1e9c5010c97df7c56f2221b6b96081bdd49dc466
[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
6   Stockfish is free software: you can redistribute it and/or modify
7   it under the terms of the GNU General Public License as published by
8   the Free Software Foundation, either version 3 of the License, or
9   (at your option) any later version.
10
11   Stockfish is distributed in the hope that it will be useful,
12   but WITHOUT ANY WARRANTY; without even the implied warranty of
13   MERCHANTABILITY or FITNESS FOR A PARTICULAR PURPOSE.  See the
14   GNU General Public License for more details.
15
16   You should have received a copy of the GNU General Public License
17   along with this program.  If not, see <http://www.gnu.org/licenses/>.
18 */
19
20 #include <algorithm>
21 #include <cassert>
22 #include <cmath>
23 #include <cstring>   // For std::memset
24 #include <iostream>
25 #include <sstream>
26
27 #include "evaluate.h"
28 #include "misc.h"
29 #include "movegen.h"
30 #include "movepick.h"
31 #include "search.h"
32 #include "timeman.h"
33 #include "thread.h"
34 #include "tt.h"
35 #include "uci.h"
36 #include "syzygy/tbprobe.h"
37
38 namespace Search {
39
40   SignalsType Signals;
41   LimitsType Limits;
42   StateStackPtr SetupStates;
43 }
44
45 namespace Tablebases {
46
47   int Cardinality;
48   uint64_t Hits;
49   bool RootInTB;
50   bool UseRule50;
51   Depth ProbeDepth;
52   Value Score;
53 }
54
55 namespace TB = Tablebases;
56
57 using std::string;
58 using Eval::evaluate;
59 using namespace Search;
60
61 namespace {
62
63   // Different node types, used as template parameter
64   enum NodeType { Root, PV, NonPV };
65
66   // Razoring and futility margin based on depth
67   const int razor_margin[4] = { 483, 570, 603, 554 };
68   Value futility_margin(Depth d) { return Value(200 * d); }
69
70   // Futility and reductions lookup tables, initialized at startup
71   int FutilityMoveCounts[2][16];  // [improving][depth]
72   Depth Reductions[2][2][64][64]; // [pv][improving][depth][moveNumber]
73
74   template <bool PvNode> Depth reduction(bool i, Depth d, int mn) {
75     return Reductions[PvNode][i][std::min(d, 63 * ONE_PLY)][std::min(mn, 63)];
76   }
77
78   // Skill struct is used to implement strength limiting
79   struct Skill {
80     Skill(int l) : level(l) {}
81     bool enabled() const { return level < 20; }
82     bool time_to_pick(Depth depth) const { return depth / ONE_PLY == 1 + level; }
83     Move best_move(size_t multiPV) { return best ? best : pick_best(multiPV); }
84     Move pick_best(size_t multiPV);
85
86     int level;
87     Move best = MOVE_NONE;
88   };
89
90   // EasyMoveManager struct is used to detect a so called 'easy move'; when PV is
91   // stable across multiple search iterations we can fast return the best move.
92   struct EasyMoveManager {
93
94     void clear() {
95       stableCnt = 0;
96       expectedPosKey = 0;
97       pv[0] = pv[1] = pv[2] = MOVE_NONE;
98     }
99
100     Move get(Key key) const {
101       return expectedPosKey == key ? pv[2] : MOVE_NONE;
102     }
103
104     void update(Position& pos, const std::vector<Move>& newPv) {
105
106       assert(newPv.size() >= 3);
107
108       // Keep track of how many times in a row 3rd ply remains stable
109       stableCnt = (newPv[2] == pv[2]) ? stableCnt + 1 : 0;
110
111       if (!std::equal(newPv.begin(), newPv.begin() + 3, pv))
112       {
113           std::copy(newPv.begin(), newPv.begin() + 3, pv);
114
115           StateInfo st[2];
116           pos.do_move(newPv[0], st[0], pos.gives_check(newPv[0], CheckInfo(pos)));
117           pos.do_move(newPv[1], st[1], pos.gives_check(newPv[1], CheckInfo(pos)));
118           expectedPosKey = pos.key();
119           pos.undo_move(newPv[1]);
120           pos.undo_move(newPv[0]);
121       }
122     }
123
124     int stableCnt;
125     Key expectedPosKey;
126     Move pv[3];
127   };
128
129   EasyMoveManager EasyMove;
130   double BestMoveChanges;
131   Value DrawValue[COLOR_NB];
132   CounterMovesHistoryStats CounterMovesHistory;
133
134   template <NodeType NT>
135   Value search(Position& pos, Stack* ss, Value alpha, Value beta, Depth depth, bool cutNode);
136
137   template <NodeType NT, bool InCheck>
138   Value qsearch(Position& pos, Stack* ss, Value alpha, Value beta, Depth depth);
139
140   Value value_to_tt(Value v, int ply);
141   Value value_from_tt(Value v, int ply);
142   void update_pv(Move* pv, Move move, Move* childPv);
143   void update_stats(const Position& pos, Stack* ss, Move move, Depth depth, Move* quiets, int quietsCnt);
144   void check_time();
145
146 } // namespace
147
148
149 /// Search::init() is called during startup to initialize various lookup tables
150
151 void Search::init() {
152
153   const double K[][2] = {{ 0.799, 2.281 }, { 0.484, 3.023 }};
154
155   for (int pv = 0; pv <= 1; ++pv)
156       for (int imp = 0; imp <= 1; ++imp)
157           for (int d = 1; d < 64; ++d)
158               for (int mc = 1; mc < 64; ++mc)
159               {
160                   double r = K[pv][0] + log(d) * log(mc) / K[pv][1];
161
162                   if (r >= 1.5)
163                       Reductions[pv][imp][d][mc] = int(r) * ONE_PLY;
164
165                   // Increase reduction when eval is not improving
166                   if (!pv && !imp && Reductions[pv][imp][d][mc] >= 2 * ONE_PLY)
167                       Reductions[pv][imp][d][mc] += ONE_PLY;
168               }
169
170   for (int d = 0; d < 16; ++d)
171   {
172       FutilityMoveCounts[0][d] = int(2.4 + 0.773 * pow(d + 0.00, 1.8));
173       FutilityMoveCounts[1][d] = int(2.9 + 1.045 * pow(d + 0.49, 1.8));
174   }
175 }
176
177
178 /// Search::clear() resets to zero search state, to obtain reproducible results
179
180 void Search::clear() {
181
182   TT.clear();
183   CounterMovesHistory.clear();
184
185   for (Thread* th : Threads)
186   {
187       th->history.clear();
188       th->counterMoves.clear();
189   }
190 }
191
192
193 /// Search::perft() is our utility to verify move generation. All the leaf nodes
194 /// up to the given depth are generated and counted and the sum returned.
195 template<bool Root>
196 uint64_t Search::perft(Position& pos, Depth depth) {
197
198   StateInfo st;
199   uint64_t cnt, nodes = 0;
200   CheckInfo ci(pos);
201   const bool leaf = (depth == 2 * ONE_PLY);
202
203   for (const auto& m : MoveList<LEGAL>(pos))
204   {
205       if (Root && depth <= ONE_PLY)
206           cnt = 1, nodes++;
207       else
208       {
209           pos.do_move(m, st, pos.gives_check(m, ci));
210           cnt = leaf ? MoveList<LEGAL>(pos).size() : perft<false>(pos, depth - ONE_PLY);
211           nodes += cnt;
212           pos.undo_move(m);
213       }
214       if (Root)
215           sync_cout << UCI::move(m, pos.is_chess960()) << ": " << cnt << sync_endl;
216   }
217   return nodes;
218 }
219
220 template uint64_t Search::perft<true>(Position&, Depth);
221
222
223 /// MainThread::search() is called by the main thread when the program receives
224 /// the UCI 'go' command. It searches from root position and at the end prints
225 /// the "bestmove" to output.
226
227 void MainThread::search() {
228
229   Color us = rootPos.side_to_move();
230   Time.init(Limits, us, rootPos.game_ply());
231
232   int contempt = Options["Contempt"] * PawnValueEg / 100; // From centipawns
233   DrawValue[ us] = VALUE_DRAW - Value(contempt);
234   DrawValue[~us] = VALUE_DRAW + Value(contempt);
235
236   TB::Hits = 0;
237   TB::RootInTB = false;
238   TB::UseRule50 = Options["Syzygy50MoveRule"];
239   TB::ProbeDepth = Options["SyzygyProbeDepth"] * ONE_PLY;
240   TB::Cardinality = Options["SyzygyProbeLimit"];
241
242   // Skip TB probing when no TB found: !TBLargest -> !TB::Cardinality
243   if (TB::Cardinality > TB::MaxCardinality)
244   {
245       TB::Cardinality = TB::MaxCardinality;
246       TB::ProbeDepth = DEPTH_ZERO;
247   }
248
249   if (rootMoves.empty())
250   {
251       rootMoves.push_back(RootMove(MOVE_NONE));
252       sync_cout << "info depth 0 score "
253                 << UCI::value(rootPos.checkers() ? -VALUE_MATE : VALUE_DRAW)
254                 << sync_endl;
255   }
256   else
257   {
258       if (TB::Cardinality >=  rootPos.count<ALL_PIECES>(WHITE)
259                             + rootPos.count<ALL_PIECES>(BLACK))
260       {
261           // If the current root position is in the tablebases then RootMoves
262           // contains only moves that preserve the draw or win.
263           TB::RootInTB = Tablebases::root_probe(rootPos, rootMoves, TB::Score);
264
265           if (TB::RootInTB)
266               TB::Cardinality = 0; // Do not probe tablebases during the search
267
268           else // If DTZ tables are missing, use WDL tables as a fallback
269           {
270               // Filter out moves that do not preserve a draw or win
271               TB::RootInTB = Tablebases::root_probe_wdl(rootPos, rootMoves, TB::Score);
272
273               // Only probe during search if winning
274               if (TB::Score <= VALUE_DRAW)
275                   TB::Cardinality = 0;
276           }
277
278           if (TB::RootInTB)
279           {
280               TB::Hits = rootMoves.size();
281
282               if (!TB::UseRule50)
283                   TB::Score =  TB::Score > VALUE_DRAW ?  VALUE_MATE - MAX_PLY - 1
284                              : TB::Score < VALUE_DRAW ? -VALUE_MATE + MAX_PLY + 1
285                                                       :  VALUE_DRAW;
286           }
287       }
288
289       for (Thread* th : Threads)
290       {
291           th->maxPly = 0;
292           th->rootDepth = DEPTH_ZERO;
293           if (th != this)
294           {
295               th->rootPos = Position(rootPos, th);
296               th->rootMoves = rootMoves;
297               th->start_searching();
298           }
299       }
300
301       Thread::search(); // Let's start searching!
302   }
303
304   // When playing in 'nodes as time' mode, subtract the searched nodes from
305   // the available ones before to exit.
306   if (Limits.npmsec)
307       Time.availableNodes += Limits.inc[us] - Threads.nodes_searched();
308
309   // When we reach the maximum depth, we can arrive here without a raise of
310   // Signals.stop. However, if we are pondering or in an infinite search,
311   // the UCI protocol states that we shouldn't print the best move before the
312   // GUI sends a "stop" or "ponderhit" command. We therefore simply wait here
313   // until the GUI sends one of those commands (which also raises Signals.stop).
314   if (!Signals.stop && (Limits.ponder || Limits.infinite))
315   {
316       Signals.stopOnPonderhit = true;
317       wait(Signals.stop);
318   }
319
320   // Stop the threads if not already stopped
321   Signals.stop = true;
322
323   // Wait until all threads have finished
324   for (Thread* th : Threads)
325       if (th != this)
326           th->wait_for_search_finished();
327
328   // Check if there are threads with a better score than main thread.
329   Thread* bestThread = this;
330   for (Thread* th : Threads)
331       if (   th->completedDepth > bestThread->completedDepth
332           && th->rootMoves[0].score > bestThread->rootMoves[0].score)
333         bestThread = th;
334
335   // Send new PV when needed.
336   // FIXME: Breaks multiPV, and skill levels
337   if (bestThread != this)
338       sync_cout << UCI::pv(bestThread->rootPos, bestThread->completedDepth, -VALUE_INFINITE, VALUE_INFINITE) << sync_endl;
339
340   sync_cout << "bestmove " << UCI::move(bestThread->rootMoves[0].pv[0], rootPos.is_chess960());
341
342   if (bestThread->rootMoves[0].pv.size() > 1 || bestThread->rootMoves[0].extract_ponder_from_tt(rootPos))
343       std::cout << " ponder " << UCI::move(bestThread->rootMoves[0].pv[1], rootPos.is_chess960());
344
345   std::cout << sync_endl;
346 }
347
348
349 // Thread::search() is the main iterative deepening loop. It calls search()
350 // repeatedly with increasing depth until the allocated thinking time has been
351 // consumed, user stops the search, or the maximum search depth is reached.
352
353 void Thread::search() {
354
355   Stack stack[MAX_PLY+4], *ss = stack+2; // To allow referencing (ss-2) and (ss+2)
356   Value bestValue, alpha, beta, delta;
357   Move easyMove = MOVE_NONE;
358   bool isMainThread = (this == Threads.main());
359
360   std::memset(ss-2, 0, 5 * sizeof(Stack));
361
362   bestValue = delta = alpha = -VALUE_INFINITE;
363   beta = VALUE_INFINITE;
364   completedDepth = DEPTH_ZERO;
365
366   if (isMainThread)
367   {
368       easyMove = EasyMove.get(rootPos.key());
369       EasyMove.clear();
370       BestMoveChanges = 0;
371       TT.new_search();
372   }
373
374   size_t multiPV = Options["MultiPV"];
375   Skill skill(Options["Skill Level"]);
376
377   // When playing with strength handicap enable MultiPV search that we will
378   // use behind the scenes to retrieve a set of possible moves.
379   if (skill.enabled())
380       multiPV = std::max(multiPV, (size_t)4);
381
382   multiPV = std::min(multiPV, rootMoves.size());
383
384   // Iterative deepening loop until requested to stop or target depth reached
385   while (++rootDepth < DEPTH_MAX && !Signals.stop && (!Limits.depth || rootDepth <= Limits.depth))
386   {
387       // Set up the new depth for the helper threads
388       if (!isMainThread)
389           rootDepth = std::min(DEPTH_MAX - ONE_PLY, Threads.main()->rootDepth + Depth(int(2.2 * log(1 + this->idx))));
390
391       // Age out PV variability metric
392       if (isMainThread)
393           BestMoveChanges *= 0.5;
394
395       // Save the last iteration's scores before first PV line is searched and
396       // all the move scores except the (new) PV are set to -VALUE_INFINITE.
397       for (RootMove& rm : rootMoves)
398           rm.previousScore = rm.score;
399
400       // MultiPV loop. We perform a full root search for each PV line
401       for (PVIdx = 0; PVIdx < multiPV && !Signals.stop; ++PVIdx)
402       {
403           // Reset aspiration window starting size
404           if (rootDepth >= 5 * ONE_PLY)
405           {
406               delta = Value(18);
407               alpha = std::max(rootMoves[PVIdx].previousScore - delta,-VALUE_INFINITE);
408               beta  = std::min(rootMoves[PVIdx].previousScore + delta, VALUE_INFINITE);
409           }
410
411           // Start with a small aspiration window and, in the case of a fail
412           // high/low, re-search with a bigger window until we're not failing
413           // high/low anymore.
414           while (true)
415           {
416               bestValue = ::search<Root>(rootPos, ss, alpha, beta, rootDepth, false);
417
418               // Bring the best move to the front. It is critical that sorting
419               // is done with a stable algorithm because all the values but the
420               // first and eventually the new best one are set to -VALUE_INFINITE
421               // and we want to keep the same order for all the moves except the
422               // new PV that goes to the front. Note that in case of MultiPV
423               // search the already searched PV lines are preserved.
424               std::stable_sort(rootMoves.begin() + PVIdx, rootMoves.end());
425
426               // Write PV back to transposition table in case the relevant
427               // entries have been overwritten during the search.
428               for (size_t i = 0; i <= PVIdx; ++i)
429                   rootMoves[i].insert_pv_in_tt(rootPos);
430
431               // If search has been stopped break immediately. Sorting and
432               // writing PV back to TT is safe because RootMoves is still
433               // valid, although it refers to previous iteration.
434               if (Signals.stop)
435                   break;
436
437               // When failing high/low give some update (without cluttering
438               // the UI) before a re-search.
439               if (   isMainThread
440                   && multiPV == 1
441                   && (bestValue <= alpha || bestValue >= beta)
442                   && Time.elapsed() > 3000)
443                   sync_cout << UCI::pv(rootPos, rootDepth, alpha, beta) << sync_endl;
444
445               // In case of failing low/high increase aspiration window and
446               // re-search, otherwise exit the loop.
447               if (bestValue <= alpha)
448               {
449                   beta = (alpha + beta) / 2;
450                   alpha = std::max(bestValue - delta, -VALUE_INFINITE);
451
452                   if (isMainThread)
453                   {
454                       Signals.failedLowAtRoot = true;
455                       Signals.stopOnPonderhit = false;
456                   }
457               }
458               else if (bestValue >= beta)
459               {
460                   alpha = (alpha + beta) / 2;
461                   beta = std::min(bestValue + delta, VALUE_INFINITE);
462               }
463               else
464                   break;
465
466               delta += delta / 4 + 5;
467
468               assert(alpha >= -VALUE_INFINITE && beta <= VALUE_INFINITE);
469           }
470
471           // Sort the PV lines searched so far and update the GUI
472           std::stable_sort(rootMoves.begin(), rootMoves.begin() + PVIdx + 1);
473
474           if (!isMainThread)
475               break;
476
477           if (Signals.stop)
478               sync_cout << "info nodes " << Threads.nodes_searched()
479                         << " time " << Time.elapsed() << sync_endl;
480
481           else if (PVIdx + 1 == multiPV || Time.elapsed() > 3000)
482               sync_cout << UCI::pv(rootPos, rootDepth, alpha, beta) << sync_endl;
483       }
484
485       if (!Signals.stop)
486           completedDepth = rootDepth;
487
488       if (!isMainThread)
489           continue;
490
491       // If skill level is enabled and time is up, pick a sub-optimal best move
492       if (skill.enabled() && skill.time_to_pick(rootDepth))
493           skill.pick_best(multiPV);
494
495       // Have we found a "mate in x"?
496       if (   Limits.mate
497           && bestValue >= VALUE_MATE_IN_MAX_PLY
498           && VALUE_MATE - bestValue <= 2 * Limits.mate)
499           Signals.stop = true;
500
501       // Do we have time for the next iteration? Can we stop searching now?
502       if (Limits.use_time_management())
503       {
504           if (!Signals.stop && !Signals.stopOnPonderhit)
505           {
506               // Take some extra time if the best move has changed
507               if (rootDepth > 4 * ONE_PLY && multiPV == 1)
508                   Time.pv_instability(BestMoveChanges);
509
510               // Stop the search if only one legal move is available or all
511               // of the available time has been used or we matched an easyMove
512               // from the previous search and just did a fast verification.
513               if (   rootMoves.size() == 1
514                   || Time.elapsed() > Time.available()
515                   || (   rootMoves[0].pv[0] == easyMove
516                       && BestMoveChanges < 0.03
517                       && Time.elapsed() > Time.available() / 10))
518               {
519                   // If we are allowed to ponder do not stop the search now but
520                   // keep pondering until the GUI sends "ponderhit" or "stop".
521                   if (Limits.ponder)
522                       Signals.stopOnPonderhit = true;
523                   else
524                       Signals.stop = true;
525               }
526           }
527
528           if (rootMoves[0].pv.size() >= 3)
529               EasyMove.update(rootPos, rootMoves[0].pv);
530           else
531               EasyMove.clear();
532       }
533   }
534
535   if (!isMainThread)
536       return;
537
538   // Clear any candidate easy move that wasn't stable for the last search
539   // iterations; the second condition prevents consecutive fast moves.
540   if (EasyMove.stableCnt < 6 || Time.elapsed() < Time.available())
541       EasyMove.clear();
542
543   // If skill level is enabled, swap best PV line with the sub-optimal one
544   if (skill.enabled())
545       std::swap(rootMoves[0], *std::find(rootMoves.begin(),
546                 rootMoves.end(), skill.best_move(multiPV)));
547 }
548
549
550 namespace {
551
552   // search<>() is the main search function for both PV and non-PV nodes
553
554   template <NodeType NT>
555   Value search(Position& pos, Stack* ss, Value alpha, Value beta, Depth depth, bool cutNode) {
556
557     const bool RootNode = NT == Root;
558     const bool PvNode   = NT == PV || NT == Root;
559
560     assert(-VALUE_INFINITE <= alpha && alpha < beta && beta <= VALUE_INFINITE);
561     assert(PvNode || (alpha == beta - 1));
562     assert(DEPTH_ZERO < depth && depth < DEPTH_MAX);
563
564     Move pv[MAX_PLY+1], quietsSearched[64];
565     StateInfo st;
566     TTEntry* tte;
567     Key posKey;
568     Move ttMove, move, excludedMove, bestMove;
569     Depth extension, newDepth, predictedDepth;
570     Value bestValue, value, ttValue, eval, nullValue, futilityValue;
571     bool ttHit, inCheck, givesCheck, singularExtensionNode, improving;
572     bool captureOrPromotion, doFullDepthSearch;
573     int moveCount, quietCount;
574
575     // Step 1. Initialize node
576     Thread* thisThread = pos.this_thread();
577     inCheck = pos.checkers();
578     moveCount = quietCount =  ss->moveCount = 0;
579     bestValue = -VALUE_INFINITE;
580     ss->ply = (ss-1)->ply + 1;
581
582     // Check for available remaining time
583     if (thisThread->resetCalls.load(std::memory_order_relaxed))
584     {
585         thisThread->resetCalls = false;
586         thisThread->callsCnt = 0;
587     }
588     if (++thisThread->callsCnt > 4096)
589     {
590         for (Thread* th : Threads)
591             th->resetCalls = true;
592
593         check_time();
594     }
595
596     // Used to send selDepth info to GUI
597     if (PvNode && thisThread->maxPly < ss->ply)
598         thisThread->maxPly = ss->ply;
599
600     if (!RootNode)
601     {
602         // Step 2. Check for aborted search and immediate draw
603         if (Signals.stop.load(std::memory_order_relaxed) || pos.is_draw() || ss->ply >= MAX_PLY)
604             return ss->ply >= MAX_PLY && !inCheck ? evaluate(pos)
605                                                   : DrawValue[pos.side_to_move()];
606
607         // Step 3. Mate distance pruning. Even if we mate at the next move our score
608         // would be at best mate_in(ss->ply+1), but if alpha is already bigger because
609         // a shorter mate was found upward in the tree then there is no need to search
610         // because we will never beat the current alpha. Same logic but with reversed
611         // signs applies also in the opposite condition of being mated instead of giving
612         // mate. In this case return a fail-high score.
613         alpha = std::max(mated_in(ss->ply), alpha);
614         beta = std::min(mate_in(ss->ply+1), beta);
615         if (alpha >= beta)
616             return alpha;
617     }
618
619     assert(0 <= ss->ply && ss->ply < MAX_PLY);
620
621     ss->currentMove = ss->ttMove = (ss+1)->excludedMove = bestMove = MOVE_NONE;
622     (ss+1)->skipEarlyPruning = false; (ss+1)->reduction = DEPTH_ZERO;
623     (ss+2)->killers[0] = (ss+2)->killers[1] = MOVE_NONE;
624
625     // Step 4. Transposition table lookup. We don't want the score of a partial
626     // search to overwrite a previous full search TT value, so we use a different
627     // position key in case of an excluded move.
628     excludedMove = ss->excludedMove;
629     posKey = excludedMove ? pos.exclusion_key() : pos.key();
630     tte = TT.probe(posKey, ttHit);
631     ttValue = ttHit ? value_from_tt(tte->value(), ss->ply) : VALUE_NONE;
632     ss->ttMove = ttMove =  RootNode ? thisThread->rootMoves[thisThread->PVIdx].pv[0]
633                          : ttHit    ? tte->move() : MOVE_NONE;
634
635     // At non-PV nodes we check for an early TT cutoff
636     if (  !PvNode
637         && ttHit
638         && tte->depth() >= depth
639         && ttValue != VALUE_NONE // Possible in case of TT access race
640         && (ttValue >= beta ? (tte->bound() & BOUND_LOWER)
641                             : (tte->bound() & BOUND_UPPER)))
642     {
643         ss->currentMove = ttMove; // Can be MOVE_NONE
644
645         // If ttMove is quiet, update killers, history, counter move on TT hit
646         if (ttValue >= beta && ttMove && !pos.capture_or_promotion(ttMove))
647             update_stats(pos, ss, ttMove, depth, nullptr, 0);
648
649         return ttValue;
650     }
651
652     // Step 4a. Tablebase probe
653     if (!RootNode && TB::Cardinality)
654     {
655         int piecesCnt = pos.count<ALL_PIECES>(WHITE) + pos.count<ALL_PIECES>(BLACK);
656
657         if (    piecesCnt <= TB::Cardinality
658             && (piecesCnt <  TB::Cardinality || depth >= TB::ProbeDepth)
659             &&  pos.rule50_count() == 0)
660         {
661             int found, v = Tablebases::probe_wdl(pos, &found);
662
663             if (found)
664             {
665                 TB::Hits++;
666
667                 int drawScore = TB::UseRule50 ? 1 : 0;
668
669                 value =  v < -drawScore ? -VALUE_MATE + MAX_PLY + ss->ply
670                        : v >  drawScore ?  VALUE_MATE - MAX_PLY - ss->ply
671                                         :  VALUE_DRAW + 2 * v * drawScore;
672
673                 tte->save(posKey, value_to_tt(value, ss->ply), BOUND_EXACT,
674                           std::min(DEPTH_MAX - ONE_PLY, depth + 6 * ONE_PLY),
675                           MOVE_NONE, VALUE_NONE, TT.generation());
676
677                 return value;
678             }
679         }
680     }
681
682     // Step 5. Evaluate the position statically
683     if (inCheck)
684     {
685         ss->staticEval = eval = VALUE_NONE;
686         goto moves_loop;
687     }
688
689     else if (ttHit)
690     {
691         // Never assume anything on values stored in TT
692         if ((ss->staticEval = eval = tte->eval()) == VALUE_NONE)
693             eval = ss->staticEval = evaluate(pos);
694
695         // Can ttValue be used as a better position evaluation?
696         if (ttValue != VALUE_NONE)
697             if (tte->bound() & (ttValue > eval ? BOUND_LOWER : BOUND_UPPER))
698                 eval = ttValue;
699     }
700     else
701     {
702         eval = ss->staticEval =
703         (ss-1)->currentMove != MOVE_NULL ? evaluate(pos)
704                                          : -(ss-1)->staticEval + 2 * Eval::Tempo;
705
706         tte->save(posKey, VALUE_NONE, BOUND_NONE, DEPTH_NONE, MOVE_NONE,
707                   ss->staticEval, TT.generation());
708     }
709
710     if (ss->skipEarlyPruning)
711         goto moves_loop;
712
713     // Step 6. Razoring (skipped when in check)
714     if (   !PvNode
715         &&  depth < 4 * ONE_PLY
716         &&  eval + razor_margin[depth] <= alpha
717         &&  ttMove == MOVE_NONE)
718     {
719         if (   depth <= ONE_PLY
720             && eval + razor_margin[3 * ONE_PLY] <= alpha)
721             return qsearch<NonPV, false>(pos, ss, alpha, beta, DEPTH_ZERO);
722
723         Value ralpha = alpha - razor_margin[depth];
724         Value v = qsearch<NonPV, false>(pos, ss, ralpha, ralpha+1, DEPTH_ZERO);
725         if (v <= ralpha)
726             return v;
727     }
728
729     // Step 7. Futility pruning: child node (skipped when in check)
730     if (   !RootNode
731         &&  depth < 7 * ONE_PLY
732         &&  eval - futility_margin(depth) >= beta
733         &&  eval < VALUE_KNOWN_WIN  // Do not return unproven wins
734         &&  pos.non_pawn_material(pos.side_to_move()))
735         return eval - futility_margin(depth);
736
737     // Step 8. Null move search with verification search (is omitted in PV nodes)
738     if (   !PvNode
739         &&  depth >= 2 * ONE_PLY
740         &&  eval >= beta
741         &&  pos.non_pawn_material(pos.side_to_move()))
742     {
743         ss->currentMove = MOVE_NULL;
744
745         assert(eval - beta >= 0);
746
747         // Null move dynamic reduction based on depth and value
748         Depth R = ((823 + 67 * depth) / 256 + std::min((eval - beta) / PawnValueMg, 3)) * ONE_PLY;
749
750         pos.do_null_move(st);
751         (ss+1)->skipEarlyPruning = true;
752         nullValue = depth-R < ONE_PLY ? -qsearch<NonPV, false>(pos, ss+1, -beta, -beta+1, DEPTH_ZERO)
753                                       : - search<NonPV>(pos, ss+1, -beta, -beta+1, depth-R, !cutNode);
754         (ss+1)->skipEarlyPruning = false;
755         pos.undo_null_move();
756
757         if (nullValue >= beta)
758         {
759             // Do not return unproven mate scores
760             if (nullValue >= VALUE_MATE_IN_MAX_PLY)
761                 nullValue = beta;
762
763             if (depth < 12 * ONE_PLY && abs(beta) < VALUE_KNOWN_WIN)
764                 return nullValue;
765
766             // Do verification search at high depths
767             ss->skipEarlyPruning = true;
768             Value v = depth-R < ONE_PLY ? qsearch<NonPV, false>(pos, ss, beta-1, beta, DEPTH_ZERO)
769                                         :  search<NonPV>(pos, ss, beta-1, beta, depth-R, false);
770             ss->skipEarlyPruning = false;
771
772             if (v >= beta)
773                 return nullValue;
774         }
775     }
776
777     // Step 9. ProbCut (skipped when in check)
778     // If we have a very good capture (i.e. SEE > seeValues[captured_piece_type])
779     // and a reduced search returns a value much above beta, we can (almost)
780     // safely prune the previous move.
781     if (   !PvNode
782         &&  depth >= 5 * ONE_PLY
783         &&  abs(beta) < VALUE_MATE_IN_MAX_PLY)
784     {
785         Value rbeta = std::min(beta + 200, VALUE_INFINITE);
786         Depth rdepth = depth - 4 * ONE_PLY;
787
788         assert(rdepth >= ONE_PLY);
789         assert((ss-1)->currentMove != MOVE_NONE);
790         assert((ss-1)->currentMove != MOVE_NULL);
791
792         MovePicker mp(pos, ttMove, thisThread->history, PieceValue[MG][pos.captured_piece_type()]);
793         CheckInfo ci(pos);
794
795         while ((move = mp.next_move()) != MOVE_NONE)
796             if (pos.legal(move, ci.pinned))
797             {
798                 ss->currentMove = move;
799                 pos.do_move(move, st, pos.gives_check(move, ci));
800                 value = -search<NonPV>(pos, ss+1, -rbeta, -rbeta+1, rdepth, !cutNode);
801                 pos.undo_move(move);
802                 if (value >= rbeta)
803                     return value;
804             }
805     }
806
807     // Step 10. Internal iterative deepening (skipped when in check)
808     if (    depth >= (PvNode ? 5 * ONE_PLY : 8 * ONE_PLY)
809         && !ttMove
810         && (PvNode || ss->staticEval + 256 >= beta))
811     {
812         Depth d = depth - 2 * ONE_PLY - (PvNode ? DEPTH_ZERO : depth / 4);
813         ss->skipEarlyPruning = true;
814         search<PvNode ? PV : NonPV>(pos, ss, alpha, beta, d, true);
815         ss->skipEarlyPruning = false;
816
817         tte = TT.probe(posKey, ttHit);
818         ttMove = ttHit ? tte->move() : MOVE_NONE;
819     }
820
821 moves_loop: // When in check search starts from here
822
823     Square prevSq = to_sq((ss-1)->currentMove);
824     Move cm = thisThread->counterMoves[pos.piece_on(prevSq)][prevSq];
825     const CounterMovesStats& cmh = CounterMovesHistory[pos.piece_on(prevSq)][prevSq];
826
827     MovePicker mp(pos, ttMove, depth, thisThread->history, cmh, cm, ss);
828     CheckInfo ci(pos);
829     value = bestValue; // Workaround a bogus 'uninitialized' warning under gcc
830     improving =   ss->staticEval >= (ss-2)->staticEval
831                || ss->staticEval == VALUE_NONE
832                ||(ss-2)->staticEval == VALUE_NONE;
833
834     singularExtensionNode =   !RootNode
835                            &&  depth >= 8 * ONE_PLY
836                            &&  ttMove != MOVE_NONE
837                        /*  &&  ttValue != VALUE_NONE Already implicit in the next condition */
838                            &&  abs(ttValue) < VALUE_KNOWN_WIN
839                            && !excludedMove // Recursive singular search is not allowed
840                            && (tte->bound() & BOUND_LOWER)
841                            &&  tte->depth() >= depth - 3 * ONE_PLY;
842
843     // Step 11. Loop through moves
844     // Loop through all pseudo-legal moves until no moves remain or a beta cutoff occurs
845     while ((move = mp.next_move()) != MOVE_NONE)
846     {
847       assert(is_ok(move));
848
849       if (move == excludedMove)
850           continue;
851
852       // At root obey the "searchmoves" option and skip moves not listed in Root
853       // Move List. As a consequence any illegal move is also skipped. In MultiPV
854       // mode we also skip PV moves which have been already searched.
855       if (RootNode && !std::count(thisThread->rootMoves.begin() + thisThread->PVIdx,
856                                   thisThread->rootMoves.end(), move))
857           continue;
858
859       ss->moveCount = ++moveCount;
860
861       if (RootNode && thisThread == Threads.main())
862       {
863           Signals.firstRootMove = (moveCount == 1);
864
865           if (Time.elapsed() > 3000)
866               sync_cout << "info depth " << depth / ONE_PLY
867                         << " currmove " << UCI::move(move, pos.is_chess960())
868                         << " currmovenumber " << moveCount + thisThread->PVIdx << sync_endl;
869       }
870
871       if (PvNode)
872           (ss+1)->pv = nullptr;
873
874       extension = DEPTH_ZERO;
875       captureOrPromotion = pos.capture_or_promotion(move);
876
877       givesCheck =  type_of(move) == NORMAL && !ci.dcCandidates
878                   ? ci.checkSquares[type_of(pos.piece_on(from_sq(move)))] & to_sq(move)
879                   : pos.gives_check(move, ci);
880
881       // Step 12. Extend checks
882       if (givesCheck && pos.see_sign(move) >= VALUE_ZERO)
883           extension = ONE_PLY;
884
885       // Singular extension search. If all moves but one fail low on a search of
886       // (alpha-s, beta-s), and just one fails high on (alpha, beta), then that move
887       // is singular and should be extended. To verify this we do a reduced search
888       // on all the other moves but the ttMove and if the result is lower than
889       // ttValue minus a margin then we extend the ttMove.
890       if (    singularExtensionNode
891           &&  move == ttMove
892           && !extension
893           &&  pos.legal(move, ci.pinned))
894       {
895           Value rBeta = ttValue - 2 * depth / ONE_PLY;
896           ss->excludedMove = move;
897           ss->skipEarlyPruning = true;
898           value = search<NonPV>(pos, ss, rBeta - 1, rBeta, depth / 2, cutNode);
899           ss->skipEarlyPruning = false;
900           ss->excludedMove = MOVE_NONE;
901
902           if (value < rBeta)
903               extension = ONE_PLY;
904       }
905
906       // Update the current move (this must be done after singular extension search)
907       newDepth = depth - ONE_PLY + extension;
908
909       // Step 13. Pruning at shallow depth
910       if (   !RootNode
911           && !captureOrPromotion
912           && !inCheck
913           && !givesCheck
914           && !pos.advanced_pawn_push(move)
915           &&  bestValue > VALUE_MATED_IN_MAX_PLY)
916       {
917           // Move count based pruning
918           if (   depth < 16 * ONE_PLY
919               && moveCount >= FutilityMoveCounts[improving][depth])
920               continue;
921
922           // History based pruning
923           if (   depth <= 4 * ONE_PLY
924               && move != ss->killers[0]
925               && thisThread->history[pos.moved_piece(move)][to_sq(move)] < VALUE_ZERO
926               && cmh[pos.moved_piece(move)][to_sq(move)] < VALUE_ZERO)
927               continue;
928
929           predictedDepth = newDepth - reduction<PvNode>(improving, depth, moveCount);
930
931           // Futility pruning: parent node
932           if (predictedDepth < 7 * ONE_PLY)
933           {
934               futilityValue = ss->staticEval + futility_margin(predictedDepth) + 256;
935
936               if (futilityValue <= alpha)
937               {
938                   bestValue = std::max(bestValue, futilityValue);
939                   continue;
940               }
941           }
942
943           // Prune moves with negative SEE at low depths
944           if (predictedDepth < 4 * ONE_PLY && pos.see_sign(move) < VALUE_ZERO)
945               continue;
946       }
947
948       // Speculative prefetch as early as possible
949       prefetch(TT.first_entry(pos.key_after(move)));
950
951       // Check for legality just before making the move
952       if (!RootNode && !pos.legal(move, ci.pinned))
953       {
954           ss->moveCount = --moveCount;
955           continue;
956       }
957
958       ss->currentMove = move;
959
960       // Step 14. Make the move
961       pos.do_move(move, st, givesCheck);
962
963       // Step 15. Reduced depth search (LMR). If the move fails high it will be
964       // re-searched at full depth.
965       if (    depth >= 3 * ONE_PLY
966           &&  moveCount > 1
967           && !captureOrPromotion
968           &&  move != ss->killers[0]
969           &&  move != ss->killers[1])
970       {
971           ss->reduction = reduction<PvNode>(improving, depth, moveCount);
972
973           // Increase reduction for cut nodes and moves with a bad history
974           if (   (!PvNode && cutNode)
975               || (   thisThread->history[pos.piece_on(to_sq(move))][to_sq(move)] < VALUE_ZERO
976                   && cmh[pos.piece_on(to_sq(move))][to_sq(move)] <= VALUE_ZERO))
977               ss->reduction += ONE_PLY;
978
979           // Decrease reduction for moves with a good history
980           if (   thisThread->history[pos.piece_on(to_sq(move))][to_sq(move)] > VALUE_ZERO
981               && cmh[pos.piece_on(to_sq(move))][to_sq(move)] > VALUE_ZERO)
982               ss->reduction = std::max(DEPTH_ZERO, ss->reduction - ONE_PLY);
983
984           // Decrease reduction for moves that escape a capture
985           if (   ss->reduction
986               && type_of(move) == NORMAL
987               && type_of(pos.piece_on(to_sq(move))) != PAWN
988               && pos.see(make_move(to_sq(move), from_sq(move))) < VALUE_ZERO)
989               ss->reduction = std::max(DEPTH_ZERO, ss->reduction - ONE_PLY);
990
991           Depth d = std::max(newDepth - ss->reduction, ONE_PLY);
992
993           value = -search<NonPV>(pos, ss+1, -(alpha+1), -alpha, d, true);
994
995           doFullDepthSearch = (value > alpha && ss->reduction != DEPTH_ZERO);
996           ss->reduction = DEPTH_ZERO;
997       }
998       else
999           doFullDepthSearch = !PvNode || moveCount > 1;
1000
1001       // Step 16. Full depth search, when LMR is skipped or fails high
1002       if (doFullDepthSearch)
1003           value = newDepth <   ONE_PLY ?
1004                             givesCheck ? -qsearch<NonPV,  true>(pos, ss+1, -(alpha+1), -alpha, DEPTH_ZERO)
1005                                        : -qsearch<NonPV, false>(pos, ss+1, -(alpha+1), -alpha, DEPTH_ZERO)
1006                                        : - search<NonPV>(pos, ss+1, -(alpha+1), -alpha, newDepth, !cutNode);
1007
1008       // For PV nodes only, do a full PV search on the first move or after a fail
1009       // high (in the latter case search only if value < beta), otherwise let the
1010       // parent node fail low with value <= alpha and to try another move.
1011       if (PvNode && (moveCount == 1 || (value > alpha && (RootNode || value < beta))))
1012       {
1013           (ss+1)->pv = pv;
1014           (ss+1)->pv[0] = MOVE_NONE;
1015
1016           value = newDepth <   ONE_PLY ?
1017                             givesCheck ? -qsearch<PV,  true>(pos, ss+1, -beta, -alpha, DEPTH_ZERO)
1018                                        : -qsearch<PV, false>(pos, ss+1, -beta, -alpha, DEPTH_ZERO)
1019                                        : - search<PV>(pos, ss+1, -beta, -alpha, newDepth, false);
1020       }
1021
1022       // Step 17. Undo move
1023       pos.undo_move(move);
1024
1025       assert(value > -VALUE_INFINITE && value < VALUE_INFINITE);
1026
1027       // Step 18. Check for new best move
1028       // Finished searching the move. If a stop occurred, the return value of
1029       // the search cannot be trusted, and we return immediately without
1030       // updating best move, PV and TT.
1031       if (Signals.stop.load(std::memory_order_relaxed))
1032           return VALUE_ZERO;
1033
1034       if (RootNode)
1035       {
1036           RootMove& rm = *std::find(thisThread->rootMoves.begin(),
1037                                     thisThread->rootMoves.end(), move);
1038
1039           // PV move or new best move ?
1040           if (moveCount == 1 || value > alpha)
1041           {
1042               rm.score = value;
1043               rm.pv.resize(1);
1044
1045               assert((ss+1)->pv);
1046
1047               for (Move* m = (ss+1)->pv; *m != MOVE_NONE; ++m)
1048                   rm.pv.push_back(*m);
1049
1050               // We record how often the best move has been changed in each
1051               // iteration. This information is used for time management: When
1052               // the best move changes frequently, we allocate some more time.
1053               if (moveCount > 1 && thisThread == Threads.main())
1054                   ++BestMoveChanges;
1055           }
1056           else
1057               // All other moves but the PV are set to the lowest value: this is
1058               // not a problem when sorting because the sort is stable and the
1059               // move position in the list is preserved - just the PV is pushed up.
1060               rm.score = -VALUE_INFINITE;
1061       }
1062
1063       if (value > bestValue)
1064       {
1065           bestValue = value;
1066
1067           if (value > alpha)
1068           {
1069               // If there is an easy move for this position, clear it if unstable
1070               if (    PvNode
1071                   &&  thisThread == Threads.main()
1072                   &&  EasyMove.get(pos.key())
1073                   && (move != EasyMove.get(pos.key()) || moveCount > 1))
1074                   EasyMove.clear();
1075
1076               bestMove = move;
1077
1078               if (PvNode && !RootNode) // Update pv even in fail-high case
1079                   update_pv(ss->pv, move, (ss+1)->pv);
1080
1081               if (PvNode && value < beta) // Update alpha! Always alpha < beta
1082                   alpha = value;
1083               else
1084               {
1085                   assert(value >= beta); // Fail high
1086                   break;
1087               }
1088           }
1089       }
1090
1091       if (!captureOrPromotion && move != bestMove && quietCount < 64)
1092           quietsSearched[quietCount++] = move;
1093     }
1094
1095     // Following condition would detect a stop only after move loop has been
1096     // completed. But in this case bestValue is valid because we have fully
1097     // searched our subtree, and we can anyhow save the result in TT.
1098     /*
1099        if (Signals.stop)
1100         return VALUE_DRAW;
1101     */
1102
1103     // Step 20. Check for mate and stalemate
1104     // All legal moves have been searched and if there are no legal moves, it
1105     // must be mate or stalemate. If we are in a singular extension search then
1106     // return a fail low score.
1107     if (!moveCount)
1108         bestValue = excludedMove ? alpha
1109                    :     inCheck ? mated_in(ss->ply) : DrawValue[pos.side_to_move()];
1110
1111     // Quiet best move: update killers, history and countermoves
1112     else if (bestMove && !pos.capture_or_promotion(bestMove))
1113         update_stats(pos, ss, bestMove, depth, quietsSearched, quietCount);
1114
1115     // Bonus for prior countermove that caused the fail low
1116     else if (    depth >= 3 * ONE_PLY
1117              && !bestMove
1118              && !inCheck
1119              && !pos.captured_piece_type()
1120              && is_ok((ss - 1)->currentMove)
1121              && is_ok((ss - 2)->currentMove))
1122     {
1123         Value bonus = Value((depth / ONE_PLY) * (depth / ONE_PLY) + depth / ONE_PLY - 1);
1124         Square prevPrevSq = to_sq((ss - 2)->currentMove);
1125         CounterMovesStats& prevCmh = CounterMovesHistory[pos.piece_on(prevPrevSq)][prevPrevSq];
1126         prevCmh.update(pos.piece_on(prevSq), prevSq, bonus);
1127     }
1128
1129     tte->save(posKey, value_to_tt(bestValue, ss->ply),
1130               bestValue >= beta ? BOUND_LOWER :
1131               PvNode && bestMove ? BOUND_EXACT : BOUND_UPPER,
1132               depth, bestMove, ss->staticEval, TT.generation());
1133
1134     assert(bestValue > -VALUE_INFINITE && bestValue < VALUE_INFINITE);
1135
1136     return bestValue;
1137   }
1138
1139
1140   // qsearch() is the quiescence search function, which is called by the main
1141   // search function when the remaining depth is zero (or, to be more precise,
1142   // less than ONE_PLY).
1143
1144   template <NodeType NT, bool InCheck>
1145   Value qsearch(Position& pos, Stack* ss, Value alpha, Value beta, Depth depth) {
1146
1147     const bool PvNode = NT == PV;
1148
1149     assert(NT == PV || NT == NonPV);
1150     assert(InCheck == !!pos.checkers());
1151     assert(alpha >= -VALUE_INFINITE && alpha < beta && beta <= VALUE_INFINITE);
1152     assert(PvNode || (alpha == beta - 1));
1153     assert(depth <= DEPTH_ZERO);
1154
1155     Move pv[MAX_PLY+1];
1156     StateInfo st;
1157     TTEntry* tte;
1158     Key posKey;
1159     Move ttMove, move, bestMove;
1160     Value bestValue, value, ttValue, futilityValue, futilityBase, oldAlpha;
1161     bool ttHit, givesCheck, evasionPrunable;
1162     Depth ttDepth;
1163
1164     if (PvNode)
1165     {
1166         oldAlpha = alpha; // To flag BOUND_EXACT when eval above alpha and no available moves
1167         (ss+1)->pv = pv;
1168         ss->pv[0] = MOVE_NONE;
1169     }
1170
1171     ss->currentMove = bestMove = MOVE_NONE;
1172     ss->ply = (ss-1)->ply + 1;
1173
1174     // Check for an instant draw or if the maximum ply has been reached
1175     if (pos.is_draw() || ss->ply >= MAX_PLY)
1176         return ss->ply >= MAX_PLY && !InCheck ? evaluate(pos)
1177                                               : DrawValue[pos.side_to_move()];
1178
1179     assert(0 <= ss->ply && ss->ply < MAX_PLY);
1180
1181     // Decide whether or not to include checks: this fixes also the type of
1182     // TT entry depth that we are going to use. Note that in qsearch we use
1183     // only two types of depth in TT: DEPTH_QS_CHECKS or DEPTH_QS_NO_CHECKS.
1184     ttDepth = InCheck || depth >= DEPTH_QS_CHECKS ? DEPTH_QS_CHECKS
1185                                                   : DEPTH_QS_NO_CHECKS;
1186
1187     // Transposition table lookup
1188     posKey = pos.key();
1189     tte = TT.probe(posKey, ttHit);
1190     ttMove = ttHit ? tte->move() : MOVE_NONE;
1191     ttValue = ttHit ? value_from_tt(tte->value(), ss->ply) : VALUE_NONE;
1192
1193     if (  !PvNode
1194         && ttHit
1195         && tte->depth() >= ttDepth
1196         && ttValue != VALUE_NONE // Only in case of TT access race
1197         && (ttValue >= beta ? (tte->bound() &  BOUND_LOWER)
1198                             : (tte->bound() &  BOUND_UPPER)))
1199     {
1200         ss->currentMove = ttMove; // Can be MOVE_NONE
1201         return ttValue;
1202     }
1203
1204     // Evaluate the position statically
1205     if (InCheck)
1206     {
1207         ss->staticEval = VALUE_NONE;
1208         bestValue = futilityBase = -VALUE_INFINITE;
1209     }
1210     else
1211     {
1212         if (ttHit)
1213         {
1214             // Never assume anything on values stored in TT
1215             if ((ss->staticEval = bestValue = tte->eval()) == VALUE_NONE)
1216                 ss->staticEval = bestValue = evaluate(pos);
1217
1218             // Can ttValue be used as a better position evaluation?
1219             if (ttValue != VALUE_NONE)
1220                 if (tte->bound() & (ttValue > bestValue ? BOUND_LOWER : BOUND_UPPER))
1221                     bestValue = ttValue;
1222         }
1223         else
1224             ss->staticEval = bestValue =
1225             (ss-1)->currentMove != MOVE_NULL ? evaluate(pos)
1226                                              : -(ss-1)->staticEval + 2 * Eval::Tempo;
1227
1228         // Stand pat. Return immediately if static value is at least beta
1229         if (bestValue >= beta)
1230         {
1231             if (!ttHit)
1232                 tte->save(pos.key(), value_to_tt(bestValue, ss->ply), BOUND_LOWER,
1233                           DEPTH_NONE, MOVE_NONE, ss->staticEval, TT.generation());
1234
1235             return bestValue;
1236         }
1237
1238         if (PvNode && bestValue > alpha)
1239             alpha = bestValue;
1240
1241         futilityBase = bestValue + 128;
1242     }
1243
1244     // Initialize a MovePicker object for the current position, and prepare
1245     // to search the moves. Because the depth is <= 0 here, only captures,
1246     // queen promotions and checks (only if depth >= DEPTH_QS_CHECKS) will
1247     // be generated.
1248     MovePicker mp(pos, ttMove, depth, pos.this_thread()->history, to_sq((ss-1)->currentMove));
1249     CheckInfo ci(pos);
1250
1251     // Loop through the moves until no moves remain or a beta cutoff occurs
1252     while ((move = mp.next_move()) != MOVE_NONE)
1253     {
1254       assert(is_ok(move));
1255
1256       givesCheck =  type_of(move) == NORMAL && !ci.dcCandidates
1257                   ? ci.checkSquares[type_of(pos.piece_on(from_sq(move)))] & to_sq(move)
1258                   : pos.gives_check(move, ci);
1259
1260       // Futility pruning
1261       if (   !InCheck
1262           && !givesCheck
1263           &&  futilityBase > -VALUE_KNOWN_WIN
1264           && !pos.advanced_pawn_push(move))
1265       {
1266           assert(type_of(move) != ENPASSANT); // Due to !pos.advanced_pawn_push
1267
1268           futilityValue = futilityBase + PieceValue[EG][pos.piece_on(to_sq(move))];
1269
1270           if (futilityValue <= alpha)
1271           {
1272               bestValue = std::max(bestValue, futilityValue);
1273               continue;
1274           }
1275
1276           if (futilityBase <= alpha && pos.see(move) <= VALUE_ZERO)
1277           {
1278               bestValue = std::max(bestValue, futilityBase);
1279               continue;
1280           }
1281       }
1282
1283       // Detect non-capture evasions that are candidates to be pruned
1284       evasionPrunable =    InCheck
1285                        &&  bestValue > VALUE_MATED_IN_MAX_PLY
1286                        && !pos.capture(move);
1287
1288       // Don't search moves with negative SEE values
1289       if (  (!InCheck || evasionPrunable)
1290           &&  type_of(move) != PROMOTION
1291           &&  pos.see_sign(move) < VALUE_ZERO)
1292           continue;
1293
1294       // Speculative prefetch as early as possible
1295       prefetch(TT.first_entry(pos.key_after(move)));
1296
1297       // Check for legality just before making the move
1298       if (!pos.legal(move, ci.pinned))
1299           continue;
1300
1301       ss->currentMove = move;
1302
1303       // Make and search the move
1304       pos.do_move(move, st, givesCheck);
1305       value = givesCheck ? -qsearch<NT,  true>(pos, ss+1, -beta, -alpha, depth - ONE_PLY)
1306                          : -qsearch<NT, false>(pos, ss+1, -beta, -alpha, depth - ONE_PLY);
1307       pos.undo_move(move);
1308
1309       assert(value > -VALUE_INFINITE && value < VALUE_INFINITE);
1310
1311       // Check for new best move
1312       if (value > bestValue)
1313       {
1314           bestValue = value;
1315
1316           if (value > alpha)
1317           {
1318               if (PvNode) // Update pv even in fail-high case
1319                   update_pv(ss->pv, move, (ss+1)->pv);
1320
1321               if (PvNode && value < beta) // Update alpha here!
1322               {
1323                   alpha = value;
1324                   bestMove = move;
1325               }
1326               else // Fail high
1327               {
1328                   tte->save(posKey, value_to_tt(value, ss->ply), BOUND_LOWER,
1329                             ttDepth, move, ss->staticEval, TT.generation());
1330
1331                   return value;
1332               }
1333           }
1334        }
1335     }
1336
1337     // All legal moves have been searched. A special case: If we're in check
1338     // and no legal moves were found, it is checkmate.
1339     if (InCheck && bestValue == -VALUE_INFINITE)
1340         return mated_in(ss->ply); // Plies to mate from the root
1341
1342     tte->save(posKey, value_to_tt(bestValue, ss->ply),
1343               PvNode && bestValue > oldAlpha ? BOUND_EXACT : BOUND_UPPER,
1344               ttDepth, bestMove, ss->staticEval, TT.generation());
1345
1346     assert(bestValue > -VALUE_INFINITE && bestValue < VALUE_INFINITE);
1347
1348     return bestValue;
1349   }
1350
1351
1352   // value_to_tt() adjusts a mate score from "plies to mate from the root" to
1353   // "plies to mate from the current position". Non-mate scores are unchanged.
1354   // The function is called before storing a value in the transposition table.
1355
1356   Value value_to_tt(Value v, int ply) {
1357
1358     assert(v != VALUE_NONE);
1359
1360     return  v >= VALUE_MATE_IN_MAX_PLY  ? v + ply
1361           : v <= VALUE_MATED_IN_MAX_PLY ? v - ply : v;
1362   }
1363
1364
1365   // value_from_tt() is the inverse of value_to_tt(): It adjusts a mate score
1366   // from the transposition table (which refers to the plies to mate/be mated
1367   // from current position) to "plies to mate/be mated from the root".
1368
1369   Value value_from_tt(Value v, int ply) {
1370
1371     return  v == VALUE_NONE             ? VALUE_NONE
1372           : v >= VALUE_MATE_IN_MAX_PLY  ? v - ply
1373           : v <= VALUE_MATED_IN_MAX_PLY ? v + ply : v;
1374   }
1375
1376
1377   // update_pv() adds current move and appends child pv[]
1378
1379   void update_pv(Move* pv, Move move, Move* childPv) {
1380
1381     for (*pv++ = move; childPv && *childPv != MOVE_NONE; )
1382         *pv++ = *childPv++;
1383     *pv = MOVE_NONE;
1384   }
1385
1386
1387   // update_stats() updates killers, history, countermove and countermove
1388   // history when a new quiet best move is found.
1389
1390   void update_stats(const Position& pos, Stack* ss, Move move,
1391                     Depth depth, Move* quiets, int quietsCnt) {
1392
1393     if (ss->killers[0] != move)
1394     {
1395         ss->killers[1] = ss->killers[0];
1396         ss->killers[0] = move;
1397     }
1398
1399     Value bonus = Value((depth / ONE_PLY) * (depth / ONE_PLY) + depth / ONE_PLY - 1);
1400
1401     Square prevSq = to_sq((ss-1)->currentMove);
1402     CounterMovesStats& cmh = CounterMovesHistory[pos.piece_on(prevSq)][prevSq];
1403     Thread* thisThread = pos.this_thread();
1404
1405     thisThread->history.update(pos.moved_piece(move), to_sq(move), bonus);
1406
1407     if (is_ok((ss-1)->currentMove))
1408     {
1409         thisThread->counterMoves.update(pos.piece_on(prevSq), prevSq, move);
1410         cmh.update(pos.moved_piece(move), to_sq(move), bonus);
1411     }
1412
1413     // Decrease all the other played quiet moves
1414     for (int i = 0; i < quietsCnt; ++i)
1415     {
1416         thisThread->history.update(pos.moved_piece(quiets[i]), to_sq(quiets[i]), -bonus);
1417
1418         if (is_ok((ss-1)->currentMove))
1419             cmh.update(pos.moved_piece(quiets[i]), to_sq(quiets[i]), -bonus);
1420     }
1421
1422     // Extra penalty for a quiet TT move in previous ply when it gets refuted
1423     if (   (ss-1)->moveCount == 1
1424         && !pos.captured_piece_type()
1425         && is_ok((ss-2)->currentMove))
1426     {
1427         Square prevPrevSq = to_sq((ss-2)->currentMove);
1428         CounterMovesStats& prevCmh = CounterMovesHistory[pos.piece_on(prevPrevSq)][prevPrevSq];
1429         prevCmh.update(pos.piece_on(prevSq), prevSq, -bonus - 2 * (depth + 1) / ONE_PLY);
1430     }
1431   }
1432
1433
1434   // When playing with strength handicap, choose best move among a set of RootMoves
1435   // using a statistical rule dependent on 'level'. Idea by Heinz van Saanen.
1436
1437   Move Skill::pick_best(size_t multiPV) {
1438
1439     const Search::RootMoveVector& rootMoves = Threads.main()->rootMoves;
1440     static PRNG rng(now()); // PRNG sequence should be non-deterministic
1441
1442     // RootMoves are already sorted by score in descending order
1443     Value topScore = rootMoves[0].score;
1444     int delta = std::min(topScore - rootMoves[multiPV - 1].score, PawnValueMg);
1445     int weakness = 120 - 2 * level;
1446     int maxScore = -VALUE_INFINITE;
1447
1448     // Choose best move. For each move score we add two terms, both dependent on
1449     // weakness. One deterministic and bigger for weaker levels, and one random,
1450     // then we choose the move with the resulting highest score.
1451     for (size_t i = 0; i < multiPV; ++i)
1452     {
1453         // This is our magic formula
1454         int push = (  weakness * int(topScore - rootMoves[i].score)
1455                     + delta * (rng.rand<unsigned>() % weakness)) / 128;
1456
1457         if (rootMoves[i].score + push > maxScore)
1458         {
1459             maxScore = rootMoves[i].score + push;
1460             best = rootMoves[i].pv[0];
1461         }
1462     }
1463
1464     return best;
1465   }
1466
1467
1468   // check_time() is used to print debug info and, more importantly, to detect
1469   // when we are out of available time and thus stop the search.
1470
1471   void check_time() {
1472
1473     static TimePoint lastInfoTime = now();
1474
1475     int elapsed = Time.elapsed();
1476     TimePoint tick = Limits.startTime + elapsed;
1477
1478     if (tick - lastInfoTime >= 1000)
1479     {
1480         lastInfoTime = tick;
1481         dbg_print();
1482     }
1483
1484     // An engine may not stop pondering until told so by the GUI
1485     if (Limits.ponder)
1486         return;
1487
1488     if (Limits.use_time_management())
1489     {
1490         bool stillAtFirstMove =    Signals.firstRootMove.load(std::memory_order_relaxed)
1491                                && !Signals.failedLowAtRoot.load(std::memory_order_relaxed)
1492                                &&  elapsed > Time.available() * 3 / 4;
1493
1494         if (stillAtFirstMove || elapsed > Time.maximum() - 10)
1495             Signals.stop = true;
1496     }
1497     else if (Limits.movetime && elapsed >= Limits.movetime)
1498         Signals.stop = true;
1499
1500     else if (Limits.nodes && Threads.nodes_searched() >= Limits.nodes)
1501             Signals.stop = true;
1502   }
1503
1504 } // namespace
1505
1506
1507 /// UCI::pv() formats PV information according to the UCI protocol. UCI requires
1508 /// that all (if any) unsearched PV lines are sent using a previous search score.
1509
1510 string UCI::pv(const Position& pos, Depth depth, Value alpha, Value beta) {
1511
1512   std::stringstream ss;
1513   int elapsed = Time.elapsed() + 1;
1514   const Search::RootMoveVector& rootMoves = pos.this_thread()->rootMoves;
1515   size_t PVIdx = pos.this_thread()->PVIdx;
1516   size_t multiPV = std::min((size_t)Options["MultiPV"], rootMoves.size());
1517   uint64_t nodes_searched = Threads.nodes_searched();
1518
1519   for (size_t i = 0; i < multiPV; ++i)
1520   {
1521       bool updated = (i <= PVIdx);
1522
1523       if (depth == ONE_PLY && !updated)
1524           continue;
1525
1526       Depth d = updated ? depth : depth - ONE_PLY;
1527       Value v = updated ? rootMoves[i].score : rootMoves[i].previousScore;
1528
1529       bool tb = TB::RootInTB && abs(v) < VALUE_MATE - MAX_PLY;
1530       v = tb ? TB::Score : v;
1531
1532       if (ss.rdbuf()->in_avail()) // Not at first line
1533           ss << "\n";
1534
1535       ss << "info"
1536          << " depth "    << d / ONE_PLY
1537          << " seldepth " << pos.this_thread()->maxPly
1538          << " multipv "  << i + 1
1539          << " score "    << UCI::value(v);
1540
1541       if (!tb && i == PVIdx)
1542           ss << (v >= beta ? " lowerbound" : v <= alpha ? " upperbound" : "");
1543
1544       ss << " nodes "    << nodes_searched
1545          << " nps "      << nodes_searched * 1000 / elapsed;
1546
1547       if (elapsed > 1000) // Earlier makes little sense
1548           ss << " hashfull " << TT.hashfull();
1549
1550       ss << " tbhits "   << TB::Hits
1551          << " time "     << elapsed
1552          << " pv";
1553
1554       for (Move m : rootMoves[i].pv)
1555           ss << " " << UCI::move(m, pos.is_chess960());
1556   }
1557
1558   return ss.str();
1559 }
1560
1561
1562 /// RootMove::insert_pv_in_tt() is called at the end of a search iteration, and
1563 /// inserts the PV back into the TT. This makes sure the old PV moves are searched
1564 /// first, even if the old TT entries have been overwritten.
1565
1566 void RootMove::insert_pv_in_tt(Position& pos) {
1567
1568   StateInfo state[MAX_PLY], *st = state;
1569   bool ttHit;
1570
1571   for (Move m : pv)
1572   {
1573       assert(MoveList<LEGAL>(pos).contains(m));
1574
1575       TTEntry* tte = TT.probe(pos.key(), ttHit);
1576
1577       if (!ttHit || tte->move() != m) // Don't overwrite correct entries
1578           tte->save(pos.key(), VALUE_NONE, BOUND_NONE, DEPTH_NONE,
1579                     m, VALUE_NONE, TT.generation());
1580
1581       pos.do_move(m, *st++, pos.gives_check(m, CheckInfo(pos)));
1582   }
1583
1584   for (size_t i = pv.size(); i > 0; )
1585       pos.undo_move(pv[--i]);
1586 }
1587
1588
1589 /// RootMove::extract_ponder_from_tt() is called in case we have no ponder move
1590 /// before exiting the search, for instance in case we stop the search during a
1591 /// fail high at root. We try hard to have a ponder move to return to the GUI,
1592 /// otherwise in case of 'ponder on' we have nothing to think on.
1593
1594 bool RootMove::extract_ponder_from_tt(Position& pos)
1595 {
1596     StateInfo st;
1597     bool ttHit;
1598
1599     assert(pv.size() == 1);
1600
1601     pos.do_move(pv[0], st, pos.gives_check(pv[0], CheckInfo(pos)));
1602     TTEntry* tte = TT.probe(pos.key(), ttHit);
1603     pos.undo_move(pv[0]);
1604
1605     if (ttHit)
1606     {
1607         Move m = tte->move(); // Local copy to be SMP safe
1608         if (MoveList<LEGAL>(pos).contains(m))
1609            return pv.push_back(m), true;
1610     }
1611
1612     return false;
1613 }