Make razor margin depth independent
[stockfish] / src / search.cpp
1 /*
2   Stockfish, a UCI chess playing engine derived from Glaurung 2.1
3   Copyright (C) 2004-2008 Tord Romstad (Glaurung author)
4   Copyright (C) 2008-2015 Marco Costalba, Joona Kiiski, Tord Romstad
5   Copyright (C) 2015-2018 Marco Costalba, Joona Kiiski, Gary Linscott, Tord Romstad
6
7   Stockfish is free software: you can redistribute it and/or modify
8   it under the terms of the GNU General Public License as published by
9   the Free Software Foundation, either version 3 of the License, or
10   (at your option) any later version.
11
12   Stockfish is distributed in the hope that it will be useful,
13   but WITHOUT ANY WARRANTY; without even the implied warranty of
14   MERCHANTABILITY or FITNESS FOR A PARTICULAR PURPOSE.  See the
15   GNU General Public License for more details.
16
17   You should have received a copy of the GNU General Public License
18   along with this program.  If not, see <http://www.gnu.org/licenses/>.
19 */
20
21 #include <algorithm>
22 #include <cassert>
23 #include <cmath>
24 #include <cstring>   // For std::memset
25 #include <iostream>
26 #include <sstream>
27
28 #include "evaluate.h"
29 #include "misc.h"
30 #include "movegen.h"
31 #include "movepick.h"
32 #include "position.h"
33 #include "search.h"
34 #include "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   const int razor_margin = 600;
71   Value futility_margin(Depth d) { return Value(150 * d / ONE_PLY); }
72
73   // Futility and reductions lookup tables, initialized at startup
74   int FutilityMoveCounts[2][16]; // [improving][depth]
75   int Reductions[2][2][64][64];  // [pv][improving][depth][moveNumber]
76
77   template <bool PvNode> Depth reduction(bool i, Depth d, int mn) {
78     return Reductions[PvNode][i][std::min(d / ONE_PLY, 63)][std::min(mn, 63)] * ONE_PLY;
79   }
80
81   // History and stats update bonus, based on depth
82   int stat_bonus(Depth depth) {
83     int d = depth / ONE_PLY;
84     return d > 17 ? 0 : d * d + 2 * d - 2;
85   }
86
87   // Skill structure is used to implement strength limit
88   struct Skill {
89     explicit Skill(int l) : level(l) {}
90     bool enabled() const { return level < 20; }
91     bool time_to_pick(Depth depth) const { return depth / ONE_PLY == 1 + level; }
92     Move pick_best(size_t multiPV);
93
94     int level;
95     Move best = MOVE_NONE;
96   };
97
98   template <NodeType NT>
99   Value search(Position& pos, Stack* ss, Value alpha, Value beta, Depth depth, bool cutNode, bool skipEarlyPruning);
100
101   template <NodeType NT, bool InCheck>
102   Value qsearch(Position& pos, Stack* ss, Value alpha, Value beta, Depth depth = DEPTH_ZERO);
103
104   Value value_to_tt(Value v, int ply);
105   Value value_from_tt(Value v, int ply);
106   void update_pv(Move* pv, Move move, Move* childPv);
107   void update_continuation_histories(Stack* ss, Piece pc, Square to, int bonus);
108   void update_stats(const Position& pos, Stack* ss, Move move, Move* quiets, int quietsCnt, int bonus);
109   void update_capture_stats(const Position& pos, Move move, Move* captures, int captureCnt, int bonus);
110   bool pv_is_draw(Position& pos);
111
112   // perft() is our utility to verify move generation. All the leaf nodes up
113   // to the given depth are generated and counted, and the sum is returned.
114   template<bool Root>
115   uint64_t perft(Position& pos, Depth depth) {
116
117     StateInfo st;
118     uint64_t cnt, nodes = 0;
119     const bool leaf = (depth == 2 * ONE_PLY);
120
121     for (const auto& m : MoveList<LEGAL>(pos))
122     {
123         if (Root && depth <= ONE_PLY)
124             cnt = 1, nodes++;
125         else
126         {
127             pos.do_move(m, st);
128             cnt = leaf ? MoveList<LEGAL>(pos).size() : perft<false>(pos, depth - ONE_PLY);
129             nodes += cnt;
130             pos.undo_move(m);
131         }
132         if (Root)
133             sync_cout << UCI::move(m, pos.is_chess960()) << ": " << cnt << sync_endl;
134     }
135     return nodes;
136   }
137
138 } // namespace
139
140
141 /// Search::init() is called during startup to initialize various lookup tables
142
143 void Search::init() {
144
145   for (int imp = 0; imp <= 1; ++imp)
146       for (int d = 1; d < 64; ++d)
147           for (int mc = 1; mc < 64; ++mc)
148           {
149               double r = log(d) * log(mc) / 1.95;
150
151               Reductions[NonPV][imp][d][mc] = int(std::round(r));
152               Reductions[PV][imp][d][mc] = std::max(Reductions[NonPV][imp][d][mc] - 1, 0);
153
154               // Increase reduction for non-PV nodes when eval is not improving
155               if (!imp && Reductions[NonPV][imp][d][mc] >= 2)
156                 Reductions[NonPV][imp][d][mc]++;
157           }
158
159   for (int d = 0; d < 16; ++d)
160   {
161       FutilityMoveCounts[0][d] = int(2.4 + 0.74 * pow(d, 1.78));
162       FutilityMoveCounts[1][d] = int(5.0 + 1.00 * pow(d, 2.00));
163   }
164 }
165
166
167 /// Search::clear() resets search state to its initial value
168
169 void Search::clear() {
170
171   Threads.main()->wait_for_search_finished();
172
173   Time.availableNodes = 0;
174   TT.clear();
175   Threads.clear();
176 }
177
178
179 /// MainThread::search() is called by the main thread when the program receives
180 /// the UCI 'go' command. It searches from the root position and outputs the "bestmove".
181
182 void MainThread::search() {
183
184   if (Limits.perft)
185   {
186       nodes = perft<true>(rootPos, Limits.perft * ONE_PLY);
187       sync_cout << "\nNodes searched: " << nodes << "\n" << sync_endl;
188       return;
189   }
190
191   Color us = rootPos.side_to_move();
192   Time.init(Limits, us, rootPos.game_ply());
193   TT.new_search();
194
195   int contempt = Options["Contempt"] * PawnValueEg / 100; // From centipawns
196
197   Eval::Contempt = (us == WHITE ?  make_score(contempt, contempt / 2)
198                                 : -make_score(contempt, contempt / 2));
199
200   if (rootMoves.empty())
201   {
202       rootMoves.emplace_back(MOVE_NONE);
203       sync_cout << "info depth 0 score "
204                 << UCI::value(rootPos.checkers() ? -VALUE_MATE : VALUE_DRAW)
205                 << sync_endl;
206   }
207   else
208   {
209       for (Thread* th : Threads)
210           if (th != this)
211               th->start_searching();
212
213       Thread::search(); // Let's start searching!
214   }
215
216   // When we reach the maximum depth, we can arrive here without a raise of
217   // Threads.stop. However, if we are pondering or in an infinite search,
218   // the UCI protocol states that we shouldn't print the best move before the
219   // GUI sends a "stop" or "ponderhit" command. We therefore simply wait here
220   // until the GUI sends one of those commands (which also raises Threads.stop).
221   Threads.stopOnPonderhit = true;
222
223   while (!Threads.stop && (Threads.ponder || Limits.infinite))
224   {} // Busy wait for a stop or a ponder reset
225
226   // Stop the threads if not already stopped (also raise the stop if
227   // "ponderhit" just reset Threads.ponder).
228   Threads.stop = true;
229
230   // Wait until all threads have finished
231   for (Thread* th : Threads)
232       if (th != this)
233           th->wait_for_search_finished();
234
235   // When playing in 'nodes as time' mode, subtract the searched nodes from
236   // the available ones before exiting.
237   if (Limits.npmsec)
238       Time.availableNodes += Limits.inc[us] - Threads.nodes_searched();
239
240   // Check if there are threads with a better score than main thread
241   Thread* bestThread = this;
242   if (    Options["MultiPV"] == 1
243       && !Limits.depth
244       && !Skill(Options["Skill Level"]).enabled()
245       &&  rootMoves[0].pv[0] != MOVE_NONE)
246   {
247       for (Thread* th : Threads)
248       {
249           Depth depthDiff = th->completedDepth - bestThread->completedDepth;
250           Value scoreDiff = th->rootMoves[0].score - bestThread->rootMoves[0].score;
251
252           // Select the thread with the best score, always if it is a mate
253           if (    scoreDiff > 0
254               && (depthDiff >= 0 || th->rootMoves[0].score >= VALUE_MATE_IN_MAX_PLY))
255               bestThread = th;
256       }
257   }
258
259   previousScore = bestThread->rootMoves[0].score;
260
261   // Send new PV when needed
262   if (bestThread != this)
263       sync_cout << UCI::pv(bestThread->rootPos, bestThread->completedDepth, -VALUE_INFINITE, VALUE_INFINITE) << sync_endl;
264
265   sync_cout << "bestmove " << UCI::move(bestThread->rootMoves[0].pv[0], rootPos.is_chess960());
266
267   if (bestThread->rootMoves[0].pv.size() > 1 || bestThread->rootMoves[0].extract_ponder_from_tt(rootPos))
268       std::cout << " ponder " << UCI::move(bestThread->rootMoves[0].pv[1], rootPos.is_chess960());
269
270   std::cout << sync_endl;
271 }
272
273
274 /// Thread::search() is the main iterative deepening loop. It calls search()
275 /// repeatedly with increasing depth until the allocated thinking time has been
276 /// consumed, the user stops the search, or the maximum search depth is reached.
277
278 void Thread::search() {
279
280   Stack stack[MAX_PLY+7], *ss = stack+4; // To reference from (ss-4) to (ss+2)
281   Value bestValue, alpha, beta, delta;
282   Move  lastBestMove = MOVE_NONE;
283   Depth lastBestMoveDepth = DEPTH_ZERO;
284   MainThread* mainThread = (this == Threads.main() ? Threads.main() : nullptr);
285   double timeReduction = 1.0;
286
287   std::memset(ss-4, 0, 7 * sizeof(Stack));
288   for (int i = 4; i > 0; i--)
289      (ss-i)->contHistory = &this->contHistory[NO_PIECE][0]; // Use as sentinel
290
291   bestValue = delta = alpha = -VALUE_INFINITE;
292   beta = VALUE_INFINITE;
293
294   if (mainThread)
295   {
296       mainThread->failedLow = false;
297       mainThread->bestMoveChanges = 0;
298   }
299
300   size_t multiPV = Options["MultiPV"];
301   Skill skill(Options["Skill Level"]);
302
303   // When playing with strength handicap enable MultiPV search that we will
304   // use behind the scenes to retrieve a set of possible moves.
305   if (skill.enabled())
306       multiPV = std::max(multiPV, (size_t)4);
307
308   multiPV = std::min(multiPV, rootMoves.size());
309
310   // Iterative deepening loop until requested to stop or the target depth is reached
311   while (   (rootDepth += ONE_PLY) < DEPTH_MAX
312          && !Threads.stop
313          && !(Limits.depth && mainThread && rootDepth / ONE_PLY > Limits.depth))
314   {
315       // Distribute search depths across the threads
316       if (idx)
317       {
318           int i = (idx - 1) % 20;
319           if (((rootDepth / ONE_PLY + rootPos.game_ply() + skipPhase[i]) / skipSize[i]) % 2)
320               continue;
321       }
322
323       // Age out PV variability metric
324       if (mainThread)
325           mainThread->bestMoveChanges *= 0.505, mainThread->failedLow = false;
326
327       // Save the last iteration's scores before first PV line is searched and
328       // all the move scores except the (new) PV are set to -VALUE_INFINITE.
329       for (RootMove& rm : rootMoves)
330           rm.previousScore = rm.score;
331
332       // MultiPV loop. We perform a full root search for each PV line
333       for (PVIdx = 0; PVIdx < multiPV && !Threads.stop; ++PVIdx)
334       {
335           // Reset UCI info selDepth for each depth and each PV line
336           selDepth = 0;
337
338           // Reset aspiration window starting size
339           if (rootDepth >= 5 * ONE_PLY)
340           {
341               delta = Value(18);
342               alpha = std::max(rootMoves[PVIdx].previousScore - delta,-VALUE_INFINITE);
343               beta  = std::min(rootMoves[PVIdx].previousScore + delta, VALUE_INFINITE);
344           }
345
346           // Start with a small aspiration window and, in the case of a fail
347           // high/low, re-search with a bigger window until we're not failing
348           // high/low anymore.
349           while (true)
350           {
351               bestValue = ::search<PV>(rootPos, ss, alpha, beta, rootDepth, false, false);
352
353               // Bring the best move to the front. It is critical that sorting
354               // is done with a stable algorithm because all the values but the
355               // first and eventually the new best one are set to -VALUE_INFINITE
356               // and we want to keep the same order for all the moves except the
357               // new PV that goes to the front. Note that in case of MultiPV
358               // search the already searched PV lines are preserved.
359               std::stable_sort(rootMoves.begin() + PVIdx, rootMoves.end());
360
361               // If search has been stopped, we break immediately. Sorting and
362               // writing PV back to TT is safe because RootMoves is still
363               // valid, although it refers to the previous iteration.
364               if (Threads.stop)
365                   break;
366
367               // When failing high/low give some update (without cluttering
368               // the UI) before a re-search.
369               if (   mainThread
370                   && multiPV == 1
371                   && (bestValue <= alpha || bestValue >= beta)
372                   && Time.elapsed() > 3000)
373                   sync_cout << UCI::pv(rootPos, rootDepth, alpha, beta) << sync_endl;
374
375               // In case of failing low/high increase aspiration window and
376               // re-search, otherwise exit the loop.
377               if (bestValue <= alpha)
378               {
379                   beta = (alpha + beta) / 2;
380                   alpha = std::max(bestValue - delta, -VALUE_INFINITE);
381
382                   if (mainThread)
383                   {
384                       mainThread->failedLow = true;
385                       Threads.stopOnPonderhit = false;
386                   }
387               }
388               else if (bestValue >= beta)
389                   beta = std::min(bestValue + delta, VALUE_INFINITE);
390               else
391                   break;
392
393               delta += delta / 4 + 5;
394
395               assert(alpha >= -VALUE_INFINITE && beta <= VALUE_INFINITE);
396           }
397
398           // Sort the PV lines searched so far and update the GUI
399           std::stable_sort(rootMoves.begin(), rootMoves.begin() + PVIdx + 1);
400
401           if (    mainThread
402               && (Threads.stop || PVIdx + 1 == multiPV || Time.elapsed() > 3000))
403               sync_cout << UCI::pv(rootPos, rootDepth, alpha, beta) << sync_endl;
404       }
405
406       if (!Threads.stop)
407           completedDepth = rootDepth;
408
409       if (rootMoves[0].pv[0] != lastBestMove) {
410          lastBestMove = rootMoves[0].pv[0];
411          lastBestMoveDepth = rootDepth;
412       }
413
414       // Have we found a "mate in x"?
415       if (   Limits.mate
416           && bestValue >= VALUE_MATE_IN_MAX_PLY
417           && VALUE_MATE - bestValue <= 2 * Limits.mate)
418           Threads.stop = true;
419
420       if (!mainThread)
421           continue;
422
423       // If skill level is enabled and time is up, pick a sub-optimal best move
424       if (skill.enabled() && skill.time_to_pick(rootDepth))
425           skill.pick_best(multiPV);
426
427       // Do we have time for the next iteration? Can we stop searching now?
428       if (Limits.use_time_management())
429       {
430           if (!Threads.stop && !Threads.stopOnPonderhit)
431           {
432               // Stop the search if only one legal move is available, or if all
433               // of the available time has been used
434               const int F[] = { mainThread->failedLow,
435                                 bestValue - mainThread->previousScore };
436               int improvingFactor = std::max(229, std::min(715, 357 + 119 * F[0] - 6 * F[1]));
437
438               Color us = rootPos.side_to_move();
439               bool thinkHard =    bestValue == VALUE_DRAW
440                                && Limits.time[us] - Time.elapsed() > Limits.time[~us]
441                                && ::pv_is_draw(rootPos);
442
443               double unstablePvFactor = 1 + mainThread->bestMoveChanges + thinkHard;
444
445               // if the bestMove is stable over several iterations, reduce time for this move,
446               // the longer the move has been stable, the more.
447               // Use part of the gained time from a previous stable move for the current move.
448               timeReduction = 1;
449               for (int i : {3, 4, 5})
450                   if (lastBestMoveDepth * i < completedDepth && !thinkHard)
451                      timeReduction *= 1.3;
452               unstablePvFactor *=  std::pow(mainThread->previousTimeReduction, 0.51) / timeReduction;
453
454               if (   rootMoves.size() == 1
455                   || Time.elapsed() > Time.optimum() * unstablePvFactor * improvingFactor / 628)
456               {
457                   // If we are allowed to ponder do not stop the search now but
458                   // keep pondering until the GUI sends "ponderhit" or "stop".
459                   if (Threads.ponder)
460                       Threads.stopOnPonderhit = true;
461                   else
462                       Threads.stop = true;
463               }
464           }
465       }
466   }
467
468   if (!mainThread)
469       return;
470
471   mainThread->previousTimeReduction = timeReduction;
472
473   // If skill level is enabled, swap best PV line with the sub-optimal one
474   if (skill.enabled())
475       std::swap(rootMoves[0], *std::find(rootMoves.begin(), rootMoves.end(),
476                 skill.best ? skill.best : skill.pick_best(multiPV)));
477 }
478
479
480 namespace {
481
482   // search<>() is the main search function for both PV and non-PV nodes
483
484   template <NodeType NT>
485   Value search(Position& pos, Stack* ss, Value alpha, Value beta, Depth depth, bool cutNode, bool skipEarlyPruning) {
486
487     const bool PvNode = NT == PV;
488     const bool rootNode = PvNode && ss->ply == 0;
489
490     assert(-VALUE_INFINITE <= alpha && alpha < beta && beta <= VALUE_INFINITE);
491     assert(PvNode || (alpha == beta - 1));
492     assert(DEPTH_ZERO < depth && depth < DEPTH_MAX);
493     assert(!(PvNode && cutNode));
494     assert(depth / ONE_PLY * ONE_PLY == depth);
495
496     Move pv[MAX_PLY+1], capturesSearched[32], quietsSearched[64];
497     StateInfo st;
498     TTEntry* tte;
499     Key posKey;
500     Move ttMove, move, excludedMove, bestMove;
501     Depth extension, newDepth;
502     Value bestValue, value, ttValue, eval;
503     bool ttHit, inCheck, givesCheck, singularExtensionNode, improving;
504     bool captureOrPromotion, doFullDepthSearch, moveCountPruning, skipQuiets, ttCapture, pvExact;
505     Piece movedPiece;
506     int moveCount, captureCount, quietCount;
507
508     // Step 1. Initialize node
509     Thread* thisThread = pos.this_thread();
510     inCheck = pos.checkers();
511     moveCount = captureCount = quietCount = ss->moveCount = 0;
512     ss->statScore = 0;
513     bestValue = -VALUE_INFINITE;
514
515     // Check for the available remaining time
516     if (thisThread == Threads.main())
517         static_cast<MainThread*>(thisThread)->check_time();
518
519     // Used to send selDepth info to GUI (selDepth counts from 1, ply from 0)
520     if (PvNode && thisThread->selDepth < ss->ply + 1)
521         thisThread->selDepth = ss->ply + 1;
522
523     if (!rootNode)
524     {
525         // Step 2. Check for aborted search and immediate draw
526         if (Threads.stop.load(std::memory_order_relaxed) || pos.is_draw(ss->ply) || ss->ply >= MAX_PLY)
527             return ss->ply >= MAX_PLY && !inCheck ? evaluate(pos) : VALUE_DRAW;
528
529         // Step 3. Mate distance pruning. Even if we mate at the next move our score
530         // would be at best mate_in(ss->ply+1), but if alpha is already bigger because
531         // a shorter mate was found upward in the tree then there is no need to search
532         // because we will never beat the current alpha. Same logic but with reversed
533         // signs applies also in the opposite condition of being mated instead of giving
534         // mate. In this case return a fail-high score.
535         alpha = std::max(mated_in(ss->ply), alpha);
536         beta = std::min(mate_in(ss->ply+1), beta);
537         if (alpha >= beta)
538             return alpha;
539     }
540
541     assert(0 <= ss->ply && ss->ply < MAX_PLY);
542
543     (ss+1)->ply = ss->ply + 1;
544     ss->currentMove = (ss+1)->excludedMove = bestMove = MOVE_NONE;
545     ss->contHistory = &thisThread->contHistory[NO_PIECE][0];
546     (ss+2)->killers[0] = (ss+2)->killers[1] = MOVE_NONE;
547     Square prevSq = to_sq((ss-1)->currentMove);
548
549     // Step 4. Transposition table lookup. We don't want the score of a partial
550     // search to overwrite a previous full search TT value, so we use a different
551     // position key in case of an excluded move.
552     excludedMove = ss->excludedMove;
553     posKey = pos.key() ^ Key(excludedMove << 16); // isn't a very good hash
554     tte = TT.probe(posKey, ttHit);
555     ttValue = ttHit ? value_from_tt(tte->value(), ss->ply) : VALUE_NONE;
556     ttMove =  rootNode ? thisThread->rootMoves[thisThread->PVIdx].pv[0]
557             : ttHit    ? tte->move() : MOVE_NONE;
558
559     // At non-PV nodes we check for an early TT cutoff
560     if (  !PvNode
561         && ttHit
562         && tte->depth() >= depth
563         && ttValue != VALUE_NONE // Possible in case of TT access race
564         && (ttValue >= beta ? (tte->bound() & BOUND_LOWER)
565                             : (tte->bound() & BOUND_UPPER)))
566     {
567         // If ttMove is quiet, update move sorting heuristics on TT hit
568         if (ttMove)
569         {
570             if (ttValue >= beta)
571             {
572                 if (!pos.capture_or_promotion(ttMove))
573                     update_stats(pos, ss, ttMove, nullptr, 0, stat_bonus(depth));
574
575                 // Extra penalty for a quiet TT move in previous ply when it gets refuted
576                 if ((ss-1)->moveCount == 1 && !pos.captured_piece())
577                     update_continuation_histories(ss-1, pos.piece_on(prevSq), prevSq, -stat_bonus(depth + ONE_PLY));
578             }
579             // Penalty for a quiet ttMove that fails low
580             else if (!pos.capture_or_promotion(ttMove))
581             {
582                 int penalty = -stat_bonus(depth);
583                 thisThread->mainHistory.update(pos.side_to_move(), ttMove, penalty);
584                 update_continuation_histories(ss, pos.moved_piece(ttMove), to_sq(ttMove), penalty);
585             }
586         }
587         return ttValue;
588     }
589
590     // Step 4a. Tablebase probe
591     if (!rootNode && TB::Cardinality)
592     {
593         int piecesCount = pos.count<ALL_PIECES>();
594
595         if (    piecesCount <= TB::Cardinality
596             && (piecesCount <  TB::Cardinality || depth >= TB::ProbeDepth)
597             &&  pos.rule50_count() == 0
598             && !pos.can_castle(ANY_CASTLING))
599         {
600             TB::ProbeState err;
601             TB::WDLScore v = Tablebases::probe_wdl(pos, &err);
602
603             if (err != TB::ProbeState::FAIL)
604             {
605                 thisThread->tbHits.fetch_add(1, std::memory_order_relaxed);
606
607                 int drawScore = TB::UseRule50 ? 1 : 0;
608
609                 value =  v < -drawScore ? -VALUE_MATE + MAX_PLY + ss->ply + 1
610                        : v >  drawScore ?  VALUE_MATE - MAX_PLY - ss->ply - 1
611                                         :  VALUE_DRAW + 2 * v * drawScore;
612
613                 tte->save(posKey, value_to_tt(value, ss->ply), BOUND_EXACT,
614                           std::min(DEPTH_MAX - ONE_PLY, depth + 6 * ONE_PLY),
615                           MOVE_NONE, VALUE_NONE, TT.generation());
616
617                 return value;
618             }
619         }
620     }
621
622     // Step 5. Evaluate the position statically
623     if (inCheck)
624     {
625         ss->staticEval = eval = VALUE_NONE;
626         goto moves_loop;
627     }
628
629     else if (ttHit)
630     {
631         // Never assume anything on values stored in TT
632         if ((ss->staticEval = eval = tte->eval()) == VALUE_NONE)
633             eval = ss->staticEval = evaluate(pos);
634
635         // Can ttValue be used as a better position evaluation?
636         if (   ttValue != VALUE_NONE
637             && (tte->bound() & (ttValue > eval ? BOUND_LOWER : BOUND_UPPER)))
638             eval = ttValue;
639     }
640     else
641     {
642         eval = ss->staticEval =
643         (ss-1)->currentMove != MOVE_NULL ? evaluate(pos)
644                                          : -(ss-1)->staticEval + 2 * Eval::Tempo;
645
646         tte->save(posKey, VALUE_NONE, BOUND_NONE, DEPTH_NONE, MOVE_NONE,
647                   ss->staticEval, TT.generation());
648     }
649
650     if (skipEarlyPruning || !pos.non_pawn_material(pos.side_to_move()))
651         goto moves_loop;
652
653     // Step 6. Razoring (skipped when in check)
654     if (   !PvNode
655         &&  depth < 4 * ONE_PLY
656         &&  eval + razor_margin <= alpha)
657     {
658         if (depth <= ONE_PLY)
659             return qsearch<NonPV, false>(pos, ss, alpha, alpha+1);
660
661         Value ralpha = alpha - razor_margin;
662         Value v = qsearch<NonPV, false>(pos, ss, ralpha, ralpha+1);
663         if (v <= ralpha)
664             return v;
665     }
666
667     // Step 7. Futility pruning: child node (skipped when in check)
668     if (   !rootNode
669         &&  depth < 7 * ONE_PLY
670         &&  eval - futility_margin(depth) >= beta
671         &&  eval < VALUE_KNOWN_WIN)  // Do not return unproven wins
672         return eval;
673
674     // Step 8. Null move search with verification search (is omitted in PV nodes)
675     if (   !PvNode
676         &&  eval >= beta
677         &&  ss->staticEval >= beta - 36 * depth / ONE_PLY + 225
678         && (ss->ply >= thisThread->nmp_ply || ss->ply % 2 != thisThread->nmp_odd))
679     {
680
681         assert(eval - beta >= 0);
682
683         // Null move dynamic reduction based on depth and value
684         Depth R = ((823 + 67 * depth / ONE_PLY) / 256 + std::min((eval - beta) / PawnValueMg, 3)) * ONE_PLY;
685
686         ss->currentMove = MOVE_NULL;
687         ss->contHistory = &thisThread->contHistory[NO_PIECE][0];
688
689         pos.do_null_move(st);
690         Value nullValue = depth-R < ONE_PLY ? -qsearch<NonPV, false>(pos, ss+1, -beta, -beta+1)
691                                             : - search<NonPV>(pos, ss+1, -beta, -beta+1, depth-R, !cutNode, true);
692         pos.undo_null_move();
693
694         if (nullValue >= beta)
695         {
696             // Do not return unproven mate scores
697             if (nullValue >= VALUE_MATE_IN_MAX_PLY)
698                 nullValue = beta;
699
700             if (abs(beta) < VALUE_KNOWN_WIN && (depth < 12 * ONE_PLY || thisThread->nmp_ply))
701                 return nullValue;
702
703             // Do verification search at high depths
704             // disable null move pruning for side to move for the first part of the remaining search tree
705             thisThread->nmp_ply = ss->ply + 3 * (depth-R) / 4;
706             thisThread->nmp_odd = ss->ply % 2;
707
708             Value v = depth-R < ONE_PLY ? qsearch<NonPV, false>(pos, ss, beta-1, beta)
709                                         :  search<NonPV>(pos, ss, beta-1, beta, depth-R, false, true);
710
711             thisThread->nmp_odd = thisThread->nmp_ply = 0;
712
713             if (v >= beta)
714                 return nullValue;
715         }
716     }
717
718     // Step 9. ProbCut (skipped when in check)
719     // If we have a good enough capture and a reduced search returns a value
720     // much above beta, we can (almost) safely prune the previous move.
721     if (   !PvNode
722         &&  depth >= 5 * ONE_PLY
723         &&  abs(beta) < VALUE_MATE_IN_MAX_PLY)
724     {
725         Value rbeta = std::min(beta + 200, VALUE_INFINITE);
726
727         assert(is_ok((ss-1)->currentMove));
728
729         MovePicker mp(pos, ttMove, rbeta - ss->staticEval, &thisThread->captureHistory);
730
731         while ((move = mp.next_move()) != MOVE_NONE)
732             if (pos.legal(move))
733             {
734                 ss->currentMove = move;
735                 ss->contHistory = &thisThread->contHistory[pos.moved_piece(move)][to_sq(move)];
736
737                 assert(depth >= 5 * ONE_PLY);
738                 pos.do_move(move, st);
739                 value = -search<NonPV>(pos, ss+1, -rbeta, -rbeta+1, depth - 4 * ONE_PLY, !cutNode, false);
740                 pos.undo_move(move);
741                 if (value >= rbeta)
742                     return value;
743             }
744     }
745
746     // Step 10. Internal iterative deepening (skipped when in check)
747     if (    depth >= 6 * ONE_PLY
748         && !ttMove
749         && (PvNode || ss->staticEval + 256 >= beta))
750     {
751         Depth d = (3 * depth / (4 * ONE_PLY) - 2) * ONE_PLY;
752         search<NT>(pos, ss, alpha, beta, d, cutNode, true);
753
754         tte = TT.probe(posKey, ttHit);
755         ttMove = ttHit ? tte->move() : MOVE_NONE;
756     }
757
758 moves_loop: // When in check search starts from here
759
760     const PieceToHistory* contHist[] = { (ss-1)->contHistory, (ss-2)->contHistory, nullptr, (ss-4)->contHistory };
761     Move countermove = thisThread->counterMoves[pos.piece_on(prevSq)][prevSq];
762
763     MovePicker mp(pos, ttMove, depth, &thisThread->mainHistory, &thisThread->captureHistory, contHist, countermove, ss->killers);
764     value = bestValue; // Workaround a bogus 'uninitialized' warning under gcc
765     improving =   ss->staticEval >= (ss-2)->staticEval
766             /* || ss->staticEval == VALUE_NONE Already implicit in the previous condition */
767                ||(ss-2)->staticEval == VALUE_NONE;
768
769     singularExtensionNode =   !rootNode
770                            &&  depth >= 8 * ONE_PLY
771                            &&  ttMove != MOVE_NONE
772                            &&  ttValue != VALUE_NONE
773                            && !excludedMove // Recursive singular search is not allowed
774                            && (tte->bound() & BOUND_LOWER)
775                            &&  tte->depth() >= depth - 3 * ONE_PLY;
776     skipQuiets = false;
777     ttCapture = false;
778     pvExact = PvNode && ttHit && tte->bound() == BOUND_EXACT;
779
780     // Step 11. Loop through moves
781     // Loop through all pseudo-legal moves until no moves remain or a beta cutoff occurs
782     while ((move = mp.next_move(skipQuiets)) != MOVE_NONE)
783     {
784       assert(is_ok(move));
785
786       if (move == excludedMove)
787           continue;
788
789       // At root obey the "searchmoves" option and skip moves not listed in Root
790       // Move List. As a consequence any illegal move is also skipped. In MultiPV
791       // mode we also skip PV moves which have been already searched.
792       if (rootNode && !std::count(thisThread->rootMoves.begin() + thisThread->PVIdx,
793                                   thisThread->rootMoves.end(), move))
794           continue;
795
796       ss->moveCount = ++moveCount;
797
798       if (rootNode && thisThread == Threads.main() && Time.elapsed() > 3000)
799           sync_cout << "info depth " << depth / ONE_PLY
800                     << " currmove " << UCI::move(move, pos.is_chess960())
801                     << " currmovenumber " << moveCount + thisThread->PVIdx << sync_endl;
802
803       if (PvNode)
804           (ss+1)->pv = nullptr;
805
806       extension = DEPTH_ZERO;
807       captureOrPromotion = pos.capture_or_promotion(move);
808       movedPiece = pos.moved_piece(move);
809
810       givesCheck =  type_of(move) == NORMAL && !pos.discovered_check_candidates()
811                   ? pos.check_squares(type_of(movedPiece)) & to_sq(move)
812                   : pos.gives_check(move);
813
814       moveCountPruning =   depth < 16 * ONE_PLY
815                         && moveCount >= FutilityMoveCounts[improving][depth / ONE_PLY];
816
817       // Step 12. Singular and Gives Check Extensions
818
819       // Singular extension search. If all moves but one fail low on a search of
820       // (alpha-s, beta-s), and just one fails high on (alpha, beta), then that move
821       // is singular and should be extended. To verify this we do a reduced search
822       // on all the other moves but the ttMove and if the result is lower than
823       // ttValue minus a margin then we will extend the ttMove.
824       if (    singularExtensionNode
825           &&  move == ttMove
826           &&  pos.legal(move))
827       {
828           Value rBeta = std::max(ttValue - 2 * depth / ONE_PLY, -VALUE_MATE);
829           Depth d = (depth / (2 * ONE_PLY)) * ONE_PLY;
830           ss->excludedMove = move;
831           value = search<NonPV>(pos, ss, rBeta - 1, rBeta, d, cutNode, true);
832           ss->excludedMove = MOVE_NONE;
833
834           if (value < rBeta)
835               extension = ONE_PLY;
836       }
837       else if (    givesCheck
838                && !moveCountPruning
839                &&  pos.see_ge(move))
840           extension = ONE_PLY;
841
842       // Calculate new depth for this move
843       newDepth = depth - ONE_PLY + extension;
844
845       // Step 13. Pruning at shallow depth
846       if (  !rootNode
847           && pos.non_pawn_material(pos.side_to_move())
848           && bestValue > VALUE_MATED_IN_MAX_PLY)
849       {
850           if (   !captureOrPromotion
851               && !givesCheck
852               && (!pos.advanced_pawn_push(move) || pos.non_pawn_material() >= Value(5000)))
853           {
854               // Move count based pruning
855               if (moveCountPruning)
856               {
857                   skipQuiets = true;
858                   continue;
859               }
860
861               // Reduced depth of the next LMR search
862               int lmrDepth = std::max(newDepth - reduction<PvNode>(improving, depth, moveCount), DEPTH_ZERO) / ONE_PLY;
863
864               // Countermoves based pruning
865               if (   lmrDepth < 3
866                   && (*contHist[0])[movedPiece][to_sq(move)] < CounterMovePruneThreshold
867                   && (*contHist[1])[movedPiece][to_sq(move)] < CounterMovePruneThreshold)
868                   continue;
869
870               // Futility pruning: parent node
871               if (   lmrDepth < 7
872                   && !inCheck
873                   && ss->staticEval + 256 + 200 * lmrDepth <= alpha)
874                   continue;
875
876               // Prune moves with negative SEE
877               if (   lmrDepth < 8
878                   && !pos.see_ge(move, Value(-35 * lmrDepth * lmrDepth)))
879                   continue;
880           }
881           else if (    depth < 7 * ONE_PLY
882                    && !extension
883                    && !pos.see_ge(move, -PawnValueEg * (depth / ONE_PLY)))
884                   continue;
885       }
886
887       // Speculative prefetch as early as possible
888       prefetch(TT.first_entry(pos.key_after(move)));
889
890       // Check for legality just before making the move
891       if (!rootNode && !pos.legal(move))
892       {
893           ss->moveCount = --moveCount;
894           continue;
895       }
896
897       if (move == ttMove && captureOrPromotion)
898           ttCapture = true;
899
900       // Update the current move (this must be done after singular extension search)
901       ss->currentMove = move;
902       ss->contHistory = &thisThread->contHistory[movedPiece][to_sq(move)];
903
904       // Step 14. Make the move
905       pos.do_move(move, st, givesCheck);
906
907       // Step 15. Reduced depth search (LMR). If the move fails high it will be
908       // re-searched at full depth.
909       if (    depth >= 3 * ONE_PLY
910           &&  moveCount > 1
911           && (!captureOrPromotion || moveCountPruning))
912       {
913           Depth r = reduction<PvNode>(improving, depth, moveCount);
914
915           if (captureOrPromotion)
916               r -= r ? ONE_PLY : DEPTH_ZERO;
917           else
918           {
919               // Decrease reduction if opponent's move count is high
920               if ((ss-1)->moveCount > 15)
921                   r -= ONE_PLY;
922
923               // Decrease reduction for exact PV nodes
924               if (pvExact)
925                   r -= ONE_PLY;
926
927               // Increase reduction if ttMove is a capture
928               if (ttCapture)
929                   r += ONE_PLY;
930
931               // Increase reduction for cut nodes
932               if (cutNode)
933                   r += 2 * ONE_PLY;
934
935               // Decrease reduction for moves that escape a capture. Filter out
936               // castling moves, because they are coded as "king captures rook" and
937               // hence break make_move().
938               else if (    type_of(move) == NORMAL
939                        && !pos.see_ge(make_move(to_sq(move), from_sq(move))))
940                   r -= 2 * ONE_PLY;
941
942               ss->statScore =  thisThread->mainHistory[~pos.side_to_move()][from_to(move)]
943                              + (*contHist[0])[movedPiece][to_sq(move)]
944                              + (*contHist[1])[movedPiece][to_sq(move)]
945                              + (*contHist[3])[movedPiece][to_sq(move)]
946                              - 4000;
947
948               // Decrease/increase reduction by comparing opponent's stat score
949               if (ss->statScore >= 0 && (ss-1)->statScore < 0)
950                   r -= ONE_PLY;
951
952               else if ((ss-1)->statScore >= 0 && ss->statScore < 0)
953                   r += ONE_PLY;
954
955               // Decrease/increase reduction for moves with a good/bad history
956               r = std::max(DEPTH_ZERO, (r / ONE_PLY - ss->statScore / 20000) * ONE_PLY);
957           }
958
959           Depth d = std::max(newDepth - r, ONE_PLY);
960
961           value = -search<NonPV>(pos, ss+1, -(alpha+1), -alpha, d, true, false);
962
963           doFullDepthSearch = (value > alpha && d != newDepth);
964       }
965       else
966           doFullDepthSearch = !PvNode || moveCount > 1;
967
968       // Step 16. Full depth search when LMR is skipped or fails high
969       if (doFullDepthSearch)
970           value = newDepth <   ONE_PLY ?
971                             givesCheck ? -qsearch<NonPV,  true>(pos, ss+1, -(alpha+1), -alpha)
972                                        : -qsearch<NonPV, false>(pos, ss+1, -(alpha+1), -alpha)
973                                        : - search<NonPV>(pos, ss+1, -(alpha+1), -alpha, newDepth, !cutNode, false);
974
975       // For PV nodes only, do a full PV search on the first move or after a fail
976       // high (in the latter case search only if value < beta), otherwise let the
977       // parent node fail low with value <= alpha and try another move.
978       if (PvNode && (moveCount == 1 || (value > alpha && (rootNode || value < beta))))
979       {
980           (ss+1)->pv = pv;
981           (ss+1)->pv[0] = MOVE_NONE;
982
983           value = newDepth <   ONE_PLY ?
984                             givesCheck ? -qsearch<PV,  true>(pos, ss+1, -beta, -alpha)
985                                        : -qsearch<PV, false>(pos, ss+1, -beta, -alpha)
986                                        : - search<PV>(pos, ss+1, -beta, -alpha, newDepth, false, false);
987       }
988
989       // Step 17. Undo move
990       pos.undo_move(move);
991
992       assert(value > -VALUE_INFINITE && value < VALUE_INFINITE);
993
994       // Step 18. Check for a new best move
995       // Finished searching the move. If a stop occurred, the return value of
996       // the search cannot be trusted, and we return immediately without
997       // updating best move, PV and TT.
998       if (Threads.stop.load(std::memory_order_relaxed))
999           return VALUE_ZERO;
1000
1001       if (rootNode)
1002       {
1003           RootMove& rm = *std::find(thisThread->rootMoves.begin(),
1004                                     thisThread->rootMoves.end(), move);
1005
1006           // PV move or new best move ?
1007           if (moveCount == 1 || value > alpha)
1008           {
1009               rm.score = value;
1010               rm.selDepth = thisThread->selDepth;
1011               rm.pv.resize(1);
1012
1013               assert((ss+1)->pv);
1014
1015               for (Move* m = (ss+1)->pv; *m != MOVE_NONE; ++m)
1016                   rm.pv.push_back(*m);
1017
1018               // We record how often the best move has been changed in each
1019               // iteration. This information is used for time management: When
1020               // the best move changes frequently, we allocate some more time.
1021               if (moveCount > 1 && thisThread == Threads.main())
1022                   ++static_cast<MainThread*>(thisThread)->bestMoveChanges;
1023           }
1024           else
1025               // All other moves but the PV are set to the lowest value: this
1026               // is not a problem when sorting because the sort is stable and the
1027               // move position in the list is preserved - just the PV is pushed up.
1028               rm.score = -VALUE_INFINITE;
1029       }
1030
1031       if (value > bestValue)
1032       {
1033           bestValue = value;
1034
1035           if (value > alpha)
1036           {
1037               bestMove = move;
1038
1039               if (PvNode && !rootNode) // Update pv even in fail-high case
1040                   update_pv(ss->pv, move, (ss+1)->pv);
1041
1042               if (PvNode && value < beta) // Update alpha! Always alpha < beta
1043                   alpha = value;
1044               else
1045               {
1046                   assert(value >= beta); // Fail high
1047                   break;
1048               }
1049           }
1050       }
1051
1052       if (!captureOrPromotion && move != bestMove && quietCount < 64)
1053           quietsSearched[quietCount++] = move;
1054       else if (captureOrPromotion && move != bestMove && captureCount < 32)
1055           capturesSearched[captureCount++] = move;
1056     }
1057
1058     // The following condition would detect a stop only after move loop has been
1059     // completed. But in this case bestValue is valid because we have fully
1060     // searched our subtree, and we can anyhow save the result in TT.
1061     /*
1062        if (Threads.stop)
1063         return VALUE_DRAW;
1064     */
1065
1066     // Step 20. Check for mate and stalemate
1067     // All legal moves have been searched and if there are no legal moves, it
1068     // must be a mate or a stalemate. If we are in a singular extension search then
1069     // return a fail low score.
1070
1071     assert(moveCount || !inCheck || excludedMove || !MoveList<LEGAL>(pos).size());
1072
1073     if (!moveCount)
1074         bestValue = excludedMove ? alpha
1075                    :     inCheck ? mated_in(ss->ply) : VALUE_DRAW;
1076     else if (bestMove)
1077     {
1078         // Quiet best move: update move sorting heuristics
1079         if (!pos.capture_or_promotion(bestMove))
1080             update_stats(pos, ss, bestMove, quietsSearched, quietCount, stat_bonus(depth));
1081         else
1082             update_capture_stats(pos, bestMove, capturesSearched, captureCount, stat_bonus(depth));
1083
1084         // Extra penalty for a quiet TT move in previous ply when it gets refuted
1085         if ((ss-1)->moveCount == 1 && !pos.captured_piece())
1086             update_continuation_histories(ss-1, pos.piece_on(prevSq), prevSq, -stat_bonus(depth + ONE_PLY));
1087     }
1088     // Bonus for prior countermove that caused the fail low
1089     else if (    depth >= 3 * ONE_PLY
1090              && !pos.captured_piece()
1091              && is_ok((ss-1)->currentMove))
1092         update_continuation_histories(ss-1, pos.piece_on(prevSq), prevSq, stat_bonus(depth));
1093
1094     if (!excludedMove)
1095         tte->save(posKey, value_to_tt(bestValue, ss->ply),
1096                   bestValue >= beta ? BOUND_LOWER :
1097                   PvNode && bestMove ? BOUND_EXACT : BOUND_UPPER,
1098                   depth, bestMove, ss->staticEval, TT.generation());
1099
1100     assert(bestValue > -VALUE_INFINITE && bestValue < VALUE_INFINITE);
1101
1102     return bestValue;
1103   }
1104
1105
1106   // qsearch() is the quiescence search function, which is called by the main
1107   // search function with depth zero, or recursively with depth less than ONE_PLY.
1108
1109   template <NodeType NT, bool InCheck>
1110   Value qsearch(Position& pos, Stack* ss, Value alpha, Value beta, Depth depth) {
1111
1112     const bool PvNode = NT == PV;
1113
1114     assert(InCheck == bool(pos.checkers()));
1115     assert(alpha >= -VALUE_INFINITE && alpha < beta && beta <= VALUE_INFINITE);
1116     assert(PvNode || (alpha == beta - 1));
1117     assert(depth <= DEPTH_ZERO);
1118     assert(depth / ONE_PLY * ONE_PLY == depth);
1119
1120     Move pv[MAX_PLY+1];
1121     StateInfo st;
1122     TTEntry* tte;
1123     Key posKey;
1124     Move ttMove, move, bestMove;
1125     Value bestValue, value, ttValue, futilityValue, futilityBase, oldAlpha;
1126     bool ttHit, givesCheck, evasionPrunable;
1127     Depth ttDepth;
1128     int moveCount;
1129
1130     if (PvNode)
1131     {
1132         oldAlpha = alpha; // To flag BOUND_EXACT when eval above alpha and no available moves
1133         (ss+1)->pv = pv;
1134         ss->pv[0] = MOVE_NONE;
1135     }
1136
1137     ss->currentMove = bestMove = MOVE_NONE;
1138     (ss+1)->ply = ss->ply + 1;
1139     moveCount = 0;
1140
1141     // Check for an instant draw or if the maximum ply has been reached
1142     if (pos.is_draw(ss->ply) || ss->ply >= MAX_PLY)
1143         return ss->ply >= MAX_PLY && !InCheck ? evaluate(pos) : VALUE_DRAW;
1144
1145     assert(0 <= ss->ply && ss->ply < MAX_PLY);
1146
1147     // Decide whether or not to include checks: this fixes also the type of
1148     // TT entry depth that we are going to use. Note that in qsearch we use
1149     // only two types of depth in TT: DEPTH_QS_CHECKS or DEPTH_QS_NO_CHECKS.
1150     ttDepth = InCheck || depth >= DEPTH_QS_CHECKS ? DEPTH_QS_CHECKS
1151                                                   : DEPTH_QS_NO_CHECKS;
1152     // Transposition table lookup
1153     posKey = pos.key();
1154     tte = TT.probe(posKey, ttHit);
1155     ttMove = ttHit ? tte->move() : MOVE_NONE;
1156     ttValue = ttHit ? value_from_tt(tte->value(), ss->ply) : VALUE_NONE;
1157
1158     if (  !PvNode
1159         && ttHit
1160         && tte->depth() >= ttDepth
1161         && ttValue != VALUE_NONE // Only in case of TT access race
1162         && (ttValue >= beta ? (tte->bound() &  BOUND_LOWER)
1163                             : (tte->bound() &  BOUND_UPPER)))
1164         return ttValue;
1165
1166     // Evaluate the position statically
1167     if (InCheck)
1168     {
1169         ss->staticEval = VALUE_NONE;
1170         bestValue = futilityBase = -VALUE_INFINITE;
1171     }
1172     else
1173     {
1174         if (ttHit)
1175         {
1176             // Never assume anything on values stored in TT
1177             if ((ss->staticEval = bestValue = tte->eval()) == VALUE_NONE)
1178                 ss->staticEval = bestValue = evaluate(pos);
1179
1180             // Can ttValue be used as a better position evaluation?
1181             if (   ttValue != VALUE_NONE
1182                 && (tte->bound() & (ttValue > bestValue ? BOUND_LOWER : BOUND_UPPER)))
1183                 bestValue = ttValue;
1184         }
1185         else
1186             ss->staticEval = bestValue =
1187             (ss-1)->currentMove != MOVE_NULL ? evaluate(pos)
1188                                              : -(ss-1)->staticEval + 2 * Eval::Tempo;
1189
1190         // Stand pat. Return immediately if static value is at least beta
1191         if (bestValue >= beta)
1192         {
1193             if (!ttHit)
1194                 tte->save(posKey, value_to_tt(bestValue, ss->ply), BOUND_LOWER,
1195                           DEPTH_NONE, MOVE_NONE, ss->staticEval, TT.generation());
1196
1197             return bestValue;
1198         }
1199
1200         if (PvNode && bestValue > alpha)
1201             alpha = bestValue;
1202
1203         futilityBase = bestValue + 128;
1204     }
1205
1206     // Initialize a MovePicker object for the current position, and prepare
1207     // to search the moves. Because the depth is <= 0 here, only captures,
1208     // queen promotions and checks (only if depth >= DEPTH_QS_CHECKS) will
1209     // be generated.
1210     MovePicker mp(pos, ttMove, depth, &pos.this_thread()->mainHistory, &pos.this_thread()->captureHistory, to_sq((ss-1)->currentMove));
1211
1212     // Loop through the moves until no moves remain or a beta cutoff occurs
1213     while ((move = mp.next_move()) != MOVE_NONE)
1214     {
1215       assert(is_ok(move));
1216
1217       givesCheck =  type_of(move) == NORMAL && !pos.discovered_check_candidates()
1218                   ? pos.check_squares(type_of(pos.moved_piece(move))) & to_sq(move)
1219                   : pos.gives_check(move);
1220
1221       moveCount++;
1222
1223       // Futility pruning
1224       if (   !InCheck
1225           && !givesCheck
1226           &&  futilityBase > -VALUE_KNOWN_WIN
1227           && !pos.advanced_pawn_push(move))
1228       {
1229           assert(type_of(move) != ENPASSANT); // Due to !pos.advanced_pawn_push
1230
1231           futilityValue = futilityBase + PieceValue[EG][pos.piece_on(to_sq(move))];
1232
1233           if (futilityValue <= alpha)
1234           {
1235               bestValue = std::max(bestValue, futilityValue);
1236               continue;
1237           }
1238
1239           if (futilityBase <= alpha && !pos.see_ge(move, VALUE_ZERO + 1))
1240           {
1241               bestValue = std::max(bestValue, futilityBase);
1242               continue;
1243           }
1244       }
1245
1246       // Detect non-capture evasions that are candidates to be pruned
1247       evasionPrunable =    InCheck
1248                        &&  (depth != DEPTH_ZERO || moveCount > 2)
1249                        &&  bestValue > VALUE_MATED_IN_MAX_PLY
1250                        && !pos.capture(move);
1251
1252       // Don't search moves with negative SEE values
1253       if (  (!InCheck || evasionPrunable)
1254           &&  !pos.see_ge(move))
1255           continue;
1256
1257       // Speculative prefetch as early as possible
1258       prefetch(TT.first_entry(pos.key_after(move)));
1259
1260       // Check for legality just before making the move
1261       if (!pos.legal(move))
1262       {
1263           moveCount--;
1264           continue;
1265       }
1266
1267       ss->currentMove = move;
1268
1269       // Make and search the move
1270       pos.do_move(move, st, givesCheck);
1271       value = givesCheck ? -qsearch<NT,  true>(pos, ss+1, -beta, -alpha, depth - ONE_PLY)
1272                          : -qsearch<NT, false>(pos, ss+1, -beta, -alpha, depth - ONE_PLY);
1273       pos.undo_move(move);
1274
1275       assert(value > -VALUE_INFINITE && value < VALUE_INFINITE);
1276
1277       // Check for a new best move
1278       if (value > bestValue)
1279       {
1280           bestValue = value;
1281
1282           if (value > alpha)
1283           {
1284               if (PvNode) // Update pv even in fail-high case
1285                   update_pv(ss->pv, move, (ss+1)->pv);
1286
1287               if (PvNode && value < beta) // Update alpha here!
1288               {
1289                   alpha = value;
1290                   bestMove = move;
1291               }
1292               else // Fail high
1293               {
1294                   tte->save(posKey, value_to_tt(value, ss->ply), BOUND_LOWER,
1295                             ttDepth, move, ss->staticEval, TT.generation());
1296
1297                   return value;
1298               }
1299           }
1300        }
1301     }
1302
1303     // All legal moves have been searched. A special case: If we're in check
1304     // and no legal moves were found, it is checkmate.
1305     if (InCheck && bestValue == -VALUE_INFINITE)
1306         return mated_in(ss->ply); // Plies to mate from the root
1307
1308     tte->save(posKey, value_to_tt(bestValue, ss->ply),
1309               PvNode && bestValue > oldAlpha ? BOUND_EXACT : BOUND_UPPER,
1310               ttDepth, bestMove, ss->staticEval, TT.generation());
1311
1312     assert(bestValue > -VALUE_INFINITE && bestValue < VALUE_INFINITE);
1313
1314     return bestValue;
1315   }
1316
1317
1318   // value_to_tt() adjusts a mate score from "plies to mate from the root" to
1319   // "plies to mate from the current position". Non-mate scores are unchanged.
1320   // The function is called before storing a value in the transposition table.
1321
1322   Value value_to_tt(Value v, int ply) {
1323
1324     assert(v != VALUE_NONE);
1325
1326     return  v >= VALUE_MATE_IN_MAX_PLY  ? v + ply
1327           : v <= VALUE_MATED_IN_MAX_PLY ? v - ply : v;
1328   }
1329
1330
1331   // value_from_tt() is the inverse of value_to_tt(): It adjusts a mate score
1332   // from the transposition table (which refers to the plies to mate/be mated
1333   // from current position) to "plies to mate/be mated from the root".
1334
1335   Value value_from_tt(Value v, int ply) {
1336
1337     return  v == VALUE_NONE             ? VALUE_NONE
1338           : v >= VALUE_MATE_IN_MAX_PLY  ? v - ply
1339           : v <= VALUE_MATED_IN_MAX_PLY ? v + ply : v;
1340   }
1341
1342
1343   // update_pv() adds current move and appends child pv[]
1344
1345   void update_pv(Move* pv, Move move, Move* childPv) {
1346
1347     for (*pv++ = move; childPv && *childPv != MOVE_NONE; )
1348         *pv++ = *childPv++;
1349     *pv = MOVE_NONE;
1350   }
1351
1352
1353   // update_continuation_histories() updates histories of the move pairs formed
1354   // by moves at ply -1, -2, and -4 with current move.
1355
1356   void update_continuation_histories(Stack* ss, Piece pc, Square to, int bonus) {
1357
1358     for (int i : {1, 2, 4})
1359         if (is_ok((ss-i)->currentMove))
1360             (ss-i)->contHistory->update(pc, to, bonus);
1361   }
1362
1363
1364   // update_capture_stats() updates move sorting heuristics when a new capture best move is found
1365
1366   void update_capture_stats(const Position& pos, Move move,
1367                             Move* captures, int captureCnt, int bonus) {
1368
1369       CapturePieceToHistory& captureHistory =  pos.this_thread()->captureHistory;
1370       Piece moved_piece = pos.moved_piece(move);
1371       PieceType captured = type_of(pos.piece_on(to_sq(move)));
1372       captureHistory.update(moved_piece, to_sq(move), captured, bonus);
1373
1374       // Decrease all the other played capture moves
1375       for (int i = 0; i < captureCnt; ++i)
1376       {
1377           moved_piece = pos.moved_piece(captures[i]);
1378           captured = type_of(pos.piece_on(to_sq(captures[i])));
1379           captureHistory.update(moved_piece, to_sq(captures[i]), captured, -bonus);
1380       }
1381   }
1382
1383
1384   // update_stats() updates move sorting heuristics when a new quiet best move is found
1385
1386   void update_stats(const Position& pos, Stack* ss, Move move,
1387                     Move* quiets, int quietsCnt, int bonus) {
1388
1389     if (ss->killers[0] != move)
1390     {
1391         ss->killers[1] = ss->killers[0];
1392         ss->killers[0] = move;
1393     }
1394
1395     Color c = pos.side_to_move();
1396     Thread* thisThread = pos.this_thread();
1397     thisThread->mainHistory.update(c, move, bonus);
1398     update_continuation_histories(ss, pos.moved_piece(move), to_sq(move), bonus);
1399
1400     if (is_ok((ss-1)->currentMove))
1401     {
1402         Square prevSq = to_sq((ss-1)->currentMove);
1403         thisThread->counterMoves[pos.piece_on(prevSq)][prevSq] = move;
1404     }
1405
1406     // Decrease all the other played quiet moves
1407     for (int i = 0; i < quietsCnt; ++i)
1408     {
1409         thisThread->mainHistory.update(c, quiets[i], -bonus);
1410         update_continuation_histories(ss, pos.moved_piece(quiets[i]), to_sq(quiets[i]), -bonus);
1411     }
1412   }
1413
1414
1415   // Is the PV leading to a draw position? Assumes all pv moves are legal
1416   bool pv_is_draw(Position& pos) {
1417
1418     StateInfo st[MAX_PLY];
1419     auto& pv = pos.this_thread()->rootMoves[0].pv;
1420
1421     for (size_t i = 0; i < pv.size(); ++i)
1422         pos.do_move(pv[i], st[i]);
1423
1424     bool isDraw = pos.is_draw(pv.size());
1425
1426     for (size_t i = pv.size(); i > 0; --i)
1427         pos.undo_move(pv[i-1]);
1428
1429     return isDraw;
1430   }
1431
1432
1433   // When playing with strength handicap, choose best move among a set of RootMoves
1434   // using a statistical rule dependent on 'level'. Idea by Heinz van Saanen.
1435
1436   Move Skill::pick_best(size_t multiPV) {
1437
1438     const RootMoves& rootMoves = Threads.main()->rootMoves;
1439     static PRNG rng(now()); // PRNG sequence should be non-deterministic
1440
1441     // RootMoves are already sorted by score in descending order
1442     Value topScore = rootMoves[0].score;
1443     int delta = std::min(topScore - rootMoves[multiPV - 1].score, PawnValueMg);
1444     int weakness = 120 - 2 * level;
1445     int maxScore = -VALUE_INFINITE;
1446
1447     // Choose best move. For each move score we add two terms, both dependent on
1448     // weakness. One is deterministic and bigger for weaker levels, and one is
1449     // random. Then we choose the move with the resulting highest score.
1450     for (size_t i = 0; i < multiPV; ++i)
1451     {
1452         // This is our magic formula
1453         int push = (  weakness * int(topScore - rootMoves[i].score)
1454                     + delta * (rng.rand<unsigned>() % weakness)) / 128;
1455
1456         if (rootMoves[i].score + push >= maxScore)
1457         {
1458             maxScore = rootMoves[i].score + push;
1459             best = rootMoves[i].pv[0];
1460         }
1461     }
1462
1463     return best;
1464   }
1465
1466 } // namespace
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 MainThread::check_time() {
1472
1473     if (--callsCnt > 0)
1474         return;
1475
1476     // At low node count increase the checking rate to about 0.1% of nodes
1477     // otherwise use a default value.
1478     callsCnt = Limits.nodes ? std::min(4096, int(Limits.nodes / 1024)) : 4096;
1479
1480     static TimePoint lastInfoTime = now();
1481
1482     int elapsed = Time.elapsed();
1483     TimePoint tick = Limits.startTime + elapsed;
1484
1485     if (tick - lastInfoTime >= 1000)
1486     {
1487         lastInfoTime = tick;
1488         dbg_print();
1489     }
1490
1491     // An engine may not stop pondering until told so by the GUI
1492     if (Threads.ponder)
1493         return;
1494
1495     if (   (Limits.use_time_management() && elapsed > Time.maximum() - 10)
1496         || (Limits.movetime && elapsed >= Limits.movetime)
1497         || (Limits.nodes && Threads.nodes_searched() >= (uint64_t)Limits.nodes))
1498             Threads.stop = true;
1499   }
1500
1501
1502 /// UCI::pv() formats PV information according to the UCI protocol. UCI requires
1503 /// that all (if any) unsearched PV lines are sent using a previous search score.
1504
1505 string UCI::pv(const Position& pos, Depth depth, Value alpha, Value beta) {
1506
1507   std::stringstream ss;
1508   int elapsed = Time.elapsed() + 1;
1509   const RootMoves& rootMoves = pos.this_thread()->rootMoves;
1510   size_t PVIdx = pos.this_thread()->PVIdx;
1511   size_t multiPV = std::min((size_t)Options["MultiPV"], rootMoves.size());
1512   uint64_t nodesSearched = Threads.nodes_searched();
1513   uint64_t tbHits = Threads.tb_hits() + (TB::RootInTB ? rootMoves.size() : 0);
1514
1515   for (size_t i = 0; i < multiPV; ++i)
1516   {
1517       bool updated = (i <= PVIdx && rootMoves[i].score != -VALUE_INFINITE);
1518
1519       if (depth == ONE_PLY && !updated)
1520           continue;
1521
1522       Depth d = updated ? depth : depth - ONE_PLY;
1523       Value v = updated ? rootMoves[i].score : rootMoves[i].previousScore;
1524
1525       bool tb = TB::RootInTB && abs(v) < VALUE_MATE - MAX_PLY;
1526       v = tb ? TB::Score : v;
1527
1528       if (ss.rdbuf()->in_avail()) // Not at first line
1529           ss << "\n";
1530
1531       ss << "info"
1532          << " depth "    << d / ONE_PLY
1533          << " seldepth " << rootMoves[i].selDepth
1534          << " multipv "  << i + 1
1535          << " score "    << UCI::value(v);
1536
1537       if (!tb && i == PVIdx)
1538           ss << (v >= beta ? " lowerbound" : v <= alpha ? " upperbound" : "");
1539
1540       ss << " nodes "    << nodesSearched
1541          << " nps "      << nodesSearched * 1000 / elapsed;
1542
1543       if (elapsed > 1000) // Earlier makes little sense
1544           ss << " hashfull " << TT.hashfull();
1545
1546       ss << " tbhits "   << tbHits
1547          << " time "     << elapsed
1548          << " pv";
1549
1550       for (Move m : rootMoves[i].pv)
1551           ss << " " << UCI::move(m, pos.is_chess960());
1552   }
1553
1554   return ss.str();
1555 }
1556
1557
1558 /// RootMove::extract_ponder_from_tt() is called in case we have no ponder move
1559 /// before exiting the search, for instance, in case we stop the search during a
1560 /// fail high at root. We try hard to have a ponder move to return to the GUI,
1561 /// otherwise in case of 'ponder on' we have nothing to think on.
1562
1563 bool RootMove::extract_ponder_from_tt(Position& pos) {
1564
1565     StateInfo st;
1566     bool ttHit;
1567
1568     assert(pv.size() == 1);
1569
1570     if (!pv[0])
1571         return false;
1572
1573     pos.do_move(pv[0], st);
1574     TTEntry* tte = TT.probe(pos.key(), ttHit);
1575
1576     if (ttHit)
1577     {
1578         Move m = tte->move(); // Local copy to be SMP safe
1579         if (MoveList<LEGAL>(pos).contains(m))
1580             pv.push_back(m);
1581     }
1582
1583     pos.undo_move(pv[0]);
1584     return pv.size() > 1;
1585 }
1586
1587 void Tablebases::filter_root_moves(Position& pos, Search::RootMoves& rootMoves) {
1588
1589     RootInTB = false;
1590     UseRule50 = Options["Syzygy50MoveRule"];
1591     ProbeDepth = Options["SyzygyProbeDepth"] * ONE_PLY;
1592     Cardinality = Options["SyzygyProbeLimit"];
1593
1594     // Skip TB probing when no TB found: !TBLargest -> !TB::Cardinality
1595     if (Cardinality > MaxCardinality)
1596     {
1597         Cardinality = MaxCardinality;
1598         ProbeDepth = DEPTH_ZERO;
1599     }
1600
1601     if (Cardinality < popcount(pos.pieces()) || pos.can_castle(ANY_CASTLING))
1602         return;
1603
1604     // Don't filter any moves if the user requested analysis on multiple
1605     if (Options["MultiPV"] != 1)
1606         return;
1607
1608     // If the current root position is in the tablebases, then RootMoves
1609     // contains only moves that preserve the draw or the win.
1610     RootInTB = root_probe(pos, rootMoves, TB::Score);
1611
1612     if (RootInTB)
1613         Cardinality = 0; // Do not probe tablebases during the search
1614
1615     else // If DTZ tables are missing, use WDL tables as a fallback
1616     {
1617         // Filter out moves that do not preserve the draw or the win.
1618         RootInTB = root_probe_wdl(pos, rootMoves, TB::Score);
1619
1620         // Only probe during search if winning
1621         if (RootInTB && TB::Score <= VALUE_DRAW)
1622             Cardinality = 0;
1623     }
1624
1625     if (RootInTB && !UseRule50)
1626         TB::Score =  TB::Score > VALUE_DRAW ?  VALUE_MATE - MAX_PLY - 1
1627                    : TB::Score < VALUE_DRAW ? -VALUE_MATE + MAX_PLY + 1
1628                                             :  VALUE_DRAW;
1629 }