]> git.sesse.net Git - stockfish/blob - src/search.cpp
Clarify the mapping of files to queenside
[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) 2015-2019 Marco Costalba, Joona Kiiski, Gary Linscott, Tord Romstad
6
7   Stockfish is free software: you can redistribute it and/or modify
8   it under the terms of the GNU General Public License as published by
9   the Free Software Foundation, either version 3 of the License, or
10   (at your option) any later version.
11
12   Stockfish is distributed in the hope that it will be useful,
13   but WITHOUT ANY WARRANTY; without even the implied warranty of
14   MERCHANTABILITY or FITNESS FOR A PARTICULAR PURPOSE.  See the
15   GNU General Public License for more details.
16
17   You should have received a copy of the GNU General Public License
18   along with this program.  If not, see <http://www.gnu.org/licenses/>.
19 */
20
21 #include <algorithm>
22 #include <cassert>
23 #include <cmath>
24 #include <cstring>   // For std::memset
25 #include <iostream>
26 #include <sstream>
27
28 #include "evaluate.h"
29 #include "misc.h"
30 #include "movegen.h"
31 #include "movepick.h"
32 #include "position.h"
33 #include "search.h"
34 #include "thread.h"
35 #include "timeman.h"
36 #include "tt.h"
37 #include "uci.h"
38 #include "syzygy/tbprobe.h"
39
40 namespace Search {
41
42   LimitsType Limits;
43 }
44
45 namespace Tablebases {
46
47   int Cardinality;
48   bool RootInTB;
49   bool UseRule50;
50   Depth ProbeDepth;
51 }
52
53 namespace TB = Tablebases;
54
55 using std::string;
56 using Eval::evaluate;
57 using namespace Search;
58
59 namespace {
60
61   // Different node types, used as a template parameter
62   enum NodeType { NonPV, PV };
63
64   // Razor and futility margins
65   constexpr int RazorMargin = 661;
66   Value futility_margin(Depth d, bool improving) {
67     return Value(198 * (d / ONE_PLY - improving));
68   }
69
70   // Reductions lookup table, initialized at startup
71   int Reductions[MAX_MOVES]; // [depth or moveNumber]
72
73   Depth reduction(bool i, Depth d, int mn) {
74     int r = Reductions[d / ONE_PLY] * Reductions[mn];
75     return ((r + 520) / 1024 + (!i && r > 999)) * ONE_PLY;
76   }
77
78   constexpr int futility_move_count(bool improving, int depth) {
79     return (5 + depth * depth) * (1 + improving) / 2;
80   }
81
82   // History and stats update bonus, based on depth
83   int stat_bonus(Depth depth) {
84     int d = depth / ONE_PLY;
85     return d > 17 ? -8 : 22 * d * d + 151 * d - 140;
86   }
87
88   // Add a small random component to draw evaluations to avoid 3fold-blindness
89   Value value_draw(Depth depth, Thread* thisThread) {
90     return depth < 4 * ONE_PLY ? VALUE_DRAW
91                                : VALUE_DRAW + Value(2 * (thisThread->nodes & 1) - 1);
92   }
93
94   // Skill structure is used to implement strength limit
95   struct Skill {
96     explicit Skill(int l) : level(l) {}
97     bool enabled() const { return level < 20; }
98     bool time_to_pick(Depth depth) const { return depth / ONE_PLY == 1 + level; }
99     Move pick_best(size_t multiPV);
100
101     int level;
102     Move best = MOVE_NONE;
103   };
104
105   // Breadcrumbs are used to mark nodes as being searched by a given thread
106   struct Breadcrumb {
107     std::atomic<Thread*> thread;
108     std::atomic<Key> key;
109   };
110   std::array<Breadcrumb, 1024> breadcrumbs;
111
112   // ThreadHolding structure keeps track of which thread left breadcrumbs at the given
113   // node for potential reductions. A free node will be marked upon entering the moves
114   // loop by the constructor, and unmarked upon leaving that loop by the destructor.
115   struct ThreadHolding {
116     explicit ThreadHolding(Thread* thisThread, Key posKey, int ply) {
117        location = ply < 8 ? &breadcrumbs[posKey & (breadcrumbs.size() - 1)] : nullptr;
118        otherThread = false;
119        owning = false;
120        if (location)
121        {
122           // See if another already marked this location, if not, mark it ourselves
123           Thread* tmp = (*location).thread.load(std::memory_order_relaxed);
124           if (tmp == nullptr)
125           {
126               (*location).thread.store(thisThread, std::memory_order_relaxed);
127               (*location).key.store(posKey, std::memory_order_relaxed);
128               owning = true;
129           }
130           else if (   tmp != thisThread
131                    && (*location).key.load(std::memory_order_relaxed) == posKey)
132               otherThread = true;
133        }
134     }
135
136     ~ThreadHolding() {
137        if (owning) // Free the marked location
138            (*location).thread.store(nullptr, std::memory_order_relaxed);
139     }
140
141     bool marked() { return otherThread; }
142
143     private:
144     Breadcrumb* location;
145     bool otherThread, owning;
146   };
147
148   template <NodeType NT>
149   Value search(Position& pos, Stack* ss, Value alpha, Value beta, Depth depth, bool cutNode);
150
151   template <NodeType NT>
152   Value qsearch(Position& pos, Stack* ss, Value alpha, Value beta, Depth depth = DEPTH_ZERO);
153
154   Value value_to_tt(Value v, int ply);
155   Value value_from_tt(Value v, int ply);
156   void update_pv(Move* pv, Move move, Move* childPv);
157   void update_continuation_histories(Stack* ss, Piece pc, Square to, int bonus);
158   void update_quiet_stats(const Position& pos, Stack* ss, Move move, Move* quiets, int quietCount, int bonus);
159   void update_capture_stats(const Position& pos, Move move, Move* captures, int captureCount, int bonus);
160
161   // perft() is our utility to verify move generation. All the leaf nodes up
162   // to the given depth are generated and counted, and the sum is returned.
163   template<bool Root>
164   uint64_t perft(Position& pos, Depth depth) {
165
166     StateInfo st;
167     uint64_t cnt, nodes = 0;
168     const bool leaf = (depth == 2 * ONE_PLY);
169
170     for (const auto& m : MoveList<LEGAL>(pos))
171     {
172         if (Root && depth <= ONE_PLY)
173             cnt = 1, nodes++;
174         else
175         {
176             pos.do_move(m, st);
177             cnt = leaf ? MoveList<LEGAL>(pos).size() : perft<false>(pos, depth - ONE_PLY);
178             nodes += cnt;
179             pos.undo_move(m);
180         }
181         if (Root)
182             sync_cout << UCI::move(m, pos.is_chess960()) << ": " << cnt << sync_endl;
183     }
184     return nodes;
185   }
186
187 } // namespace
188
189
190 /// Search::init() is called at startup to initialize various lookup tables
191
192 void Search::init() {
193
194   for (int i = 1; i < MAX_MOVES; ++i)
195       Reductions[i] = int(23.4 * std::log(i));
196 }
197
198
199 /// Search::clear() resets search state to its initial value
200
201 void Search::clear() {
202
203   Threads.main()->wait_for_search_finished();
204
205   Time.availableNodes = 0;
206   TT.clear();
207   Threads.clear();
208   Tablebases::init(Options["SyzygyPath"]); // Free mapped files
209 }
210
211
212 /// MainThread::search() is started when the program receives the UCI 'go'
213 /// command. It searches from the root position and outputs the "bestmove".
214
215 void MainThread::search() {
216
217   if (Limits.perft)
218   {
219       nodes = perft<true>(rootPos, Limits.perft * ONE_PLY);
220       sync_cout << "\nNodes searched: " << nodes << "\n" << sync_endl;
221       return;
222   }
223
224   Color us = rootPos.side_to_move();
225   Time.init(Limits, us, rootPos.game_ply());
226   TT.new_search();
227
228   if (rootMoves.empty())
229   {
230       rootMoves.emplace_back(MOVE_NONE);
231       sync_cout << "info depth 0 score "
232                 << UCI::value(rootPos.checkers() ? -VALUE_MATE : VALUE_DRAW)
233                 << sync_endl;
234   }
235   else
236   {
237       for (Thread* th : Threads)
238       {
239           th->bestMoveChanges = 0;
240           if (th != this)
241               th->start_searching();
242       }
243
244       Thread::search(); // Let's start searching!
245   }
246
247   // When we reach the maximum depth, we can arrive here without a raise of
248   // Threads.stop. However, if we are pondering or in an infinite search,
249   // the UCI protocol states that we shouldn't print the best move before the
250   // GUI sends a "stop" or "ponderhit" command. We therefore simply wait here
251   // until the GUI sends one of those commands.
252
253   while (!Threads.stop && (ponder || Limits.infinite))
254   {} // Busy wait for a stop or a ponder reset
255
256   // Stop the threads if not already stopped (also raise the stop if
257   // "ponderhit" just reset Threads.ponder).
258   Threads.stop = true;
259
260   // Wait until all threads have finished
261   for (Thread* th : Threads)
262       if (th != this)
263           th->wait_for_search_finished();
264
265   // When playing in 'nodes as time' mode, subtract the searched nodes from
266   // the available ones before exiting.
267   if (Limits.npmsec)
268       Time.availableNodes += Limits.inc[us] - Threads.nodes_searched();
269
270   Thread* bestThread = this;
271
272   // Check if there are threads with a better score than main thread
273   if (    Options["MultiPV"] == 1
274       && !Limits.depth
275       && !(Skill(Options["Skill Level"]).enabled() || Options["UCI_LimitStrength"])
276       &&  rootMoves[0].pv[0] != MOVE_NONE)
277   {
278       std::map<Move, int64_t> votes;
279       Value minScore = this->rootMoves[0].score;
280
281       // Find out minimum score
282       for (Thread* th: Threads)
283           minScore = std::min(minScore, th->rootMoves[0].score);
284
285       // Vote according to score and depth, and select the best thread
286       for (Thread* th : Threads)
287       {
288           votes[th->rootMoves[0].pv[0]] +=
289               (th->rootMoves[0].score - minScore + 14) * int(th->completedDepth);
290
291           if (bestThread->rootMoves[0].score >= VALUE_MATE_IN_MAX_PLY)
292           {
293               // Make sure we pick the shortest mate
294               if (th->rootMoves[0].score > bestThread->rootMoves[0].score)
295                   bestThread = th;
296           }
297           else if (   th->rootMoves[0].score >= VALUE_MATE_IN_MAX_PLY
298                    || votes[th->rootMoves[0].pv[0]] > votes[bestThread->rootMoves[0].pv[0]])
299               bestThread = th;
300       }
301   }
302
303   previousScore = bestThread->rootMoves[0].score;
304
305   // Send again PV info if we have a new best thread
306   if (bestThread != this)
307       sync_cout << UCI::pv(bestThread->rootPos, bestThread->completedDepth, -VALUE_INFINITE, VALUE_INFINITE) << sync_endl;
308
309   sync_cout << "bestmove " << UCI::move(bestThread->rootMoves[0].pv[0], rootPos.is_chess960());
310
311   if (bestThread->rootMoves[0].pv.size() > 1 || bestThread->rootMoves[0].extract_ponder_from_tt(rootPos))
312       std::cout << " ponder " << UCI::move(bestThread->rootMoves[0].pv[1], rootPos.is_chess960());
313
314   std::cout << sync_endl;
315 }
316
317
318 /// Thread::search() is the main iterative deepening loop. It calls search()
319 /// repeatedly with increasing depth until the allocated thinking time has been
320 /// consumed, the user stops the search, or the maximum search depth is reached.
321
322 void Thread::search() {
323
324   // To allow access to (ss-7) up to (ss+2), the stack must be oversized.
325   // The former is needed to allow update_continuation_histories(ss-1, ...),
326   // which accesses its argument at ss-6, also near the root.
327   // The latter is needed for statScores and killer initialization.
328   Stack stack[MAX_PLY+10], *ss = stack+7;
329   Move  pv[MAX_PLY+1];
330   Value bestValue, alpha, beta, delta;
331   Move  lastBestMove = MOVE_NONE;
332   Depth lastBestMoveDepth = DEPTH_ZERO;
333   MainThread* mainThread = (this == Threads.main() ? Threads.main() : nullptr);
334   double timeReduction = 1, totBestMoveChanges = 0;
335   Color us = rootPos.side_to_move();
336
337   std::memset(ss-7, 0, 10 * sizeof(Stack));
338   for (int i = 7; i > 0; i--)
339      (ss-i)->continuationHistory = &this->continuationHistory[NO_PIECE][0]; // Use as sentinel
340   ss->pv = pv;
341
342   bestValue = delta = alpha = -VALUE_INFINITE;
343   beta = VALUE_INFINITE;
344
345   size_t multiPV = Options["MultiPV"];
346
347   // Pick integer skill levels, but non-deterministically round up or down
348   // such that the average integer skill corresponds to the input floating point one.
349   // UCI_Elo is converted to a suitable fractional skill level, using anchoring
350   // to CCRL Elo (goldfish 1.13 = 2000) and a fit through Ordo derived Elo
351   // for match (TC 60+0.6) results spanning a wide range of k values.
352   PRNG rng(now());
353   double floatLevel = Options["UCI_LimitStrength"] ?
354                         clamp(std::pow((Options["UCI_Elo"] - 1346.6) / 143.4, 1 / 0.806), 0.0, 20.0) :
355                         double(Options["Skill Level"]);
356   int intLevel = int(floatLevel) +
357                  ((floatLevel - int(floatLevel)) * 1024 > rng.rand<unsigned>() % 1024  ? 1 : 0);
358   Skill skill(intLevel);
359
360   // When playing with strength handicap enable MultiPV search that we will
361   // use behind the scenes to retrieve a set of possible moves.
362   if (skill.enabled())
363       multiPV = std::max(multiPV, (size_t)4);
364
365   multiPV = std::min(multiPV, rootMoves.size());
366
367   int ct = int(Options["Contempt"]) * PawnValueEg / 100; // From centipawns
368
369   // In analysis mode, adjust contempt in accordance with user preference
370   if (Limits.infinite || Options["UCI_AnalyseMode"])
371       ct =  Options["Analysis Contempt"] == "Off"  ? 0
372           : Options["Analysis Contempt"] == "Both" ? ct
373           : Options["Analysis Contempt"] == "White" && us == BLACK ? -ct
374           : Options["Analysis Contempt"] == "Black" && us == WHITE ? -ct
375           : ct;
376
377   // Evaluation score is from the white point of view
378   contempt = (us == WHITE ?  make_score(ct, ct / 2)
379                           : -make_score(ct, ct / 2));
380
381   // Iterative deepening loop until requested to stop or the target depth is reached
382   while (   (rootDepth += ONE_PLY) < DEPTH_MAX
383          && !Threads.stop
384          && !(Limits.depth && mainThread && rootDepth / ONE_PLY > Limits.depth))
385   {
386       // Age out PV variability metric
387       if (mainThread)
388           totBestMoveChanges /= 2;
389
390       // Save the last iteration's scores before first PV line is searched and
391       // all the move scores except the (new) PV are set to -VALUE_INFINITE.
392       for (RootMove& rm : rootMoves)
393           rm.previousScore = rm.score;
394
395       size_t pvFirst = 0;
396       pvLast = 0;
397
398       // MultiPV loop. We perform a full root search for each PV line
399       for (pvIdx = 0; pvIdx < multiPV && !Threads.stop; ++pvIdx)
400       {
401           if (pvIdx == pvLast)
402           {
403               pvFirst = pvLast;
404               for (pvLast++; pvLast < rootMoves.size(); pvLast++)
405                   if (rootMoves[pvLast].tbRank != rootMoves[pvFirst].tbRank)
406                       break;
407           }
408
409           // Reset UCI info selDepth for each depth and each PV line
410           selDepth = 0;
411
412           // Reset aspiration window starting size
413           if (rootDepth >= 4 * ONE_PLY)
414           {
415               Value previousScore = rootMoves[pvIdx].previousScore;
416               delta = Value(23);
417               alpha = std::max(previousScore - delta,-VALUE_INFINITE);
418               beta  = std::min(previousScore + delta, VALUE_INFINITE);
419
420               // Adjust contempt based on root move's previousScore (dynamic contempt)
421               int dct = ct + 86 * previousScore / (abs(previousScore) + 176);
422
423               contempt = (us == WHITE ?  make_score(dct, dct / 2)
424                                       : -make_score(dct, dct / 2));
425           }
426
427           // Start with a small aspiration window and, in the case of a fail
428           // high/low, re-search with a bigger window until we don't fail
429           // high/low anymore.
430           int failedHighCnt = 0;
431           while (true)
432           {
433               Depth adjustedDepth = std::max(ONE_PLY, rootDepth - failedHighCnt * ONE_PLY);
434               bestValue = ::search<PV>(rootPos, ss, alpha, beta, adjustedDepth, false);
435
436               // Bring the best move to the front. It is critical that sorting
437               // is done with a stable algorithm because all the values but the
438               // first and eventually the new best one are set to -VALUE_INFINITE
439               // and we want to keep the same order for all the moves except the
440               // new PV that goes to the front. Note that in case of MultiPV
441               // search the already searched PV lines are preserved.
442               std::stable_sort(rootMoves.begin() + pvIdx, rootMoves.begin() + pvLast);
443
444               // If search has been stopped, we break immediately. Sorting is
445               // safe because RootMoves is still valid, although it refers to
446               // the previous iteration.
447               if (Threads.stop)
448                   break;
449
450               // When failing high/low give some update (without cluttering
451               // the UI) before a re-search.
452               if (   mainThread
453                   && multiPV == 1
454                   && (bestValue <= alpha || bestValue >= beta)
455                   && Time.elapsed() > 3000)
456                   sync_cout << UCI::pv(rootPos, rootDepth, alpha, beta) << sync_endl;
457
458               // In case of failing low/high increase aspiration window and
459               // re-search, otherwise exit the loop.
460               if (bestValue <= alpha)
461               {
462                   beta = (alpha + beta) / 2;
463                   alpha = std::max(bestValue - delta, -VALUE_INFINITE);
464
465                   failedHighCnt = 0;
466                   if (mainThread)
467                       mainThread->stopOnPonderhit = false;
468               }
469               else if (bestValue >= beta)
470               {
471                   beta = std::min(bestValue + delta, VALUE_INFINITE);
472                   ++failedHighCnt;
473               }
474               else
475               {
476                   ++rootMoves[pvIdx].bestMoveCount;
477                   break;
478               }
479
480               delta += delta / 4 + 5;
481
482               assert(alpha >= -VALUE_INFINITE && beta <= VALUE_INFINITE);
483           }
484
485           // Sort the PV lines searched so far and update the GUI
486           std::stable_sort(rootMoves.begin() + pvFirst, rootMoves.begin() + pvIdx + 1);
487
488           if (    mainThread
489               && (Threads.stop || pvIdx + 1 == multiPV || Time.elapsed() > 3000))
490               sync_cout << UCI::pv(rootPos, rootDepth, alpha, beta) << sync_endl;
491       }
492
493       if (!Threads.stop)
494           completedDepth = rootDepth;
495
496       if (rootMoves[0].pv[0] != lastBestMove) {
497          lastBestMove = rootMoves[0].pv[0];
498          lastBestMoveDepth = rootDepth;
499       }
500
501       // Have we found a "mate in x"?
502       if (   Limits.mate
503           && bestValue >= VALUE_MATE_IN_MAX_PLY
504           && VALUE_MATE - bestValue <= 2 * Limits.mate)
505           Threads.stop = true;
506
507       if (!mainThread)
508           continue;
509
510       // If skill level is enabled and time is up, pick a sub-optimal best move
511       if (skill.enabled() && skill.time_to_pick(rootDepth))
512           skill.pick_best(multiPV);
513
514       // Do we have time for the next iteration? Can we stop searching now?
515       if (    Limits.use_time_management()
516           && !Threads.stop
517           && !mainThread->stopOnPonderhit)
518       {
519           double fallingEval = (354 + 10 * (mainThread->previousScore - bestValue)) / 692.0;
520           fallingEval = clamp(fallingEval, 0.5, 1.5);
521
522           // If the bestMove is stable over several iterations, reduce time accordingly
523           timeReduction = lastBestMoveDepth + 9 * ONE_PLY < completedDepth ? 1.97 : 0.98;
524           double reduction = (1.36 + mainThread->previousTimeReduction) / (2.29 * timeReduction);
525
526           // Use part of the gained time from a previous stable move for the current move
527           for (Thread* th : Threads)
528           {
529               totBestMoveChanges += th->bestMoveChanges;
530               th->bestMoveChanges = 0;
531           }
532           double bestMoveInstability = 1 + totBestMoveChanges / Threads.size();
533
534           // Stop the search if we have only one legal move, or if available time elapsed
535           if (   rootMoves.size() == 1
536               || Time.elapsed() > Time.optimum() * fallingEval * reduction * bestMoveInstability)
537           {
538               // If we are allowed to ponder do not stop the search now but
539               // keep pondering until the GUI sends "ponderhit" or "stop".
540               if (mainThread->ponder)
541                   mainThread->stopOnPonderhit = true;
542               else
543                   Threads.stop = true;
544           }
545       }
546   }
547
548   if (!mainThread)
549       return;
550
551   mainThread->previousTimeReduction = timeReduction;
552
553   // If skill level is enabled, swap best PV line with the sub-optimal one
554   if (skill.enabled())
555       std::swap(rootMoves[0], *std::find(rootMoves.begin(), rootMoves.end(),
556                 skill.best ? skill.best : skill.pick_best(multiPV)));
557 }
558
559
560 namespace {
561
562   // search<>() is the main search function for both PV and non-PV nodes
563
564   template <NodeType NT>
565   Value search(Position& pos, Stack* ss, Value alpha, Value beta, Depth depth, bool cutNode) {
566
567     constexpr bool PvNode = NT == PV;
568     const bool rootNode = PvNode && ss->ply == 0;
569
570     // Check if we have an upcoming move which draws by repetition, or
571     // if the opponent had an alternative move earlier to this position.
572     if (   pos.rule50_count() >= 3
573         && alpha < VALUE_DRAW
574         && !rootNode
575         && pos.has_game_cycle(ss->ply))
576     {
577         alpha = value_draw(depth, pos.this_thread());
578         if (alpha >= beta)
579             return alpha;
580     }
581
582     // Dive into quiescence search when the depth reaches zero
583     if (depth < ONE_PLY)
584         return qsearch<NT>(pos, ss, alpha, beta);
585
586     assert(-VALUE_INFINITE <= alpha && alpha < beta && beta <= VALUE_INFINITE);
587     assert(PvNode || (alpha == beta - 1));
588     assert(DEPTH_ZERO < depth && depth < DEPTH_MAX);
589     assert(!(PvNode && cutNode));
590     assert(depth / ONE_PLY * ONE_PLY == depth);
591
592     Move pv[MAX_PLY+1], capturesSearched[32], quietsSearched[64];
593     StateInfo st;
594     TTEntry* tte;
595     Key posKey;
596     Move ttMove, move, excludedMove, bestMove;
597     Depth extension, newDepth;
598     Value bestValue, value, ttValue, eval, maxValue;
599     bool ttHit, ttPv, inCheck, givesCheck, improving, doLMR;
600     bool captureOrPromotion, doFullDepthSearch, moveCountPruning, ttCapture;
601     Piece movedPiece;
602     int moveCount, captureCount, quietCount, singularLMR;
603
604     // Step 1. Initialize node
605     Thread* thisThread = pos.this_thread();
606     inCheck = pos.checkers();
607     Color us = pos.side_to_move();
608     moveCount = captureCount = quietCount = singularLMR = ss->moveCount = 0;
609     bestValue = -VALUE_INFINITE;
610     maxValue = VALUE_INFINITE;
611
612     // Check for the available remaining time
613     if (thisThread == Threads.main())
614         static_cast<MainThread*>(thisThread)->check_time();
615
616     // Used to send selDepth info to GUI (selDepth counts from 1, ply from 0)
617     if (PvNode && thisThread->selDepth < ss->ply + 1)
618         thisThread->selDepth = ss->ply + 1;
619
620     if (!rootNode)
621     {
622         // Step 2. Check for aborted search and immediate draw
623         if (   Threads.stop.load(std::memory_order_relaxed)
624             || pos.is_draw(ss->ply)
625             || ss->ply >= MAX_PLY)
626             return (ss->ply >= MAX_PLY && !inCheck) ? evaluate(pos)
627                                                     : value_draw(depth, pos.this_thread());
628
629         // Step 3. Mate distance pruning. Even if we mate at the next move our score
630         // would be at best mate_in(ss->ply+1), but if alpha is already bigger because
631         // a shorter mate was found upward in the tree then there is no need to search
632         // because we will never beat the current alpha. Same logic but with reversed
633         // signs applies also in the opposite condition of being mated instead of giving
634         // mate. In this case return a fail-high score.
635         alpha = std::max(mated_in(ss->ply), alpha);
636         beta = std::min(mate_in(ss->ply+1), beta);
637         if (alpha >= beta)
638             return alpha;
639     }
640
641     assert(0 <= ss->ply && ss->ply < MAX_PLY);
642
643     (ss+1)->ply = ss->ply + 1;
644     (ss+1)->excludedMove = bestMove = MOVE_NONE;
645     (ss+2)->killers[0] = (ss+2)->killers[1] = MOVE_NONE;
646     Square prevSq = to_sq((ss-1)->currentMove);
647
648     // Initialize statScore to zero for the grandchildren of the current position.
649     // So statScore is shared between all grandchildren and only the first grandchild
650     // starts with statScore = 0. Later grandchildren start with the last calculated
651     // statScore of the previous grandchild. This influences the reduction rules in
652     // LMR which are based on the statScore of parent position.
653     if (rootNode)
654         (ss+4)->statScore = 0;
655     else
656         (ss+2)->statScore = 0;
657
658     // Step 4. Transposition table lookup. We don't want the score of a partial
659     // search to overwrite a previous full search TT value, so we use a different
660     // position key in case of an excluded move.
661     excludedMove = ss->excludedMove;
662     posKey = pos.key() ^ Key(excludedMove << 16); // Isn't a very good hash
663     tte = TT.probe(posKey, ttHit);
664     ttValue = ttHit ? value_from_tt(tte->value(), ss->ply) : VALUE_NONE;
665     ttMove =  rootNode ? thisThread->rootMoves[thisThread->pvIdx].pv[0]
666             : ttHit    ? tte->move() : MOVE_NONE;
667     ttPv = PvNode || (ttHit && tte->is_pv());
668
669     // At non-PV nodes we check for an early TT cutoff
670     if (  !PvNode
671         && ttHit
672         && tte->depth() >= depth
673         && ttValue != VALUE_NONE // Possible in case of TT access race
674         && (ttValue >= beta ? (tte->bound() & BOUND_LOWER)
675                             : (tte->bound() & BOUND_UPPER)))
676     {
677         // If ttMove is quiet, update move sorting heuristics on TT hit
678         if (ttMove)
679         {
680             if (ttValue >= beta)
681             {
682                 if (!pos.capture_or_promotion(ttMove))
683                     update_quiet_stats(pos, ss, ttMove, nullptr, 0, stat_bonus(depth));
684
685                 // Extra penalty for early quiet moves of the previous ply
686                 if ((ss-1)->moveCount <= 2 && !pos.captured_piece())
687                     update_continuation_histories(ss-1, pos.piece_on(prevSq), prevSq, -stat_bonus(depth + ONE_PLY));
688             }
689             // Penalty for a quiet ttMove that fails low
690             else if (!pos.capture_or_promotion(ttMove))
691             {
692                 int penalty = -stat_bonus(depth);
693                 thisThread->mainHistory[us][from_to(ttMove)] << penalty;
694                 update_continuation_histories(ss, pos.moved_piece(ttMove), to_sq(ttMove), penalty);
695             }
696         }
697         return ttValue;
698     }
699
700     // Step 5. Tablebases probe
701     if (!rootNode && TB::Cardinality)
702     {
703         int piecesCount = pos.count<ALL_PIECES>();
704
705         if (    piecesCount <= TB::Cardinality
706             && (piecesCount <  TB::Cardinality || depth >= TB::ProbeDepth)
707             &&  pos.rule50_count() == 0
708             && !pos.can_castle(ANY_CASTLING))
709         {
710             TB::ProbeState err;
711             TB::WDLScore wdl = Tablebases::probe_wdl(pos, &err);
712
713             // Force check of time on the next occasion
714             if (thisThread == Threads.main())
715                 static_cast<MainThread*>(thisThread)->callsCnt = 0;
716
717             if (err != TB::ProbeState::FAIL)
718             {
719                 thisThread->tbHits.fetch_add(1, std::memory_order_relaxed);
720
721                 int drawScore = TB::UseRule50 ? 1 : 0;
722
723                 value =  wdl < -drawScore ? -VALUE_MATE + MAX_PLY + ss->ply + 1
724                        : wdl >  drawScore ?  VALUE_MATE - MAX_PLY - ss->ply - 1
725                                           :  VALUE_DRAW + 2 * wdl * drawScore;
726
727                 Bound b =  wdl < -drawScore ? BOUND_UPPER
728                          : wdl >  drawScore ? BOUND_LOWER : BOUND_EXACT;
729
730                 if (    b == BOUND_EXACT
731                     || (b == BOUND_LOWER ? value >= beta : value <= alpha))
732                 {
733                     tte->save(posKey, value_to_tt(value, ss->ply), ttPv, b,
734                               std::min(DEPTH_MAX - ONE_PLY, depth + 6 * ONE_PLY),
735                               MOVE_NONE, VALUE_NONE);
736
737                     return value;
738                 }
739
740                 if (PvNode)
741                 {
742                     if (b == BOUND_LOWER)
743                         bestValue = value, alpha = std::max(alpha, bestValue);
744                     else
745                         maxValue = value;
746                 }
747             }
748         }
749     }
750
751     // Step 6. Static evaluation of the position
752     if (inCheck)
753     {
754         ss->staticEval = eval = VALUE_NONE;
755         improving = false;
756         goto moves_loop;  // Skip early pruning when in check
757     }
758     else if (ttHit)
759     {
760         // Never assume anything about values stored in TT
761         ss->staticEval = eval = tte->eval();
762         if (eval == VALUE_NONE)
763             ss->staticEval = eval = evaluate(pos);
764
765         if (eval == VALUE_DRAW)
766             eval = value_draw(depth, thisThread);
767
768         // Can ttValue be used as a better position evaluation?
769         if (    ttValue != VALUE_NONE
770             && (tte->bound() & (ttValue > eval ? BOUND_LOWER : BOUND_UPPER)))
771             eval = ttValue;
772     }
773     else
774     {
775         if ((ss-1)->currentMove != MOVE_NULL)
776         {
777             int bonus = -(ss-1)->statScore / 512;
778
779             ss->staticEval = eval = evaluate(pos) + bonus;
780         }
781         else
782             ss->staticEval = eval = -(ss-1)->staticEval + 2 * Eval::Tempo;
783
784         tte->save(posKey, VALUE_NONE, ttPv, BOUND_NONE, DEPTH_NONE, MOVE_NONE, eval);
785     }
786
787     // Step 7. Razoring (~2 Elo)
788     if (   !rootNode // The required rootNode PV handling is not available in qsearch
789         &&  depth < 2 * ONE_PLY
790         &&  eval <= alpha - RazorMargin)
791         return qsearch<NT>(pos, ss, alpha, beta);
792
793     improving =   ss->staticEval >= (ss-2)->staticEval
794                || (ss-2)->staticEval == VALUE_NONE;
795
796     // Step 8. Futility pruning: child node (~30 Elo)
797     if (   !PvNode
798         &&  depth < 7 * ONE_PLY
799         &&  eval - futility_margin(depth, improving) >= beta
800         &&  eval < VALUE_KNOWN_WIN) // Do not return unproven wins
801         return eval;
802
803     // Step 9. Null move search with verification search (~40 Elo)
804     if (   !PvNode
805         && (ss-1)->currentMove != MOVE_NULL
806         && (ss-1)->statScore < 22661
807         &&  eval >= beta
808         &&  eval >= ss->staticEval
809         &&  ss->staticEval >= beta - 33 * depth / ONE_PLY + 299 - improving * 30
810         && !excludedMove
811         &&  pos.non_pawn_material(us)
812         && (ss->ply >= thisThread->nmpMinPly || us != thisThread->nmpColor))
813     {
814         assert(eval - beta >= 0);
815
816         // Null move dynamic reduction based on depth and value
817         Depth R = ((835 + 70 * depth / ONE_PLY) / 256 + std::min(int(eval - beta) / 185, 3)) * ONE_PLY;
818
819         ss->currentMove = MOVE_NULL;
820         ss->continuationHistory = &thisThread->continuationHistory[NO_PIECE][0];
821
822         pos.do_null_move(st);
823
824         Value nullValue = -search<NonPV>(pos, ss+1, -beta, -beta+1, depth-R, !cutNode);
825
826         pos.undo_null_move();
827
828         if (nullValue >= beta)
829         {
830             // Do not return unproven mate scores
831             if (nullValue >= VALUE_MATE_IN_MAX_PLY)
832                 nullValue = beta;
833
834             if (thisThread->nmpMinPly || (abs(beta) < VALUE_KNOWN_WIN && depth < 13 * ONE_PLY))
835                 return nullValue;
836
837             assert(!thisThread->nmpMinPly); // Recursive verification is not allowed
838
839             // Do verification search at high depths, with null move pruning disabled
840             // for us, until ply exceeds nmpMinPly.
841             thisThread->nmpMinPly = ss->ply + 3 * (depth-R) / (4 * ONE_PLY);
842             thisThread->nmpColor = us;
843
844             Value v = search<NonPV>(pos, ss, beta-1, beta, depth-R, false);
845
846             thisThread->nmpMinPly = 0;
847
848             if (v >= beta)
849                 return nullValue;
850         }
851     }
852
853     // Step 10. ProbCut (~10 Elo)
854     // If we have a good enough capture and a reduced search returns a value
855     // much above beta, we can (almost) safely prune the previous move.
856     if (   !PvNode
857         &&  depth >= 5 * ONE_PLY
858         &&  abs(beta) < VALUE_MATE_IN_MAX_PLY)
859     {
860         Value raisedBeta = std::min(beta + 191 - 46 * improving, VALUE_INFINITE);
861         MovePicker mp(pos, ttMove, raisedBeta - ss->staticEval, &thisThread->captureHistory);
862         int probCutCount = 0;
863
864         while (  (move = mp.next_move()) != MOVE_NONE
865                && probCutCount < 2 + 2 * cutNode)
866             if (move != excludedMove && pos.legal(move))
867             {
868                 probCutCount++;
869
870                 ss->currentMove = move;
871                 ss->continuationHistory = &thisThread->continuationHistory[pos.moved_piece(move)][to_sq(move)];
872
873                 assert(depth >= 5 * ONE_PLY);
874
875                 pos.do_move(move, st);
876
877                 // Perform a preliminary qsearch to verify that the move holds
878                 value = -qsearch<NonPV>(pos, ss+1, -raisedBeta, -raisedBeta+1);
879
880                 // If the qsearch held, perform the regular search
881                 if (value >= raisedBeta)
882                     value = -search<NonPV>(pos, ss+1, -raisedBeta, -raisedBeta+1, depth - 4 * ONE_PLY, !cutNode);
883
884                 pos.undo_move(move);
885
886                 if (value >= raisedBeta)
887                     return value;
888             }
889     }
890
891     // Step 11. Internal iterative deepening (~2 Elo)
892     if (depth >= 7 * ONE_PLY && !ttMove)
893     {
894         search<NT>(pos, ss, alpha, beta, depth - 7 * ONE_PLY, cutNode);
895
896         tte = TT.probe(posKey, ttHit);
897         ttValue = ttHit ? value_from_tt(tte->value(), ss->ply) : VALUE_NONE;
898         ttMove = ttHit ? tte->move() : MOVE_NONE;
899     }
900
901 moves_loop: // When in check, search starts from here
902
903     const PieceToHistory* contHist[] = { (ss-1)->continuationHistory, (ss-2)->continuationHistory,
904                                           nullptr, (ss-4)->continuationHistory,
905                                           nullptr, (ss-6)->continuationHistory };
906
907     Move countermove = thisThread->counterMoves[pos.piece_on(prevSq)][prevSq];
908
909     MovePicker mp(pos, ttMove, depth, &thisThread->mainHistory,
910                                       &thisThread->captureHistory,
911                                       contHist,
912                                       countermove,
913                                       ss->killers);
914
915     value = bestValue; // Workaround a bogus 'uninitialized' warning under gcc
916     moveCountPruning = false;
917     ttCapture = ttMove && pos.capture_or_promotion(ttMove);
918
919     // Mark this node as being searched
920     ThreadHolding th(thisThread, posKey, ss->ply);
921
922     // Step 12. Loop through all pseudo-legal moves until no moves remain
923     // or a beta cutoff occurs.
924     while ((move = mp.next_move(moveCountPruning)) != MOVE_NONE)
925     {
926       assert(is_ok(move));
927
928       if (move == excludedMove)
929           continue;
930
931       // At root obey the "searchmoves" option and skip moves not listed in Root
932       // Move List. As a consequence any illegal move is also skipped. In MultiPV
933       // mode we also skip PV moves which have been already searched and those
934       // of lower "TB rank" if we are in a TB root position.
935       if (rootNode && !std::count(thisThread->rootMoves.begin() + thisThread->pvIdx,
936                                   thisThread->rootMoves.begin() + thisThread->pvLast, move))
937           continue;
938
939       ss->moveCount = ++moveCount;
940
941       if (rootNode && thisThread == Threads.main() && Time.elapsed() > 3000)
942           sync_cout << "info depth " << depth / ONE_PLY
943                     << " currmove " << UCI::move(move, pos.is_chess960())
944                     << " currmovenumber " << moveCount + thisThread->pvIdx << sync_endl;
945       if (PvNode)
946           (ss+1)->pv = nullptr;
947
948       extension = DEPTH_ZERO;
949       captureOrPromotion = pos.capture_or_promotion(move);
950       movedPiece = pos.moved_piece(move);
951       givesCheck = pos.gives_check(move);
952
953       // Step 13. Extensions (~70 Elo)
954
955       // Singular extension search (~60 Elo). If all moves but one fail low on a
956       // search of (alpha-s, beta-s), and just one fails high on (alpha, beta),
957       // then that move is singular and should be extended. To verify this we do
958       // a reduced search on all the other moves but the ttMove and if the
959       // result is lower than ttValue minus a margin then we will extend the ttMove.
960       if (    depth >= 6 * ONE_PLY
961           &&  move == ttMove
962           && !rootNode
963           && !excludedMove // Avoid recursive singular search
964        /* &&  ttValue != VALUE_NONE Already implicit in the next condition */
965           &&  abs(ttValue) < VALUE_KNOWN_WIN
966           && (tte->bound() & BOUND_LOWER)
967           &&  tte->depth() >= depth - 3 * ONE_PLY
968           &&  pos.legal(move))
969       {
970           Value singularBeta = ttValue - 2 * depth / ONE_PLY;
971           Depth halfDepth = depth / (2 * ONE_PLY) * ONE_PLY; // ONE_PLY invariant
972           ss->excludedMove = move;
973           value = search<NonPV>(pos, ss, singularBeta - 1, singularBeta, halfDepth, cutNode);
974           ss->excludedMove = MOVE_NONE;
975
976           if (value < singularBeta)
977           {
978               extension = ONE_PLY;
979               singularLMR++;
980
981               if (value < singularBeta - std::min(4 * depth / ONE_PLY, 36))
982                   singularLMR++;
983           }
984
985           // Multi-cut pruning
986           // Our ttMove is assumed to fail high, and now we failed high also on a reduced
987           // search without the ttMove. So we assume this expected Cut-node is not singular,
988           // that multiple moves fail high, and we can prune the whole subtree by returning
989           // a soft bound.
990           else if (   eval >= beta
991                    && singularBeta >= beta)
992               return singularBeta;
993       }
994
995       // Check extension (~2 Elo)
996       else if (    givesCheck
997                && (pos.is_discovery_check_on_king(~us, move) || pos.see_ge(move)))
998           extension = ONE_PLY;
999
1000       // Castling extension
1001       else if (type_of(move) == CASTLING)
1002           extension = ONE_PLY;
1003
1004       // Shuffle extension
1005       else if (   PvNode
1006                && pos.rule50_count() > 18
1007                && depth < 3 * ONE_PLY
1008                && ++thisThread->shuffleExts < thisThread->nodes.load(std::memory_order_relaxed) / 4)  // To avoid too many extensions
1009           extension = ONE_PLY;
1010
1011       // Passed pawn extension
1012       else if (   move == ss->killers[0]
1013                && pos.advanced_pawn_push(move)
1014                && pos.pawn_passed(us, to_sq(move)))
1015           extension = ONE_PLY;
1016
1017       // Calculate new depth for this move
1018       newDepth = depth - ONE_PLY + extension;
1019
1020       // Step 14. Pruning at shallow depth (~170 Elo)
1021       if (  !rootNode
1022           && pos.non_pawn_material(us)
1023           && bestValue > VALUE_MATED_IN_MAX_PLY)
1024       {
1025           // Skip quiet moves if movecount exceeds our FutilityMoveCount threshold
1026           moveCountPruning = moveCount >= futility_move_count(improving, depth / ONE_PLY);
1027
1028           if (   !captureOrPromotion
1029               && !givesCheck
1030               && (!pos.advanced_pawn_push(move) || pos.non_pawn_material(~us) > BishopValueMg))
1031           {
1032               // Move count based pruning
1033               if (moveCountPruning)
1034                   continue;
1035
1036               // Reduced depth of the next LMR search
1037               int lmrDepth = std::max(newDepth - reduction(improving, depth, moveCount), DEPTH_ZERO);
1038               lmrDepth /= ONE_PLY;
1039
1040               // Countermoves based pruning (~20 Elo)
1041               if (   lmrDepth < 4 + ((ss-1)->statScore > 0 || (ss-1)->moveCount == 1)
1042                   && (*contHist[0])[movedPiece][to_sq(move)] < CounterMovePruneThreshold
1043                   && (*contHist[1])[movedPiece][to_sq(move)] < CounterMovePruneThreshold)
1044                   continue;
1045
1046               // Futility pruning: parent node (~2 Elo)
1047               if (   lmrDepth < 6
1048                   && !inCheck
1049                   && ss->staticEval + 250 + 211 * lmrDepth <= alpha)
1050                   continue;
1051
1052               // Prune moves with negative SEE (~10 Elo)
1053               if (!pos.see_ge(move, Value(-(31 - std::min(lmrDepth, 18)) * lmrDepth * lmrDepth)))
1054                   continue;
1055           }
1056           else if (  !(givesCheck && extension)
1057                    && !pos.see_ge(move, Value(-199) * (depth / ONE_PLY))) // (~20 Elo)
1058                   continue;
1059       }
1060
1061       // Speculative prefetch as early as possible
1062       prefetch(TT.first_entry(pos.key_after(move)));
1063
1064       // Check for legality just before making the move
1065       if (!rootNode && !pos.legal(move))
1066       {
1067           ss->moveCount = --moveCount;
1068           continue;
1069       }
1070
1071       // Update the current move (this must be done after singular extension search)
1072       ss->currentMove = move;
1073       ss->continuationHistory = &thisThread->continuationHistory[movedPiece][to_sq(move)];
1074
1075       // Step 15. Make the move
1076       pos.do_move(move, st, givesCheck);
1077
1078       // Step 16. Reduced depth search (LMR). If the move fails high it will be
1079       // re-searched at full depth.
1080       if (    depth >= 3 * ONE_PLY
1081           &&  moveCount > 1 + 2 * rootNode
1082           && (!rootNode || thisThread->best_move_count(move) == 0)
1083           && (  !captureOrPromotion
1084               || moveCountPruning
1085               || ss->staticEval + PieceValue[EG][pos.captured_piece()] <= alpha
1086               || cutNode))
1087       {
1088           Depth r = reduction(improving, depth, moveCount);
1089
1090           // Reduction if other threads are searching this position.
1091           if (th.marked())
1092               r += ONE_PLY;
1093
1094           // Decrease reduction if position is or has been on the PV
1095           if (ttPv)
1096               r -= 2 * ONE_PLY;
1097
1098           // Decrease reduction if opponent's move count is high (~10 Elo)
1099           if ((ss-1)->moveCount > 15)
1100               r -= ONE_PLY;
1101
1102           // Decrease reduction if ttMove has been singularly extended
1103           r -= singularLMR * ONE_PLY;
1104
1105           if (!captureOrPromotion)
1106           {
1107               // Increase reduction if ttMove is a capture (~0 Elo)
1108               if (ttCapture)
1109                   r += ONE_PLY;
1110
1111               // Increase reduction for cut nodes (~5 Elo)
1112               if (cutNode)
1113                   r += 2 * ONE_PLY;
1114
1115               // Decrease reduction for moves that escape a capture. Filter out
1116               // castling moves, because they are coded as "king captures rook" and
1117               // hence break make_move(). (~5 Elo)
1118               else if (    type_of(move) == NORMAL
1119                        && !pos.see_ge(reverse_move(move)))
1120                   r -= 2 * ONE_PLY;
1121
1122               ss->statScore =  thisThread->mainHistory[us][from_to(move)]
1123                              + (*contHist[0])[movedPiece][to_sq(move)]
1124                              + (*contHist[1])[movedPiece][to_sq(move)]
1125                              + (*contHist[3])[movedPiece][to_sq(move)]
1126                              - 4729;
1127
1128               // Reset statScore to zero if negative and most stats shows >= 0
1129               if (    ss->statScore < 0
1130                   && (*contHist[0])[movedPiece][to_sq(move)] >= 0
1131                   && (*contHist[1])[movedPiece][to_sq(move)] >= 0
1132                   && thisThread->mainHistory[us][from_to(move)] >= 0)
1133                   ss->statScore = 0;
1134
1135               // Decrease/increase reduction by comparing opponent's stat score (~10 Elo)
1136               if (ss->statScore >= -99 && (ss-1)->statScore < -116)
1137                   r -= ONE_PLY;
1138
1139               else if ((ss-1)->statScore >= -117 && ss->statScore < -144)
1140                   r += ONE_PLY;
1141
1142               // Decrease/increase reduction for moves with a good/bad history (~30 Elo)
1143               r -= ss->statScore / 16384 * ONE_PLY;
1144           }
1145
1146           Depth d = clamp(newDepth - r, ONE_PLY, newDepth);
1147
1148           value = -search<NonPV>(pos, ss+1, -(alpha+1), -alpha, d, true);
1149
1150           doFullDepthSearch = (value > alpha && d != newDepth), doLMR = true;
1151       }
1152       else
1153           doFullDepthSearch = !PvNode || moveCount > 1, doLMR = false;
1154
1155       // Step 17. Full depth search when LMR is skipped or fails high
1156       if (doFullDepthSearch)
1157       {
1158           value = -search<NonPV>(pos, ss+1, -(alpha+1), -alpha, newDepth, !cutNode);
1159
1160           if (doLMR && !captureOrPromotion)
1161           {
1162               int bonus = value > alpha ?  stat_bonus(newDepth)
1163                                         : -stat_bonus(newDepth);
1164
1165               if (move == ss->killers[0])
1166                   bonus += bonus / 4;
1167
1168               update_continuation_histories(ss, movedPiece, to_sq(move), bonus);
1169           }
1170       }
1171
1172       // For PV nodes only, do a full PV search on the first move or after a fail
1173       // high (in the latter case search only if value < beta), otherwise let the
1174       // parent node fail low with value <= alpha and try another move.
1175       if (PvNode && (moveCount == 1 || (value > alpha && (rootNode || value < beta))))
1176       {
1177           (ss+1)->pv = pv;
1178           (ss+1)->pv[0] = MOVE_NONE;
1179
1180           value = -search<PV>(pos, ss+1, -beta, -alpha, newDepth, false);
1181       }
1182
1183       // Step 18. Undo move
1184       pos.undo_move(move);
1185
1186       assert(value > -VALUE_INFINITE && value < VALUE_INFINITE);
1187
1188       // Step 19. Check for a new best move
1189       // Finished searching the move. If a stop occurred, the return value of
1190       // the search cannot be trusted, and we return immediately without
1191       // updating best move, PV and TT.
1192       if (Threads.stop.load(std::memory_order_relaxed))
1193           return VALUE_ZERO;
1194
1195       if (rootNode)
1196       {
1197           RootMove& rm = *std::find(thisThread->rootMoves.begin(),
1198                                     thisThread->rootMoves.end(), move);
1199
1200           // PV move or new best move?
1201           if (moveCount == 1 || value > alpha)
1202           {
1203               rm.score = value;
1204               rm.selDepth = thisThread->selDepth;
1205               rm.pv.resize(1);
1206
1207               assert((ss+1)->pv);
1208
1209               for (Move* m = (ss+1)->pv; *m != MOVE_NONE; ++m)
1210                   rm.pv.push_back(*m);
1211
1212               // We record how often the best move has been changed in each
1213               // iteration. This information is used for time management: When
1214               // the best move changes frequently, we allocate some more time.
1215               if (moveCount > 1)
1216                   ++thisThread->bestMoveChanges;
1217           }
1218           else
1219               // All other moves but the PV are set to the lowest value: this
1220               // is not a problem when sorting because the sort is stable and the
1221               // move position in the list is preserved - just the PV is pushed up.
1222               rm.score = -VALUE_INFINITE;
1223       }
1224
1225       if (value > bestValue)
1226       {
1227           bestValue = value;
1228
1229           if (value > alpha)
1230           {
1231               bestMove = move;
1232
1233               if (PvNode && !rootNode) // Update pv even in fail-high case
1234                   update_pv(ss->pv, move, (ss+1)->pv);
1235
1236               if (PvNode && value < beta) // Update alpha! Always alpha < beta
1237                   alpha = value;
1238               else
1239               {
1240                   assert(value >= beta); // Fail high
1241                   ss->statScore = 0;
1242                   break;
1243               }
1244           }
1245       }
1246
1247       if (move != bestMove)
1248       {
1249           if (captureOrPromotion && captureCount < 32)
1250               capturesSearched[captureCount++] = move;
1251
1252           else if (!captureOrPromotion && quietCount < 64)
1253               quietsSearched[quietCount++] = move;
1254       }
1255     }
1256
1257     // The following condition would detect a stop only after move loop has been
1258     // completed. But in this case bestValue is valid because we have fully
1259     // searched our subtree, and we can anyhow save the result in TT.
1260     /*
1261        if (Threads.stop)
1262         return VALUE_DRAW;
1263     */
1264
1265     // Step 20. Check for mate and stalemate
1266     // All legal moves have been searched and if there are no legal moves, it
1267     // must be a mate or a stalemate. If we are in a singular extension search then
1268     // return a fail low score.
1269
1270     assert(moveCount || !inCheck || excludedMove || !MoveList<LEGAL>(pos).size());
1271
1272     if (!moveCount)
1273         bestValue = excludedMove ? alpha
1274                    :     inCheck ? mated_in(ss->ply) : VALUE_DRAW;
1275     else if (bestMove)
1276     {
1277         // Quiet best move: update move sorting heuristics
1278         if (!pos.capture_or_promotion(bestMove))
1279             update_quiet_stats(pos, ss, bestMove, quietsSearched, quietCount,
1280                                stat_bonus(depth + (bestValue > beta + PawnValueMg ? ONE_PLY : DEPTH_ZERO)));
1281
1282         update_capture_stats(pos, bestMove, capturesSearched, captureCount, stat_bonus(depth + ONE_PLY));
1283
1284         // Extra penalty for a quiet TT or main killer move in previous ply when it gets refuted
1285         if (   ((ss-1)->moveCount == 1 || ((ss-1)->currentMove == (ss-1)->killers[0]))
1286             && !pos.captured_piece())
1287                 update_continuation_histories(ss-1, pos.piece_on(prevSq), prevSq, -stat_bonus(depth + ONE_PLY));
1288
1289     }
1290     // Bonus for prior countermove that caused the fail low
1291     else if (   (depth >= 3 * ONE_PLY || PvNode)
1292              && !pos.captured_piece())
1293         update_continuation_histories(ss-1, pos.piece_on(prevSq), prevSq, stat_bonus(depth));
1294
1295     if (PvNode)
1296         bestValue = std::min(bestValue, maxValue);
1297
1298     if (!excludedMove)
1299         tte->save(posKey, value_to_tt(bestValue, ss->ply), ttPv,
1300                   bestValue >= beta ? BOUND_LOWER :
1301                   PvNode && bestMove ? BOUND_EXACT : BOUND_UPPER,
1302                   depth, bestMove, ss->staticEval);
1303
1304     assert(bestValue > -VALUE_INFINITE && bestValue < VALUE_INFINITE);
1305
1306     return bestValue;
1307   }
1308
1309
1310   // qsearch() is the quiescence search function, which is called by the main search
1311   // function with zero depth, or recursively with further decreasing depth per call.
1312   template <NodeType NT>
1313   Value qsearch(Position& pos, Stack* ss, Value alpha, Value beta, Depth depth) {
1314
1315     constexpr bool PvNode = NT == PV;
1316
1317     assert(alpha >= -VALUE_INFINITE && alpha < beta && beta <= VALUE_INFINITE);
1318     assert(PvNode || (alpha == beta - 1));
1319     assert(depth <= DEPTH_ZERO);
1320     assert(depth / ONE_PLY * ONE_PLY == depth);
1321
1322     Move pv[MAX_PLY+1];
1323     StateInfo st;
1324     TTEntry* tte;
1325     Key posKey;
1326     Move ttMove, move, bestMove;
1327     Depth ttDepth;
1328     Value bestValue, value, ttValue, futilityValue, futilityBase, oldAlpha;
1329     bool ttHit, pvHit, inCheck, givesCheck, evasionPrunable;
1330     int moveCount;
1331
1332     if (PvNode)
1333     {
1334         oldAlpha = alpha; // To flag BOUND_EXACT when eval above alpha and no available moves
1335         (ss+1)->pv = pv;
1336         ss->pv[0] = MOVE_NONE;
1337     }
1338
1339     Thread* thisThread = pos.this_thread();
1340     (ss+1)->ply = ss->ply + 1;
1341     bestMove = MOVE_NONE;
1342     inCheck = pos.checkers();
1343     moveCount = 0;
1344
1345     // Check for an immediate draw or maximum ply reached
1346     if (   pos.is_draw(ss->ply)
1347         || ss->ply >= MAX_PLY)
1348         return (ss->ply >= MAX_PLY && !inCheck) ? evaluate(pos) : VALUE_DRAW;
1349
1350     assert(0 <= ss->ply && ss->ply < MAX_PLY);
1351
1352     // Decide whether or not to include checks: this fixes also the type of
1353     // TT entry depth that we are going to use. Note that in qsearch we use
1354     // only two types of depth in TT: DEPTH_QS_CHECKS or DEPTH_QS_NO_CHECKS.
1355     ttDepth = inCheck || depth >= DEPTH_QS_CHECKS ? DEPTH_QS_CHECKS
1356                                                   : DEPTH_QS_NO_CHECKS;
1357     // Transposition table lookup
1358     posKey = pos.key();
1359     tte = TT.probe(posKey, ttHit);
1360     ttValue = ttHit ? value_from_tt(tte->value(), ss->ply) : VALUE_NONE;
1361     ttMove = ttHit ? tte->move() : MOVE_NONE;
1362     pvHit = ttHit && tte->is_pv();
1363
1364     if (  !PvNode
1365         && ttHit
1366         && tte->depth() >= ttDepth
1367         && ttValue != VALUE_NONE // Only in case of TT access race
1368         && (ttValue >= beta ? (tte->bound() & BOUND_LOWER)
1369                             : (tte->bound() & BOUND_UPPER)))
1370         return ttValue;
1371
1372     // Evaluate the position statically
1373     if (inCheck)
1374     {
1375         ss->staticEval = VALUE_NONE;
1376         bestValue = futilityBase = -VALUE_INFINITE;
1377     }
1378     else
1379     {
1380         if (ttHit)
1381         {
1382             // Never assume anything about values stored in TT
1383             if ((ss->staticEval = bestValue = tte->eval()) == VALUE_NONE)
1384                 ss->staticEval = bestValue = evaluate(pos);
1385
1386             // Can ttValue be used as a better position evaluation?
1387             if (    ttValue != VALUE_NONE
1388                 && (tte->bound() & (ttValue > bestValue ? BOUND_LOWER : BOUND_UPPER)))
1389                 bestValue = ttValue;
1390         }
1391         else
1392             ss->staticEval = bestValue =
1393             (ss-1)->currentMove != MOVE_NULL ? evaluate(pos)
1394                                              : -(ss-1)->staticEval + 2 * Eval::Tempo;
1395
1396         // Stand pat. Return immediately if static value is at least beta
1397         if (bestValue >= beta)
1398         {
1399             if (!ttHit)
1400                 tte->save(posKey, value_to_tt(bestValue, ss->ply), pvHit, BOUND_LOWER,
1401                           DEPTH_NONE, MOVE_NONE, ss->staticEval);
1402
1403             return bestValue;
1404         }
1405
1406         if (PvNode && bestValue > alpha)
1407             alpha = bestValue;
1408
1409         futilityBase = bestValue + 153;
1410     }
1411
1412     const PieceToHistory* contHist[] = { (ss-1)->continuationHistory, (ss-2)->continuationHistory,
1413                                           nullptr, (ss-4)->continuationHistory,
1414                                           nullptr, (ss-6)->continuationHistory };
1415
1416     // Initialize a MovePicker object for the current position, and prepare
1417     // to search the moves. Because the depth is <= 0 here, only captures,
1418     // queen promotions and checks (only if depth >= DEPTH_QS_CHECKS) will
1419     // be generated.
1420     MovePicker mp(pos, ttMove, depth, &thisThread->mainHistory,
1421                                       &thisThread->captureHistory,
1422                                       contHist,
1423                                       to_sq((ss-1)->currentMove));
1424
1425     // Loop through the moves until no moves remain or a beta cutoff occurs
1426     while ((move = mp.next_move()) != MOVE_NONE)
1427     {
1428       assert(is_ok(move));
1429
1430       givesCheck = pos.gives_check(move);
1431
1432       moveCount++;
1433
1434       // Futility pruning
1435       if (   !inCheck
1436           && !givesCheck
1437           &&  futilityBase > -VALUE_KNOWN_WIN
1438           && !pos.advanced_pawn_push(move))
1439       {
1440           assert(type_of(move) != ENPASSANT); // Due to !pos.advanced_pawn_push
1441
1442           futilityValue = futilityBase + PieceValue[EG][pos.piece_on(to_sq(move))];
1443
1444           if (futilityValue <= alpha)
1445           {
1446               bestValue = std::max(bestValue, futilityValue);
1447               continue;
1448           }
1449
1450           if (futilityBase <= alpha && !pos.see_ge(move, VALUE_ZERO + 1))
1451           {
1452               bestValue = std::max(bestValue, futilityBase);
1453               continue;
1454           }
1455       }
1456
1457       // Detect non-capture evasions that are candidates to be pruned
1458       evasionPrunable =    inCheck
1459                        &&  (depth != DEPTH_ZERO || moveCount > 2)
1460                        &&  bestValue > VALUE_MATED_IN_MAX_PLY
1461                        && !pos.capture(move);
1462
1463       // Don't search moves with negative SEE values
1464       if (  (!inCheck || evasionPrunable)
1465           && (!givesCheck || !(pos.blockers_for_king(~pos.side_to_move()) & from_sq(move)))
1466           && !pos.see_ge(move))
1467           continue;
1468
1469       // Speculative prefetch as early as possible
1470       prefetch(TT.first_entry(pos.key_after(move)));
1471
1472       // Check for legality just before making the move
1473       if (!pos.legal(move))
1474       {
1475           moveCount--;
1476           continue;
1477       }
1478
1479       ss->currentMove = move;
1480       ss->continuationHistory = &thisThread->continuationHistory[pos.moved_piece(move)][to_sq(move)];
1481
1482       // Make and search the move
1483       pos.do_move(move, st, givesCheck);
1484       value = -qsearch<NT>(pos, ss+1, -beta, -alpha, depth - ONE_PLY);
1485       pos.undo_move(move);
1486
1487       assert(value > -VALUE_INFINITE && value < VALUE_INFINITE);
1488
1489       // Check for a new best move
1490       if (value > bestValue)
1491       {
1492           bestValue = value;
1493
1494           if (value > alpha)
1495           {
1496               bestMove = move;
1497
1498               if (PvNode) // Update pv even in fail-high case
1499                   update_pv(ss->pv, move, (ss+1)->pv);
1500
1501               if (PvNode && value < beta) // Update alpha here!
1502                   alpha = value;
1503               else
1504                   break; // Fail high
1505           }
1506        }
1507     }
1508
1509     // All legal moves have been searched. A special case: If we're in check
1510     // and no legal moves were found, it is checkmate.
1511     if (inCheck && bestValue == -VALUE_INFINITE)
1512         return mated_in(ss->ply); // Plies to mate from the root
1513
1514     tte->save(posKey, value_to_tt(bestValue, ss->ply), pvHit,
1515               bestValue >= beta ? BOUND_LOWER :
1516               PvNode && bestValue > oldAlpha  ? BOUND_EXACT : BOUND_UPPER,
1517               ttDepth, bestMove, ss->staticEval);
1518
1519     assert(bestValue > -VALUE_INFINITE && bestValue < VALUE_INFINITE);
1520
1521     return bestValue;
1522   }
1523
1524
1525   // value_to_tt() adjusts a mate score from "plies to mate from the root" to
1526   // "plies to mate from the current position". Non-mate scores are unchanged.
1527   // The function is called before storing a value in the transposition table.
1528
1529   Value value_to_tt(Value v, int ply) {
1530
1531     assert(v != VALUE_NONE);
1532
1533     return  v >= VALUE_MATE_IN_MAX_PLY  ? v + ply
1534           : v <= VALUE_MATED_IN_MAX_PLY ? v - ply : v;
1535   }
1536
1537
1538   // value_from_tt() is the inverse of value_to_tt(): It adjusts a mate score
1539   // from the transposition table (which refers to the plies to mate/be mated
1540   // from current position) to "plies to mate/be mated from the root".
1541
1542   Value value_from_tt(Value v, int ply) {
1543
1544     return  v == VALUE_NONE             ? VALUE_NONE
1545           : v >= VALUE_MATE_IN_MAX_PLY  ? v - ply
1546           : v <= VALUE_MATED_IN_MAX_PLY ? v + ply : v;
1547   }
1548
1549
1550   // update_pv() adds current move and appends child pv[]
1551
1552   void update_pv(Move* pv, Move move, Move* childPv) {
1553
1554     for (*pv++ = move; childPv && *childPv != MOVE_NONE; )
1555         *pv++ = *childPv++;
1556     *pv = MOVE_NONE;
1557   }
1558
1559
1560   // update_continuation_histories() updates histories of the move pairs formed
1561   // by moves at ply -1, -2, and -4 with current move.
1562
1563   void update_continuation_histories(Stack* ss, Piece pc, Square to, int bonus) {
1564
1565     for (int i : {1, 2, 4, 6})
1566         if (is_ok((ss-i)->currentMove))
1567             (*(ss-i)->continuationHistory)[pc][to] << bonus;
1568   }
1569
1570
1571   // update_capture_stats() updates move sorting heuristics when a new capture best move is found
1572
1573   void update_capture_stats(const Position& pos, Move move,
1574                             Move* captures, int captureCount, int bonus) {
1575
1576       CapturePieceToHistory& captureHistory = pos.this_thread()->captureHistory;
1577       Piece moved_piece = pos.moved_piece(move);
1578       PieceType captured = type_of(pos.piece_on(to_sq(move)));
1579
1580       if (pos.capture_or_promotion(move))
1581           captureHistory[moved_piece][to_sq(move)][captured] << bonus;
1582
1583       // Decrease all the other played capture moves
1584       for (int i = 0; i < captureCount; ++i)
1585       {
1586           moved_piece = pos.moved_piece(captures[i]);
1587           captured = type_of(pos.piece_on(to_sq(captures[i])));
1588           captureHistory[moved_piece][to_sq(captures[i])][captured] << -bonus;
1589       }
1590   }
1591
1592
1593   // update_quiet_stats() updates move sorting heuristics when a new quiet best move is found
1594
1595   void update_quiet_stats(const Position& pos, Stack* ss, Move move,
1596                           Move* quiets, int quietCount, int bonus) {
1597
1598     if (ss->killers[0] != move)
1599     {
1600         ss->killers[1] = ss->killers[0];
1601         ss->killers[0] = move;
1602     }
1603
1604     Color us = pos.side_to_move();
1605     Thread* thisThread = pos.this_thread();
1606     thisThread->mainHistory[us][from_to(move)] << bonus;
1607     update_continuation_histories(ss, pos.moved_piece(move), to_sq(move), bonus);
1608
1609     if (type_of(pos.moved_piece(move)) != PAWN)
1610         thisThread->mainHistory[us][from_to(reverse_move(move))] << -bonus;
1611
1612     if (is_ok((ss-1)->currentMove))
1613     {
1614         Square prevSq = to_sq((ss-1)->currentMove);
1615         thisThread->counterMoves[pos.piece_on(prevSq)][prevSq] = move;
1616     }
1617
1618     // Decrease all the other played quiet moves
1619     for (int i = 0; i < quietCount; ++i)
1620     {
1621         thisThread->mainHistory[us][from_to(quiets[i])] << -bonus;
1622         update_continuation_histories(ss, pos.moved_piece(quiets[i]), to_sq(quiets[i]), -bonus);
1623     }
1624   }
1625
1626   // When playing with strength handicap, choose best move among a set of RootMoves
1627   // using a statistical rule dependent on 'level'. Idea by Heinz van Saanen.
1628
1629   Move Skill::pick_best(size_t multiPV) {
1630
1631     const RootMoves& rootMoves = Threads.main()->rootMoves;
1632     static PRNG rng(now()); // PRNG sequence should be non-deterministic
1633
1634     // RootMoves are already sorted by score in descending order
1635     Value topScore = rootMoves[0].score;
1636     int delta = std::min(topScore - rootMoves[multiPV - 1].score, PawnValueMg);
1637     int weakness = 120 - 2 * level;
1638     int maxScore = -VALUE_INFINITE;
1639
1640     // Choose best move. For each move score we add two terms, both dependent on
1641     // weakness. One is deterministic and bigger for weaker levels, and one is
1642     // random. Then we choose the move with the resulting highest score.
1643     for (size_t i = 0; i < multiPV; ++i)
1644     {
1645         // This is our magic formula
1646         int push = (  weakness * int(topScore - rootMoves[i].score)
1647                     + delta * (rng.rand<unsigned>() % weakness)) / 128;
1648
1649         if (rootMoves[i].score + push >= maxScore)
1650         {
1651             maxScore = rootMoves[i].score + push;
1652             best = rootMoves[i].pv[0];
1653         }
1654     }
1655
1656     return best;
1657   }
1658
1659 } // namespace
1660
1661 /// MainThread::check_time() is used to print debug info and, more importantly,
1662 /// to detect when we are out of available time and thus stop the search.
1663
1664 void MainThread::check_time() {
1665
1666   if (--callsCnt > 0)
1667       return;
1668
1669   // When using nodes, ensure checking rate is not lower than 0.1% of nodes
1670   callsCnt = Limits.nodes ? std::min(1024, int(Limits.nodes / 1024)) : 1024;
1671
1672   static TimePoint lastInfoTime = now();
1673
1674   TimePoint elapsed = Time.elapsed();
1675   TimePoint tick = Limits.startTime + elapsed;
1676
1677   if (tick - lastInfoTime >= 1000)
1678   {
1679       lastInfoTime = tick;
1680       dbg_print();
1681   }
1682
1683   // We should not stop pondering until told so by the GUI
1684   if (ponder)
1685       return;
1686
1687   if (   (Limits.use_time_management() && (elapsed > Time.maximum() - 10 || stopOnPonderhit))
1688       || (Limits.movetime && elapsed >= Limits.movetime)
1689       || (Limits.nodes && Threads.nodes_searched() >= (uint64_t)Limits.nodes))
1690       Threads.stop = true;
1691 }
1692
1693
1694 /// UCI::pv() formats PV information according to the UCI protocol. UCI requires
1695 /// that all (if any) unsearched PV lines are sent using a previous search score.
1696
1697 string UCI::pv(const Position& pos, Depth depth, Value alpha, Value beta) {
1698
1699   std::stringstream ss;
1700   TimePoint elapsed = Time.elapsed() + 1;
1701   const RootMoves& rootMoves = pos.this_thread()->rootMoves;
1702   size_t pvIdx = pos.this_thread()->pvIdx;
1703   size_t multiPV = std::min((size_t)Options["MultiPV"], rootMoves.size());
1704   uint64_t nodesSearched = Threads.nodes_searched();
1705   uint64_t tbHits = Threads.tb_hits() + (TB::RootInTB ? rootMoves.size() : 0);
1706
1707   for (size_t i = 0; i < multiPV; ++i)
1708   {
1709       bool updated = (i <= pvIdx && rootMoves[i].score != -VALUE_INFINITE);
1710
1711       if (depth == ONE_PLY && !updated)
1712           continue;
1713
1714       Depth d = updated ? depth : depth - ONE_PLY;
1715       Value v = updated ? rootMoves[i].score : rootMoves[i].previousScore;
1716
1717       bool tb = TB::RootInTB && abs(v) < VALUE_MATE - MAX_PLY;
1718       v = tb ? rootMoves[i].tbScore : v;
1719
1720       if (ss.rdbuf()->in_avail()) // Not at first line
1721           ss << "\n";
1722
1723       ss << "info"
1724          << " depth "    << d / ONE_PLY
1725          << " seldepth " << rootMoves[i].selDepth
1726          << " multipv "  << i + 1
1727          << " score "    << UCI::value(v);
1728
1729       if (!tb && i == pvIdx)
1730           ss << (v >= beta ? " lowerbound" : v <= alpha ? " upperbound" : "");
1731
1732       ss << " nodes "    << nodesSearched
1733          << " nps "      << nodesSearched * 1000 / elapsed;
1734
1735       if (elapsed > 1000) // Earlier makes little sense
1736           ss << " hashfull " << TT.hashfull();
1737
1738       ss << " tbhits "   << tbHits
1739          << " time "     << elapsed
1740          << " pv";
1741
1742       for (Move m : rootMoves[i].pv)
1743           ss << " " << UCI::move(m, pos.is_chess960());
1744   }
1745
1746   return ss.str();
1747 }
1748
1749
1750 /// RootMove::extract_ponder_from_tt() is called in case we have no ponder move
1751 /// before exiting the search, for instance, in case we stop the search during a
1752 /// fail high at root. We try hard to have a ponder move to return to the GUI,
1753 /// otherwise in case of 'ponder on' we have nothing to think on.
1754
1755 bool RootMove::extract_ponder_from_tt(Position& pos) {
1756
1757     StateInfo st;
1758     bool ttHit;
1759
1760     assert(pv.size() == 1);
1761
1762     if (pv[0] == MOVE_NONE)
1763         return false;
1764
1765     pos.do_move(pv[0], st);
1766     TTEntry* tte = TT.probe(pos.key(), ttHit);
1767
1768     if (ttHit)
1769     {
1770         Move m = tte->move(); // Local copy to be SMP safe
1771         if (MoveList<LEGAL>(pos).contains(m))
1772             pv.push_back(m);
1773     }
1774
1775     pos.undo_move(pv[0]);
1776     return pv.size() > 1;
1777 }
1778
1779 void Tablebases::rank_root_moves(Position& pos, Search::RootMoves& rootMoves) {
1780
1781     RootInTB = false;
1782     UseRule50 = bool(Options["Syzygy50MoveRule"]);
1783     ProbeDepth = int(Options["SyzygyProbeDepth"]) * ONE_PLY;
1784     Cardinality = int(Options["SyzygyProbeLimit"]);
1785     bool dtz_available = true;
1786
1787     // Tables with fewer pieces than SyzygyProbeLimit are searched with
1788     // ProbeDepth == DEPTH_ZERO
1789     if (Cardinality > MaxCardinality)
1790     {
1791         Cardinality = MaxCardinality;
1792         ProbeDepth = DEPTH_ZERO;
1793     }
1794
1795     if (Cardinality >= popcount(pos.pieces()) && !pos.can_castle(ANY_CASTLING))
1796     {
1797         // Rank moves using DTZ tables
1798         RootInTB = root_probe(pos, rootMoves);
1799
1800         if (!RootInTB)
1801         {
1802             // DTZ tables are missing; try to rank moves using WDL tables
1803             dtz_available = false;
1804             RootInTB = root_probe_wdl(pos, rootMoves);
1805         }
1806     }
1807
1808     if (RootInTB)
1809     {
1810         // Sort moves according to TB rank
1811         std::sort(rootMoves.begin(), rootMoves.end(),
1812                   [](const RootMove &a, const RootMove &b) { return a.tbRank > b.tbRank; } );
1813
1814         // Probe during search only if DTZ is not available and we are winning
1815         if (dtz_available || rootMoves[0].tbScore <= VALUE_DRAW)
1816             Cardinality = 0;
1817     }
1818     else
1819     {
1820         // Clean up if root_probe() and root_probe_wdl() have failed
1821         for (auto& m : rootMoves)
1822             m.tbRank = 0;
1823     }
1824 }