Simplification: do razoring only for depth 1
[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 margins
70   const int RazorMargin = 590;
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_quiet_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
111   // perft() is our utility to verify move generation. All the leaf nodes up
112   // to the given depth are generated and counted, and the sum is returned.
113   template<bool Root>
114   uint64_t perft(Position& pos, Depth depth) {
115
116     StateInfo st;
117     uint64_t cnt, nodes = 0;
118     const bool leaf = (depth == 2 * ONE_PLY);
119
120     for (const auto& m : MoveList<LEGAL>(pos))
121     {
122         if (Root && depth <= ONE_PLY)
123             cnt = 1, nodes++;
124         else
125         {
126             pos.do_move(m, st);
127             cnt = leaf ? MoveList<LEGAL>(pos).size() : perft<false>(pos, depth - ONE_PLY);
128             nodes += cnt;
129             pos.undo_move(m);
130         }
131         if (Root)
132             sync_cout << UCI::move(m, pos.is_chess960()) << ": " << cnt << sync_endl;
133     }
134     return nodes;
135   }
136
137 } // namespace
138
139
140 /// Search::init() is called at startup to initialize various lookup tables
141
142 void Search::init() {
143
144   for (int imp = 0; imp <= 1; ++imp)
145       for (int d = 1; d < 64; ++d)
146           for (int mc = 1; mc < 64; ++mc)
147           {
148               double r = log(d) * log(mc) / 1.95;
149
150               Reductions[NonPV][imp][d][mc] = int(std::round(r));
151               Reductions[PV][imp][d][mc] = std::max(Reductions[NonPV][imp][d][mc] - 1, 0);
152
153               // Increase reduction for non-PV nodes when eval is not improving
154               if (!imp && Reductions[NonPV][imp][d][mc] >= 2)
155                 Reductions[NonPV][imp][d][mc]++;
156           }
157
158   for (int d = 0; d < 16; ++d)
159   {
160       FutilityMoveCounts[0][d] = int(2.4 + 0.74 * pow(d, 1.78));
161       FutilityMoveCounts[1][d] = int(5.0 + 1.00 * pow(d, 2.00));
162   }
163 }
164
165
166 /// Search::clear() resets search state to its initial value
167
168 void Search::clear() {
169
170   Threads.main()->wait_for_search_finished();
171
172   Time.availableNodes = 0;
173   TT.clear();
174   Threads.clear();
175 }
176
177
178 /// MainThread::search() is called by the main thread when the program receives
179 /// the UCI 'go' command. It searches from the root position and outputs the "bestmove".
180
181 void MainThread::search() {
182
183   if (Limits.perft)
184   {
185       nodes = perft<true>(rootPos, Limits.perft * ONE_PLY);
186       sync_cout << "\nNodes searched: " << nodes << "\n" << sync_endl;
187       return;
188   }
189
190   Color us = rootPos.side_to_move();
191   Time.init(Limits, us, rootPos.game_ply());
192   TT.new_search();
193
194   if (rootMoves.empty())
195   {
196       rootMoves.emplace_back(MOVE_NONE);
197       sync_cout << "info depth 0 score "
198                 << UCI::value(rootPos.checkers() ? -VALUE_MATE : VALUE_DRAW)
199                 << sync_endl;
200   }
201   else
202   {
203       for (Thread* th : Threads)
204           if (th != this)
205               th->start_searching();
206
207       Thread::search(); // Let's start searching!
208   }
209
210   // When we reach the maximum depth, we can arrive here without a raise of
211   // Threads.stop. However, if we are pondering or in an infinite search,
212   // the UCI protocol states that we shouldn't print the best move before the
213   // GUI sends a "stop" or "ponderhit" command. We therefore simply wait here
214   // until the GUI sends one of those commands (which also raises Threads.stop).
215   Threads.stopOnPonderhit = true;
216
217   while (!Threads.stop && (Threads.ponder || Limits.infinite))
218   {} // Busy wait for a stop or a ponder reset
219
220   // Stop the threads if not already stopped (also raise the stop if
221   // "ponderhit" just reset Threads.ponder).
222   Threads.stop = true;
223
224   // Wait until all threads have finished
225   for (Thread* th : Threads)
226       if (th != this)
227           th->wait_for_search_finished();
228
229   // When playing in 'nodes as time' mode, subtract the searched nodes from
230   // the available ones before exiting.
231   if (Limits.npmsec)
232       Time.availableNodes += Limits.inc[us] - Threads.nodes_searched();
233
234   // Check if there are threads with a better score than main thread
235   Thread* bestThread = this;
236   if (    Options["MultiPV"] == 1
237       && !Limits.depth
238       && !Skill(Options["Skill Level"]).enabled()
239       &&  rootMoves[0].pv[0] != MOVE_NONE)
240   {
241       for (Thread* th : Threads)
242       {
243           Depth depthDiff = th->completedDepth - bestThread->completedDepth;
244           Value scoreDiff = th->rootMoves[0].score - bestThread->rootMoves[0].score;
245
246           // Select the thread with the best score, always if it is a mate
247           if (    scoreDiff > 0
248               && (depthDiff >= 0 || th->rootMoves[0].score >= VALUE_MATE_IN_MAX_PLY))
249               bestThread = th;
250       }
251   }
252
253   previousScore = bestThread->rootMoves[0].score;
254
255   // Send again PV info if we have a new best thread
256   if (bestThread != this)
257       sync_cout << UCI::pv(bestThread->rootPos, bestThread->completedDepth, -VALUE_INFINITE, VALUE_INFINITE) << sync_endl;
258
259   sync_cout << "bestmove " << UCI::move(bestThread->rootMoves[0].pv[0], rootPos.is_chess960());
260
261   if (bestThread->rootMoves[0].pv.size() > 1 || bestThread->rootMoves[0].extract_ponder_from_tt(rootPos))
262       std::cout << " ponder " << UCI::move(bestThread->rootMoves[0].pv[1], rootPos.is_chess960());
263
264   std::cout << sync_endl;
265 }
266
267
268 /// Thread::search() is the main iterative deepening loop. It calls search()
269 /// repeatedly with increasing depth until the allocated thinking time has been
270 /// consumed, the user stops the search, or the maximum search depth is reached.
271
272 void Thread::search() {
273
274   Stack stack[MAX_PLY+7], *ss = stack+4; // To reference from (ss-4) to (ss+2)
275   Value bestValue, alpha, beta, delta;
276   Move  lastBestMove = MOVE_NONE;
277   Depth lastBestMoveDepth = DEPTH_ZERO;
278   MainThread* mainThread = (this == Threads.main() ? Threads.main() : nullptr);
279   double timeReduction = 1.0;
280   Color us = rootPos.side_to_move();
281
282   std::memset(ss-4, 0, 7 * sizeof(Stack));
283   for (int i = 4; i > 0; i--)
284      (ss-i)->contHistory = &this->contHistory[NO_PIECE][0]; // Use as sentinel
285
286   bestValue = delta = alpha = -VALUE_INFINITE;
287   beta = VALUE_INFINITE;
288
289   if (mainThread)
290       mainThread->bestMoveChanges = 0, mainThread->failedLow = false;
291
292   size_t multiPV = Options["MultiPV"];
293   Skill skill(Options["Skill Level"]);
294
295   // When playing with strength handicap enable MultiPV search that we will
296   // use behind the scenes to retrieve a set of possible moves.
297   if (skill.enabled())
298       multiPV = std::max(multiPV, (size_t)4);
299
300   multiPV = std::min(multiPV, rootMoves.size());
301
302   int ct = Options["Contempt"] * PawnValueEg / 100; // From centipawns
303   Eval::Contempt = (us == WHITE ?  make_score(ct, ct / 2)
304                                 : -make_score(ct, ct / 2));
305
306   // Iterative deepening loop until requested to stop or the target depth is reached
307   while (   (rootDepth += ONE_PLY) < DEPTH_MAX
308          && !Threads.stop
309          && !(Limits.depth && mainThread && rootDepth / ONE_PLY > Limits.depth))
310   {
311       // Distribute search depths across the helper threads
312       if (idx > 0)
313       {
314           int i = (idx - 1) % 20;
315           if (((rootDepth / ONE_PLY + rootPos.game_ply() + SkipPhase[i]) / SkipSize[i]) % 2)
316               continue;  // Retry with an incremented rootDepth
317       }
318
319       // Age out PV variability metric
320       if (mainThread)
321           mainThread->bestMoveChanges *= 0.505, mainThread->failedLow = false;
322
323       // Save the last iteration's scores before first PV line is searched and
324       // all the move scores except the (new) PV are set to -VALUE_INFINITE.
325       for (RootMove& rm : rootMoves)
326           rm.previousScore = rm.score;
327
328       // MultiPV loop. We perform a full root search for each PV line
329       for (PVIdx = 0; PVIdx < multiPV && !Threads.stop; ++PVIdx)
330       {
331           // Reset UCI info selDepth for each depth and each PV line
332           selDepth = 0;
333
334           // Reset aspiration window starting size
335           if (rootDepth >= 5 * ONE_PLY)
336           {
337               delta = Value(18);
338               alpha = std::max(rootMoves[PVIdx].previousScore - delta,-VALUE_INFINITE);
339               beta  = std::min(rootMoves[PVIdx].previousScore + delta, VALUE_INFINITE);
340
341               // Adjust contempt based on current bestValue
342               ct =  Options["Contempt"] * PawnValueEg / 100 // From centipawns
343                   + (bestValue >  500 ?  50:                // Dynamic contempt
344                      bestValue < -500 ? -50:
345                      bestValue / 10);
346
347               Eval::Contempt = (us == WHITE ?  make_score(ct, ct / 2)
348                                             : -make_score(ct, ct / 2));
349           }
350
351           // Start with a small aspiration window and, in the case of a fail
352           // high/low, re-search with a bigger window until we don't fail
353           // high/low anymore.
354           while (true)
355           {
356               bestValue = ::search<PV>(rootPos, ss, alpha, beta, rootDepth, false, false);
357
358               // Bring the best move to the front. It is critical that sorting
359               // is done with a stable algorithm because all the values but the
360               // first and eventually the new best one are set to -VALUE_INFINITE
361               // and we want to keep the same order for all the moves except the
362               // new PV that goes to the front. Note that in case of MultiPV
363               // search the already searched PV lines are preserved.
364               std::stable_sort(rootMoves.begin() + PVIdx, rootMoves.end());
365
366               // If search has been stopped, we break immediately. Sorting is
367               // safe because RootMoves is still valid, although it refers to
368               // the previous iteration.
369               if (Threads.stop)
370                   break;
371
372               // When failing high/low give some update (without cluttering
373               // the UI) before a re-search.
374               if (   mainThread
375                   && multiPV == 1
376                   && (bestValue <= alpha || bestValue >= beta)
377                   && Time.elapsed() > 3000)
378                   sync_cout << UCI::pv(rootPos, rootDepth, alpha, beta) << sync_endl;
379
380               // In case of failing low/high increase aspiration window and
381               // re-search, otherwise exit the loop.
382               if (bestValue <= alpha)
383               {
384                   beta = (alpha + beta) / 2;
385                   alpha = std::max(bestValue - delta, -VALUE_INFINITE);
386
387                   if (mainThread)
388                   {
389                       mainThread->failedLow = true;
390                       Threads.stopOnPonderhit = false;
391                   }
392               }
393               else if (bestValue >= beta)
394                   beta = std::min(bestValue + delta, VALUE_INFINITE);
395               else
396                   break;
397
398               delta += delta / 4 + 5;
399
400               assert(alpha >= -VALUE_INFINITE && beta <= VALUE_INFINITE);
401           }
402
403           // Sort the PV lines searched so far and update the GUI
404           std::stable_sort(rootMoves.begin(), rootMoves.begin() + PVIdx + 1);
405
406           if (    mainThread
407               && (Threads.stop || PVIdx + 1 == multiPV || Time.elapsed() > 3000))
408               sync_cout << UCI::pv(rootPos, rootDepth, alpha, beta) << sync_endl;
409       }
410
411       if (!Threads.stop)
412           completedDepth = rootDepth;
413
414       if (rootMoves[0].pv[0] != lastBestMove) {
415          lastBestMove = rootMoves[0].pv[0];
416          lastBestMoveDepth = rootDepth;
417       }
418
419       // Have we found a "mate in x"?
420       if (   Limits.mate
421           && bestValue >= VALUE_MATE_IN_MAX_PLY
422           && VALUE_MATE - bestValue <= 2 * Limits.mate)
423           Threads.stop = true;
424
425       if (!mainThread)
426           continue;
427
428       // If skill level is enabled and time is up, pick a sub-optimal best move
429       if (skill.enabled() && skill.time_to_pick(rootDepth))
430           skill.pick_best(multiPV);
431
432       // Do we have time for the next iteration? Can we stop searching now?
433       if (    Limits.use_time_management()
434           && !Threads.stop
435           && !Threads.stopOnPonderhit)
436           {
437               const int F[] = { mainThread->failedLow,
438                                 bestValue - mainThread->previousScore };
439
440               int improvingFactor = std::max(229, std::min(715, 357 + 119 * F[0] - 6 * F[1]));
441
442               // If the bestMove is stable over several iterations, reduce time accordingly
443               timeReduction = 1.0;
444               for (int i : {3, 4, 5})
445                   if (lastBestMoveDepth * i < completedDepth)
446                      timeReduction *= 1.3;
447
448               // Use part of the gained time from a previous stable move for the current move
449               double unstablePvFactor = 1.0 + mainThread->bestMoveChanges;
450               unstablePvFactor *= std::pow(mainThread->previousTimeReduction, 0.51) / timeReduction;
451
452               // Stop the search if we have only one legal move, or if available time elapsed
453               if (   rootMoves.size() == 1
454                   || Time.elapsed() > Time.optimum() * unstablePvFactor * improvingFactor / 605)
455               {
456                   // If we are allowed to ponder do not stop the search now but
457                   // keep pondering until the GUI sends "ponderhit" or "stop".
458                   if (Threads.ponder)
459                       Threads.stopOnPonderhit = true;
460                   else
461                       Threads.stop = true;
462               }
463           }
464   }
465
466   if (!mainThread)
467       return;
468
469   mainThread->previousTimeReduction = timeReduction;
470
471   // If skill level is enabled, swap best PV line with the sub-optimal one
472   if (skill.enabled())
473       std::swap(rootMoves[0], *std::find(rootMoves.begin(), rootMoves.end(),
474                 skill.best ? skill.best : skill.pick_best(multiPV)));
475 }
476
477
478 namespace {
479
480   // search<>() is the main search function for both PV and non-PV nodes
481
482   template <NodeType NT>
483   Value search(Position& pos, Stack* ss, Value alpha, Value beta, Depth depth, bool cutNode, bool skipEarlyPruning) {
484
485     const bool PvNode = NT == PV;
486     const bool rootNode = PvNode && ss->ply == 0;
487
488     assert(-VALUE_INFINITE <= alpha && alpha < beta && beta <= VALUE_INFINITE);
489     assert(PvNode || (alpha == beta - 1));
490     assert(DEPTH_ZERO < depth && depth < DEPTH_MAX);
491     assert(!(PvNode && cutNode));
492     assert(depth / ONE_PLY * ONE_PLY == depth);
493
494     Move pv[MAX_PLY+1], capturesSearched[32], quietsSearched[64];
495     StateInfo st;
496     TTEntry* tte;
497     Key posKey;
498     Move ttMove, move, excludedMove, bestMove;
499     Depth extension, newDepth;
500     Value bestValue, value, ttValue, eval, maxValue;
501     bool ttHit, inCheck, givesCheck, singularExtensionNode, improving;
502     bool captureOrPromotion, doFullDepthSearch, moveCountPruning, skipQuiets, ttCapture, pvExact;
503     Piece movedPiece;
504     int moveCount, captureCount, quietCount;
505
506     // Step 1. Initialize node
507     Thread* thisThread = pos.this_thread();
508     inCheck = pos.checkers();
509     moveCount = captureCount = quietCount = ss->moveCount = 0;
510     ss->statScore = 0;
511     bestValue = -VALUE_INFINITE;
512     maxValue = VALUE_INFINITE;
513
514     // Check for the available remaining time
515     if (thisThread == Threads.main())
516         static_cast<MainThread*>(thisThread)->check_time();
517
518     // Used to send selDepth info to GUI (selDepth counts from 1, ply from 0)
519     if (PvNode && thisThread->selDepth < ss->ply + 1)
520         thisThread->selDepth = ss->ply + 1;
521
522     if (!rootNode)
523     {
524         // Step 2. Check for aborted search and immediate draw
525         if (   Threads.stop.load(std::memory_order_relaxed)
526             || pos.is_draw(ss->ply)
527             || ss->ply >= MAX_PLY)
528             return (ss->ply >= MAX_PLY && !inCheck) ? evaluate(pos) : VALUE_DRAW;
529
530         // Step 3. Mate distance pruning. Even if we mate at the next move our score
531         // would be at best mate_in(ss->ply+1), but if alpha is already bigger because
532         // a shorter mate was found upward in the tree then there is no need to search
533         // because we will never beat the current alpha. Same logic but with reversed
534         // signs applies also in the opposite condition of being mated instead of giving
535         // mate. In this case return a fail-high score.
536         alpha = std::max(mated_in(ss->ply), alpha);
537         beta = std::min(mate_in(ss->ply+1), beta);
538         if (alpha >= beta)
539             return alpha;
540     }
541
542     assert(0 <= ss->ply && ss->ply < MAX_PLY);
543
544     (ss+1)->ply = ss->ply + 1;
545     ss->currentMove = (ss+1)->excludedMove = bestMove = MOVE_NONE;
546     ss->contHistory = &thisThread->contHistory[NO_PIECE][0];
547     (ss+2)->killers[0] = (ss+2)->killers[1] = MOVE_NONE;
548     Square prevSq = to_sq((ss-1)->currentMove);
549
550     // Step 4. Transposition table lookup. We don't want the score of a partial
551     // search to overwrite a previous full search TT value, so we use a different
552     // position key in case of an excluded move.
553     excludedMove = ss->excludedMove;
554     posKey = pos.key() ^ Key(excludedMove << 16); // Isn't a very good hash
555     tte = TT.probe(posKey, ttHit);
556     ttValue = ttHit ? value_from_tt(tte->value(), ss->ply) : VALUE_NONE;
557     ttMove =  rootNode ? thisThread->rootMoves[thisThread->PVIdx].pv[0]
558             : ttHit    ? tte->move() : MOVE_NONE;
559
560     // At non-PV nodes we check for an early TT cutoff
561     if (  !PvNode
562         && ttHit
563         && tte->depth() >= depth
564         && ttValue != VALUE_NONE // Possible in case of TT access race
565         && (ttValue >= beta ? (tte->bound() & BOUND_LOWER)
566                             : (tte->bound() & BOUND_UPPER)))
567     {
568         // If ttMove is quiet, update move sorting heuristics on TT hit
569         if (ttMove)
570         {
571             if (ttValue >= beta)
572             {
573                 if (!pos.capture_or_promotion(ttMove))
574                     update_quiet_stats(pos, ss, ttMove, nullptr, 0, stat_bonus(depth));
575
576                 // Extra penalty for a quiet TT move in previous ply when it gets refuted
577                 if ((ss-1)->moveCount == 1 && !pos.captured_piece())
578                     update_continuation_histories(ss-1, pos.piece_on(prevSq), prevSq, -stat_bonus(depth + ONE_PLY));
579             }
580             // Penalty for a quiet ttMove that fails low
581             else if (!pos.capture_or_promotion(ttMove))
582             {
583                 int penalty = -stat_bonus(depth);
584                 thisThread->mainHistory.update(pos.side_to_move(), ttMove, penalty);
585                 update_continuation_histories(ss, pos.moved_piece(ttMove), to_sq(ttMove), penalty);
586             }
587         }
588         return ttValue;
589     }
590
591     // Step 5. Tablebases probe
592     if (!rootNode && TB::Cardinality)
593     {
594         int piecesCount = pos.count<ALL_PIECES>();
595
596         if (    piecesCount <= TB::Cardinality
597             && (piecesCount <  TB::Cardinality || depth >= TB::ProbeDepth)
598             &&  pos.rule50_count() == 0
599             && !pos.can_castle(ANY_CASTLING))
600         {
601             TB::ProbeState err;
602             TB::WDLScore wdl = Tablebases::probe_wdl(pos, &err);
603
604             if (err != TB::ProbeState::FAIL)
605             {
606                 thisThread->tbHits.fetch_add(1, std::memory_order_relaxed);
607
608                 int drawScore = TB::UseRule50 ? 1 : 0;
609
610                 value =  wdl < -drawScore ? -VALUE_MATE + MAX_PLY + ss->ply + 1
611                        : wdl >  drawScore ?  VALUE_MATE - MAX_PLY - ss->ply - 1
612                                           :  VALUE_DRAW + 2 * wdl * drawScore;
613
614                 Bound b =  wdl < -drawScore ? BOUND_UPPER
615                          : wdl >  drawScore ? BOUND_LOWER : BOUND_EXACT;
616
617                 if (    b == BOUND_EXACT
618                     || (b == BOUND_LOWER ? value >= beta : value <= alpha))
619                 {
620                     tte->save(posKey, value_to_tt(value, ss->ply), b,
621                               std::min(DEPTH_MAX - ONE_PLY, depth + 6 * ONE_PLY),
622                               MOVE_NONE, VALUE_NONE, TT.generation());
623
624                     return value;
625                 }
626
627                 if (PvNode)
628                 {
629                     if (b == BOUND_LOWER)
630                         bestValue = value, alpha = std::max(alpha, bestValue);
631                     else
632                         maxValue = value;
633                 }
634             }
635         }
636     }
637
638     // Step 6. Evaluate the position statically
639     if (inCheck)
640     {
641         ss->staticEval = eval = VALUE_NONE;
642         goto moves_loop;
643     }
644     else if (ttHit)
645     {
646         // Never assume anything on values stored in TT
647         if ((ss->staticEval = eval = tte->eval()) == VALUE_NONE)
648             eval = ss->staticEval = evaluate(pos);
649
650         // Can ttValue be used as a better position evaluation?
651         if (    ttValue != VALUE_NONE
652             && (tte->bound() & (ttValue > eval ? BOUND_LOWER : BOUND_UPPER)))
653             eval = ttValue;
654     }
655     else
656     {
657         ss->staticEval = eval =
658         (ss-1)->currentMove != MOVE_NULL ? evaluate(pos)
659                                          : -(ss-1)->staticEval + 2 * Eval::Tempo;
660
661         tte->save(posKey, VALUE_NONE, BOUND_NONE, DEPTH_NONE, MOVE_NONE,
662                   ss->staticEval, TT.generation());
663     }
664
665     if (skipEarlyPruning || !pos.non_pawn_material(pos.side_to_move()))
666         goto moves_loop;
667
668     // Step 7. Razoring (skipped when in check)
669     if (   !PvNode
670         &&  depth <= ONE_PLY
671         &&  eval + RazorMargin <= alpha)
672         return qsearch<NonPV, false>(pos, ss, alpha, alpha+1);
673
674     // Step 8. Futility pruning: child node (skipped when in check)
675     if (   !rootNode
676         &&  depth < 7 * ONE_PLY
677         &&  eval - futility_margin(depth) >= beta
678         &&  eval < VALUE_KNOWN_WIN) // Do not return unproven wins
679         return eval;
680
681     // Step 9. Null move search with verification search
682     if (   !PvNode
683         &&  eval >= beta
684         &&  ss->staticEval >= beta - 36 * depth / ONE_PLY + 225
685         && (ss->ply >= thisThread->nmp_ply || ss->ply % 2 != thisThread->nmp_odd))
686     {
687         assert(eval - beta >= 0);
688
689         // Null move dynamic reduction based on depth and value
690         Depth R = ((823 + 67 * depth / ONE_PLY) / 256 + std::min((eval - beta) / PawnValueMg, 3)) * ONE_PLY;
691
692         ss->currentMove = MOVE_NULL;
693         ss->contHistory = &thisThread->contHistory[NO_PIECE][0];
694
695         pos.do_null_move(st);
696         Value nullValue = depth-R < ONE_PLY ? -qsearch<NonPV, false>(pos, ss+1, -beta, -beta+1)
697                                             : - search<NonPV>(pos, ss+1, -beta, -beta+1, depth-R, !cutNode, true);
698         pos.undo_null_move();
699
700         if (nullValue >= beta)
701         {
702             // Do not return unproven mate scores
703             if (nullValue >= VALUE_MATE_IN_MAX_PLY)
704                 nullValue = beta;
705
706             if (abs(beta) < VALUE_KNOWN_WIN && (depth < 12 * ONE_PLY || thisThread->nmp_ply))
707                 return nullValue;
708
709             // Do verification search at high depths. Disable null move pruning
710             // for side to move for the first part of the remaining search tree.
711             thisThread->nmp_ply = ss->ply + 3 * (depth-R) / 4;
712             thisThread->nmp_odd = ss->ply % 2;
713
714             Value v = depth-R < ONE_PLY ? qsearch<NonPV, false>(pos, ss, beta-1, beta)
715                                         :  search<NonPV>(pos, ss, beta-1, beta, depth-R, false, true);
716
717             thisThread->nmp_odd = thisThread->nmp_ply = 0;
718
719             if (v >= beta)
720                 return nullValue;
721         }
722     }
723
724     // Step 10. ProbCut (skipped when in check)
725     // If we have a good enough capture and a reduced search returns a value
726     // much above beta, we can (almost) safely prune the previous move.
727     if (   !PvNode
728         &&  depth >= 5 * ONE_PLY
729         &&  abs(beta) < VALUE_MATE_IN_MAX_PLY)
730     {
731         assert(is_ok((ss-1)->currentMove));
732
733         Value rbeta = std::min(beta + 200, VALUE_INFINITE);
734         MovePicker mp(pos, ttMove, rbeta - ss->staticEval, &thisThread->captureHistory);
735
736         while ((move = mp.next_move()) != MOVE_NONE)
737             if (pos.legal(move))
738             {
739                 ss->currentMove = move;
740                 ss->contHistory = &thisThread->contHistory[pos.moved_piece(move)][to_sq(move)];
741
742                 assert(depth >= 5 * ONE_PLY);
743
744                 pos.do_move(move, st);
745                 value = -search<NonPV>(pos, ss+1, -rbeta, -rbeta+1, depth - 4 * ONE_PLY, !cutNode, false);
746                 pos.undo_move(move);
747                 if (value >= rbeta)
748                     return value;
749             }
750     }
751
752     // Step 11. Internal iterative deepening (skipped when in check)
753     if (    depth >= 6 * ONE_PLY
754         && !ttMove
755         && (PvNode || ss->staticEval + 256 >= beta))
756     {
757         Depth d = 3 * depth / 4 - 2 * ONE_PLY;
758         search<NT>(pos, ss, alpha, beta, d, cutNode, true);
759
760         tte = TT.probe(posKey, ttHit);
761         ttMove = ttHit ? tte->move() : MOVE_NONE;
762     }
763
764 moves_loop: // When in check, search starts from here
765
766     const PieceToHistory* contHist[] = { (ss-1)->contHistory, (ss-2)->contHistory, nullptr, (ss-4)->contHistory };
767     Move countermove = thisThread->counterMoves[pos.piece_on(prevSq)][prevSq];
768
769     MovePicker mp(pos, ttMove, depth, &thisThread->mainHistory, &thisThread->captureHistory, contHist, countermove, ss->killers);
770     value = bestValue; // Workaround a bogus 'uninitialized' warning under gcc
771     improving =   ss->staticEval >= (ss-2)->staticEval
772             /* || ss->staticEval == VALUE_NONE Already implicit in the previous condition */
773                ||(ss-2)->staticEval == VALUE_NONE;
774
775     singularExtensionNode =   !rootNode
776                            &&  depth >= 8 * ONE_PLY
777                            &&  ttMove != MOVE_NONE
778                            &&  ttValue != VALUE_NONE
779                            && !excludedMove // Recursive singular search is not allowed
780                            && (tte->bound() & BOUND_LOWER)
781                            &&  tte->depth() >= depth - 3 * ONE_PLY;
782     skipQuiets = false;
783     ttCapture = false;
784     pvExact = PvNode && ttHit && tte->bound() == BOUND_EXACT;
785
786     // Step 12. Loop through all pseudo-legal moves until no moves remain
787     // or a beta cutoff occurs.
788     while ((move = mp.next_move(skipQuiets)) != MOVE_NONE)
789     {
790       assert(is_ok(move));
791
792       if (move == excludedMove)
793           continue;
794
795       // At root obey the "searchmoves" option and skip moves not listed in Root
796       // Move List. As a consequence any illegal move is also skipped. In MultiPV
797       // mode we also skip PV moves which have been already searched.
798       if (rootNode && !std::count(thisThread->rootMoves.begin() + thisThread->PVIdx,
799                                   thisThread->rootMoves.end(), move))
800           continue;
801
802       ss->moveCount = ++moveCount;
803
804       if (rootNode && thisThread == Threads.main() && Time.elapsed() > 3000)
805           sync_cout << "info depth " << depth / ONE_PLY
806                     << " currmove " << UCI::move(move, pos.is_chess960())
807                     << " currmovenumber " << moveCount + thisThread->PVIdx << sync_endl;
808       if (PvNode)
809           (ss+1)->pv = nullptr;
810
811       extension = DEPTH_ZERO;
812       captureOrPromotion = pos.capture_or_promotion(move);
813       movedPiece = pos.moved_piece(move);
814
815       givesCheck =  type_of(move) == NORMAL && !pos.discovered_check_candidates()
816                   ? pos.check_squares(type_of(movedPiece)) & to_sq(move)
817                   : pos.gives_check(move);
818
819       moveCountPruning =   depth < 16 * ONE_PLY
820                         && moveCount >= FutilityMoveCounts[improving][depth / ONE_PLY];
821
822       // Step 13. Extensions
823
824       // Singular extension search. If all moves but one fail low on a search
825       // of (alpha-s, beta-s), and just one fails high on (alpha, beta), then
826       // that move is singular and should be extended. To verify this we do a
827       // reduced search on on all the other moves but the ttMove and if the
828       // result is lower than ttValue minus a margin then we will extend the ttMove.
829       if (    singularExtensionNode
830           &&  move == ttMove
831           &&  pos.legal(move))
832       {
833           Value rBeta = std::max(ttValue - 2 * depth / ONE_PLY, -VALUE_MATE);
834           ss->excludedMove = move;
835           value = search<NonPV>(pos, ss, rBeta - 1, rBeta, depth / 2, cutNode, true);
836           ss->excludedMove = MOVE_NONE;
837
838           if (value < rBeta)
839               extension = ONE_PLY;
840       }
841       else if (    givesCheck // Check extension
842                && !moveCountPruning
843                &&  pos.see_ge(move))
844           extension = ONE_PLY;
845
846       // Calculate new depth for this move
847       newDepth = depth - ONE_PLY + extension;
848
849       // Step 14. Pruning at shallow depth
850       if (  !rootNode
851           && pos.non_pawn_material(pos.side_to_move())
852           && bestValue > VALUE_MATED_IN_MAX_PLY)
853       {
854           if (   !captureOrPromotion
855               && !givesCheck
856               && (!pos.advanced_pawn_push(move) || pos.non_pawn_material() >= Value(5000)))
857           {
858               // Move count based pruning
859               if (moveCountPruning)
860               {
861                   skipQuiets = true;
862                   continue;
863               }
864
865               // Reduced depth of the next LMR search
866               int lmrDepth = std::max(newDepth - reduction<PvNode>(improving, depth, moveCount), DEPTH_ZERO) / ONE_PLY;
867
868               // Countermoves based pruning
869               if (   lmrDepth < 3
870                   && (*contHist[0])[movedPiece][to_sq(move)] < CounterMovePruneThreshold
871                   && (*contHist[1])[movedPiece][to_sq(move)] < CounterMovePruneThreshold)
872                   continue;
873
874               // Futility pruning: parent node
875               if (   lmrDepth < 7
876                   && !inCheck
877                   && ss->staticEval + 256 + 200 * lmrDepth <= alpha)
878                   continue;
879
880               // Prune moves with negative SEE
881               if (   lmrDepth < 8
882                   && !pos.see_ge(move, Value(-35 * lmrDepth * lmrDepth)))
883                   continue;
884           }
885           else if (    depth < 7 * ONE_PLY
886                    && !extension
887                    && !pos.see_ge(move, -PawnValueEg * (depth / ONE_PLY)))
888                   continue;
889       }
890
891       // Speculative prefetch as early as possible
892       prefetch(TT.first_entry(pos.key_after(move)));
893
894       // Check for legality just before making the move
895       if (!rootNode && !pos.legal(move))
896       {
897           ss->moveCount = --moveCount;
898           continue;
899       }
900
901       if (move == ttMove && captureOrPromotion)
902           ttCapture = true;
903
904       // Update the current move (this must be done after singular extension search)
905       ss->currentMove = move;
906       ss->contHistory = &thisThread->contHistory[movedPiece][to_sq(move)];
907
908       // Step 15. Make the move
909       pos.do_move(move, st, givesCheck);
910
911       // Step 16. Reduced depth search (LMR). If the move fails high it will be
912       // re-searched at full depth.
913       if (    depth >= 3 * ONE_PLY
914           &&  moveCount > 1
915           && (!captureOrPromotion || moveCountPruning))
916       {
917           Depth r = reduction<PvNode>(improving, depth, moveCount);
918
919           if (captureOrPromotion)
920               r -= r ? ONE_PLY : DEPTH_ZERO;
921           else
922           {
923               // Decrease reduction if opponent's move count is high
924               if ((ss-1)->moveCount > 15)
925                   r -= ONE_PLY;
926
927               // Decrease reduction for exact PV nodes
928               if (pvExact)
929                   r -= ONE_PLY;
930
931               // Increase reduction if ttMove is a capture
932               if (ttCapture)
933                   r += ONE_PLY;
934
935               // Increase reduction for cut nodes
936               if (cutNode)
937                   r += 2 * ONE_PLY;
938
939               // Decrease reduction for moves that escape a capture. Filter out
940               // castling moves, because they are coded as "king captures rook" and
941               // hence break make_move().
942               else if (    type_of(move) == NORMAL
943                        && !pos.see_ge(make_move(to_sq(move), from_sq(move))))
944                   r -= 2 * ONE_PLY;
945
946               ss->statScore =  thisThread->mainHistory[~pos.side_to_move()][from_to(move)]
947                              + (*contHist[0])[movedPiece][to_sq(move)]
948                              + (*contHist[1])[movedPiece][to_sq(move)]
949                              + (*contHist[3])[movedPiece][to_sq(move)]
950                              - 4000;
951
952               // Decrease/increase reduction by comparing opponent's stat score
953               if (ss->statScore >= 0 && (ss-1)->statScore < 0)
954                   r -= ONE_PLY;
955
956               else if ((ss-1)->statScore >= 0 && ss->statScore < 0)
957                   r += ONE_PLY;
958
959               // Decrease/increase reduction for moves with a good/bad history
960               r = std::max(DEPTH_ZERO, (r / ONE_PLY - ss->statScore / 20000) * ONE_PLY);
961           }
962
963           Depth d = std::max(newDepth - r, ONE_PLY);
964
965           value = -search<NonPV>(pos, ss+1, -(alpha+1), -alpha, d, true, false);
966
967           doFullDepthSearch = (value > alpha && d != newDepth);
968       }
969       else
970           doFullDepthSearch = !PvNode || moveCount > 1;
971
972       // Step 17. Full depth search when LMR is skipped or fails high
973       if (doFullDepthSearch)
974           value = newDepth <   ONE_PLY ?
975                             givesCheck ? -qsearch<NonPV,  true>(pos, ss+1, -(alpha+1), -alpha)
976                                        : -qsearch<NonPV, false>(pos, ss+1, -(alpha+1), -alpha)
977                                        : - search<NonPV>(pos, ss+1, -(alpha+1), -alpha, newDepth, !cutNode, false);
978
979       // For PV nodes only, do a full PV search on the first move or after a fail
980       // high (in the latter case search only if value < beta), otherwise let the
981       // parent node fail low with value <= alpha and try another move.
982       if (PvNode && (moveCount == 1 || (value > alpha && (rootNode || value < beta))))
983       {
984           (ss+1)->pv = pv;
985           (ss+1)->pv[0] = MOVE_NONE;
986
987           value = newDepth <   ONE_PLY ?
988                             givesCheck ? -qsearch<PV,  true>(pos, ss+1, -beta, -alpha)
989                                        : -qsearch<PV, false>(pos, ss+1, -beta, -alpha)
990                                        : - search<PV>(pos, ss+1, -beta, -alpha, newDepth, false, false);
991       }
992
993       // Step 18. Undo move
994       pos.undo_move(move);
995
996       assert(value > -VALUE_INFINITE && value < VALUE_INFINITE);
997
998       // Step 19. Check for a new best move
999       // Finished searching the move. If a stop occurred, the return value of
1000       // the search cannot be trusted, and we return immediately without
1001       // updating best move, PV and TT.
1002       if (Threads.stop.load(std::memory_order_relaxed))
1003           return VALUE_ZERO;
1004
1005       if (rootNode)
1006       {
1007           RootMove& rm = *std::find(thisThread->rootMoves.begin(),
1008                                     thisThread->rootMoves.end(), move);
1009
1010           // PV move or new best move?
1011           if (moveCount == 1 || value > alpha)
1012           {
1013               rm.score = value;
1014               rm.selDepth = thisThread->selDepth;
1015               rm.pv.resize(1);
1016
1017               assert((ss+1)->pv);
1018
1019               for (Move* m = (ss+1)->pv; *m != MOVE_NONE; ++m)
1020                   rm.pv.push_back(*m);
1021
1022               // We record how often the best move has been changed in each
1023               // iteration. This information is used for time management: When
1024               // the best move changes frequently, we allocate some more time.
1025               if (moveCount > 1 && thisThread == Threads.main())
1026                   ++static_cast<MainThread*>(thisThread)->bestMoveChanges;
1027           }
1028           else
1029               // All other moves but the PV are set to the lowest value: this
1030               // is not a problem when sorting because the sort is stable and the
1031               // move position in the list is preserved - just the PV is pushed up.
1032               rm.score = -VALUE_INFINITE;
1033       }
1034
1035       if (value > bestValue)
1036       {
1037           bestValue = value;
1038
1039           if (value > alpha)
1040           {
1041               bestMove = move;
1042
1043               if (PvNode && !rootNode) // Update pv even in fail-high case
1044                   update_pv(ss->pv, move, (ss+1)->pv);
1045
1046               if (PvNode && value < beta) // Update alpha! Always alpha < beta
1047                   alpha = value;
1048               else
1049               {
1050                   assert(value >= beta); // Fail high
1051                   break;
1052               }
1053           }
1054       }
1055
1056       if (move != bestMove)
1057       {
1058           if (captureOrPromotion && captureCount < 32)
1059               capturesSearched[captureCount++] = move;
1060
1061           else if (!captureOrPromotion && quietCount < 64)
1062               quietsSearched[quietCount++] = move;
1063       }
1064     }
1065
1066     // The following condition would detect a stop only after move loop has been
1067     // completed. But in this case bestValue is valid because we have fully
1068     // searched our subtree, and we can anyhow save the result in TT.
1069     /*
1070        if (Threads.stop)
1071         return VALUE_DRAW;
1072     */
1073
1074     // Step 20. Check for mate and stalemate
1075     // All legal moves have been searched and if there are no legal moves, it
1076     // must be a mate or a stalemate. If we are in a singular extension search then
1077     // return a fail low score.
1078
1079     assert(moveCount || !inCheck || excludedMove || !MoveList<LEGAL>(pos).size());
1080
1081     if (!moveCount)
1082         bestValue = excludedMove ? alpha
1083                    :     inCheck ? mated_in(ss->ply) : VALUE_DRAW;
1084     else if (bestMove)
1085     {
1086         // Quiet best move: update move sorting heuristics
1087         if (!pos.capture_or_promotion(bestMove))
1088             update_quiet_stats(pos, ss, bestMove, quietsSearched, quietCount, stat_bonus(depth));
1089         else
1090             update_capture_stats(pos, bestMove, capturesSearched, captureCount, stat_bonus(depth));
1091
1092         // Extra penalty for a quiet TT move in previous ply when it gets refuted
1093         if ((ss-1)->moveCount == 1 && !pos.captured_piece())
1094             update_continuation_histories(ss-1, pos.piece_on(prevSq), prevSq, -stat_bonus(depth + ONE_PLY));
1095     }
1096     // Bonus for prior countermove that caused the fail low
1097     else if (    depth >= 3 * ONE_PLY
1098              && !pos.captured_piece()
1099              && is_ok((ss-1)->currentMove))
1100         update_continuation_histories(ss-1, pos.piece_on(prevSq), prevSq, stat_bonus(depth));
1101
1102     if (PvNode)
1103         bestValue = std::min(bestValue, maxValue);
1104
1105     if (!excludedMove)
1106         tte->save(posKey, value_to_tt(bestValue, ss->ply),
1107                   bestValue >= beta ? BOUND_LOWER :
1108                   PvNode && bestMove ? BOUND_EXACT : BOUND_UPPER,
1109                   depth, bestMove, ss->staticEval, TT.generation());
1110
1111     assert(bestValue > -VALUE_INFINITE && bestValue < VALUE_INFINITE);
1112
1113     return bestValue;
1114   }
1115
1116
1117   // qsearch() is the quiescence search function, which is called by the main
1118   // search function with depth zero, or recursively with depth less than ONE_PLY.
1119
1120   template <NodeType NT, bool InCheck>
1121   Value qsearch(Position& pos, Stack* ss, Value alpha, Value beta, Depth depth) {
1122
1123     const bool PvNode = NT == PV;
1124
1125     assert(alpha >= -VALUE_INFINITE && alpha < beta && beta <= VALUE_INFINITE);
1126     assert(PvNode || (alpha == beta - 1));
1127     assert(depth <= DEPTH_ZERO);
1128     assert(depth / ONE_PLY * ONE_PLY == depth);
1129     assert(InCheck == bool(pos.checkers()));
1130
1131     Move pv[MAX_PLY+1];
1132     StateInfo st;
1133     TTEntry* tte;
1134     Key posKey;
1135     Move ttMove, move, bestMove;
1136     Depth ttDepth;
1137     Value bestValue, value, ttValue, futilityValue, futilityBase, oldAlpha;
1138     bool ttHit, givesCheck, evasionPrunable;
1139     int moveCount;
1140
1141     if (PvNode)
1142     {
1143         oldAlpha = alpha; // To flag BOUND_EXACT when eval above alpha and no available moves
1144         (ss+1)->pv = pv;
1145         ss->pv[0] = MOVE_NONE;
1146     }
1147
1148     (ss+1)->ply = ss->ply + 1;
1149     ss->currentMove = bestMove = MOVE_NONE;
1150     moveCount = 0;
1151
1152     // Check for an immediate draw or maximum ply reached
1153     if (   pos.is_draw(ss->ply)
1154         || ss->ply >= MAX_PLY)
1155         return (ss->ply >= MAX_PLY && !InCheck) ? evaluate(pos) : VALUE_DRAW;
1156
1157     assert(0 <= ss->ply && ss->ply < MAX_PLY);
1158
1159     // Decide whether or not to include checks: this fixes also the type of
1160     // TT entry depth that we are going to use. Note that in qsearch we use
1161     // only two types of depth in TT: DEPTH_QS_CHECKS or DEPTH_QS_NO_CHECKS.
1162     ttDepth = InCheck || depth >= DEPTH_QS_CHECKS ? DEPTH_QS_CHECKS
1163                                                   : DEPTH_QS_NO_CHECKS;
1164     // Transposition table lookup
1165     posKey = pos.key();
1166     tte = TT.probe(posKey, ttHit);
1167     ttMove = ttHit ? tte->move() : MOVE_NONE;
1168     ttValue = ttHit ? value_from_tt(tte->value(), ss->ply) : VALUE_NONE;
1169
1170     if (  !PvNode
1171         && ttHit
1172         && tte->depth() >= ttDepth
1173         && ttValue != VALUE_NONE // Only in case of TT access race
1174         && (ttValue >= beta ? (tte->bound() &  BOUND_LOWER)
1175                             : (tte->bound() &  BOUND_UPPER)))
1176         return ttValue;
1177
1178     // Evaluate the position statically
1179     if (InCheck)
1180     {
1181         ss->staticEval = VALUE_NONE;
1182         bestValue = futilityBase = -VALUE_INFINITE;
1183     }
1184     else
1185     {
1186         if (ttHit)
1187         {
1188             // Never assume anything on values stored in TT
1189             if ((ss->staticEval = bestValue = tte->eval()) == VALUE_NONE)
1190                 ss->staticEval = bestValue = evaluate(pos);
1191
1192             // Can ttValue be used as a better position evaluation?
1193             if (   ttValue != VALUE_NONE
1194                 && (tte->bound() & (ttValue > bestValue ? BOUND_LOWER : BOUND_UPPER)))
1195                 bestValue = ttValue;
1196         }
1197         else
1198             ss->staticEval = bestValue =
1199             (ss-1)->currentMove != MOVE_NULL ? evaluate(pos)
1200                                              : -(ss-1)->staticEval + 2 * Eval::Tempo;
1201
1202         // Stand pat. Return immediately if static value is at least beta
1203         if (bestValue >= beta)
1204         {
1205             if (!ttHit)
1206                 tte->save(posKey, value_to_tt(bestValue, ss->ply), BOUND_LOWER,
1207                           DEPTH_NONE, MOVE_NONE, ss->staticEval, TT.generation());
1208
1209             return bestValue;
1210         }
1211
1212         if (PvNode && bestValue > alpha)
1213             alpha = bestValue;
1214
1215         futilityBase = bestValue + 128;
1216     }
1217
1218     // Initialize a MovePicker object for the current position, and prepare
1219     // to search the moves. Because the depth is <= 0 here, only captures,
1220     // queen promotions and checks (only if depth >= DEPTH_QS_CHECKS) will
1221     // be generated.
1222     MovePicker mp(pos, ttMove, depth, &pos.this_thread()->mainHistory, &pos.this_thread()->captureHistory, to_sq((ss-1)->currentMove));
1223
1224     // Loop through the moves until no moves remain or a beta cutoff occurs
1225     while ((move = mp.next_move()) != MOVE_NONE)
1226     {
1227       assert(is_ok(move));
1228
1229       givesCheck =  type_of(move) == NORMAL && !pos.discovered_check_candidates()
1230                   ? pos.check_squares(type_of(pos.moved_piece(move))) & to_sq(move)
1231                   : pos.gives_check(move);
1232
1233       moveCount++;
1234
1235       // Futility pruning
1236       if (   !InCheck
1237           && !givesCheck
1238           &&  futilityBase > -VALUE_KNOWN_WIN
1239           && !pos.advanced_pawn_push(move))
1240       {
1241           assert(type_of(move) != ENPASSANT); // Due to !pos.advanced_pawn_push
1242
1243           futilityValue = futilityBase + PieceValue[EG][pos.piece_on(to_sq(move))];
1244
1245           if (futilityValue <= alpha)
1246           {
1247               bestValue = std::max(bestValue, futilityValue);
1248               continue;
1249           }
1250
1251           if (futilityBase <= alpha && !pos.see_ge(move, VALUE_ZERO + 1))
1252           {
1253               bestValue = std::max(bestValue, futilityBase);
1254               continue;
1255           }
1256       }
1257
1258       // Detect non-capture evasions that are candidates to be pruned
1259       evasionPrunable =    InCheck
1260                        &&  (depth != DEPTH_ZERO || moveCount > 2)
1261                        &&  bestValue > VALUE_MATED_IN_MAX_PLY
1262                        && !pos.capture(move);
1263
1264       // Don't search moves with negative SEE values
1265       if (  (!InCheck || evasionPrunable)
1266           && !pos.see_ge(move))
1267           continue;
1268
1269       // Speculative prefetch as early as possible
1270       prefetch(TT.first_entry(pos.key_after(move)));
1271
1272       // Check for legality just before making the move
1273       if (!pos.legal(move))
1274       {
1275           moveCount--;
1276           continue;
1277       }
1278
1279       ss->currentMove = move;
1280
1281       // Make and search the move
1282       pos.do_move(move, st, givesCheck);
1283       value = givesCheck ? -qsearch<NT,  true>(pos, ss+1, -beta, -alpha, depth - ONE_PLY)
1284                          : -qsearch<NT, false>(pos, ss+1, -beta, -alpha, depth - ONE_PLY);
1285       pos.undo_move(move);
1286
1287       assert(value > -VALUE_INFINITE && value < VALUE_INFINITE);
1288
1289       // Check for a new best move
1290       if (value > bestValue)
1291       {
1292           bestValue = value;
1293
1294           if (value > alpha)
1295           {
1296               if (PvNode) // Update pv even in fail-high case
1297                   update_pv(ss->pv, move, (ss+1)->pv);
1298
1299               if (PvNode && value < beta) // Update alpha here!
1300               {
1301                   alpha = value;
1302                   bestMove = move;
1303               }
1304               else // Fail high
1305               {
1306                   tte->save(posKey, value_to_tt(value, ss->ply), BOUND_LOWER,
1307                             ttDepth, move, ss->staticEval, TT.generation());
1308
1309                   return value;
1310               }
1311           }
1312        }
1313     }
1314
1315     // All legal moves have been searched. A special case: If we're in check
1316     // and no legal moves were found, it is checkmate.
1317     if (InCheck && bestValue == -VALUE_INFINITE)
1318         return mated_in(ss->ply); // Plies to mate from the root
1319
1320     tte->save(posKey, value_to_tt(bestValue, ss->ply),
1321               PvNode && bestValue > oldAlpha ? BOUND_EXACT : BOUND_UPPER,
1322               ttDepth, bestMove, ss->staticEval, TT.generation());
1323
1324     assert(bestValue > -VALUE_INFINITE && bestValue < VALUE_INFINITE);
1325
1326     return bestValue;
1327   }
1328
1329
1330   // value_to_tt() adjusts a mate score from "plies to mate from the root" to
1331   // "plies to mate from the current position". Non-mate scores are unchanged.
1332   // The function is called before storing a value in the transposition table.
1333
1334   Value value_to_tt(Value v, int ply) {
1335
1336     assert(v != VALUE_NONE);
1337
1338     return  v >= VALUE_MATE_IN_MAX_PLY  ? v + ply
1339           : v <= VALUE_MATED_IN_MAX_PLY ? v - ply : v;
1340   }
1341
1342
1343   // value_from_tt() is the inverse of value_to_tt(): It adjusts a mate score
1344   // from the transposition table (which refers to the plies to mate/be mated
1345   // from current position) to "plies to mate/be mated from the root".
1346
1347   Value value_from_tt(Value v, int ply) {
1348
1349     return  v == VALUE_NONE             ? VALUE_NONE
1350           : v >= VALUE_MATE_IN_MAX_PLY  ? v - ply
1351           : v <= VALUE_MATED_IN_MAX_PLY ? v + ply : v;
1352   }
1353
1354
1355   // update_pv() adds current move and appends child pv[]
1356
1357   void update_pv(Move* pv, Move move, Move* childPv) {
1358
1359     for (*pv++ = move; childPv && *childPv != MOVE_NONE; )
1360         *pv++ = *childPv++;
1361     *pv = MOVE_NONE;
1362   }
1363
1364
1365   // update_continuation_histories() updates histories of the move pairs formed
1366   // by moves at ply -1, -2, and -4 with current move.
1367
1368   void update_continuation_histories(Stack* ss, Piece pc, Square to, int bonus) {
1369
1370     for (int i : {1, 2, 4})
1371         if (is_ok((ss-i)->currentMove))
1372             (ss-i)->contHistory->update(pc, to, bonus);
1373   }
1374
1375
1376   // update_capture_stats() updates move sorting heuristics when a new capture best move is found
1377
1378   void update_capture_stats(const Position& pos, Move move,
1379                             Move* captures, int captureCnt, int bonus) {
1380
1381       CapturePieceToHistory& captureHistory =  pos.this_thread()->captureHistory;
1382       Piece moved_piece = pos.moved_piece(move);
1383       PieceType captured = type_of(pos.piece_on(to_sq(move)));
1384       captureHistory.update(moved_piece, to_sq(move), captured, bonus);
1385
1386       // Decrease all the other played capture moves
1387       for (int i = 0; i < captureCnt; ++i)
1388       {
1389           moved_piece = pos.moved_piece(captures[i]);
1390           captured = type_of(pos.piece_on(to_sq(captures[i])));
1391           captureHistory.update(moved_piece, to_sq(captures[i]), captured, -bonus);
1392       }
1393   }
1394
1395
1396   // update_quiet_stats() updates move sorting heuristics when a new quiet best move is found
1397
1398   void update_quiet_stats(const Position& pos, Stack* ss, Move move,
1399                           Move* quiets, int quietsCnt, int bonus) {
1400
1401     if (ss->killers[0] != move)
1402     {
1403         ss->killers[1] = ss->killers[0];
1404         ss->killers[0] = move;
1405     }
1406
1407     Color us = pos.side_to_move();
1408     Thread* thisThread = pos.this_thread();
1409     thisThread->mainHistory.update(us, move, bonus);
1410     update_continuation_histories(ss, pos.moved_piece(move), to_sq(move), bonus);
1411
1412     if (is_ok((ss-1)->currentMove))
1413     {
1414         Square prevSq = to_sq((ss-1)->currentMove);
1415         thisThread->counterMoves[pos.piece_on(prevSq)][prevSq] = move;
1416     }
1417
1418     // Decrease all the other played quiet moves
1419     for (int i = 0; i < quietsCnt; ++i)
1420     {
1421         thisThread->mainHistory.update(us, quiets[i], -bonus);
1422         update_continuation_histories(ss, pos.moved_piece(quiets[i]), to_sq(quiets[i]), -bonus);
1423     }
1424   }
1425
1426   // When playing with strength handicap, choose best move among a set of RootMoves
1427   // using a statistical rule dependent on 'level'. Idea by Heinz van Saanen.
1428
1429   Move Skill::pick_best(size_t multiPV) {
1430
1431     const RootMoves& rootMoves = Threads.main()->rootMoves;
1432     static PRNG rng(now()); // PRNG sequence should be non-deterministic
1433
1434     // RootMoves are already sorted by score in descending order
1435     Value topScore = rootMoves[0].score;
1436     int delta = std::min(topScore - rootMoves[multiPV - 1].score, PawnValueMg);
1437     int weakness = 120 - 2 * level;
1438     int maxScore = -VALUE_INFINITE;
1439
1440     // Choose best move. For each move score we add two terms, both dependent on
1441     // weakness. One is deterministic and bigger for weaker levels, and one is
1442     // random. Then we choose the move with the resulting highest score.
1443     for (size_t i = 0; i < multiPV; ++i)
1444     {
1445         // This is our magic formula
1446         int push = (  weakness * int(topScore - rootMoves[i].score)
1447                     + delta * (rng.rand<unsigned>() % weakness)) / 128;
1448
1449         if (rootMoves[i].score + push >= maxScore)
1450         {
1451             maxScore = rootMoves[i].score + push;
1452             best = rootMoves[i].pv[0];
1453         }
1454     }
1455
1456     return best;
1457   }
1458
1459 } // namespace
1460
1461 /// MainThread::check_time() is used to print debug info and, more importantly,
1462 /// to detect when we are out of available time and thus stop the search.
1463
1464 void MainThread::check_time() {
1465
1466   if (--callsCnt > 0)
1467       return;
1468
1469   // When using nodes, ensure checking rate is not lower than 0.1% of nodes
1470   callsCnt = Limits.nodes ? std::min(4096, int(Limits.nodes / 1024)) : 4096;
1471
1472   static TimePoint lastInfoTime = now();
1473
1474   int elapsed = Time.elapsed();
1475   TimePoint tick = Limits.startTime + elapsed;
1476
1477   if (tick - lastInfoTime >= 1000)
1478   {
1479       lastInfoTime = tick;
1480       dbg_print();
1481   }
1482
1483   // We should not stop pondering until told so by the GUI
1484   if (Threads.ponder)
1485       return;
1486
1487   if (   (Limits.use_time_management() && elapsed > Time.maximum() - 10)
1488       || (Limits.movetime && elapsed >= Limits.movetime)
1489       || (Limits.nodes && Threads.nodes_searched() >= (uint64_t)Limits.nodes))
1490       Threads.stop = true;
1491 }
1492
1493
1494 /// UCI::pv() formats PV information according to the UCI protocol. UCI requires
1495 /// that all (if any) unsearched PV lines are sent using a previous search score.
1496
1497 string UCI::pv(const Position& pos, Depth depth, Value alpha, Value beta) {
1498
1499   std::stringstream ss;
1500   int elapsed = Time.elapsed() + 1;
1501   const RootMoves& rootMoves = pos.this_thread()->rootMoves;
1502   size_t PVIdx = pos.this_thread()->PVIdx;
1503   size_t multiPV = std::min((size_t)Options["MultiPV"], rootMoves.size());
1504   uint64_t nodesSearched = Threads.nodes_searched();
1505   uint64_t tbHits = Threads.tb_hits() + (TB::RootInTB ? rootMoves.size() : 0);
1506
1507   for (size_t i = 0; i < multiPV; ++i)
1508   {
1509       bool updated = (i <= PVIdx && rootMoves[i].score != -VALUE_INFINITE);
1510
1511       if (depth == ONE_PLY && !updated)
1512           continue;
1513
1514       Depth d = updated ? depth : depth - ONE_PLY;
1515       Value v = updated ? rootMoves[i].score : rootMoves[i].previousScore;
1516
1517       bool tb = TB::RootInTB && abs(v) < VALUE_MATE - MAX_PLY;
1518       v = tb ? TB::Score : v;
1519
1520       if (ss.rdbuf()->in_avail()) // Not at first line
1521           ss << "\n";
1522
1523       ss << "info"
1524          << " depth "    << d / ONE_PLY
1525          << " seldepth " << rootMoves[i].selDepth
1526          << " multipv "  << i + 1
1527          << " score "    << UCI::value(v);
1528
1529       if (!tb && i == PVIdx)
1530           ss << (v >= beta ? " lowerbound" : v <= alpha ? " upperbound" : "");
1531
1532       ss << " nodes "    << nodesSearched
1533          << " nps "      << nodesSearched * 1000 / elapsed;
1534
1535       if (elapsed > 1000) // Earlier makes little sense
1536           ss << " hashfull " << TT.hashfull();
1537
1538       ss << " tbhits "   << tbHits
1539          << " time "     << elapsed
1540          << " pv";
1541
1542       for (Move m : rootMoves[i].pv)
1543           ss << " " << UCI::move(m, pos.is_chess960());
1544   }
1545
1546   return ss.str();
1547 }
1548
1549
1550 /// RootMove::extract_ponder_from_tt() is called in case we have no ponder move
1551 /// before exiting the search, for instance, in case we stop the search during a
1552 /// fail high at root. We try hard to have a ponder move to return to the GUI,
1553 /// otherwise in case of 'ponder on' we have nothing to think on.
1554
1555 bool RootMove::extract_ponder_from_tt(Position& pos) {
1556
1557     StateInfo st;
1558     bool ttHit;
1559
1560     assert(pv.size() == 1);
1561
1562     if (!pv[0])
1563         return false;
1564
1565     pos.do_move(pv[0], st);
1566     TTEntry* tte = TT.probe(pos.key(), ttHit);
1567
1568     if (ttHit)
1569     {
1570         Move m = tte->move(); // Local copy to be SMP safe
1571         if (MoveList<LEGAL>(pos).contains(m))
1572             pv.push_back(m);
1573     }
1574
1575     pos.undo_move(pv[0]);
1576     return pv.size() > 1;
1577 }
1578
1579
1580 void Tablebases::filter_root_moves(Position& pos, Search::RootMoves& rootMoves) {
1581
1582     RootInTB = false;
1583     UseRule50 = Options["Syzygy50MoveRule"];
1584     ProbeDepth = Options["SyzygyProbeDepth"] * ONE_PLY;
1585     Cardinality = Options["SyzygyProbeLimit"];
1586
1587     // Skip TB probing when no TB found: !TBLargest -> !TB::Cardinality
1588     if (Cardinality > MaxCardinality)
1589     {
1590         Cardinality = MaxCardinality;
1591         ProbeDepth = DEPTH_ZERO;
1592     }
1593
1594     if (Cardinality < popcount(pos.pieces()) || pos.can_castle(ANY_CASTLING))
1595         return;
1596
1597     // Don't filter any moves if the user requested analysis on multiple
1598     if (Options["MultiPV"] != 1)
1599         return;
1600
1601     // If the current root position is in the tablebases, then RootMoves
1602     // contains only moves that preserve the draw or the win.
1603     RootInTB = root_probe(pos, rootMoves, TB::Score);
1604
1605     if (RootInTB)
1606         Cardinality = 0; // Do not probe tablebases during the search
1607
1608     else // If DTZ tables are missing, use WDL tables as a fallback
1609     {
1610         // Filter out moves that do not preserve the draw or the win.
1611         RootInTB = root_probe_wdl(pos, rootMoves, TB::Score);
1612
1613         // Only probe during search if winning
1614         if (RootInTB && TB::Score <= VALUE_DRAW)
1615             Cardinality = 0;
1616     }
1617
1618     if (RootInTB && !UseRule50)
1619         TB::Score =  TB::Score > VALUE_DRAW ?  VALUE_MATE - MAX_PLY - 1
1620                    : TB::Score < VALUE_DRAW ? -VALUE_MATE + MAX_PLY + 1
1621                                             :  VALUE_DRAW;
1622
1623     // Since root_probe() and root_probe_wdl() dirty the root move scores,
1624     // we reset them to -VALUE_INFINITE
1625     for (RootMove& rm : rootMoves)
1626         rm.score = -VALUE_INFINITE;
1627 }