.
364   if (skill.enabled())
365       multiPV = std::max(multiPV, (size_t)4);
366
367   multiPV = std::min(multiPV, rootMoves.size());
368
369   // Iterative deepening loop until requested to stop or the target depth is reached
370   while (   (rootDepth += ONE_PLY) < DEPTH_MAX
371          && !Threads.stop
372          && !(Limits.depth && mainThread && rootDepth / ONE_PLY > Limits.depth))
373   {
374       // Distribute search depths across the threads
375       if (idx)
376       {
377           int i = (idx - 1) % 20;
378           if (((rootDepth / ONE_PLY + rootPos.game_ply() + skipPhase[i]) / skipSize[i]) % 2)
379               continue;
380       }
381
382       // Age out PV variability metric
383       if (mainThread)
384           mainThread->bestMoveChanges *= 0.505, mainThread->failedLow = false;
385
386       // Save the last iteration's scores before first PV line is searched and
387       // all the move scores except the (new) PV are set to -VALUE_INFINITE.
388       for (RootMove& rm : rootMoves)
389           rm.previousScore = rm.score;
390
391       // MultiPV loop. We perform a full root search for each PV line
392       for (PVIdx = 0; PVIdx < multiPV && !Threads.stop; ++PVIdx)
393       {
394           // Reset UCI info selDepth for each depth and each PV line
395           selDepth = 0;
396
397           // Reset aspiration window starting size
398           if (rootDepth >= 5 * ONE_PLY)
399           {
400               delta = Value(18);
401               alpha = std::max(rootMoves[PVIdx].previousScore - delta,-VALUE_INFINITE);
402               beta  = std::min(rootMoves[PVIdx].previousScore + delta, VALUE_INFINITE);
403           }
404
405           // Start with a small aspiration window and, in the case of a fail
406           // high/low, re-search with a bigger window until we're not failing
407           // high/low anymore.
408           while (true)
409           {
410               bestValue = ::search<PV>(rootPos, ss, alpha, beta, rootDepth, false, false);
411
412               // Bring the best move to the front. It is critical that sorting
413               // is done with a stable algorithm because all the values but the
414               // first and eventually the new best one are set to -VALUE_INFINITE
415               // and we want to keep the same order for all the moves except the
416               // new PV that goes to the front. Note that in case of MultiPV
417               // search the already searched PV lines are preserved.
418               std::stable_sort(rootMoves.begin() + PVIdx, rootMoves.end());
419
420               // If search has been stopped, we break immediately. Sorting and
421               // writing PV back to TT is safe because RootMoves is still
422               // valid, although it refers to the previous iteration.
423               if (Threads.stop)
424                   break;
425
426               // When failing high/low give some update (without cluttering
427               // the UI) before a re-search.
428               if (   mainThread
429                   && multiPV == 1
430                   && (bestValue <= alpha || bestValue >= beta)
431                   && Time.elapsed() > 3000)
432                   sync_cout << UCI::pv(rootPos, rootDepth, alpha, beta) << sync_endl;
433
434               // In case of failing low/high increase aspiration window and
435               // re-search, otherwise exit the loop.
436               if (bestValue <= alpha)
437               {
438                   beta = (alpha + beta) / 2;
439                   alpha = std::max(bestValue - delta, -VALUE_INFINITE);
440
441                   if (mainThread)
442                   {
443                       mainThread->failedLow = true;
444                       Threads.stopOnPonderhit = false;
445                   }
446               }
447               else if (bestValue >= beta)
448                   beta = std::min(bestValue + delta, VALUE_INFINITE);
449               else
450                   break;
451
452               delta += delta / 4 + 5;
453
454               assert(alpha >= -VALUE_INFINITE && beta <= VALUE_INFINITE);
455           }
456
457           // Sort the PV lines searched so far and update the GUI
458           std::stable_sort(rootMoves.begin(), rootMoves.begin() + PVIdx + 1);
459
460           if (    mainThread
461               && (Threads.stop || PVIdx + 1 == multiPV || Time.elapsed() > 3000))
462               sync_cout << UCI::pv(rootPos, rootDepth, alpha, beta) << sync_endl;
463       }
464
465       if (!Threads.stop)
466           completedDepth = rootDepth;
467
468       // Have we found a "mate in x"?
469       if (   Limits.mate
470           && bestValue >= VALUE_MATE_IN_MAX_PLY
471           && VALUE_MATE - bestValue <= 2 * Limits.mate)
472           Threads.stop = true;
473
474       if (!mainThread)
475           continue;
476
477       // If skill level is enabled and time is up, pick a sub-optimal best move
478       if (skill.enabled() && skill.time_to_pick(rootDepth))
479           skill.pick_best(multiPV);
480
481       // Do we have time for the next iteration? Can we stop searching now?
482       if (Limits.use_time_management())
483       {
484           if (!Threads.stop && !Threads.stopOnPonderhit)
485           {
486               // Stop the search if only one legal move is available, or if all
487               // of the available time has been used, or if we matched an easyMove
488               // from the previous search and just did a fast verification.
489               const int F[] = { mainThread->failedLow,
490                                 bestValue - mainThread->previousScore };
491
492               int improvingFactor = std::max(229, std::min(715, 357 + 119 * F[0] - 6 * F[1]));
493               double unstablePvFactor = 1 + mainThread->bestMoveChanges;
494
495               bool doEasyMove =   rootMoves[0].pv[0] == easyMove
496                                && mainThread->bestMoveChanges < 0.03
497                                && Time.elapsed() > Time.optimum() * 5 / 44;
498
499               if (   rootMoves.size() == 1
500                   || Time.elapsed() > Time.optimum() * unstablePvFactor * improvingFactor / 628
501                   || (mainThread->easyMovePlayed = doEasyMove, doEasyMove))
502               {
503                   // If we are allowed to ponder do not stop the search now but
504                   // keep pondering until the GUI sends "ponderhit" or "stop".
505                   if (Threads.ponder)
506                       Threads.stopOnPonderhit = true;
507                   else
508                       Threads.stop = true;
509               }
510           }
511
512           if (rootMoves[0].pv.size() >= 3)
513               EasyMove.update(rootPos, rootMoves[0].pv);
514           else
515               EasyMove.clear();
516       }
517   }
518
519   if (!mainThread)
520       return;
521
522   // Clear any candidate easy move that wasn't stable for the last search
523   // iterations; the second condition prevents consecutive fast moves.
524   if (EasyMove.stableCnt < 6 || mainThread->easyMovePlayed)
525       EasyMove.clear();
526
527   // If skill level is enabled, swap best PV line with the sub-optimal one
528   if (skill.enabled())
529       std::swap(rootMoves[0], *std::find(rootMoves.begin(),
530                 rootMoves.end(), skill.best_move(multiPV)));
531 }
532
533
534 namespace {
535
536   // search<>() is the main search function for both PV and non-PV nodes
537
538   template <NodeType NT>
539   Value search(Position& pos, Stack* ss, Value alpha, Value beta, Depth depth, bool cutNode, bool skipEarlyPruning) {
540
541     const bool PvNode = NT == PV;
542     const bool rootNode = PvNode && (ss-1)->ply == 0;
543
544     assert(-VALUE_INFINITE <= alpha && alpha < beta && beta <= VALUE_INFINITE);
545     assert(PvNode || (alpha == beta - 1));
546     assert(DEPTH_ZERO < depth && depth < DEPTH_MAX);
547     assert(!(PvNode && cutNode));
548     assert(depth / ONE_PLY * ONE_PLY == depth);
549
550     Move pv[MAX_PLY+1], quietsSearched[64];
551     StateInfo st;
552     TTEntry* tte;
553     Key posKey;
554     Move ttMove, move, excludedMove, bestMove;
555     Depth extension, newDepth;
556     Value bestValue, value, ttValue, eval;
557     bool ttHit, inCheck, givesCheck, singularExtensionNode, improving;
558     bool captureOrPromotion, doFullDepthSearch, moveCountPruning, skipQuiets, ttCapture;
559     Piece movedPiece;
560     int moveCount, quietCount;
561
562     // Step 1. Initialize node
563     Thread* thisThread = pos.this_thread();
564     inCheck = pos.checkers();
565     moveCount = quietCount = ss->moveCount = 0;
566     ss->statScore = 0;
567     bestValue = -VALUE_INFINITE;
568     ss->ply = (ss-1)->ply + 1;
569
570     // Check for the available remaining time
571     if (thisThread == Threads.main())
572         static_cast<MainThread*>(thisThread)->check_time();
573
574     // Used to send selDepth info to GUI
575     if (PvNode && thisThread->selDepth < ss->ply)
576         thisThread->selDepth = ss->ply;
577
578     if (!rootNode)
579     {
580         // Step 2. Check for aborted search and immediate draw
581         if (Threads.stop.load(std::memory_order_relaxed) || pos.is_draw(ss->ply) || ss->ply >= MAX_PLY)
582             return ss->ply >= MAX_PLY && !inCheck ? evaluate(pos)
583                                                   : DrawValue[pos.side_to_move()];
584
585         // Step 3. Mate distance pruning. Even if we mate at the next move our score
586         // would be at best mate_in(ss->ply+1), but if alpha is already bigger because
587         // a shorter mate was found upward in the tree then there is no need to search
588         // because we will never beat the current alpha. Same logic but with reversed
589         // signs applies also in the opposite condition of being mated instead of giving
590         // mate. In this case return a fail-high score.
591         alpha = std::max(mated_in(ss->ply), alpha);
592         beta = std::min(mate_in(ss->ply+1), beta);
593         if (alpha >= beta)
594             return alpha;
595     }
596
597     assert(0 <= ss->ply && ss->ply < MAX_PLY);
598
599     ss->currentMove = (ss+1)->excludedMove = bestMove = MOVE_NONE;
600     ss->contHistory = &thisThread->contHistory[NO_PIECE][0];
601     (ss+2)->killers[0] = (ss+2)->killers[1] = MOVE_NONE;
602     Square prevSq = to_sq((ss-1)->currentMove);
603
604     // Step 4. Transposition table lookup. We don't want the score of a partial
605     // search to overwrite a previous full search TT value, so we use a different
606     // position key in case of an excluded move.
607     excludedMove = ss->excludedMove;
608     posKey = pos.key() ^ Key(excludedMove);
609     tte = TT.probe(posKey, ttHit);
610     ttValue = ttHit ? value_from_tt(tte->value(), ss->ply) : VALUE_NONE;
611     ttMove =  rootNode ? thisThread->rootMoves[thisThread->PVIdx].pv[0]
612             : ttHit    ? tte->move() : MOVE_NONE;
613
614     // At non-PV nodes we check for an early TT cutoff
615     if (  !PvNode
616         && ttHit
617         && tte->depth() >= depth
618         && ttValue != VALUE_NONE // Possible in case of TT access race
619         && (ttValue >= beta ? (tte->bound() & BOUND_LOWER)
620                             : (tte->bound() & BOUND_UPPER)))
621     {
622         // If ttMove is quiet, update move sorting heuristics on TT hit
623         if (ttMove)
624         {
625             if (ttValue >= beta)
626             {
627                 if (!pos.capture_or_promotion(ttMove))
628                     update_stats(pos, ss, ttMove, nullptr, 0, stat_bonus(depth));
629
630                 // Extra penalty for a quiet TT move in previous ply when it gets refuted
631                 if ((ss-1)->moveCount == 1 && !pos.captured_piece())
632                     update_continuation_histories(ss-1, pos.piece_on(prevSq), prevSq, -stat_bonus(depth + ONE_PLY));
633             }
634             // Penalty for a quiet ttMove that fails low
635             else if (!pos.capture_or_promotion(ttMove))
636             {
637                 int penalty = -stat_bonus(depth);
638                 thisThread->mainHistory.update(pos.side_to_move(), ttMove, penalty);
639                 update_continuation_histories(ss, pos.moved_piece(ttMove), to_sq(ttMove), penalty);
640             }
641         }
642         return ttValue;
643     }
644
645     // Step 4a. Tablebase probe
646     if (!rootNode && TB::Cardinality)
647     {
648         int piecesCount = pos.count<ALL_PIECES>();
649
650         if (    piecesCount <= TB::Cardinality
651             && (piecesCount <  TB::Cardinality || depth >= TB::ProbeDepth)
652             &&  pos.rule50_count() == 0
653             && !pos.can_castle(ANY_CASTLING))
654         {
655             TB::ProbeState err;
656             TB::WDLScore v = Tablebases::probe_wdl(pos, &err);
657
658             if (err != TB::ProbeState::FAIL)
659             {
660                 thisThread->tbHits.fetch_add(1, std::memory_order_relaxed);
661
662                 int drawScore = TB::UseRule50 ? 1 : 0;
663
664                 value =  v < -drawScore ? -VALUE_MATE + MAX_PLY + ss->ply
665                        : v >  drawScore ?  VALUE_MATE - MAX_PLY - ss->ply
666                                         :  VALUE_DRAW + 2 * v * drawScore;
667
668                 tte->save(posKey, value_to_tt(value, ss->ply), BOUND_EXACT,
669                           std::min(DEPTH_MAX - ONE_PLY, depth + 6 * ONE_PLY),
670                           MOVE_NONE, VALUE_NONE, TT.generation());
671
672                 return value;
673             }
674         }
675     }
676
677     // Step 5. Evaluate the position statically
678     if (inCheck)
679     {
680         ss->staticEval = eval = VALUE_NONE;
681         goto moves_loop;
682     }
683
684     else if (ttHit)
685     {
686         // Never assume anything on values stored in TT
687         if ((ss->staticEval = eval = tte->eval()) == VALUE_NONE)
688             eval = ss->staticEval = evaluate(pos);
689
690         // Can ttValue be used as a better position evaluation?
691         if (   ttValue != VALUE_NONE
692             && (tte->bound() & (ttValue > eval ? BOUND_LOWER : BOUND_UPPER)))
693             eval = ttValue;
694     }
695     else
696     {
697         eval = ss->staticEval =
698         (ss-1)->currentMove != MOVE_NULL ? evaluate(pos)
699                                          : -(ss-1)->staticEval + 2 * Eval::Tempo;
700
701         tte->save(posKey, VALUE_NONE, BOUND_NONE, DEPTH_NONE, MOVE_NONE,
702                   ss->staticEval, TT.generation());
703     }
704
705     if (skipEarlyPruning)
706         goto moves_loop;
707
708     // Step 6. Razoring (skipped when in check)
709     if (   !PvNode
710         &&  depth < 4 * ONE_PLY
711         &&  eval + razor_margin[depth / ONE_PLY] <= alpha)
712     {
713         if (depth <= ONE_PLY)
714             return qsearch<NonPV, false>(pos, ss, alpha, alpha+1);
715
716         Value ralpha = alpha - razor_margin[depth / ONE_PLY];
717         Value v = qsearch<NonPV, false>(pos, ss, ralpha, ralpha+1);
718         if (v <= ralpha)
719             return v;
720     }
721
722     // Step 7. Futility pruning: child node (skipped when in check)
723     if (   !rootNode
724         &&  depth < 7 * ONE_PLY
725         &&  eval - futility_margin(depth) >= beta
726         &&  eval < VALUE_KNOWN_WIN  // Do not return unproven wins
727         &&  pos.non_pawn_material(pos.side_to_move()))
728         return eval;
729
730     // Step 8. Null move search with verification search (is omitted in PV nodes)
731     if (   !PvNode
732         &&  eval >= beta
733         && (ss->staticEval >= beta - 35 * (depth / ONE_PLY - 6) || depth >= 13 * ONE_PLY)
734         &&  pos.non_pawn_material(pos.side_to_move()))
735     {
736
737         assert(eval - beta >= 0);
738
739         // Null move dynamic reduction based on depth and value
740         Depth R = ((823 + 67 * depth / ONE_PLY) / 256 + std::min((eval - beta) / PawnValueMg, 3)) * ONE_PLY;
741
742         ss->currentMove = MOVE_NULL;
743         ss->contHistory = &thisThread->contHistory[NO_PIECE][0];
744
745         pos.do_null_move(st);
746         Value nullValue = depth-R < ONE_PLY ? -qsearch<NonPV, false>(pos, ss+1, -beta, -beta+1)
747                                             : - search<NonPV>(pos, ss+1, -beta, -beta+1, depth-R, !cutNode, true);
748         pos.undo_null_move();
749
750         if (nullValue >= beta)
751         {
752             // Do not return unproven mate scores
753             if (nullValue >= VALUE_MATE_IN_MAX_PLY)
754                 nullValue = beta;
755
756             if (depth < 12 * ONE_PLY && abs(beta) < VALUE_KNOWN_WIN)
757                 return nullValue;
758
759             // Do verification search at high depths
760             Value v = depth-R < ONE_PLY ? qsearch<NonPV, false>(pos, ss, beta-1, beta)
761                                         :  search<NonPV>(pos, ss, beta-1, beta, depth-R, false, true);
762
763             if (v >= beta)
764                 return nullValue;
765         }
766     }
767
768     // Step 9. ProbCut (skipped when in check)
769     // If we have a good enough capture and a reduced search returns a value
770     // much above beta, we can (almost) safely prune the previous move.
771     if (   !PvNode
772         &&  depth >= 5 * ONE_PLY
773         &&  abs(beta) < VALUE_MATE_IN_MAX_PLY)
774     {
775         Value rbeta = std::min(beta + 200, VALUE_INFINITE);
776
777         assert(is_ok((ss-1)->currentMove));
778
779         MovePicker mp(pos, ttMove, rbeta - ss->staticEval);
780
781         while ((move = mp.next_move()) != MOVE_NONE)
782             if (pos.legal(move))
783             {
784                 ss->currentMove = move;
785                 ss->contHistory = &thisThread->contHistory[pos.moved_piece(move)][to_sq(move)];
786
787                 assert(depth >= 5 * ONE_PLY);
788                 pos.do_move(move, st);
789                 value = -search<NonPV>(pos, ss+1, -rbeta, -rbeta+1, depth - 4 * ONE_PLY, !cutNode, false);
790                 pos.undo_move(move);
791                 if (value >= rbeta)
792                     return value;
793             }
794     }
795
796     // Step 10. Internal iterative deepening (skipped when in check)
797     if (    depth >= 6 * ONE_PLY
798         && !ttMove
799         && (PvNode || ss->staticEval + 256 >= beta))
800     {
801         Depth d = (3 * depth / (4 * ONE_PLY) - 2) * ONE_PLY;
802         search<NT>(pos, ss, alpha, beta, d, cutNode, true);
803
804         tte = TT.probe(posKey, ttHit);
805         ttMove = ttHit ? tte->move() : MOVE_NONE;
806     }
807
808 moves_loop: // When in check search starts from here
809
810     const PieceToHistory* contHist[] = { (ss-1)->contHistory, (ss-2)->contHistory, nullptr, (ss-4)->contHistory };
811     Move countermove = thisThread->counterMoves[pos.piece_on(prevSq)][prevSq];
812
813     MovePicker mp(pos, ttMove, depth, &thisThread->mainHistory, contHist, countermove, ss->killers);
814     value = bestValue; // Workaround a bogus 'uninitialized' warning under gcc
815     improving =   ss->staticEval >= (ss-2)->staticEval
816             /* || ss->staticEval == VALUE_NONE Already implicit in the previous condition */
817                ||(ss-2)->staticEval == VALUE_NONE;
818
819     singularExtensionNode =   !rootNode
820                            &&  depth >= 8 * ONE_PLY
821                            &&  ttMove != MOVE_NONE
822                            &&  ttValue != VALUE_NONE
823                            && !excludedMove // Recursive singular search is not allowed
824                            && (tte->bound() & BOUND_LOWER)
825                            &&  tte->depth() >= depth - 3 * ONE_PLY;
826     skipQuiets = false;
827     ttCapture = false;
828
829     // Step 11. Loop through moves
830     // Loop through all pseudo-legal moves until no moves remain or a beta cutoff occurs
831     while ((move = mp.next_move(skipQuiets)) != MOVE_NONE)
832     {
833       assert(is_ok(move));
834
835       if (move == excludedMove)
836           continue;
837
838       // At root obey the "searchmoves" option and skip moves not listed in Root
839       // Move List. As a consequence any illegal move is also skipped. In MultiPV
840       // mode we also skip PV moves which have been already searched.
841       if (rootNode && !std::count(thisThread->rootMoves.begin() + thisThread->PVIdx,
842                                   thisThread->rootMoves.end(), move))
843           continue;
844
845       ss->moveCount = ++moveCount;
846
847       if (rootNode && thisThread == Threads.main() && Time.elapsed() > 3000)
848           sync_cout << "info depth " << depth / ONE_PLY
849                     << " currmove " << UCI::move(move, pos.is_chess960())
850                     << " currmovenumber " << moveCount + thisThread->PVIdx << sync_endl;
851
852       if (PvNode)
853           (ss+1)->pv = nullptr;
854
855       extension = DEPTH_ZERO;
856       captureOrPromotion = pos.capture_or_promotion(move);
857       movedPiece = pos.moved_piece(move);
858
859       givesCheck =  type_of(move) == NORMAL && !pos.discovered_check_candidates()
860                   ? pos.check_squares(type_of(pos.piece_on(from_sq(move)))) & to_sq(move)
861                   : pos.gives_check(move);
862
863       moveCountPruning =   depth < 16 * ONE_PLY
864                         && moveCount >= FutilityMoveCounts[improving][depth / ONE_PLY];
865
866       // Step 12. Singular and Gives Check Extensions
867
868       // Singular extension search. If all moves but one fail low on a search of
869       // (alpha-s, beta-s), and just one fails high on (alpha, beta), then that move
870       // is singular and should be extended. To verify this we do a reduced search
871       // on all the other moves but the ttMove and if the result is lower than
872       // ttValue minus a margin then we will extend the ttMove.
873       if (    singularExtensionNode
874           &&  move == ttMove
875           &&  pos.legal(move))
876       {
877           Value rBeta = std::max(ttValue - 2 * depth / ONE_PLY, -VALUE_MATE);
878           Depth d = (depth / (2 * ONE_PLY)) * ONE_PLY;
879           ss->excludedMove = move;
880           value = search<NonPV>(pos, ss, rBeta - 1, rBeta, d, cutNode, true);
881           ss->excludedMove = MOVE_NONE;
882
883           if (value < rBeta)
884               extension = ONE_PLY;
885       }
886       else if (    givesCheck
887                && !moveCountPruning
888                &&  pos.see_ge(move))
889           extension = ONE_PLY;
890
891       // Calculate new depth for this move
892       newDepth = depth - ONE_PLY + extension;
893
894       // Step 13. Pruning at shallow depth
895       if (  !rootNode
896           && pos.non_pawn_material(pos.side_to_move())
897           && bestValue > VALUE_MATED_IN_MAX_PLY)
898       {
899           if (   !captureOrPromotion
900               && !givesCheck
901               && (!pos.advanced_pawn_push(move) || pos.non_pawn_material() >= Value(5000)))
902           {
903               // Move count based pruning
904               if (moveCountPruning)
905               {
906                   skipQuiets = true;
907                   continue;
908               }
909
910               // Reduced depth of the next LMR search
911               int lmrDepth = std::max(newDepth - reduction<PvNode>(improving, depth, moveCount), DEPTH_ZERO) / ONE_PLY;
912
913               // Countermoves based pruning
914               if (   lmrDepth < 3
915                   && (*contHist[0])[movedPiece][to_sq(move)] < CounterMovePruneThreshold
916                   && (*contHist[1])[movedPiece][to_sq(move)] < CounterMovePruneThreshold)
917                   continue;
918
919               // Futility pruning: parent node
920               if (   lmrDepth < 7
921                   && !inCheck
922                   && ss->staticEval + 256 + 200 * lmrDepth <= alpha)
923                   continue;
924
925               // Prune moves with negative SEE
926               if (   lmrDepth < 8
927                   && !pos.see_ge(move, Value(-35 * lmrDepth * lmrDepth)))
928                   continue;
929           }
930           else if (    depth < 7 * ONE_PLY
931                    && !extension
932                    && !pos.see_ge(move, -PawnValueEg * (depth / ONE_PLY)))
933                   continue;
934       }
935
936       // Speculative prefetch as early as possible
937       prefetch(TT.first_entry(pos.key_after(move)));
938
939       // Check for legality just before making the move
940       if (!rootNode && !pos.legal(move))
941       {
942           ss->moveCount = --moveCount;
943           continue;
944       }
945
946       if (move == ttMove && captureOrPromotion)
947           ttCapture = true;
948
949       // Update the current move (this must be done after singular extension search)
950       ss->currentMove = move;
951       ss->contHistory = &thisThread->contHistory[movedPiece][to_sq(move)];
952
953       // Step 14. Make the move
954       pos.do_move(move, st, givesCheck);
955
956       // Step 15. Reduced depth search (LMR). If the move fails high it will be
957       // re-searched at full depth.
958       if (    depth >= 3 * ONE_PLY
959           &&  moveCount > 1
960           && (!captureOrPromotion || moveCountPruning))
961       {
962           int mch = std::max(1, moveCount - (ss-1)->moveCount / 16);
963           Depth r = reduction<PvNode>(improving, depth, mch);
964
965           if (captureOrPromotion)
966               r -= r ? ONE_PLY : DEPTH_ZERO;
967           else
968           {
969               // Increase reduction if ttMove is a capture
970               if (ttCapture)
971                   r += ONE_PLY;
972
973               // Increase reduction for cut nodes
974               if (cutNode)
975                   r += 2 * ONE_PLY;
976
977               // Decrease reduction for moves that escape a capture. Filter out
978               // castling moves, because they are coded as "king captures rook" and
979               // hence break make_move().
980               else if (    type_of(move) == NORMAL
981                        && !pos.see_ge(make_move(to_sq(move), from_sq(move))))
982                   r -= 2 * ONE_PLY;
983
984               ss->statScore =  thisThread->mainHistory[~pos.side_to_move()][from_to(move)]
985                              + (*contHist[0])[movedPiece][to_sq(move)]
986                              + (*contHist[1])[movedPiece][to_sq(move)]
987                              + (*contHist[3])[movedPiece][to_sq(move)]
988                              - 4000;
989
990               // Decrease/increase reduction by comparing opponent's stat score
991               if (ss->statScore > 0 && (ss-1)->statScore < 0)
992                   r -= ONE_PLY;
993
994               else if (ss->statScore < 0 && (ss-1)->statScore > 0)
995                   r += ONE_PLY;
996
997               // Decrease/increase reduction for moves with a good/bad history
998               r = std::max(DEPTH_ZERO, (r / ONE_PLY - ss->statScore / 20000) * ONE_PLY);
999           }
1000
1001           Depth d = std::max(newDepth - r, ONE_PLY);
1002
1003           value = -search<NonPV>(pos, ss+1, -(alpha+1), -alpha, d, true, false);
1004
1005           doFullDepthSearch = (value > alpha && d != newDepth);
1006       }
1007       else
1008           doFullDepthSearch = !PvNode || moveCount > 1;
1009
1010       // Step 16. Full depth search when LMR is skipped or fails high
1011       if (doFullDepthSearch)
1012           value = newDepth <   ONE_PLY ?
1013                             givesCheck ? -qsearch<NonPV,  true>(pos, ss+1, -(alpha+1), -alpha)
1014                                        : -qsearch<NonPV, false>(pos, ss+1, -(alpha+1), -alpha)
1015                                        : - search<NonPV>(pos, ss+1, -(alpha+1), -alpha, newDepth, !cutNode, false);
1016
1017       // For PV nodes only, do a full PV search on the first move or after a fail
1018       // high (in the latter case search only if value < beta), otherwise let the
1019       // parent node fail low with value <= alpha and try another move.
1020       if (PvNode && (moveCount == 1 || (value > alpha && (rootNode || value < beta))))
1021       {
1022           (ss+1)->pv = pv;
1023           (ss+1)->pv[0] = MOVE_NONE;
1024
1025           value = newDepth <   ONE_PLY ?
1026                             givesCheck ? -qsearch<PV,  true>(pos, ss+1, -beta, -alpha)
1027                                        : -qsearch<PV, false>(pos, ss+1, -beta, -alpha)
1028                                        : - search<PV>(pos, ss+1, -beta, -alpha, newDepth, false, false);
1029       }
1030
1031       // Step 17. Undo move
1032       pos.undo_move(move);
1033
1034       assert(value > -VALUE_INFINITE && value < VALUE_INFINITE);
1035
1036       // Step 18. Check for a new best move
1037       // Finished searching the move. If a stop occurred, the return value of
1038       // the search cannot be trusted, and we return immediately without
1039       // updating best move, PV and TT.
1040       if (Threads.stop.load(std::memory_order_relaxed))
1041           return VALUE_ZERO;
1042
1043       if (rootNode)
1044       {
1045           RootMove& rm = *std::find(thisThread->rootMoves.begin(),
1046                                     thisThread->rootMoves.end(), move);
1047
1048           // PV move or new best move ?
1049           if (moveCount == 1 || value > alpha)
1050           {
1051               rm.score = value;
1052               rm.selDepth = thisThread->selDepth;
1053               rm.pv.resize(1);
1054
1055               assert((ss+1)->pv);
1056
1057               for (Move* m = (ss+1)->pv; *m != MOVE_NONE; ++m)
1058                   rm.pv.push_back(*m);
1059
1060               // We record how often the best move has been changed in each
1061               // iteration. This information is used for time management: When
1062               // the best move changes frequently, we allocate some more time.
1063               if (moveCount > 1 && thisThread == Threads.main())
1064                   ++static_cast<MainThread*>(thisThread)->bestMoveChanges;
1065           }
1066           else
1067               // All other moves but the PV are set to the lowest value: this
1068               // is not a problem when sorting because the sort is stable and the
1069               // move position in the list is preserved - just the PV is pushed up.
1070               rm.score = -VALUE_INFINITE;
1071       }
1072
1073       if (value > bestValue)
1074       {
1075           bestValue = value;
1076
1077           if (value > alpha)
1078           {
1079               bestMove = move;
1080
1081               if (PvNode && !rootNode) // Update pv even in fail-high case
1082                   update_pv(ss->pv, move, (ss+1)->pv);
1083
1084               if (PvNode && value < beta) // Update alpha! Always alpha < beta
1085                   alpha = value;
1086               else
1087               {
1088                   assert(value >= beta); // Fail high
1089                   break;
1090               }
1091           }
1092       }
1093
1094       if (!captureOrPromotion && move != bestMove && quietCount < 64)
1095           quietsSearched[quietCount++] = move;
1096     }
1097
1098     // The following condition would detect a stop only after move loop has been
1099     // completed. But in this case bestValue is valid because we have fully
1100     // searched our subtree, and we can anyhow save the result in TT.
1101     /*
1102        if (Threads.stop)
1103         return VALUE_DRAW;
1104     */
1105
1106     // Step 20. Check for mate and stalemate
1107     // All legal moves have been searched and if there are no legal moves, it
1108     // must be a mate or a stalemate. If we are in a singular extension search then
1109     // return a fail low score.
1110
1111     assert(moveCount || !inCheck || excludedMove || !MoveList<LEGAL>(pos).size());
1112
1113     if (!moveCount)
1114         bestValue = excludedMove ? alpha
1115                    :     inCheck ? mated_in(ss->ply) : DrawValue[pos.side_to_move()];
1116     else if (bestMove)
1117     {
1118         // Quiet best move: update move sorting heuristics
1119         if (!pos.capture_or_promotion(bestMove))
1120             update_stats(pos, ss, bestMove, quietsSearched, quietCount, stat_bonus(depth));
1121
1122         // Extra penalty for a quiet TT move in previous ply when it gets refuted
1123         if ((ss-1)->moveCount == 1 && !pos.captured_piece())
1124             update_continuation_histories(ss-1, pos.piece_on(prevSq), prevSq, -stat_bonus(depth + ONE_PLY));
1125     }
1126     // Bonus for prior countermove that caused the fail low
1127     else if (    depth >= 3 * ONE_PLY
1128              && !pos.captured_piece()
1129              && is_ok((ss-1)->currentMove))
1130         update_continuation_histories(ss-1, pos.piece_on(prevSq), prevSq, stat_bonus(depth));
1131
1132     if (!excludedMove)
1133         tte->save(posKey, value_to_tt(bestValue, ss->ply),
1134                   bestValue >= beta ? BOUND_LOWER :
1135                   PvNode && bestMove ? BOUND_EXACT : BOUND_UPPER,
1136                   depth, bestMove, ss->staticEval, TT.generation());
1137
1138     assert(bestValue > -VALUE_INFINITE && bestValue < VALUE_INFINITE);
1139
1140     return bestValue;
1141   }
1142
1143
1144   // qsearch() is the quiescence search function, which is called by the main
1145   // search function with depth zero, or recursively with depth less than ONE_PLY.
1146
1147   template <NodeType NT, bool InCheck>
1148   Value qsearch(Position& pos, Stack* ss, Value alpha, Value beta, Depth depth) {
1149
1150     const bool PvNode = NT == PV;
1151
1152     assert(InCheck == !!pos.checkers());
1153     assert(alpha >= -VALUE_INFINITE && alpha < beta && beta <= VALUE_INFINITE);
1154     assert(PvNode || (alpha == beta - 1));
1155     assert(depth <= DEPTH_ZERO);
1156     assert(depth / ONE_PLY * ONE_PLY == depth);
1157
1158     Move pv[MAX_PLY+1];
1159     StateInfo st;
1160     TTEntry* tte;
1161     Key posKey;
1162     Move ttMove, move, bestMove;
1163     Value bestValue, value, ttValue, futilityValue, futilityBase, oldAlpha;
1164     bool ttHit, givesCheck, evasionPrunable;
1165     Depth ttDepth;
1166     int moveCount;
1167
1168     if (PvNode)
1169     {
1170         oldAlpha = alpha; // To flag BOUND_EXACT when eval above alpha and no available moves
1171         (ss+1)->pv = pv;
1172         ss->pv[0] = MOVE_NONE;
1173     }
1174
1175     ss->currentMove = bestMove = MOVE_NONE;
1176     ss->ply = (ss-1)->ply + 1;
1177     moveCount = 0;
1178
1179     // Check for an instant draw or if the maximum ply has been reached
1180     if (pos.is_draw(ss->ply) || ss->ply >= MAX_PLY)
1181         return ss->ply >= MAX_PLY && !InCheck ? evaluate(pos)
1182                                               : DrawValue[pos.side_to_move()];
1183
1184     assert(0 <= ss->ply && ss->ply < MAX_PLY);
1185
1186     // Decide whether or not to include checks: this fixes also the type of
1187     // TT entry depth that we are going to use. Note that in qsearch we use
1188     // only two types of depth in TT: DEPTH_QS_CHECKS or DEPTH_QS_NO_CHECKS.
1189     ttDepth = InCheck || depth >= DEPTH_QS_CHECKS ? DEPTH_QS_CHECKS
1190                                                   : DEPTH_QS_NO_CHECKS;
1191
1192     // Transposition table lookup
1193     posKey = pos.key();
1194     tte = TT.probe(posKey, ttHit);
1195     ttMove = ttHit ? tte->move() : MOVE_NONE;
1196     ttValue = ttHit ? value_from_tt(tte->value(), ss->ply) : VALUE_NONE;
1197
1198     if (  !PvNode
1199         && ttHit
1200         && tte->depth() >= ttDepth
1201         && ttValue != VALUE_NONE // Only in case of TT access race
1202         && (ttValue >= beta ? (tte->bound() &  BOUND_LOWER)
1203                             : (tte->bound() &  BOUND_UPPER)))
1204         return ttValue;
1205
1206     // Evaluate the position statically
1207     if (InCheck)
1208     {
1209         ss->staticEval = VALUE_NONE;
1210         bestValue = futilityBase = -VALUE_INFINITE;
1211     }
1212     else
1213     {
1214         if (ttHit)
1215         {
1216             // Never assume anything on values stored in TT
1217             if ((ss->staticEval = bestValue = tte->eval()) == VALUE_NONE)
1218                 ss->staticEval = bestValue = evaluate(pos);
1219
1220             // Can ttValue be used as a better position evaluation?
1221             if (   ttValue != VALUE_NONE
1222                 && (tte->bound() & (ttValue > bestValue ? BOUND_LOWER : BOUND_UPPER)))
1223                 bestValue = ttValue;
1224         }
1225         else
1226             ss->staticEval = bestValue =
1227             (ss-1)->currentMove != MOVE_NULL ? evaluate(pos)
1228                                              : -(ss-1)->staticEval + 2 * Eval::Tempo;
1229
1230         // Stand pat. Return immediately if static value is at least beta
1231         if (bestValue >= beta)
1232         {
1233             if (!ttHit)
1234                 tte->save(pos.key(), value_to_tt(bestValue, ss->ply), BOUND_LOWER,
1235                           DEPTH_NONE, MOVE_NONE, ss->staticEval, TT.generation());
1236
1237             return bestValue;
1238         }
1239
1240         if (PvNode && bestValue > alpha)
1241             alpha = bestValue;
1242
1243         futilityBase = bestValue + 128;
1244     }
1245
1246     // Initialize a MovePicker object for the current position, and prepare
1247     // to search the moves. Because the depth is <= 0 here, only captures,
1248     // queen promotions and checks (only if depth >= DEPTH_QS_CHECKS) will
1249     // be generated.
1250     MovePicker mp(pos, ttMove, depth, &pos.this_thread()->mainHistory, to_sq((ss-1)->currentMove));
1251
1252     // Loop through the moves until no moves remain or a beta cutoff occurs
1253     while ((move = mp.next_move()) != MOVE_NONE)
1254     {
1255       assert(is_ok(move));
1256
1257       givesCheck =  type_of(move) == NORMAL && !pos.discovered_check_candidates()
1258                   ? pos.check_squares(type_of(pos.piece_on(from_sq(move)))) & to_sq(move)
1259                   : pos.gives_check(move);
1260
1261       moveCount++;
1262
1263       // Futility pruning
1264       if (   !InCheck
1265           && !givesCheck
1266           &&  futilityBase > -VALUE_KNOWN_WIN
1267           && !pos.advanced_pawn_push(move))
1268       {
1269           assert(type_of(move) != ENPASSANT); // Due to !pos.advanced_pawn_push
1270
1271           futilityValue = futilityBase + PieceValue[EG][pos.piece_on(to_sq(move))];
1272
1273           if (futilityValue <= alpha)
1274           {
1275               bestValue = std::max(bestValue, futilityValue);
1276               continue;
1277           }
1278
1279           if (futilityBase <= alpha && !pos.see_ge(move, VALUE_ZERO + 1))
1280           {
1281               bestValue = std::max(bestValue, futilityBase);
1282               continue;
1283           }
1284       }
1285
1286       // Detect non-capture evasions that are candidates to be pruned
1287       evasionPrunable =    InCheck
1288                        &&  (depth != DEPTH_ZERO || moveCount > 2)
1289                        &&  bestValue > VALUE_MATED_IN_MAX_PLY
1290                        && !pos.capture(move);
1291
1292       // Don't search moves with negative SEE values
1293       if (  (!InCheck || evasionPrunable)
1294           &&  type_of(move) != PROMOTION
1295           &&  !pos.see_ge(move))
1296           continue;
1297
1298       // Speculative prefetch as early as possible
1299       prefetch(TT.first_entry(pos.key_after(move)));
1300
1301       // Check for legality just before making the move
1302       if (!pos.legal(move))
1303       {
1304           moveCount--;
1305           continue;
1306       }
1307
1308       ss->currentMove = move;
1309
1310       // Make and search the move
1311       pos.do_move(move, st, givesCheck);
1312       value = givesCheck ? -qsearch<NT,  true>(pos, ss+1, -beta, -alpha, depth - ONE_PLY)
1313                          : -qsearch<NT, false>(pos, ss+1, -beta, -alpha, depth - ONE_PLY);
1314       pos.undo_move(move);
1315
1316       assert(value > -VALUE_INFINITE && value < VALUE_INFINITE);
1317
1318       // Check for a new best move
1319       if (value > bestValue)
1320       {
1321           bestValue = value;
1322
1323           if (value > alpha)
1324           {
1325               if (PvNode) // Update pv even in fail-high case
1326                   update_pv(ss->pv, move, (ss+1)->pv);
1327
1328               if (PvNode && value < beta) // Update alpha here!
1329               {
1330                   alpha = value;
1331                   bestMove = move;
1332               }
1333               else // Fail high
1334               {
1335                   tte->save(posKey, value_to_tt(value, ss->ply), BOUND_LOWER,
1336                             ttDepth, move, ss->staticEval, TT.generation());
1337
1338                   return value;
1339               }
1340           }
1341        }
1342     }
1343
1344     // All legal moves have been searched. A special case: If we're in check
1345     // and no legal moves were found, it is checkmate.
1346     if (InCheck && bestValue == -VALUE_INFINITE)
1347         return mated_in(ss->ply); // Plies to mate from the root
1348
1349     tte->save(posKey, value_to_tt(bestValue, ss->ply),
1350               PvNode && bestValue > oldAlpha ? BOUND_EXACT : BOUND_UPPER,
1351               ttDepth, bestMove, ss->staticEval, TT.generation());
1352
1353     assert(bestValue > -VALUE_INFINITE && bestValue < VALUE_INFINITE);
1354
1355     return bestValue;
1356   }
1357
1358
1359   // value_to_tt() adjusts a mate score from "plies to mate from the root" to
1360   // "plies to mate from the current position". Non-mate scores are unchanged.
1361   // The function is called before storing a value in the transposition table.
1362
1363   Value value_to_tt(Value v, int ply) {
1364
1365     assert(v != VALUE_NONE);
1366
1367     return  v >= VALUE_MATE_IN_MAX_PLY  ? v + ply
1368           : v <= VALUE_MATED_IN_MAX_PLY ? v - ply : v;
1369   }
1370
1371
1372   // value_from_tt() is the inverse of value_to_tt(): It adjusts a mate score
1373   // from the transposition table (which refers to the plies to mate/be mated
1374   // from current position) to "plies to mate/be mated from the root".
1375
1376   Value value_from_tt(Value v, int ply) {
1377
1378     return  v == VALUE_NONE             ? VALUE_NONE
1379           : v >= VALUE_MATE_IN_MAX_PLY  ? v - ply
1380           : v <= VALUE_MATED_IN_MAX_PLY ? v + ply : v;
1381   }
1382
1383
1384   // update_pv() adds current move and appends child pv[]
1385
1386   void update_pv(Move* pv, Move move, Move* childPv) {
1387
1388     for (*pv++ = move; childPv && *childPv != MOVE_NONE; )
1389         *pv++ = *childPv++;
1390     *pv = MOVE_NONE;
1391   }
1392
1393
1394   // update_continuation_histories() updates histories of the move pairs formed
1395   // by moves at ply -1, -2, and -4 with current move.
1396
1397   void update_continuation_histories(Stack* ss, Piece pc, Square to, int bonus) {
1398
1399     for (int i : {1, 2, 4})
1400         if (is_ok((ss-i)->currentMove))
1401             (ss-i)->contHistory->update(pc, to, bonus);
1402   }
1403
1404
1405   // update_stats() updates move sorting heuristics when a new quiet best move is found
1406
1407   void update_stats(const Position& pos, Stack* ss, Move move,
1408                     Move* quiets, int quietsCnt, int bonus) {
1409
1410     if (ss->killers[0] != move)
1411     {
1412         ss->killers[1] = ss->killers[0];
1413         ss->killers[0] = move;
1414     }
1415
1416     Color c = pos.side_to_move();
1417     Thread* thisThread = pos.this_thread();
1418     thisThread->mainHistory.update(c, move, bonus);
1419     update_continuation_histories(ss, pos.moved_piece(move), to_sq(move), bonus);
1420
1421     if (is_ok((ss-1)->currentMove))
1422     {
1423         Square prevSq = to_sq((ss-1)->currentMove);
1424         thisThread->counterMoves[pos.piece_on(prevSq)][prevSq] = move;
1425     }
1426
1427     // Decrease all the other played quiet moves
1428     for (int i = 0; i < quietsCnt; ++i)
1429     {
1430         thisThread->mainHistory.update(c, quiets[i], -bonus);
1431         update_continuation_histories(ss, pos.moved_piece(quiets[i]), to_sq(quiets[i]), -bonus);
1432     }
1433   }
1434
1435
1436   // When playing with strength handicap, choose best move among a set of RootMoves
1437   // using a statistical rule dependent on 'level'. Idea by Heinz van Saanen.
1438
1439   Move Skill::pick_best(size_t multiPV) {
1440
1441     const RootMoves& rootMoves = Threads.main()->rootMoves;
1442     static PRNG rng(now()); // PRNG sequence should be non-deterministic
1443
1444     // RootMoves are already sorted by score in descending order
1445     Value topScore = rootMoves[0].score;
1446     int delta = std::min(topScore - rootMoves[multiPV - 1].score, PawnValueMg);
1447     int weakness = 120 - 2 * level;
1448     int maxScore = -VALUE_INFINITE;
1449
1450     // Choose best move. For each move score we add two terms, both dependent on
1451     // weakness. One is deterministic and bigger for weaker levels, and one is
1452     // random. Then we choose the move with the resulting highest score.
1453     for (size_t i = 0; i < multiPV; ++i)
1454     {
1455         // This is our magic formula
1456         int push = (  weakness * int(topScore - rootMoves[i].score)
1457                     + delta * (rng.rand<unsigned>() % weakness)) / 128;
1458
1459         if (rootMoves[i].score + push > maxScore)
1460         {
1461             maxScore = rootMoves[i].score + push;
1462             best = rootMoves[i].pv[0];
1463         }
1464     }
1465
1466     return best;
1467   }
1468
1469 } // namespace
1470
1471   // check_time() is used to print debug info and, more importantly, to detect
1472   // when we are out of available time and thus stop the search.
1473
1474   void MainThread::check_time() {
1475
1476     if (--callsCnt > 0)
1477         return;
1478
1479     // At low node count increase the checking rate to about 0.1% of nodes
1480     // otherwise use a default value.
1481     callsCnt = Limits.nodes ? std::min(4096, int(Limits.nodes / 1024)) : 4096;
1482
1483     static TimePoint lastInfoTime = now();
1484
1485     int elapsed = Time.elapsed();
1486     TimePoint tick = Limits.startTime + elapsed;
1487
1488     if (tick - lastInfoTime >= 1000)
1489     {
1490         lastInfoTime = tick;
1491         dbg_print();
1492     }
1493
1494     // An engine may not stop pondering until told so by the GUI
1495     if (Threads.ponder)
1496         return;
1497
1498     if (   (Limits.use_time_management() && elapsed > Time.maximum())
1499         || (Limits.movetime && elapsed >= Limits.movetime)
1500         || (Limits.nodes && Threads.nodes_searched() >= (uint64_t)Limits.nodes))
1501             Threads.stop = true;
1502   }
1503
1504
1505 /// UCI::pv() formats PV information according to the UCI protocol. UCI requires
1506 /// that all (if any) unsearched PV lines are sent using a previous search score.
1507
1508 string UCI::pv(const Position& pos, Depth depth, Value alpha, Value beta) {
1509
1510   std::stringstream ss;
1511   int elapsed = Time.elapsed() + 1;
1512   const RootMoves& rootMoves = pos.this_thread()->rootMoves;
1513   size_t PVIdx = pos.this_thread()->PVIdx;
1514   size_t multiPV = std::min((size_t)Options["MultiPV"], rootMoves.size());
1515   uint64_t nodesSearched = Threads.nodes_searched();
1516   uint64_t tbHits = Threads.tb_hits() + (TB::RootInTB ? rootMoves.size() : 0);
1517
1518   for (size_t i = 0; i < multiPV; ++i)
1519   {
1520       bool updated = (i <= PVIdx && rootMoves[i].score != -VALUE_INFINITE);
1521
1522       if (depth == ONE_PLY && !updated)
1523           continue;
1524
1525       Depth d = updated ? depth : depth - ONE_PLY;
1526       Value v = updated ? rootMoves[i].score : rootMoves[i].previousScore;
1527
1528       bool tb = TB::RootInTB && abs(v) < VALUE_MATE - MAX_PLY;
1529       v = tb ? TB::Score : v;
1530
1531       if (ss.rdbuf()->in_avail()) // Not at first line
1532           ss << "\n";
1533
1534       ss << "info"
1535          << " depth "    << d / ONE_PLY
1536          << " seldepth " << rootMoves[i].selDepth
1537          << " multipv "  << i + 1
1538          << " score "    << UCI::value(v);
1539
1540       if (!tb && i == PVIdx)
1541           ss << (v >= beta ? " lowerbound" : v <= alpha ? " upperbound" : "");
1542
1543       ss << " nodes "    << nodesSearched
1544          << " nps "      << nodesSearched * 1000 / elapsed;
1545
1546       if (elapsed > 1000) // Earlier makes little sense
1547           ss << " hashfull " << TT.hashfull();
1548
1549       ss << " tbhits "   << tbHits
1550          << " time "     << elapsed
1551          << " pv";
1552
1553       for (Move m : rootMoves[i].pv)
1554           ss << " " << UCI::move(m, pos.is_chess960());
1555   }
1556
1557   return ss.str();
1558 }
1559
1560
1561 /// RootMove::extract_ponder_from_tt() is called in case we have no ponder move
1562 /// before exiting the search, for instance, in case we stop the search during a
1563 /// fail high at root. We try hard to have a ponder move to return to the GUI,
1564 /// otherwise in case of 'ponder on' we have nothing to think on.
1565
1566 bool RootMove::extract_ponder_from_tt(Position& pos) {
1567
1568     StateInfo st;
1569     bool ttHit;
1570
1571     assert(pv.size() == 1);
1572
1573     if (!pv[0])
1574         return false;
1575
1576     pos.do_move(pv[0], st);
1577     TTEntry* tte = TT.probe(pos.key(), ttHit);
1578
1579     if (ttHit)
1580     {
1581         Move m = tte->move(); // Local copy to be SMP safe
1582         if (MoveList<LEGAL>(pos).contains(m))
1583             pv.push_back(m);
1584     }
1585
1586     pos.undo_move(pv[0]);
1587     return pv.size() > 1;
1588 }
1589
1590 void Tablebases::filter_root_moves(Position& pos, Search::RootMoves& rootMoves) {
1591
1592     RootInTB = false;
1593     UseRule50 = Options["Syzygy50MoveRule"];
1594     ProbeDepth = Options["SyzygyProbeDepth"] * ONE_PLY;
1595     Cardinality = Options["SyzygyProbeLimit"];
1596
1597     // Skip TB probing when no TB found: !TBLargest -> !TB::Cardinality
1598     if (Cardinality > MaxCardinality)
1599     {
1600         Cardinality = MaxCardinality;
1601         ProbeDepth = DEPTH_ZERO;
1602     }
1603
1604     if (Cardinality < popcount(pos.pieces()) || pos.can_castle(ANY_CASTLING))
1605         return;
1606
1607     // If the current root position is in the tablebases, then RootMoves
1608     // contains only moves that preserve the draw or the win.
1609     RootInTB = root_probe(pos, rootMoves, TB::Score);
1610
1611     if (RootInTB)
1612         Cardinality = 0; // Do not probe tablebases during the search
1613
1614     else // If DTZ tables are missing, use WDL tables as a fallback
1615     {
1616         // Filter out moves that do not preserve the draw or the win.
1617         RootInTB = root_probe_wdl(pos, rootMoves, TB::Score);
1618
1619         // Only probe during search if winning
1620         if (RootInTB && TB::Score <= VALUE_DRAW)
1621             Cardinality = 0;
1622     }
1623
1624     if (RootInTB && !UseRule50)
1625         TB::Score =  TB::Score > VALUE_DRAW ?  VALUE_MATE - MAX_PLY - 1
1626                    : TB::Score < VALUE_DRAW ? -VALUE_MATE + MAX_PLY + 1
1627                                             :  VALUE_DRAW;
1628 }