Refactor bonus and penalty calculation (#917)
[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) 2015-2016 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   SignalsType Signals;
43   LimitsType Limits;
44 }
45
46 namespace Tablebases {
47
48   int Cardinality;
49   bool RootInTB;
50   bool UseRule50;
51   Depth ProbeDepth;
52   Value Score;
53 }
54
55 namespace TB = Tablebases;
56
57 using std::string;
58 using Eval::evaluate;
59 using namespace Search;
60
61 namespace {
62
63   // Different node types, used as a template parameter
64   enum NodeType { NonPV, PV };
65
66   // Razoring and futility margin based on depth
67   const int razor_margin[4] = { 483, 570, 603, 554 };
68   Value futility_margin(Depth d) { return Value(150 * d / ONE_PLY); }
69
70   // Futility and reductions lookup tables, initialized at startup
71   int FutilityMoveCounts[2][16]; // [improving][depth]
72   int Reductions[2][2][64][64];  // [pv][improving][depth][moveNumber]
73
74   template <bool PvNode> Depth reduction(bool i, Depth d, int mn) {
75     return Reductions[PvNode][i][std::min(d / ONE_PLY, 63)][std::min(mn, 63)] * ONE_PLY;
76   }
77
78   // Skill structure is used to implement strength limit
79   struct Skill {
80     Skill(int l) : level(l) {}
81     bool enabled() const { return level < 20; }
82     bool time_to_pick(Depth depth) const { return depth / ONE_PLY == 1 + level; }
83     Move best_move(size_t multiPV) { return best ? best : pick_best(multiPV); }
84     Move pick_best(size_t multiPV);
85
86     int level;
87     Move best = MOVE_NONE;
88   };
89
90   // EasyMoveManager structure is used to detect an 'easy move'. When the PV is
91   // stable across multiple search iterations, we can quickly return the best move.
92   struct EasyMoveManager {
93
94     void clear() {
95       stableCnt = 0;
96       expectedPosKey = 0;
97       pv[0] = pv[1] = pv[2] = MOVE_NONE;
98     }
99
100     Move get(Key key) const {
101       return expectedPosKey == key ? pv[2] : MOVE_NONE;
102     }
103
104     void update(Position& pos, const std::vector<Move>& newPv) {
105
106       assert(newPv.size() >= 3);
107
108       // Keep track of how many times in a row the 3rd ply remains stable
109       stableCnt = (newPv[2] == pv[2]) ? stableCnt + 1 : 0;
110
111       if (!std::equal(newPv.begin(), newPv.begin() + 3, pv))
112       {
113           std::copy(newPv.begin(), newPv.begin() + 3, pv);
114
115           StateInfo st[2];
116           pos.do_move(newPv[0], st[0]);
117           pos.do_move(newPv[1], st[1]);
118           expectedPosKey = pos.key();
119           pos.undo_move(newPv[1]);
120           pos.undo_move(newPv[0]);
121       }
122     }
123
124     int stableCnt;
125     Key expectedPosKey;
126     Move pv[3];
127   };
128
129   // Set of rows with half bits set to 1 and half to 0. It is used to allocate
130   // the search depths across the threads.
131   typedef std::vector<int> Row;
132
133   const Row HalfDensity[] = {
134     {0, 1},
135     {1, 0},
136     {0, 0, 1, 1},
137     {0, 1, 1, 0},
138     {1, 1, 0, 0},
139     {1, 0, 0, 1},
140     {0, 0, 0, 1, 1, 1},
141     {0, 0, 1, 1, 1, 0},
142     {0, 1, 1, 1, 0, 0},
143     {1, 1, 1, 0, 0, 0},
144     {1, 1, 0, 0, 0, 1},
145     {1, 0, 0, 0, 1, 1},
146     {0, 0, 0, 0, 1, 1, 1, 1},
147     {0, 0, 0, 1, 1, 1, 1, 0},
148     {0, 0, 1, 1, 1, 1, 0 ,0},
149     {0, 1, 1, 1, 1, 0, 0 ,0},
150     {1, 1, 1, 1, 0, 0, 0 ,0},
151     {1, 1, 1, 0, 0, 0, 0 ,1},
152     {1, 1, 0, 0, 0, 0, 1 ,1},
153     {1, 0, 0, 0, 0, 1, 1 ,1},
154   };
155
156   Value bonus(Depth depth)   { int d = depth / ONE_PLY ; return  Value(d * d + 2 * d - 2); }
157   Value penalty(Depth depth) { int d = depth / ONE_PLY ; return -Value(d * d + 4 * d + 1); }
158
159   const size_t HalfDensitySize = std::extent<decltype(HalfDensity)>::value;
160
161   EasyMoveManager EasyMove;
162   Value DrawValue[COLOR_NB];
163
164   template <NodeType NT>
165   Value search(Position& pos, Stack* ss, Value alpha, Value beta, Depth depth, bool cutNode);
166
167   template <NodeType NT, bool InCheck>
168   Value qsearch(Position& pos, Stack* ss, Value alpha, Value beta, Depth depth);
169
170   Value value_to_tt(Value v, int ply);
171   Value value_from_tt(Value v, int ply);
172   void update_pv(Move* pv, Move move, Move* childPv);
173   void update_cm_stats(Stack* ss, Piece pc, Square s, Value bonus);
174   void update_stats(const Position& pos, Stack* ss, Move move, Move* quiets, int quietsCnt, Value bonus);
175   void check_time();
176
177 } // namespace
178
179
180 /// Search::init() is called during startup to initialize various lookup tables
181
182 void Search::init() {
183
184   for (int imp = 0; imp <= 1; ++imp)
185       for (int d = 1; d < 64; ++d)
186           for (int mc = 1; mc < 64; ++mc)
187           {
188               double r = log(d) * log(mc) / 2;
189
190               Reductions[NonPV][imp][d][mc] = int(std::round(r));
191               Reductions[PV][imp][d][mc] = std::max(Reductions[NonPV][imp][d][mc] - 1, 0);
192
193               // Increase reduction for non-PV nodes when eval is not improving
194               if (!imp && Reductions[NonPV][imp][d][mc] >= 2)
195                 Reductions[NonPV][imp][d][mc]++;
196           }
197
198   for (int d = 0; d < 16; ++d)
199   {
200       FutilityMoveCounts[0][d] = int(2.4 + 0.773 * pow(d + 0.00, 1.8));
201       FutilityMoveCounts[1][d] = int(2.9 + 1.045 * pow(d + 0.49, 1.8));
202   }
203 }
204
205
206 /// Search::clear() resets search state to zero, to obtain reproducible results
207
208 void Search::clear() {
209
210   TT.clear();
211
212   for (Thread* th : Threads)
213   {
214       th->history.clear();
215       th->counterMoves.clear();
216       th->fromTo.clear();
217       th->counterMoveHistory.clear();
218       th->resetCalls = true;
219   }
220
221   Threads.main()->previousScore = VALUE_INFINITE;
222 }
223
224
225 /// Search::perft() is our utility to verify move generation. All the leaf nodes
226 /// up to the given depth are generated and counted, and the sum is returned.
227 template<bool Root>
228 uint64_t Search::perft(Position& pos, Depth depth) {
229
230   StateInfo st;
231   uint64_t cnt, nodes = 0;
232   const bool leaf = (depth == 2 * ONE_PLY);
233
234   for (const auto& m : MoveList<LEGAL>(pos))
235   {
236       if (Root && depth <= ONE_PLY)
237           cnt = 1, nodes++;
238       else
239       {
240           pos.do_move(m, st);
241           cnt = leaf ? MoveList<LEGAL>(pos).size() : perft<false>(pos, depth - ONE_PLY);
242           nodes += cnt;
243           pos.undo_move(m);
244       }
245       if (Root)
246           sync_cout << UCI::move(m, pos.is_chess960()) << ": " << cnt << sync_endl;
247   }
248   return nodes;
249 }
250
251 template uint64_t Search::perft<true>(Position&, Depth);
252
253
254 /// MainThread::search() is called by the main thread when the program receives
255 /// the UCI 'go' command. It searches from the root position and outputs the "bestmove".
256
257 void MainThread::search() {
258
259   Color us = rootPos.side_to_move();
260   Time.init(Limits, us, rootPos.game_ply());
261
262   int contempt = Options["Contempt"] * PawnValueEg / 100; // From centipawns
263   DrawValue[ us] = VALUE_DRAW - Value(contempt);
264   DrawValue[~us] = VALUE_DRAW + Value(contempt);
265
266   if (rootMoves.empty())
267   {
268       rootMoves.push_back(RootMove(MOVE_NONE));
269       sync_cout << "info depth 0 score "
270                 << UCI::value(rootPos.checkers() ? -VALUE_MATE : VALUE_DRAW)
271                 << sync_endl;
272   }
273   else
274   {
275       for (Thread* th : Threads)
276           if (th != this)
277               th->start_searching();
278
279       Thread::search(); // Let's start searching!
280   }
281
282   // When playing in 'nodes as time' mode, subtract the searched nodes from
283   // the available ones before exiting.
284   if (Limits.npmsec)
285       Time.availableNodes += Limits.inc[us] - Threads.nodes_searched();
286
287   // When we reach the maximum depth, we can arrive here without a raise of
288   // Signals.stop. However, if we are pondering or in an infinite search,
289   // the UCI protocol states that we shouldn't print the best move before the
290   // GUI sends a "stop" or "ponderhit" command. We therefore simply wait here
291   // until the GUI sends one of those commands (which also raises Signals.stop).
292   if (!Signals.stop && (Limits.ponder || Limits.infinite))
293   {
294       Signals.stopOnPonderhit = true;
295       wait(Signals.stop);
296   }
297
298   // Stop the threads if not already stopped
299   Signals.stop = true;
300
301   // Wait until all threads have finished
302   for (Thread* th : Threads)
303       if (th != this)
304           th->wait_for_search_finished();
305
306   // Check if there are threads with a better score than main thread
307   Thread* bestThread = this;
308   if (   !this->easyMovePlayed
309       &&  Options["MultiPV"] == 1
310       && !Limits.depth
311       && !Skill(Options["Skill Level"]).enabled()
312       &&  rootMoves[0].pv[0] != MOVE_NONE)
313   {
314       for (Thread* th : Threads)
315           if (   th->completedDepth > bestThread->completedDepth
316               && th->rootMoves[0].score > bestThread->rootMoves[0].score)
317               bestThread = th;
318   }
319
320   previousScore = bestThread->rootMoves[0].score;
321
322   // Send new PV when needed
323   if (bestThread != this)
324       sync_cout << UCI::pv(bestThread->rootPos, bestThread->completedDepth, -VALUE_INFINITE, VALUE_INFINITE) << sync_endl;
325
326   sync_cout << "bestmove " << UCI::move(bestThread->rootMoves[0].pv[0], rootPos.is_chess960());
327
328   if (bestThread->rootMoves[0].pv.size() > 1 || bestThread->rootMoves[0].extract_ponder_from_tt(rootPos))
329       std::cout << " ponder " << UCI::move(bestThread->rootMoves[0].pv[1], rootPos.is_chess960());
330
331   std::cout << sync_endl;
332 }
333
334
335 // Thread::search() is the main iterative deepening loop. It calls search()
336 // repeatedly with increasing depth until the allocated thinking time has been
337 // consumed, the user stops the search, or the maximum search depth is reached.
338
339 void Thread::search() {
340
341   Stack stack[MAX_PLY+7], *ss = stack+4; // To allow referencing (ss-4) and (ss+2)
342   Value bestValue, alpha, beta, delta;
343   Move easyMove = MOVE_NONE;
344   MainThread* mainThread = (this == Threads.main() ? Threads.main() : nullptr);
345
346   std::memset(ss-4, 0, 7 * sizeof(Stack));
347
348   bestValue = delta = alpha = -VALUE_INFINITE;
349   beta = VALUE_INFINITE;
350   completedDepth = DEPTH_ZERO;
351
352   if (mainThread)
353   {
354       easyMove = EasyMove.get(rootPos.key());
355       EasyMove.clear();
356       mainThread->easyMovePlayed = mainThread->failedLow = false;
357       mainThread->bestMoveChanges = 0;
358       TT.new_search();
359   }
360
361   size_t multiPV = Options["MultiPV"];
362   Skill skill(Options["Skill Level"]);
363
364   // When playing with strength handicap enable MultiPV search that we will
365   // use behind the scenes to retrieve a set of possible moves.
366   if (skill.enabled())
367       multiPV = std::max(multiPV, (size_t)4);
368
369   multiPV = std::min(multiPV, rootMoves.size());
370
371   // Iterative deepening loop until requested to stop or the target depth is reached
372   while (   (rootDepth += ONE_PLY) < DEPTH_MAX
373          && !Signals.stop
374          && (!Limits.depth || Threads.main()->rootDepth / ONE_PLY <= Limits.depth))
375   {
376       // Set up the new depths for the helper threads skipping on average every
377       // 2nd ply (using a half-density matrix).
378       if (!mainThread)
379       {
380           const Row& row = HalfDensity[(idx - 1) % HalfDensitySize];
381           if (row[(rootDepth / ONE_PLY + rootPos.game_ply()) % row.size()])
382              continue;
383       }
384
385       // Age out PV variability metric
386       if (mainThread)
387           mainThread->bestMoveChanges *= 0.505, mainThread->failedLow = false;
388
389       // Save the last iteration's scores before first PV line is searched and
390       // all the move scores except the (new) PV are set to -VALUE_INFINITE.
391       for (RootMove& rm : rootMoves)
392           rm.previousScore = rm.score;
393
394       // MultiPV loop. We perform a full root search for each PV line
395       for (PVIdx = 0; PVIdx < multiPV && !Signals.stop; ++PVIdx)
396       {
397           // Reset aspiration window starting size
398           if (rootDepth >= 5 * ONE_PLY)
399           {
400               delta = Value(18);
401               alpha = std::max(rootMoves[PVIdx].previousScore - delta,-VALUE_INFINITE);
402               beta  = std::min(rootMoves[PVIdx].previousScore + delta, VALUE_INFINITE);
403           }
404
405           // Start with a small aspiration window and, in the case of a fail
406           // high/low, re-search with a bigger window until we're not failing
407           // high/low anymore.
408           while (true)
409           {
410               bestValue = ::search<PV>(rootPos, ss, alpha, beta, rootDepth, false);
411
412               // Bring the best move to the front. It is critical that sorting
413               // is done with a stable algorithm because all the values but the
414               // first and eventually the new best one are set to -VALUE_INFINITE
415               // and we want to keep the same order for all the moves except the
416               // new PV that goes to the front. Note that in case of MultiPV
417               // search the already searched PV lines are preserved.
418               std::stable_sort(rootMoves.begin() + PVIdx, rootMoves.end());
419
420               // If search has been stopped, break immediately. Sorting and
421               // writing PV back to TT is safe because RootMoves is still
422               // valid, although it refers to the previous iteration.
423               if (Signals.stop)
424                   break;
425
426               // When failing high/low give some update (without cluttering
427               // the UI) before a re-search.
428               if (   mainThread
429                   && multiPV == 1
430                   && (bestValue <= alpha || bestValue >= beta)
431                   && Time.elapsed() > 3000)
432                   sync_cout << UCI::pv(rootPos, rootDepth, alpha, beta) << sync_endl;
433
434               // In case of failing low/high increase aspiration window and
435               // re-search, otherwise exit the loop.
436               if (bestValue <= alpha)
437               {
438                   beta = (alpha + beta) / 2;
439                   alpha = std::max(bestValue - delta, -VALUE_INFINITE);
440
441                   if (mainThread)
442                   {
443                       mainThread->failedLow = true;
444                       Signals.stopOnPonderhit = false;
445                   }
446               }
447               else if (bestValue >= beta)
448               {
449                   alpha = (alpha + beta) / 2;
450                   beta = std::min(bestValue + delta, VALUE_INFINITE);
451               }
452               else
453                   break;
454
455               delta += delta / 4 + 5;
456
457               assert(alpha >= -VALUE_INFINITE && beta <= VALUE_INFINITE);
458           }
459
460           // Sort the PV lines searched so far and update the GUI
461           std::stable_sort(rootMoves.begin(), rootMoves.begin() + PVIdx + 1);
462
463           if (!mainThread)
464               continue;
465
466           if (Signals.stop || PVIdx + 1 == multiPV || Time.elapsed() > 3000)
467               sync_cout << UCI::pv(rootPos, rootDepth, alpha, beta) << sync_endl;
468       }
469
470       if (!Signals.stop)
471           completedDepth = rootDepth;
472
473       if (!mainThread)
474           continue;
475
476       // If skill level is enabled and time is up, pick a sub-optimal best move
477       if (skill.enabled() && skill.time_to_pick(rootDepth))
478           skill.pick_best(multiPV);
479
480       // Have we found a "mate in x"?
481       if (   Limits.mate
482           && bestValue >= VALUE_MATE_IN_MAX_PLY
483           && VALUE_MATE - bestValue <= 2 * Limits.mate)
484           Signals.stop = true;
485
486       // Do we have time for the next iteration? Can we stop searching now?
487       if (Limits.use_time_management())
488       {
489           if (!Signals.stop && !Signals.stopOnPonderhit)
490           {
491               // Stop the search if only one legal move is available, or if all
492               // of the available time has been used, or if we matched an easyMove
493               // from the previous search and just did a fast verification.
494               const int F[] = { mainThread->failedLow,
495                                 bestValue - mainThread->previousScore };
496
497               int improvingFactor = std::max(229, std::min(715, 357 + 119 * F[0] - 6 * F[1]));
498               double unstablePvFactor = 1 + mainThread->bestMoveChanges;
499
500               bool doEasyMove =   rootMoves[0].pv[0] == easyMove
501                                && mainThread->bestMoveChanges < 0.03
502                                && Time.elapsed() > Time.optimum() * 5 / 42;
503
504               if (   rootMoves.size() == 1
505                   || Time.elapsed() > Time.optimum() * unstablePvFactor * improvingFactor / 628
506                   || (mainThread->easyMovePlayed = doEasyMove, doEasyMove))
507               {
508                   // If we are allowed to ponder do not stop the search now but
509                   // keep pondering until the GUI sends "ponderhit" or "stop".
510                   if (Limits.ponder)
511                       Signals.stopOnPonderhit = true;
512                   else
513                       Signals.stop = true;
514               }
515           }
516
517           if (rootMoves[0].pv.size() >= 3)
518               EasyMove.update(rootPos, rootMoves[0].pv);
519           else
520               EasyMove.clear();
521       }
522   }
523
524   if (!mainThread)
525       return;
526
527   // Clear any candidate easy move that wasn't stable for the last search
528   // iterations; the second condition prevents consecutive fast moves.
529   if (EasyMove.stableCnt < 6 || mainThread->easyMovePlayed)
530       EasyMove.clear();
531
532   // If skill level is enabled, swap best PV line with the sub-optimal one
533   if (skill.enabled())
534       std::swap(rootMoves[0], *std::find(rootMoves.begin(),
535                 rootMoves.end(), skill.best_move(multiPV)));
536 }
537
538
539 namespace {
540
541   // search<>() is the main search function for both PV and non-PV nodes
542
543   template <NodeType NT>
544   Value search(Position& pos, Stack* ss, Value alpha, Value beta, Depth depth, bool cutNode) {
545
546     const bool PvNode = NT == PV;
547     const bool rootNode = PvNode && (ss-1)->ply == 0;
548
549     assert(-VALUE_INFINITE <= alpha && alpha < beta && beta <= VALUE_INFINITE);
550     assert(PvNode || (alpha == beta - 1));
551     assert(DEPTH_ZERO < depth && depth < DEPTH_MAX);
552     assert(!(PvNode && cutNode));
553     assert(depth / ONE_PLY * ONE_PLY == depth);
554
555     Move pv[MAX_PLY+1], quietsSearched[64];
556     StateInfo st;
557     TTEntry* tte;
558     Key posKey;
559     Move ttMove, move, excludedMove, bestMove;
560     Depth extension, newDepth;
561     Value bestValue, value, ttValue, eval, nullValue;
562     bool ttHit, inCheck, givesCheck, singularExtensionNode, improving;
563     bool captureOrPromotion, doFullDepthSearch, moveCountPruning;
564     Piece moved_piece;
565     int moveCount, quietCount;
566
567     // Step 1. Initialize node
568     Thread* thisThread = pos.this_thread();
569     inCheck = pos.checkers();
570     moveCount = quietCount =  ss->moveCount = 0;
571     ss->history = VALUE_ZERO;
572     bestValue = -VALUE_INFINITE;
573     ss->ply = (ss-1)->ply + 1;
574
575     // Check for the available remaining time
576     if (thisThread->resetCalls.load(std::memory_order_relaxed))
577     {
578         thisThread->resetCalls = false;
579         // At low node count increase the checking rate to about 0.1% of nodes
580         // otherwise use a default value.
581         thisThread->callsCnt = Limits.nodes ? std::min((int64_t)4096, Limits.nodes / 1024)
582                                             : 4096;
583     }
584
585     if (--thisThread->callsCnt <= 0)
586     {
587         for (Thread* th : Threads)
588             th->resetCalls = true;
589
590         check_time();
591     }
592
593     // Used to send selDepth info to GUI
594     if (PvNode && thisThread->maxPly < ss->ply)
595         thisThread->maxPly = ss->ply;
596
597     if (!rootNode)
598     {
599         // Step 2. Check for aborted search and immediate draw
600         if (Signals.stop.load(std::memory_order_relaxed) || pos.is_draw() || ss->ply >= MAX_PLY)
601             return ss->ply >= MAX_PLY && !inCheck ? evaluate(pos)
602                                                   : DrawValue[pos.side_to_move()];
603
604         // Step 3. Mate distance pruning. Even if we mate at the next move our score
605         // would be at best mate_in(ss->ply+1), but if alpha is already bigger because
606         // a shorter mate was found upward in the tree then there is no need to search
607         // because we will never beat the current alpha. Same logic but with reversed
608         // signs applies also in the opposite condition of being mated instead of giving
609         // mate. In this case return a fail-high score.
610         alpha = std::max(mated_in(ss->ply), alpha);
611         beta = std::min(mate_in(ss->ply+1), beta);
612         if (alpha >= beta)
613             return alpha;
614     }
615
616     assert(0 <= ss->ply && ss->ply < MAX_PLY);
617
618     ss->currentMove = (ss+1)->excludedMove = bestMove = MOVE_NONE;
619     ss->counterMoves = nullptr;
620     (ss+1)->skipEarlyPruning = false;
621     (ss+2)->killers[0] = (ss+2)->killers[1] = MOVE_NONE;
622     Square prevSq = to_sq((ss-1)->currentMove);
623
624     // Step 4. Transposition table lookup. We don't want the score of a partial
625     // search to overwrite a previous full search TT value, so we use a different
626     // position key in case of an excluded move.
627     excludedMove = ss->excludedMove;
628     posKey = pos.key() ^ Key(excludedMove);
629     tte = TT.probe(posKey, ttHit);
630     ttValue = ttHit ? value_from_tt(tte->value(), ss->ply) : VALUE_NONE;
631     ttMove =  rootNode ? thisThread->rootMoves[thisThread->PVIdx].pv[0]
632             : ttHit    ? tte->move() : MOVE_NONE;
633
634     // At non-PV nodes we check for an early TT cutoff
635     if (  !PvNode
636         && ttHit
637         && tte->depth() >= depth
638         && ttValue != VALUE_NONE // Possible in case of TT access race
639         && (ttValue >= beta ? (tte->bound() & BOUND_LOWER)
640                             : (tte->bound() & BOUND_UPPER)))
641     {
642         // If ttMove is quiet, update killers, history, counter move on TT hit
643         if (ttValue >= beta && ttMove)
644         {
645             if (!pos.capture_or_promotion(ttMove))
646                 update_stats(pos, ss, ttMove, nullptr, 0, bonus(depth));
647
648             // Extra penalty for a quiet TT move in previous ply when it gets refuted
649             if ((ss-1)->moveCount == 1 && !pos.captured_piece())
650                 update_cm_stats(ss-1, pos.piece_on(prevSq), prevSq, penalty(depth));
651         }
652         return ttValue;
653     }
654
655     // Step 4a. Tablebase probe
656     if (!rootNode && TB::Cardinality)
657     {
658         int piecesCnt = pos.count<ALL_PIECES>(WHITE) + pos.count<ALL_PIECES>(BLACK);
659
660         if (    piecesCnt <= TB::Cardinality
661             && (piecesCnt <  TB::Cardinality || depth >= TB::ProbeDepth)
662             &&  pos.rule50_count() == 0
663             && !pos.can_castle(ANY_CASTLING))
664         {
665             TB::ProbeState err;
666             TB::WDLScore v = Tablebases::probe_wdl(pos, &err);
667
668             if (err != TB::ProbeState::FAIL)
669             {
670                 thisThread->tbHits++;
671
672                 int drawScore = TB::UseRule50 ? 1 : 0;
673
674                 value =  v < -drawScore ? -VALUE_MATE + MAX_PLY + ss->ply
675                        : v >  drawScore ?  VALUE_MATE - MAX_PLY - ss->ply
676                                         :  VALUE_DRAW + 2 * v * drawScore;
677
678                 tte->save(posKey, value_to_tt(value, ss->ply), BOUND_EXACT,
679                           std::min(DEPTH_MAX - ONE_PLY, depth + 6 * ONE_PLY),
680                           MOVE_NONE, VALUE_NONE, TT.generation());
681
682                 return value;
683             }
684         }
685     }
686
687     // Step 5. Evaluate the position statically
688     if (inCheck)
689     {
690         ss->staticEval = eval = VALUE_NONE;
691         goto moves_loop;
692     }
693
694     else if (ttHit)
695     {
696         // Never assume anything on values stored in TT
697         if ((ss->staticEval = eval = tte->eval()) == VALUE_NONE)
698             eval = ss->staticEval = evaluate(pos);
699
700         // Can ttValue be used as a better position evaluation?
701         if (ttValue != VALUE_NONE)
702             if (tte->bound() & (ttValue > eval ? BOUND_LOWER : BOUND_UPPER))
703                 eval = ttValue;
704     }
705     else
706     {
707         eval = ss->staticEval =
708         (ss-1)->currentMove != MOVE_NULL ? evaluate(pos)
709                                          : -(ss-1)->staticEval + 2 * Eval::Tempo;
710
711         tte->save(posKey, VALUE_NONE, BOUND_NONE, DEPTH_NONE, MOVE_NONE,
712                   ss->staticEval, TT.generation());
713     }
714
715     if (ss->skipEarlyPruning)
716         goto moves_loop;
717
718     // Step 6. Razoring (skipped when in check)
719     if (   !PvNode
720         &&  depth < 4 * ONE_PLY
721         &&  ttMove == MOVE_NONE
722         &&  eval + razor_margin[depth / ONE_PLY] <= alpha)
723     {
724         if (depth <= ONE_PLY)
725             return qsearch<NonPV, false>(pos, ss, alpha, beta, DEPTH_ZERO);
726
727         Value ralpha = alpha - razor_margin[depth / ONE_PLY];
728         Value v = qsearch<NonPV, false>(pos, ss, ralpha, ralpha+1, DEPTH_ZERO);
729         if (v <= ralpha)
730             return v;
731     }
732
733     // Step 7. Futility pruning: child node (skipped when in check)
734     if (   !rootNode
735         &&  depth < 7 * ONE_PLY
736         &&  eval - futility_margin(depth) >= beta
737         &&  eval < VALUE_KNOWN_WIN  // Do not return unproven wins
738         &&  pos.non_pawn_material(pos.side_to_move()))
739         return eval;
740
741     // Step 8. Null move search with verification search (is omitted in PV nodes)
742     if (   !PvNode
743         &&  eval >= beta
744         && (ss->staticEval >= beta - 35 * (depth / ONE_PLY - 6) || depth >= 13 * ONE_PLY)
745         &&  pos.non_pawn_material(pos.side_to_move()))
746     {
747         ss->currentMove = MOVE_NULL;
748         ss->counterMoves = nullptr;
749
750         assert(eval - beta >= 0);
751
752         // Null move dynamic reduction based on depth and value
753         Depth R = ((823 + 67 * depth / ONE_PLY) / 256 + std::min((eval - beta) / PawnValueMg, 3)) * ONE_PLY;
754
755         pos.do_null_move(st);
756         (ss+1)->skipEarlyPruning = true;
757         nullValue = depth-R < ONE_PLY ? -qsearch<NonPV, false>(pos, ss+1, -beta, -beta+1, DEPTH_ZERO)
758                                       : - search<NonPV>(pos, ss+1, -beta, -beta+1, depth-R, !cutNode);
759         (ss+1)->skipEarlyPruning = false;
760         pos.undo_null_move();
761
762         if (nullValue >= beta)
763         {
764             // Do not return unproven mate scores
765             if (nullValue >= VALUE_MATE_IN_MAX_PLY)
766                 nullValue = beta;
767
768             if (depth < 12 * ONE_PLY && abs(beta) < VALUE_KNOWN_WIN)
769                 return nullValue;
770
771             // Do verification search at high depths
772             ss->skipEarlyPruning = true;
773             Value v = depth-R < ONE_PLY ? qsearch<NonPV, false>(pos, ss, beta-1, beta, DEPTH_ZERO)
774                                         :  search<NonPV>(pos, ss, beta-1, beta, depth-R, false);
775             ss->skipEarlyPruning = false;
776
777             if (v >= beta)
778                 return nullValue;
779         }
780     }
781
782     // Step 9. ProbCut (skipped when in check)
783     // If we have a good enough capture and a reduced search returns a value
784     // much above beta, we can (almost) safely prune the previous move.
785     if (   !PvNode
786         &&  depth >= 5 * ONE_PLY
787         &&  abs(beta) < VALUE_MATE_IN_MAX_PLY)
788     {
789         Value rbeta = std::min(beta + 200, VALUE_INFINITE);
790         Depth rdepth = depth - 4 * ONE_PLY;
791
792         assert(rdepth >= ONE_PLY);
793         assert((ss-1)->currentMove != MOVE_NONE);
794         assert((ss-1)->currentMove != MOVE_NULL);
795
796         MovePicker mp(pos, ttMove, rbeta - ss->staticEval);
797
798         while ((move = mp.next_move()) != MOVE_NONE)
799             if (pos.legal(move))
800             {
801                 ss->currentMove = move;
802                 ss->counterMoves = &thisThread->counterMoveHistory[pos.moved_piece(move)][to_sq(move)];
803                 pos.do_move(move, st);
804                 value = -search<NonPV>(pos, ss+1, -rbeta, -rbeta+1, rdepth, !cutNode);
805                 pos.undo_move(move);
806                 if (value >= rbeta)
807                     return value;
808             }
809     }
810
811     // Step 10. Internal iterative deepening (skipped when in check)
812     if (    depth >= 6 * ONE_PLY
813         && !ttMove
814         && (PvNode || ss->staticEval + 256 >= beta))
815     {
816         Depth d = (3 * depth / (4 * ONE_PLY) - 2) * ONE_PLY;
817         ss->skipEarlyPruning = true;
818         search<NT>(pos, ss, alpha, beta, d, cutNode);
819         ss->skipEarlyPruning = false;
820
821         tte = TT.probe(posKey, ttHit);
822         ttMove = ttHit ? tte->move() : MOVE_NONE;
823     }
824
825 moves_loop: // When in check search starts from here
826
827     const CounterMoveStats* cmh  = (ss-1)->counterMoves;
828     const CounterMoveStats* fmh  = (ss-2)->counterMoves;
829     const CounterMoveStats* fmh2 = (ss-4)->counterMoves;
830
831     MovePicker mp(pos, ttMove, depth, ss);
832     value = bestValue; // Workaround a bogus 'uninitialized' warning under gcc
833     improving =   ss->staticEval >= (ss-2)->staticEval
834             /* || ss->staticEval == VALUE_NONE Already implicit in the previous condition */
835                ||(ss-2)->staticEval == VALUE_NONE;
836
837     singularExtensionNode =   !rootNode
838                            &&  depth >= 8 * ONE_PLY
839                            &&  ttMove != MOVE_NONE
840                            &&  ttValue != VALUE_NONE
841                            && !excludedMove // Recursive singular search is not allowed
842                            && (tte->bound() & BOUND_LOWER)
843                            &&  tte->depth() >= depth - 3 * ONE_PLY;
844
845     // Step 11. Loop through moves
846     // Loop through all pseudo-legal moves until no moves remain or a beta cutoff occurs
847     while ((move = mp.next_move()) != MOVE_NONE)
848     {
849       assert(is_ok(move));
850
851       if (move == excludedMove)
852           continue;
853
854       // At root obey the "searchmoves" option and skip moves not listed in Root
855       // Move List. As a consequence any illegal move is also skipped. In MultiPV
856       // mode we also skip PV moves which have been already searched.
857       if (rootNode && !std::count(thisThread->rootMoves.begin() + thisThread->PVIdx,
858                                   thisThread->rootMoves.end(), move))
859           continue;
860
861       ss->moveCount = ++moveCount;
862
863       if (rootNode && thisThread == Threads.main() && Time.elapsed() > 3000)
864           sync_cout << "info depth " << depth / ONE_PLY
865                     << " currmove " << UCI::move(move, pos.is_chess960())
866                     << " currmovenumber " << moveCount + thisThread->PVIdx << sync_endl;
867
868       if (PvNode)
869           (ss+1)->pv = nullptr;
870
871       extension = DEPTH_ZERO;
872       captureOrPromotion = pos.capture_or_promotion(move);
873       moved_piece = pos.moved_piece(move);
874
875       givesCheck =  type_of(move) == NORMAL && !pos.discovered_check_candidates()
876                   ? pos.check_squares(type_of(pos.piece_on(from_sq(move)))) & to_sq(move)
877                   : pos.gives_check(move);
878
879       moveCountPruning =   depth < 16 * ONE_PLY
880                         && moveCount >= FutilityMoveCounts[improving][depth / ONE_PLY];
881
882       // Step 12. Extend checks
883       if (    givesCheck
884           && !moveCountPruning
885           &&  pos.see_ge(move, VALUE_ZERO))
886           extension = ONE_PLY;
887
888       // Singular extension search. If all moves but one fail low on a search of
889       // (alpha-s, beta-s), and just one fails high on (alpha, beta), then that move
890       // is singular and should be extended. To verify this we do a reduced search
891       // on all the other moves but the ttMove and if the result is lower than
892       // ttValue minus a margin then we extend the ttMove.
893       if (    singularExtensionNode
894           &&  move == ttMove
895           && !extension
896           &&  pos.legal(move))
897       {
898           Value rBeta = std::max(ttValue - 2 * depth / ONE_PLY, -VALUE_MATE);
899           Depth d = (depth / (2 * ONE_PLY)) * ONE_PLY;
900           ss->excludedMove = move;
901           ss->skipEarlyPruning = true;
902           value = search<NonPV>(pos, ss, rBeta - 1, rBeta, d, cutNode);
903           ss->skipEarlyPruning = false;
904           ss->excludedMove = MOVE_NONE;
905
906           if (value < rBeta)
907               extension = ONE_PLY;
908       }
909
910       // Update the current move (this must be done after singular extension search)
911       newDepth = depth - ONE_PLY + extension;
912
913       // Step 13. Pruning at shallow depth
914       if (  !rootNode
915           && bestValue > VALUE_MATED_IN_MAX_PLY)
916       {
917           if (   !captureOrPromotion
918               && !givesCheck
919               && !pos.advanced_pawn_push(move))
920           {
921               // Move count based pruning
922               if (moveCountPruning)
923                   continue;
924
925               // Reduced depth of the next LMR search
926               int lmrDepth = std::max(newDepth - reduction<PvNode>(improving, depth, moveCount), DEPTH_ZERO) / ONE_PLY;
927
928               // Countermoves based pruning
929               if (   lmrDepth < 3
930                   && (!cmh  || (*cmh )[moved_piece][to_sq(move)] < VALUE_ZERO)
931                   && (!fmh  || (*fmh )[moved_piece][to_sq(move)] < VALUE_ZERO)
932                   && (!fmh2 || (*fmh2)[moved_piece][to_sq(move)] < VALUE_ZERO || (cmh && fmh)))
933                   continue;
934
935               // Futility pruning: parent node
936               if (   lmrDepth < 7
937                   && !inCheck
938                   && ss->staticEval + 256 + 200 * lmrDepth <= alpha)
939                   continue;
940
941               // Prune moves with negative SEE
942               if (   lmrDepth < 8
943                   && !pos.see_ge(move, Value(-35 * lmrDepth * lmrDepth)))
944                   continue;
945           }
946           else if (depth < 7 * ONE_PLY && !extension)
947           {
948               Value v = -Value(399 + 35 * depth / ONE_PLY * depth / ONE_PLY);
949
950               if (PvNode)
951                   v += beta - alpha - 1;
952
953               if (!pos.see_ge(move, v))
954                   continue;
955           }
956       }
957
958       // Speculative prefetch as early as possible
959       prefetch(TT.first_entry(pos.key_after(move)));
960
961       // Check for legality just before making the move
962       if (!rootNode && !pos.legal(move))
963       {
964           ss->moveCount = --moveCount;
965           continue;
966       }
967
968       ss->currentMove = move;
969       ss->counterMoves = &thisThread->counterMoveHistory[moved_piece][to_sq(move)];
970
971       // Step 14. Make the move
972       pos.do_move(move, st, givesCheck);
973
974       // Step 15. Reduced depth search (LMR). If the move fails high it will be
975       // re-searched at full depth.
976       if (    depth >= 3 * ONE_PLY
977           &&  moveCount > 1
978           && (!captureOrPromotion || moveCountPruning))
979       {
980           Depth r = reduction<PvNode>(improving, depth, moveCount);
981
982           if (captureOrPromotion)
983               r -= r ? ONE_PLY : DEPTH_ZERO;
984           else
985           {
986               // Increase reduction for cut nodes
987               if (cutNode)
988                   r += 2 * ONE_PLY;
989
990               // Decrease reduction for moves that escape a capture. Filter out
991               // castling moves, because they are coded as "king captures rook" and
992               // hence break make_move().
993               else if (   type_of(move) == NORMAL
994                        && !pos.see_ge(make_move(to_sq(move), from_sq(move)),  VALUE_ZERO))
995                   r -= 2 * ONE_PLY;
996
997               ss->history = thisThread->history[moved_piece][to_sq(move)]
998                            +    (cmh  ? (*cmh )[moved_piece][to_sq(move)] : VALUE_ZERO)
999                            +    (fmh  ? (*fmh )[moved_piece][to_sq(move)] : VALUE_ZERO)
1000                            +    (fmh2 ? (*fmh2)[moved_piece][to_sq(move)] : VALUE_ZERO)
1001                            +    thisThread->fromTo.get(~pos.side_to_move(), move)
1002                            -    8000; // Correction factor
1003
1004               // Decrease/increase reduction by comparing opponent's stat score
1005               if (ss->history > VALUE_ZERO && (ss-1)->history < VALUE_ZERO)
1006                   r -= ONE_PLY;
1007
1008               else if (ss->history < VALUE_ZERO && (ss-1)->history > VALUE_ZERO)
1009                   r += ONE_PLY;
1010
1011               // Decrease/increase reduction for moves with a good/bad history
1012               r = std::max(DEPTH_ZERO, (r / ONE_PLY - ss->history / 20000) * ONE_PLY);
1013           }
1014
1015           Depth d = std::max(newDepth - r, ONE_PLY);
1016
1017           value = -search<NonPV>(pos, ss+1, -(alpha+1), -alpha, d, true);
1018
1019           doFullDepthSearch = (value > alpha && d != newDepth);
1020       }
1021       else
1022           doFullDepthSearch = !PvNode || moveCount > 1;
1023
1024       // Step 16. Full depth search when LMR is skipped or fails high
1025       if (doFullDepthSearch)
1026           value = newDepth <   ONE_PLY ?
1027                             givesCheck ? -qsearch<NonPV,  true>(pos, ss+1, -(alpha+1), -alpha, DEPTH_ZERO)
1028                                        : -qsearch<NonPV, false>(pos, ss+1, -(alpha+1), -alpha, DEPTH_ZERO)
1029                                        : - search<NonPV>(pos, ss+1, -(alpha+1), -alpha, newDepth, !cutNode);
1030
1031       // For PV nodes only, do a full PV search on the first move or after a fail
1032       // high (in the latter case search only if value < beta), otherwise let the
1033       // parent node fail low with value <= alpha and try another move.
1034       if (PvNode && (moveCount == 1 || (value > alpha && (rootNode || value < beta))))
1035       {
1036           (ss+1)->pv = pv;
1037           (ss+1)->pv[0] = MOVE_NONE;
1038
1039           value = newDepth <   ONE_PLY ?
1040                             givesCheck ? -qsearch<PV,  true>(pos, ss+1, -beta, -alpha, DEPTH_ZERO)
1041                                        : -qsearch<PV, false>(pos, ss+1, -beta, -alpha, DEPTH_ZERO)
1042                                        : - search<PV>(pos, ss+1, -beta, -alpha, newDepth, false);
1043       }
1044
1045       // Step 17. Undo move
1046       pos.undo_move(move);
1047
1048       assert(value > -VALUE_INFINITE && value < VALUE_INFINITE);
1049
1050       // Step 18. Check for a new best move
1051       // Finished searching the move. If a stop occurred, the return value of
1052       // the search cannot be trusted, and we return immediately without
1053       // updating best move, PV and TT.
1054       if (Signals.stop.load(std::memory_order_relaxed))
1055           return VALUE_ZERO;
1056
1057       if (rootNode)
1058       {
1059           RootMove& rm = *std::find(thisThread->rootMoves.begin(),
1060                                     thisThread->rootMoves.end(), move);
1061
1062           // PV move or new best move ?
1063           if (moveCount == 1 || value > alpha)
1064           {
1065               rm.score = value;
1066               rm.pv.resize(1);
1067
1068               assert((ss+1)->pv);
1069
1070               for (Move* m = (ss+1)->pv; *m != MOVE_NONE; ++m)
1071                   rm.pv.push_back(*m);
1072
1073               // We record how often the best move has been changed in each
1074               // iteration. This information is used for time management: When
1075               // the best move changes frequently, we allocate some more time.
1076               if (moveCount > 1 && thisThread == Threads.main())
1077                   ++static_cast<MainThread*>(thisThread)->bestMoveChanges;
1078           }
1079           else
1080               // All other moves but the PV are set to the lowest value: this is
1081               // not a problem when sorting because the sort is stable and the
1082               // move position in the list is preserved - just the PV is pushed up.
1083               rm.score = -VALUE_INFINITE;
1084       }
1085
1086       if (value > bestValue)
1087       {
1088           bestValue = value;
1089
1090           if (value > alpha)
1091           {
1092               // If there is an easy move for this position, clear it if unstable
1093               if (    PvNode
1094                   &&  thisThread == Threads.main()
1095                   &&  EasyMove.get(pos.key())
1096                   && (move != EasyMove.get(pos.key()) || moveCount > 1))
1097                   EasyMove.clear();
1098
1099               bestMove = move;
1100
1101               if (PvNode && !rootNode) // Update pv even in fail-high case
1102                   update_pv(ss->pv, move, (ss+1)->pv);
1103
1104               if (PvNode && value < beta) // Update alpha! Always alpha < beta
1105                   alpha = value;
1106               else
1107               {
1108                   assert(value >= beta); // Fail high
1109                   break;
1110               }
1111           }
1112       }
1113
1114       if (!captureOrPromotion && move != bestMove && quietCount < 64)
1115           quietsSearched[quietCount++] = move;
1116     }
1117
1118     // The following condition would detect a stop only after move loop has been
1119     // completed. But in this case bestValue is valid because we have fully
1120     // searched our subtree, and we can anyhow save the result in TT.
1121     /*
1122        if (Signals.stop)
1123         return VALUE_DRAW;
1124     */
1125
1126     // Step 20. Check for mate and stalemate
1127     // All legal moves have been searched and if there are no legal moves, it
1128     // must be a mate or a stalemate. If we are in a singular extension search then
1129     // return a fail low score.
1130
1131     assert(moveCount || !inCheck || excludedMove || !MoveList<LEGAL>(pos).size());
1132
1133     if (!moveCount)
1134         bestValue = excludedMove ? alpha
1135                    :     inCheck ? mated_in(ss->ply) : DrawValue[pos.side_to_move()];
1136     else if (bestMove)
1137     {
1138
1139         // Quiet best move: update killers, history and countermoves
1140         if (!pos.capture_or_promotion(bestMove))
1141             update_stats(pos, ss, bestMove, quietsSearched, quietCount, bonus(depth));
1142
1143         // Extra penalty for a quiet TT move in previous ply when it gets refuted
1144         if ((ss-1)->moveCount == 1 && !pos.captured_piece())
1145             update_cm_stats(ss-1, pos.piece_on(prevSq), prevSq, penalty(depth));
1146     }
1147     // Bonus for prior countermove that caused the fail low
1148     else if (    depth >= 3 * ONE_PLY
1149              && !pos.captured_piece()
1150              && is_ok((ss-1)->currentMove))
1151         update_cm_stats(ss-1, pos.piece_on(prevSq), prevSq, bonus(depth));
1152
1153     tte->save(posKey, value_to_tt(bestValue, ss->ply),
1154               bestValue >= beta ? BOUND_LOWER :
1155               PvNode && bestMove ? BOUND_EXACT : BOUND_UPPER,
1156               depth, bestMove, ss->staticEval, TT.generation());
1157
1158     assert(bestValue > -VALUE_INFINITE && bestValue < VALUE_INFINITE);
1159
1160     return bestValue;
1161   }
1162
1163
1164   // qsearch() is the quiescence search function, which is called by the main
1165   // search function when the remaining depth is zero (or, to be more precise,
1166   // less than ONE_PLY).
1167
1168   template <NodeType NT, bool InCheck>
1169   Value qsearch(Position& pos, Stack* ss, Value alpha, Value beta, Depth depth) {
1170
1171     const bool PvNode = NT == PV;
1172
1173     assert(InCheck == !!pos.checkers());
1174     assert(alpha >= -VALUE_INFINITE && alpha < beta && beta <= VALUE_INFINITE);
1175     assert(PvNode || (alpha == beta - 1));
1176     assert(depth <= DEPTH_ZERO);
1177     assert(depth / ONE_PLY * ONE_PLY == depth);
1178
1179     Move pv[MAX_PLY+1];
1180     StateInfo st;
1181     TTEntry* tte;
1182     Key posKey;
1183     Move ttMove, move, bestMove;
1184     Value bestValue, value, ttValue, futilityValue, futilityBase, oldAlpha;
1185     bool ttHit, givesCheck, evasionPrunable;
1186     Depth ttDepth;
1187
1188     if (PvNode)
1189     {
1190         oldAlpha = alpha; // To flag BOUND_EXACT when eval above alpha and no available moves
1191         (ss+1)->pv = pv;
1192         ss->pv[0] = MOVE_NONE;
1193     }
1194
1195     ss->currentMove = bestMove = MOVE_NONE;
1196     ss->ply = (ss-1)->ply + 1;
1197
1198     // Check for an instant draw or if the maximum ply has been reached
1199     if (pos.is_draw() || ss->ply >= MAX_PLY)
1200         return ss->ply >= MAX_PLY && !InCheck ? evaluate(pos)
1201                                               : DrawValue[pos.side_to_move()];
1202
1203     assert(0 <= ss->ply && ss->ply < MAX_PLY);
1204
1205     // Decide whether or not to include checks: this fixes also the type of
1206     // TT entry depth that we are going to use. Note that in qsearch we use
1207     // only two types of depth in TT: DEPTH_QS_CHECKS or DEPTH_QS_NO_CHECKS.
1208     ttDepth = InCheck || depth >= DEPTH_QS_CHECKS ? DEPTH_QS_CHECKS
1209                                                   : DEPTH_QS_NO_CHECKS;
1210
1211     // Transposition table lookup
1212     posKey = pos.key();
1213     tte = TT.probe(posKey, ttHit);
1214     ttMove = ttHit ? tte->move() : MOVE_NONE;
1215     ttValue = ttHit ? value_from_tt(tte->value(), ss->ply) : VALUE_NONE;
1216
1217     if (  !PvNode
1218         && ttHit
1219         && tte->depth() >= ttDepth
1220         && ttValue != VALUE_NONE // Only in case of TT access race
1221         && (ttValue >= beta ? (tte->bound() &  BOUND_LOWER)
1222                             : (tte->bound() &  BOUND_UPPER)))
1223         return ttValue;
1224
1225     // Evaluate the position statically
1226     if (InCheck)
1227     {
1228         ss->staticEval = VALUE_NONE;
1229         bestValue = futilityBase = -VALUE_INFINITE;
1230     }
1231     else
1232     {
1233         if (ttHit)
1234         {
1235             // Never assume anything on values stored in TT
1236             if ((ss->staticEval = bestValue = tte->eval()) == VALUE_NONE)
1237                 ss->staticEval = bestValue = evaluate(pos);
1238
1239             // Can ttValue be used as a better position evaluation?
1240             if (ttValue != VALUE_NONE)
1241                 if (tte->bound() & (ttValue > bestValue ? BOUND_LOWER : BOUND_UPPER))
1242                     bestValue = ttValue;
1243         }
1244         else
1245             ss->staticEval = bestValue =
1246             (ss-1)->currentMove != MOVE_NULL ? evaluate(pos)
1247                                              : -(ss-1)->staticEval + 2 * Eval::Tempo;
1248
1249         // Stand pat. Return immediately if static value is at least beta
1250         if (bestValue >= beta)
1251         {
1252             if (!ttHit)
1253                 tte->save(pos.key(), value_to_tt(bestValue, ss->ply), BOUND_LOWER,
1254                           DEPTH_NONE, MOVE_NONE, ss->staticEval, TT.generation());
1255
1256             return bestValue;
1257         }
1258
1259         if (PvNode && bestValue > alpha)
1260             alpha = bestValue;
1261
1262         futilityBase = bestValue + 128;
1263     }
1264
1265     // Initialize a MovePicker object for the current position, and prepare
1266     // to search the moves. Because the depth is <= 0 here, only captures,
1267     // queen promotions and checks (only if depth >= DEPTH_QS_CHECKS) will
1268     // be generated.
1269     MovePicker mp(pos, ttMove, depth, to_sq((ss-1)->currentMove));
1270
1271     // Loop through the moves until no moves remain or a beta cutoff occurs
1272     while ((move = mp.next_move()) != MOVE_NONE)
1273     {
1274       assert(is_ok(move));
1275
1276       givesCheck =  type_of(move) == NORMAL && !pos.discovered_check_candidates()
1277                   ? pos.check_squares(type_of(pos.piece_on(from_sq(move)))) & to_sq(move)
1278                   : pos.gives_check(move);
1279
1280       // Futility pruning
1281       if (   !InCheck
1282           && !givesCheck
1283           &&  futilityBase > -VALUE_KNOWN_WIN
1284           && !pos.advanced_pawn_push(move))
1285       {
1286           assert(type_of(move) != ENPASSANT); // Due to !pos.advanced_pawn_push
1287
1288           futilityValue = futilityBase + PieceValue[EG][pos.piece_on(to_sq(move))];
1289
1290           if (futilityValue <= alpha)
1291           {
1292               bestValue = std::max(bestValue, futilityValue);
1293               continue;
1294           }
1295
1296           if (futilityBase <= alpha && !pos.see_ge(move, VALUE_ZERO + 1))
1297           {
1298               bestValue = std::max(bestValue, futilityBase);
1299               continue;
1300           }
1301       }
1302
1303       // Detect non-capture evasions that are candidates to be pruned
1304       evasionPrunable =    InCheck
1305                        &&  bestValue > VALUE_MATED_IN_MAX_PLY
1306                        && !pos.capture(move);
1307
1308       // Don't search moves with negative SEE values
1309       if (  (!InCheck || evasionPrunable)
1310           &&  type_of(move) != PROMOTION
1311           &&  !pos.see_ge(move, VALUE_ZERO))
1312           continue;
1313
1314       // Speculative prefetch as early as possible
1315       prefetch(TT.first_entry(pos.key_after(move)));
1316
1317       // Check for legality just before making the move
1318       if (!pos.legal(move))
1319           continue;
1320
1321       ss->currentMove = move;
1322
1323       // Make and search the move
1324       pos.do_move(move, st, givesCheck);
1325       value = givesCheck ? -qsearch<NT,  true>(pos, ss+1, -beta, -alpha, depth - ONE_PLY)
1326                          : -qsearch<NT, false>(pos, ss+1, -beta, -alpha, depth - ONE_PLY);
1327       pos.undo_move(move);
1328
1329       assert(value > -VALUE_INFINITE && value < VALUE_INFINITE);
1330
1331       // Check for a new best move
1332       if (value > bestValue)
1333       {
1334           bestValue = value;
1335
1336           if (value > alpha)
1337           {
1338               if (PvNode) // Update pv even in fail-high case
1339                   update_pv(ss->pv, move, (ss+1)->pv);
1340
1341               if (PvNode && value < beta) // Update alpha here!
1342               {
1343                   alpha = value;
1344                   bestMove = move;
1345               }
1346               else // Fail high
1347               {
1348                   tte->save(posKey, value_to_tt(value, ss->ply), BOUND_LOWER,
1349                             ttDepth, move, ss->staticEval, TT.generation());
1350
1351                   return value;
1352               }
1353           }
1354        }
1355     }
1356
1357     // All legal moves have been searched. A special case: If we're in check
1358     // and no legal moves were found, it is checkmate.
1359     if (InCheck && bestValue == -VALUE_INFINITE)
1360         return mated_in(ss->ply); // Plies to mate from the root
1361
1362     tte->save(posKey, value_to_tt(bestValue, ss->ply),
1363               PvNode && bestValue > oldAlpha ? BOUND_EXACT : BOUND_UPPER,
1364               ttDepth, bestMove, ss->staticEval, TT.generation());
1365
1366     assert(bestValue > -VALUE_INFINITE && bestValue < VALUE_INFINITE);
1367
1368     return bestValue;
1369   }
1370
1371
1372   // value_to_tt() adjusts a mate score from "plies to mate from the root" to
1373   // "plies to mate from the current position". Non-mate scores are unchanged.
1374   // The function is called before storing a value in the transposition table.
1375
1376   Value value_to_tt(Value v, int ply) {
1377
1378     assert(v != VALUE_NONE);
1379
1380     return  v >= VALUE_MATE_IN_MAX_PLY  ? v + ply
1381           : v <= VALUE_MATED_IN_MAX_PLY ? v - ply : v;
1382   }
1383
1384
1385   // value_from_tt() is the inverse of value_to_tt(): It adjusts a mate score
1386   // from the transposition table (which refers to the plies to mate/be mated
1387   // from current position) to "plies to mate/be mated from the root".
1388
1389   Value value_from_tt(Value v, int ply) {
1390
1391     return  v == VALUE_NONE             ? VALUE_NONE
1392           : v >= VALUE_MATE_IN_MAX_PLY  ? v - ply
1393           : v <= VALUE_MATED_IN_MAX_PLY ? v + ply : v;
1394   }
1395
1396
1397   // update_pv() adds current move and appends child pv[]
1398
1399   void update_pv(Move* pv, Move move, Move* childPv) {
1400
1401     for (*pv++ = move; childPv && *childPv != MOVE_NONE; )
1402         *pv++ = *childPv++;
1403     *pv = MOVE_NONE;
1404   }
1405
1406
1407   // update_cm_stats() updates countermove and follow-up move history
1408
1409   void update_cm_stats(Stack* ss, Piece pc, Square s, Value bonus) {
1410
1411     CounterMoveStats* cmh  = (ss-1)->counterMoves;
1412     CounterMoveStats* fmh1 = (ss-2)->counterMoves;
1413     CounterMoveStats* fmh2 = (ss-4)->counterMoves;
1414
1415     if (cmh)
1416         cmh->update(pc, s, bonus);
1417
1418     if (fmh1)
1419         fmh1->update(pc, s, bonus);
1420
1421     if (fmh2)
1422         fmh2->update(pc, s, bonus);
1423   }
1424
1425
1426   // update_stats() updates killers, history, countermove and countermove plus
1427   // follow-up move history when a new quiet best move is found.
1428
1429   void update_stats(const Position& pos, Stack* ss, Move move,
1430                     Move* quiets, int quietsCnt, Value bonus) {
1431
1432     if (ss->killers[0] != move)
1433     {
1434         ss->killers[1] = ss->killers[0];
1435         ss->killers[0] = move;
1436     }
1437
1438     Color c = pos.side_to_move();
1439     Thread* thisThread = pos.this_thread();
1440     thisThread->fromTo.update(c, move, bonus);
1441     thisThread->history.update(pos.moved_piece(move), to_sq(move), bonus);
1442     update_cm_stats(ss, pos.moved_piece(move), to_sq(move), bonus);
1443
1444     if ((ss-1)->counterMoves)
1445     {
1446         Square prevSq = to_sq((ss-1)->currentMove);
1447         thisThread->counterMoves.update(pos.piece_on(prevSq), prevSq, move);
1448     }
1449
1450     // Decrease all the other played quiet moves
1451     for (int i = 0; i < quietsCnt; ++i)
1452     {
1453         thisThread->fromTo.update(c, quiets[i], -bonus);
1454         thisThread->history.update(pos.moved_piece(quiets[i]), to_sq(quiets[i]), -bonus);
1455         update_cm_stats(ss, pos.moved_piece(quiets[i]), to_sq(quiets[i]), -bonus);
1456     }
1457   }
1458
1459
1460   // When playing with strength handicap, choose best move among a set of RootMoves
1461   // using a statistical rule dependent on 'level'. Idea by Heinz van Saanen.
1462
1463   Move Skill::pick_best(size_t multiPV) {
1464
1465     const RootMoves& rootMoves = Threads.main()->rootMoves;
1466     static PRNG rng(now()); // PRNG sequence should be non-deterministic
1467
1468     // RootMoves are already sorted by score in descending order
1469     Value topScore = rootMoves[0].score;
1470     int delta = std::min(topScore - rootMoves[multiPV - 1].score, PawnValueMg);
1471     int weakness = 120 - 2 * level;
1472     int maxScore = -VALUE_INFINITE;
1473
1474     // Choose best move. For each move score we add two terms, both dependent on
1475     // weakness. One is deterministic and bigger for weaker levels, and one is
1476     // random. Then we choose the move with the resulting highest score.
1477     for (size_t i = 0; i < multiPV; ++i)
1478     {
1479         // This is our magic formula
1480         int push = (  weakness * int(topScore - rootMoves[i].score)
1481                     + delta * (rng.rand<unsigned>() % weakness)) / 128;
1482
1483         if (rootMoves[i].score + push > maxScore)
1484         {
1485             maxScore = rootMoves[i].score + push;
1486             best = rootMoves[i].pv[0];
1487         }
1488     }
1489
1490     return best;
1491   }
1492
1493
1494   // check_time() is used to print debug info and, more importantly, to detect
1495   // when we are out of available time and thus stop the search.
1496
1497   void check_time() {
1498
1499     static TimePoint lastInfoTime = now();
1500
1501     int elapsed = Time.elapsed();
1502     TimePoint tick = Limits.startTime + elapsed;
1503
1504     if (tick - lastInfoTime >= 1000)
1505     {
1506         lastInfoTime = tick;
1507         dbg_print();
1508     }
1509
1510     // An engine may not stop pondering until told so by the GUI
1511     if (Limits.ponder)
1512         return;
1513
1514     if (   (Limits.use_time_management() && elapsed > Time.maximum() - 10)
1515         || (Limits.movetime && elapsed >= Limits.movetime)
1516         || (Limits.nodes && Threads.nodes_searched() >= (uint64_t)Limits.nodes))
1517             Signals.stop = true;
1518   }
1519
1520 } // namespace
1521
1522
1523 /// UCI::pv() formats PV information according to the UCI protocol. UCI requires
1524 /// that all (if any) unsearched PV lines are sent using a previous search score.
1525
1526 string UCI::pv(const Position& pos, Depth depth, Value alpha, Value beta) {
1527
1528   std::stringstream ss;
1529   int elapsed = Time.elapsed() + 1;
1530   const RootMoves& rootMoves = pos.this_thread()->rootMoves;
1531   size_t PVIdx = pos.this_thread()->PVIdx;
1532   size_t multiPV = std::min((size_t)Options["MultiPV"], rootMoves.size());
1533   uint64_t nodesSearched = Threads.nodes_searched();
1534   uint64_t tbHits = Threads.tb_hits() + (TB::RootInTB ? rootMoves.size() : 0);
1535
1536   for (size_t i = 0; i < multiPV; ++i)
1537   {
1538       bool updated = (i <= PVIdx);
1539
1540       if (depth == ONE_PLY && !updated)
1541           continue;
1542
1543       Depth d = updated ? depth : depth - ONE_PLY;
1544       Value v = updated ? rootMoves[i].score : rootMoves[i].previousScore;
1545
1546       bool tb = TB::RootInTB && abs(v) < VALUE_MATE - MAX_PLY;
1547       v = tb ? TB::Score : v;
1548
1549       if (ss.rdbuf()->in_avail()) // Not at first line
1550           ss << "\n";
1551
1552       ss << "info"
1553          << " depth "    << d / ONE_PLY
1554          << " seldepth " << pos.this_thread()->maxPly
1555          << " multipv "  << i + 1
1556          << " score "    << UCI::value(v);
1557
1558       if (!tb && i == PVIdx)
1559           ss << (v >= beta ? " lowerbound" : v <= alpha ? " upperbound" : "");
1560
1561       ss << " nodes "    << nodesSearched
1562          << " nps "      << nodesSearched * 1000 / elapsed;
1563
1564       if (elapsed > 1000) // Earlier makes little sense
1565           ss << " hashfull " << TT.hashfull();
1566
1567       ss << " tbhits "   << tbHits
1568          << " time "     << elapsed
1569          << " pv";
1570
1571       for (Move m : rootMoves[i].pv)
1572           ss << " " << UCI::move(m, pos.is_chess960());
1573   }
1574
1575   return ss.str();
1576 }
1577
1578
1579 /// RootMove::extract_ponder_from_tt() is called in case we have no ponder move
1580 /// before exiting the search, for instance, in case we stop the search during a
1581 /// fail high at root. We try hard to have a ponder move to return to the GUI,
1582 /// otherwise in case of 'ponder on' we have nothing to think on.
1583
1584 bool RootMove::extract_ponder_from_tt(Position& pos) {
1585
1586     StateInfo st;
1587     bool ttHit;
1588
1589     assert(pv.size() == 1);
1590
1591     if (!pv[0])
1592         return false;
1593
1594     pos.do_move(pv[0], st);
1595     TTEntry* tte = TT.probe(pos.key(), ttHit);
1596
1597     if (ttHit)
1598     {
1599         Move m = tte->move(); // Local copy to be SMP safe
1600         if (MoveList<LEGAL>(pos).contains(m))
1601             pv.push_back(m);
1602     }
1603
1604     pos.undo_move(pv[0]);
1605     return pv.size() > 1;
1606 }
1607
1608 void Tablebases::filter_root_moves(Position& pos, Search::RootMoves& rootMoves) {
1609
1610     RootInTB = false;
1611     UseRule50 = Options["Syzygy50MoveRule"];
1612     ProbeDepth = Options["SyzygyProbeDepth"] * ONE_PLY;
1613     Cardinality = Options["SyzygyProbeLimit"];
1614
1615     // Skip TB probing when no TB found: !TBLargest -> !TB::Cardinality
1616     if (Cardinality > MaxCardinality)
1617     {
1618         Cardinality = MaxCardinality;
1619         ProbeDepth = DEPTH_ZERO;
1620     }
1621
1622     if (Cardinality < popcount(pos.pieces()) || pos.can_castle(ANY_CASTLING))
1623         return;
1624
1625     // If the current root position is in the tablebases, then RootMoves
1626     // contains only moves that preserve the draw or the win.
1627     RootInTB = root_probe(pos, rootMoves, TB::Score);
1628
1629     if (RootInTB)
1630         Cardinality = 0; // Do not probe tablebases during the search
1631
1632     else // If DTZ tables are missing, use WDL tables as a fallback
1633     {
1634         // Filter out moves that do not preserve the draw or the win.
1635         RootInTB = root_probe_wdl(pos, rootMoves, TB::Score);
1636
1637         // Only probe during search if winning
1638         if (RootInTB && TB::Score <= VALUE_DRAW)
1639             Cardinality = 0;
1640     }
1641
1642     if (RootInTB && !UseRule50)
1643         TB::Score =  TB::Score > VALUE_DRAW ?  VALUE_MATE - MAX_PLY - 1
1644                    : TB::Score < VALUE_DRAW ? -VALUE_MATE + MAX_PLY + 1
1645                                             :  VALUE_DRAW;
1646 }