Use average bestMoveChanges across all threads #2072
[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 <cassert>
22 #include <cmath>
23 #include <cstring>   // For std::memset
24 #include <iostream>
25 #include <sstream>
26
27 #include "evaluate.h"
28 #include "misc.h"
29 #include "movegen.h"
30 #include "movepick.h"
31 #include "position.h"
32 #include "search.h"
33 #include "thread.h"
34 #include "timeman.h"
35 #include "tt.h"
36 #include "uci.h"
37 #include "syzygy/tbprobe.h"
38
39 namespace Search {
40
41   LimitsType Limits;
42 }
43
44 namespace Tablebases {
45
46   int Cardinality;
47   bool RootInTB;
48   bool UseRule50;
49   Depth ProbeDepth;
50 }
51
52 namespace TB = Tablebases;
53
54 using std::string;
55 using Eval::evaluate;
56 using namespace Search;
57
58 namespace {
59
60   // Different node types, used as a template parameter
61   enum NodeType { NonPV, PV };
62
63   // Razor and futility margins
64   constexpr int RazorMargin = 600;
65   Value futility_margin(Depth d, bool improving) {
66     return Value((175 - 50 * improving) * d / ONE_PLY);
67   }
68
69   // Reductions lookup table, initialized at startup
70   int Reductions[64]; // [depth or moveNumber]
71
72   template <bool PvNode> Depth reduction(bool i, Depth d, int mn) {
73     int r = Reductions[std::min(d / ONE_PLY, 63)] * Reductions[std::min(mn, 63)] / 1024;
74     return ((r + 512) / 1024 + (!i && r > 1024) - PvNode) * ONE_PLY;
75   }
76
77   constexpr int futility_move_count(bool improving, int depth) {
78     return (5 + depth * depth) * (1 + improving) / 2;
79   }
80
81   // History and stats update bonus, based on depth
82   int stat_bonus(Depth depth) {
83     int d = depth / ONE_PLY;
84     return d > 17 ? 0 : 29 * d * d + 138 * d - 134;
85   }
86
87   // Add a small random component to draw evaluations to avoid 3fold-blindness
88   Value value_draw(Depth depth, Thread* thisThread) {
89     return depth < 4 ? VALUE_DRAW
90                      : VALUE_DRAW + Value(2 * (thisThread->nodes & 1) - 1);
91   }
92
93   // Skill structure is used to implement strength limit
94   struct Skill {
95     explicit Skill(int l) : level(l) {}
96     bool enabled() const { return level < 20; }
97     bool time_to_pick(Depth depth) const { return depth / ONE_PLY == 1 + level; }
98     Move pick_best(size_t multiPV);
99
100     int level;
101     Move best = MOVE_NONE;
102   };
103
104   template <NodeType NT>
105   Value search(Position& pos, Stack* ss, Value alpha, Value beta, Depth depth, bool cutNode);
106
107   template <NodeType NT>
108   Value qsearch(Position& pos, Stack* ss, Value alpha, Value beta, Depth depth = DEPTH_ZERO);
109
110   Value value_to_tt(Value v, int ply);
111   Value value_from_tt(Value v, int ply);
112   void update_pv(Move* pv, Move move, Move* childPv);
113   void update_continuation_histories(Stack* ss, Piece pc, Square to, int bonus);
114   void update_quiet_stats(const Position& pos, Stack* ss, Move move, Move* quiets, int quietCount, int bonus);
115   void update_capture_stats(const Position& pos, Move move, Move* captures, int captureCount, int bonus);
116
117   // perft() is our utility to verify move generation. All the leaf nodes up
118   // to the given depth are generated and counted, and the sum is returned.
119   template<bool Root>
120   uint64_t perft(Position& pos, Depth depth) {
121
122     StateInfo st;
123     uint64_t cnt, nodes = 0;
124     const bool leaf = (depth == 2 * ONE_PLY);
125
126     for (const auto& m : MoveList<LEGAL>(pos))
127     {
128         if (Root && depth <= ONE_PLY)
129             cnt = 1, nodes++;
130         else
131         {
132             pos.do_move(m, st);
133             cnt = leaf ? MoveList<LEGAL>(pos).size() : perft<false>(pos, depth - ONE_PLY);
134             nodes += cnt;
135             pos.undo_move(m);
136         }
137         if (Root)
138             sync_cout << UCI::move(m, pos.is_chess960()) << ": " << cnt << sync_endl;
139     }
140     return nodes;
141   }
142
143 } // namespace
144
145
146 /// Search::init() is called at startup to initialize various lookup tables
147
148 void Search::init() {
149
150   for (int i = 1; i < 64; ++i)
151       Reductions[i] = int(1024 * std::log(i) / std::sqrt(1.95));
152 }
153
154
155 /// Search::clear() resets search state to its initial value
156
157 void Search::clear() {
158
159   Threads.main()->wait_for_search_finished();
160
161   Time.availableNodes = 0;
162   TT.clear();
163   Threads.clear();
164   Tablebases::init(Options["SyzygyPath"]); // Free mapped files
165 }
166
167
168 /// MainThread::search() is started when the program receives the UCI 'go'
169 /// command. It searches from the root position and outputs the "bestmove".
170
171 void MainThread::search() {
172
173   if (Limits.perft)
174   {
175       nodes = perft<true>(rootPos, Limits.perft * ONE_PLY);
176       sync_cout << "\nNodes searched: " << nodes << "\n" << sync_endl;
177       return;
178   }
179
180   Color us = rootPos.side_to_move();
181   Time.init(Limits, us, rootPos.game_ply());
182   TT.new_search();
183
184   if (rootMoves.empty())
185   {
186       rootMoves.emplace_back(MOVE_NONE);
187       sync_cout << "info depth 0 score "
188                 << UCI::value(rootPos.checkers() ? -VALUE_MATE : VALUE_DRAW)
189                 << sync_endl;
190   }
191   else
192   {
193       for (Thread* th : Threads)
194       {
195           th->bestMoveChanges = 0;
196           if (th != this)
197               th->start_searching();
198       }
199
200       Thread::search(); // Let's start searching!
201   }
202
203   // When we reach the maximum depth, we can arrive here without a raise of
204   // Threads.stop. However, if we are pondering or in an infinite search,
205   // the UCI protocol states that we shouldn't print the best move before the
206   // GUI sends a "stop" or "ponderhit" command. We therefore simply wait here
207   // until the GUI sends one of those commands.
208
209   while (!Threads.stop && (ponder || Limits.infinite))
210   {} // Busy wait for a stop or a ponder reset
211
212   // Stop the threads if not already stopped (also raise the stop if
213   // "ponderhit" just reset Threads.ponder).
214   Threads.stop = true;
215
216   // Wait until all threads have finished
217   for (Thread* th : Threads)
218       if (th != this)
219           th->wait_for_search_finished();
220
221   // When playing in 'nodes as time' mode, subtract the searched nodes from
222   // the available ones before exiting.
223   if (Limits.npmsec)
224       Time.availableNodes += Limits.inc[us] - Threads.nodes_searched();
225
226   Thread* bestThread = this;
227
228   // Check if there are threads with a better score than main thread
229   if (    Options["MultiPV"] == 1
230       && !Limits.depth
231       && !Skill(Options["Skill Level"]).enabled()
232       &&  rootMoves[0].pv[0] != MOVE_NONE)
233   {
234       std::map<Move, int64_t> votes;
235       Value minScore = this->rootMoves[0].score;
236
237       // Find out minimum score and reset votes for moves which can be voted
238       for (Thread* th: Threads)
239           minScore = std::min(minScore, th->rootMoves[0].score);
240
241       // Vote according to score and depth
242       for (Thread* th : Threads)
243       {
244           int64_t s = th->rootMoves[0].score - minScore + 1;
245           votes[th->rootMoves[0].pv[0]] += 200 + s * s * int(th->completedDepth);
246       }
247
248       // Select best thread
249       auto bestVote = votes[this->rootMoves[0].pv[0]];
250       for (Thread* th : Threads)
251           if (votes[th->rootMoves[0].pv[0]] > bestVote)
252           {
253               bestVote = votes[th->rootMoves[0].pv[0]];
254               bestThread = th;
255           }
256   }
257
258   previousScore = bestThread->rootMoves[0].score;
259
260   // Send again PV info if we have a new best thread
261   if (bestThread != this)
262       sync_cout << UCI::pv(bestThread->rootPos, bestThread->completedDepth, -VALUE_INFINITE, VALUE_INFINITE) << sync_endl;
263
264   sync_cout << "bestmove " << UCI::move(bestThread->rootMoves[0].pv[0], rootPos.is_chess960());
265
266   if (bestThread->rootMoves[0].pv.size() > 1 || bestThread->rootMoves[0].extract_ponder_from_tt(rootPos))
267       std::cout << " ponder " << UCI::move(bestThread->rootMoves[0].pv[1], rootPos.is_chess960());
268
269   std::cout << sync_endl;
270 }
271
272
273 /// Thread::search() is the main iterative deepening loop. It calls search()
274 /// repeatedly with increasing depth until the allocated thinking time has been
275 /// consumed, the user stops the search, or the maximum search depth is reached.
276
277 void Thread::search() {
278
279   // To allow access to (ss-7) up to (ss+2), the stack must be oversized.
280   // The former is needed to allow update_continuation_histories(ss-1, ...),
281   // which accesses its argument at ss-6, also near the root.
282   // The latter is needed for statScores and killer initialization.
283   Stack stack[MAX_PLY+10], *ss = stack+7;
284   Move  pv[MAX_PLY+1];
285   Value bestValue, alpha, beta, delta;
286   Move  lastBestMove = MOVE_NONE;
287   Depth lastBestMoveDepth = DEPTH_ZERO;
288   MainThread* mainThread = (this == Threads.main() ? Threads.main() : nullptr);
289   double timeReduction = 1, totBestMoveChanges = 0;
290   Color us = rootPos.side_to_move();
291
292   std::memset(ss-7, 0, 10 * sizeof(Stack));
293   for (int i = 7; i > 0; i--)
294      (ss-i)->continuationHistory = &this->continuationHistory[NO_PIECE][0]; // Use as sentinel
295   ss->pv = pv;
296
297   bestValue = delta = alpha = -VALUE_INFINITE;
298   beta = VALUE_INFINITE;
299
300   size_t multiPV = Options["MultiPV"];
301   Skill skill(Options["Skill Level"]);
302
303   // When playing with strength handicap enable MultiPV search that we will
304   // use behind the scenes to retrieve a set of possible moves.
305   if (skill.enabled())
306       multiPV = std::max(multiPV, (size_t)4);
307
308   multiPV = std::min(multiPV, rootMoves.size());
309
310   int ct = int(Options["Contempt"]) * PawnValueEg / 100; // From centipawns
311
312   // In analysis mode, adjust contempt in accordance with user preference
313   if (Limits.infinite || Options["UCI_AnalyseMode"])
314       ct =  Options["Analysis Contempt"] == "Off"  ? 0
315           : Options["Analysis Contempt"] == "Both" ? ct
316           : Options["Analysis Contempt"] == "White" && us == BLACK ? -ct
317           : Options["Analysis Contempt"] == "Black" && us == WHITE ? -ct
318           : ct;
319
320   // Evaluation score is from the white point of view
321   contempt = (us == WHITE ?  make_score(ct, ct / 2)
322                           : -make_score(ct, ct / 2));
323
324   // Iterative deepening loop until requested to stop or the target depth is reached
325   while (   (rootDepth += ONE_PLY) < DEPTH_MAX
326          && !Threads.stop
327          && !(Limits.depth && mainThread && rootDepth / ONE_PLY > Limits.depth))
328   {
329       // Age out PV variability metric
330       if (mainThread)
331           totBestMoveChanges /= 2;
332
333       // Save the last iteration's scores before first PV line is searched and
334       // all the move scores except the (new) PV are set to -VALUE_INFINITE.
335       for (RootMove& rm : rootMoves)
336           rm.previousScore = rm.score;
337
338       size_t pvFirst = 0;
339       pvLast = 0;
340
341       // MultiPV loop. We perform a full root search for each PV line
342       for (pvIdx = 0; pvIdx < multiPV && !Threads.stop; ++pvIdx)
343       {
344           if (pvIdx == pvLast)
345           {
346               pvFirst = pvLast;
347               for (pvLast++; pvLast < rootMoves.size(); pvLast++)
348                   if (rootMoves[pvLast].tbRank != rootMoves[pvFirst].tbRank)
349                       break;
350           }
351
352           // Reset UCI info selDepth for each depth and each PV line
353           selDepth = 0;
354
355           // Reset aspiration window starting size
356           if (rootDepth >= 5 * ONE_PLY)
357           {
358               Value previousScore = rootMoves[pvIdx].previousScore;
359               delta = Value(20);
360               alpha = std::max(previousScore - delta,-VALUE_INFINITE);
361               beta  = std::min(previousScore + delta, VALUE_INFINITE);
362
363               // Adjust contempt based on root move's previousScore (dynamic contempt)
364               int dct = ct + 88 * previousScore / (abs(previousScore) + 200);
365
366               contempt = (us == WHITE ?  make_score(dct, dct / 2)
367                                       : -make_score(dct, dct / 2));
368           }
369
370           // Start with a small aspiration window and, in the case of a fail
371           // high/low, re-search with a bigger window until we don't fail
372           // high/low anymore.
373           int failedHighCnt = 0;
374           while (true)
375           {
376               Depth adjustedDepth = std::max(ONE_PLY, rootDepth - failedHighCnt * ONE_PLY);
377               bestValue = ::search<PV>(rootPos, ss, alpha, beta, adjustedDepth, false);
378
379               // Bring the best move to the front. It is critical that sorting
380               // is done with a stable algorithm because all the values but the
381               // first and eventually the new best one are set to -VALUE_INFINITE
382               // and we want to keep the same order for all the moves except the
383               // new PV that goes to the front. Note that in case of MultiPV
384               // search the already searched PV lines are preserved.
385               std::stable_sort(rootMoves.begin() + pvIdx, rootMoves.begin() + pvLast);
386
387               // If search has been stopped, we break immediately. Sorting is
388               // safe because RootMoves is still valid, although it refers to
389               // the previous iteration.
390               if (Threads.stop)
391                   break;
392
393               // When failing high/low give some update (without cluttering
394               // the UI) before a re-search.
395               if (   mainThread
396                   && multiPV == 1
397                   && (bestValue <= alpha || bestValue >= beta)
398                   && Time.elapsed() > 3000)
399                   sync_cout << UCI::pv(rootPos, rootDepth, alpha, beta) << sync_endl;
400
401               // In case of failing low/high increase aspiration window and
402               // re-search, otherwise exit the loop.
403               if (bestValue <= alpha)
404               {
405                   beta = (alpha + beta) / 2;
406                   alpha = std::max(bestValue - delta, -VALUE_INFINITE);
407
408                   if (mainThread)
409                   {
410                       failedHighCnt = 0;
411                       mainThread->stopOnPonderhit = false;
412                   }
413               }
414               else if (bestValue >= beta)
415               {
416                   beta = std::min(bestValue + delta, VALUE_INFINITE);
417                   if (mainThread)
418                       ++failedHighCnt;
419               }
420               else
421                   break;
422
423               delta += delta / 4 + 5;
424
425               assert(alpha >= -VALUE_INFINITE && beta <= VALUE_INFINITE);
426           }
427
428           // Sort the PV lines searched so far and update the GUI
429           std::stable_sort(rootMoves.begin() + pvFirst, rootMoves.begin() + pvIdx + 1);
430
431           if (    mainThread
432               && (Threads.stop || pvIdx + 1 == multiPV || Time.elapsed() > 3000))
433               sync_cout << UCI::pv(rootPos, rootDepth, alpha, beta) << sync_endl;
434       }
435
436       if (!Threads.stop)
437           completedDepth = rootDepth;
438
439       if (rootMoves[0].pv[0] != lastBestMove) {
440          lastBestMove = rootMoves[0].pv[0];
441          lastBestMoveDepth = rootDepth;
442       }
443
444       // Have we found a "mate in x"?
445       if (   Limits.mate
446           && bestValue >= VALUE_MATE_IN_MAX_PLY
447           && VALUE_MATE - bestValue <= 2 * Limits.mate)
448           Threads.stop = true;
449
450       if (!mainThread)
451           continue;
452
453       // If skill level is enabled and time is up, pick a sub-optimal best move
454       if (skill.enabled() && skill.time_to_pick(rootDepth))
455           skill.pick_best(multiPV);
456
457       // Do we have time for the next iteration? Can we stop searching now?
458       if (    Limits.use_time_management()
459           && !Threads.stop
460           && !mainThread->stopOnPonderhit)
461       {
462           double fallingEval = (314 + 9 * (mainThread->previousScore - bestValue)) / 581.0;
463           fallingEval = clamp(fallingEval, 0.5, 1.5);
464
465           // If the bestMove is stable over several iterations, reduce time accordingly
466           timeReduction = lastBestMoveDepth + 10 * ONE_PLY < completedDepth ? 1.95 : 1.0;
467           double reduction = std::pow(mainThread->previousTimeReduction, 0.528) / timeReduction;
468
469           // Use part of the gained time from a previous stable move for the current move
470           for (Thread* th : Threads)
471               totBestMoveChanges += th->bestMoveChanges;
472
473           double bestMoveInstability = 1 + totBestMoveChanges / Threads.size();
474
475           // Stop the search if we have only one legal move, or if available time elapsed
476           if (   rootMoves.size() == 1
477               || Time.elapsed() > Time.optimum() * fallingEval * reduction * bestMoveInstability)
478           {
479               // If we are allowed to ponder do not stop the search now but
480               // keep pondering until the GUI sends "ponderhit" or "stop".
481               if (mainThread->ponder)
482                   mainThread->stopOnPonderhit = true;
483               else
484                   Threads.stop = true;
485           }
486       }
487   }
488
489   if (!mainThread)
490       return;
491
492   mainThread->previousTimeReduction = timeReduction;
493
494   // If skill level is enabled, swap best PV line with the sub-optimal one
495   if (skill.enabled())
496       std::swap(rootMoves[0], *std::find(rootMoves.begin(), rootMoves.end(),
497                 skill.best ? skill.best : skill.pick_best(multiPV)));
498 }
499
500
501 namespace {
502
503   // search<>() is the main search function for both PV and non-PV nodes
504
505   template <NodeType NT>
506   Value search(Position& pos, Stack* ss, Value alpha, Value beta, Depth depth, bool cutNode) {
507
508     constexpr bool PvNode = NT == PV;
509     const bool rootNode = PvNode && ss->ply == 0;
510
511     // Check if we have an upcoming move which draws by repetition, or
512     // if the opponent had an alternative move earlier to this position.
513     if (   pos.rule50_count() >= 3
514         && alpha < VALUE_DRAW
515         && !rootNode
516         && pos.has_game_cycle(ss->ply))
517     {
518         alpha = value_draw(depth, pos.this_thread());
519         if (alpha >= beta)
520             return alpha;
521     }
522
523     // Dive into quiescence search when the depth reaches zero
524     if (depth < ONE_PLY)
525         return qsearch<NT>(pos, ss, alpha, beta);
526
527     assert(-VALUE_INFINITE <= alpha && alpha < beta && beta <= VALUE_INFINITE);
528     assert(PvNode || (alpha == beta - 1));
529     assert(DEPTH_ZERO < depth && depth < DEPTH_MAX);
530     assert(!(PvNode && cutNode));
531     assert(depth / ONE_PLY * ONE_PLY == depth);
532
533     Move pv[MAX_PLY+1], capturesSearched[32], quietsSearched[64];
534     StateInfo st;
535     TTEntry* tte;
536     Key posKey;
537     Move ttMove, move, excludedMove, bestMove;
538     Depth extension, newDepth;
539     Value bestValue, value, ttValue, eval, maxValue;
540     bool ttHit, ttPv, inCheck, givesCheck, improving;
541     bool captureOrPromotion, doFullDepthSearch, moveCountPruning, ttCapture;
542     Piece movedPiece;
543     int moveCount, captureCount, quietCount;
544
545     // Step 1. Initialize node
546     Thread* thisThread = pos.this_thread();
547     inCheck = pos.checkers();
548     Color us = pos.side_to_move();
549     moveCount = captureCount = quietCount = ss->moveCount = 0;
550     bestValue = -VALUE_INFINITE;
551     maxValue = VALUE_INFINITE;
552
553     // Check for the available remaining time
554     if (thisThread == Threads.main())
555         static_cast<MainThread*>(thisThread)->check_time();
556
557     // Used to send selDepth info to GUI (selDepth counts from 1, ply from 0)
558     if (PvNode && thisThread->selDepth < ss->ply + 1)
559         thisThread->selDepth = ss->ply + 1;
560
561     if (!rootNode)
562     {
563         // Step 2. Check for aborted search and immediate draw
564         if (   Threads.stop.load(std::memory_order_relaxed)
565             || pos.is_draw(ss->ply)
566             || ss->ply >= MAX_PLY)
567             return (ss->ply >= MAX_PLY && !inCheck) ? evaluate(pos)
568                                                     : value_draw(depth, pos.this_thread());
569
570         // Step 3. Mate distance pruning. Even if we mate at the next move our score
571         // would be at best mate_in(ss->ply+1), but if alpha is already bigger because
572         // a shorter mate was found upward in the tree then there is no need to search
573         // because we will never beat the current alpha. Same logic but with reversed
574         // signs applies also in the opposite condition of being mated instead of giving
575         // mate. In this case return a fail-high score.
576         alpha = std::max(mated_in(ss->ply), alpha);
577         beta = std::min(mate_in(ss->ply+1), beta);
578         if (alpha >= beta)
579             return alpha;
580     }
581
582     assert(0 <= ss->ply && ss->ply < MAX_PLY);
583
584     (ss+1)->ply = ss->ply + 1;
585     ss->currentMove = (ss+1)->excludedMove = bestMove = MOVE_NONE;
586     ss->continuationHistory = &thisThread->continuationHistory[NO_PIECE][0];
587     (ss+2)->killers[0] = (ss+2)->killers[1] = MOVE_NONE;
588     Square prevSq = to_sq((ss-1)->currentMove);
589
590     // Initialize statScore to zero for the grandchildren of the current position.
591     // So statScore is shared between all grandchildren and only the first grandchild
592     // starts with statScore = 0. Later grandchildren start with the last calculated
593     // statScore of the previous grandchild. This influences the reduction rules in
594     // LMR which are based on the statScore of parent position.
595     (ss+2)->statScore = 0;
596
597     // Step 4. Transposition table lookup. We don't want the score of a partial
598     // search to overwrite a previous full search TT value, so we use a different
599     // position key in case of an excluded move.
600     excludedMove = ss->excludedMove;
601     posKey = pos.key() ^ Key(excludedMove << 16); // Isn't a very good hash
602     tte = TT.probe(posKey, ttHit);
603     ttValue = ttHit ? value_from_tt(tte->value(), ss->ply) : VALUE_NONE;
604     ttMove =  rootNode ? thisThread->rootMoves[thisThread->pvIdx].pv[0]
605             : ttHit    ? tte->move() : MOVE_NONE;
606     ttPv = (ttHit && tte->is_pv()) || (PvNode && depth > 4 * ONE_PLY);
607
608     // if position has been searched at higher depths and we are shuffling, return value_draw
609     if (pos.rule50_count() > 36
610         && ss->ply > 36
611         && depth < 3 * ONE_PLY
612         && ttHit
613         && tte->depth() > depth
614         && pos.count<PAWN>() > 0)
615         return VALUE_DRAW;
616
617     // At non-PV nodes we check for an early TT cutoff
618     if (  !PvNode
619         && ttHit
620         && tte->depth() >= depth
621         && ttValue != VALUE_NONE // Possible in case of TT access race
622         && (ttValue >= beta ? (tte->bound() & BOUND_LOWER)
623                             : (tte->bound() & BOUND_UPPER)))
624     {
625         // If ttMove is quiet, update move sorting heuristics on TT hit
626         if (ttMove)
627         {
628             if (ttValue >= beta)
629             {
630                 if (!pos.capture_or_promotion(ttMove))
631                     update_quiet_stats(pos, ss, ttMove, nullptr, 0, stat_bonus(depth));
632
633                 // Extra penalty for a quiet TT or main killer move in previous ply when it gets refuted
634                 if (    ((ss-1)->moveCount == 1 || (ss-1)->currentMove == (ss-1)->killers[0])
635                      && !pos.captured_piece())
636                         update_continuation_histories(ss-1, pos.piece_on(prevSq), prevSq, -stat_bonus(depth + ONE_PLY));
637             }
638             // Penalty for a quiet ttMove that fails low
639             else if (!pos.capture_or_promotion(ttMove))
640             {
641                 int penalty = -stat_bonus(depth);
642                 thisThread->mainHistory[us][from_to(ttMove)] << penalty;
643                 update_continuation_histories(ss, pos.moved_piece(ttMove), to_sq(ttMove), penalty);
644             }
645         }
646         return ttValue;
647     }
648
649     // Step 5. Tablebases probe
650     if (!rootNode && TB::Cardinality)
651     {
652         int piecesCount = pos.count<ALL_PIECES>();
653
654         if (    piecesCount <= TB::Cardinality
655             && (piecesCount <  TB::Cardinality || depth >= TB::ProbeDepth)
656             &&  pos.rule50_count() == 0
657             && !pos.can_castle(ANY_CASTLING))
658         {
659             TB::ProbeState err;
660             TB::WDLScore wdl = Tablebases::probe_wdl(pos, &err);
661
662             // Force check of time on the next occasion
663             if (thisThread == Threads.main())
664                 static_cast<MainThread*>(thisThread)->callsCnt = 0;
665
666             if (err != TB::ProbeState::FAIL)
667             {
668                 thisThread->tbHits.fetch_add(1, std::memory_order_relaxed);
669
670                 int drawScore = TB::UseRule50 ? 1 : 0;
671
672                 value =  wdl < -drawScore ? -VALUE_MATE + MAX_PLY + ss->ply + 1
673                        : wdl >  drawScore ?  VALUE_MATE - MAX_PLY - ss->ply - 1
674                                           :  VALUE_DRAW + 2 * wdl * drawScore;
675
676                 Bound b =  wdl < -drawScore ? BOUND_UPPER
677                          : wdl >  drawScore ? BOUND_LOWER : BOUND_EXACT;
678
679                 if (    b == BOUND_EXACT
680                     || (b == BOUND_LOWER ? value >= beta : value <= alpha))
681                 {
682                     tte->save(posKey, value_to_tt(value, ss->ply), ttPv, b,
683                               std::min(DEPTH_MAX - ONE_PLY, depth + 6 * ONE_PLY),
684                               MOVE_NONE, VALUE_NONE);
685
686                     return value;
687                 }
688
689                 if (PvNode)
690                 {
691                     if (b == BOUND_LOWER)
692                         bestValue = value, alpha = std::max(alpha, bestValue);
693                     else
694                         maxValue = value;
695                 }
696             }
697         }
698     }
699
700     // Step 6. Static evaluation of the position
701     if (inCheck)
702     {
703         ss->staticEval = eval = VALUE_NONE;
704         improving = false;
705         goto moves_loop;  // Skip early pruning when in check
706     }
707     else if (ttHit)
708     {
709         // Never assume anything on values stored in TT
710         ss->staticEval = eval = tte->eval();
711         if (eval == VALUE_NONE)
712             ss->staticEval = eval = evaluate(pos);
713
714         // Can ttValue be used as a better position evaluation?
715         if (    ttValue != VALUE_NONE
716             && (tte->bound() & (ttValue > eval ? BOUND_LOWER : BOUND_UPPER)))
717             eval = ttValue;
718     }
719     else
720     {
721         if ((ss-1)->currentMove != MOVE_NULL)
722         {
723             int bonus = -(ss-1)->statScore / 512;
724
725             ss->staticEval = eval = evaluate(pos) + bonus;
726         }
727         else
728             ss->staticEval = eval = -(ss-1)->staticEval + 2 * Eval::Tempo;
729
730         tte->save(posKey, VALUE_NONE, ttPv, BOUND_NONE, DEPTH_NONE, MOVE_NONE, eval);
731     }
732
733     // Step 7. Razoring (~2 Elo)
734     if (   !rootNode // The required rootNode PV handling is not available in qsearch
735         &&  depth < 2 * ONE_PLY
736         &&  eval <= alpha - RazorMargin)
737         return qsearch<NT>(pos, ss, alpha, beta);
738
739     improving =   ss->staticEval >= (ss-2)->staticEval
740                || (ss-2)->staticEval == VALUE_NONE;
741
742     // Step 8. Futility pruning: child node (~30 Elo)
743     if (   !PvNode
744         &&  depth < 7 * ONE_PLY
745         &&  eval - futility_margin(depth, improving) >= beta
746         &&  eval < VALUE_KNOWN_WIN) // Do not return unproven wins
747         return eval;
748
749     // Step 9. Null move search with verification search (~40 Elo)
750     if (   !PvNode
751         && (ss-1)->currentMove != MOVE_NULL
752         && (ss-1)->statScore < 23200
753         &&  eval >= beta
754         &&  ss->staticEval >= beta - 36 * depth / ONE_PLY + 225
755         && !excludedMove
756         &&  pos.non_pawn_material(us)
757         && (ss->ply >= thisThread->nmpMinPly || us != thisThread->nmpColor))
758     {
759         assert(eval - beta >= 0);
760
761         // Null move dynamic reduction based on depth and value
762         Depth R = ((823 + 67 * depth / ONE_PLY) / 256 + std::min(int(eval - beta) / 200, 3)) * ONE_PLY;
763
764         ss->currentMove = MOVE_NULL;
765         ss->continuationHistory = &thisThread->continuationHistory[NO_PIECE][0];
766
767         pos.do_null_move(st);
768
769         Value nullValue = -search<NonPV>(pos, ss+1, -beta, -beta+1, depth-R, !cutNode);
770
771         pos.undo_null_move();
772
773         if (nullValue >= beta)
774         {
775             // Do not return unproven mate scores
776             if (nullValue >= VALUE_MATE_IN_MAX_PLY)
777                 nullValue = beta;
778
779             if (thisThread->nmpMinPly || (abs(beta) < VALUE_KNOWN_WIN && depth < 12 * ONE_PLY))
780                 return nullValue;
781
782             assert(!thisThread->nmpMinPly); // Recursive verification is not allowed
783
784             // Do verification search at high depths, with null move pruning disabled
785             // for us, until ply exceeds nmpMinPly.
786             thisThread->nmpMinPly = ss->ply + 3 * (depth-R) / 4;
787             thisThread->nmpColor = us;
788
789             Value v = search<NonPV>(pos, ss, beta-1, beta, depth-R, false);
790
791             thisThread->nmpMinPly = 0;
792
793             if (v >= beta)
794                 return nullValue;
795         }
796     }
797
798     // Step 10. ProbCut (~10 Elo)
799     // If we have a good enough capture and a reduced search returns a value
800     // much above beta, we can (almost) safely prune the previous move.
801     if (   !PvNode
802         &&  depth >= 5 * ONE_PLY
803         &&  abs(beta) < VALUE_MATE_IN_MAX_PLY)
804     {
805         Value raisedBeta = std::min(beta + 216 - 48 * improving, VALUE_INFINITE);
806         MovePicker mp(pos, ttMove, raisedBeta - ss->staticEval, &thisThread->captureHistory);
807         int probCutCount = 0;
808
809         while (  (move = mp.next_move()) != MOVE_NONE
810                && probCutCount < 2 + 2 * cutNode)
811             if (move != excludedMove && pos.legal(move))
812             {
813                 probCutCount++;
814
815                 ss->currentMove = move;
816                 ss->continuationHistory = &thisThread->continuationHistory[pos.moved_piece(move)][to_sq(move)];
817
818                 assert(depth >= 5 * ONE_PLY);
819
820                 pos.do_move(move, st);
821
822                 // Perform a preliminary qsearch to verify that the move holds
823                 value = -qsearch<NonPV>(pos, ss+1, -raisedBeta, -raisedBeta+1);
824
825                 // If the qsearch held, perform the regular search
826                 if (value >= raisedBeta)
827                     value = -search<NonPV>(pos, ss+1, -raisedBeta, -raisedBeta+1, depth - 4 * ONE_PLY, !cutNode);
828
829                 pos.undo_move(move);
830
831                 if (value >= raisedBeta)
832                     return value;
833             }
834     }
835
836     // Step 11. Internal iterative deepening (~2 Elo)
837     if (depth >= 8 * ONE_PLY && !ttMove)
838     {
839         search<NT>(pos, ss, alpha, beta, depth - 7 * ONE_PLY, cutNode);
840
841         tte = TT.probe(posKey, ttHit);
842         ttValue = ttHit ? value_from_tt(tte->value(), ss->ply) : VALUE_NONE;
843         ttMove = ttHit ? tte->move() : MOVE_NONE;
844     }
845
846 moves_loop: // When in check, search starts from here
847
848     const PieceToHistory* contHist[] = { (ss-1)->continuationHistory, (ss-2)->continuationHistory,
849                                           nullptr, (ss-4)->continuationHistory,
850                                           nullptr, (ss-6)->continuationHistory };
851
852     Move countermove = thisThread->counterMoves[pos.piece_on(prevSq)][prevSq];
853
854     MovePicker mp(pos, ttMove, depth, &thisThread->mainHistory,
855                                       &thisThread->captureHistory,
856                                       contHist,
857                                       countermove,
858                                       ss->killers);
859
860     value = bestValue; // Workaround a bogus 'uninitialized' warning under gcc
861     moveCountPruning = false;
862     ttCapture = ttMove && pos.capture_or_promotion(ttMove);
863
864     // Step 12. Loop through all pseudo-legal moves until no moves remain
865     // or a beta cutoff occurs.
866     while ((move = mp.next_move(moveCountPruning)) != MOVE_NONE)
867     {
868       assert(is_ok(move));
869
870       if (move == excludedMove)
871           continue;
872
873       // At root obey the "searchmoves" option and skip moves not listed in Root
874       // Move List. As a consequence any illegal move is also skipped. In MultiPV
875       // mode we also skip PV moves which have been already searched and those
876       // of lower "TB rank" if we are in a TB root position.
877       if (rootNode && !std::count(thisThread->rootMoves.begin() + thisThread->pvIdx,
878                                   thisThread->rootMoves.begin() + thisThread->pvLast, move))
879           continue;
880
881       ss->moveCount = ++moveCount;
882
883       if (rootNode && thisThread == Threads.main() && Time.elapsed() > 3000)
884           sync_cout << "info depth " << depth / ONE_PLY
885                     << " currmove " << UCI::move(move, pos.is_chess960())
886                     << " currmovenumber " << moveCount + thisThread->pvIdx << sync_endl;
887       if (PvNode)
888           (ss+1)->pv = nullptr;
889
890       extension = DEPTH_ZERO;
891       captureOrPromotion = pos.capture_or_promotion(move);
892       movedPiece = pos.moved_piece(move);
893       givesCheck = pos.gives_check(move);
894
895       // Step 13. Extensions (~70 Elo)
896
897       // Singular extension search (~60 Elo). If all moves but one fail low on a
898       // search of (alpha-s, beta-s), and just one fails high on (alpha, beta),
899       // then that move is singular and should be extended. To verify this we do
900       // a reduced search on all the other moves but the ttMove and if the
901       // result is lower than ttValue minus a margin then we will extend the ttMove.
902       if (    depth >= 8 * ONE_PLY
903           &&  move == ttMove
904           && !rootNode
905           && !excludedMove // Avoid recursive singular search
906       /*  &&  ttValue != VALUE_NONE Already implicit in the next condition */
907           &&  abs(ttValue) < VALUE_KNOWN_WIN
908           && (tte->bound() & BOUND_LOWER)
909           &&  tte->depth() >= depth - 3 * ONE_PLY
910           &&  pos.legal(move))
911       {
912           Value singularBeta = ttValue - 2 * depth / ONE_PLY;
913           ss->excludedMove = move;
914           value = search<NonPV>(pos, ss, singularBeta - 1, singularBeta, depth / 2, cutNode);
915           ss->excludedMove = MOVE_NONE;
916
917           if (value < singularBeta)
918               extension = ONE_PLY;
919
920           // Multi-cut pruning
921           // Our ttMove is assumed to fail high, and now we failed high also on a reduced
922           // search without the ttMove. So we assume this expected Cut-node is not singular,
923           // that is multiple moves fail high, and we can prune the whole subtree by returning
924           // the hard beta bound.
925           else if (cutNode && singularBeta > beta)
926               return beta;
927       }
928
929       // Check extension (~2 Elo)
930       else if (    givesCheck
931                && (pos.blockers_for_king(~us) & from_sq(move) || pos.see_ge(move)))
932           extension = ONE_PLY;
933
934       // Shuffle extension
935       else if(pos.rule50_count() > 14 && ss->ply > 14 && depth < 3 * ONE_PLY && PvNode)
936           extension = ONE_PLY;
937
938       // Castling extension
939       else if (type_of(move) == CASTLING)
940           extension = ONE_PLY;
941
942       // Calculate new depth for this move
943       newDepth = depth - ONE_PLY + extension;
944
945       // Step 14. Pruning at shallow depth (~170 Elo)
946       if (  !rootNode
947           && pos.non_pawn_material(us)
948           && bestValue > VALUE_MATED_IN_MAX_PLY)
949       {
950           // Skip quiet moves if movecount exceeds our FutilityMoveCount threshold
951           moveCountPruning = moveCount >= futility_move_count(improving, depth / ONE_PLY);
952
953           if (   !captureOrPromotion
954               && !givesCheck
955               && !pos.advanced_pawn_push(move))
956           {
957               // Move count based pruning (~30 Elo)
958               if (moveCountPruning)
959                   continue;
960
961               // Reduced depth of the next LMR search
962               int lmrDepth = std::max(newDepth - reduction<PvNode>(improving, depth, moveCount), DEPTH_ZERO) / ONE_PLY;
963
964               // Countermoves based pruning (~20 Elo)
965               if (   lmrDepth < 3 + ((ss-1)->statScore > 0 || (ss-1)->moveCount == 1)
966                   && (*contHist[0])[movedPiece][to_sq(move)] < CounterMovePruneThreshold
967                   && (*contHist[1])[movedPiece][to_sq(move)] < CounterMovePruneThreshold)
968                   continue;
969
970               // Futility pruning: parent node (~2 Elo)
971               if (   lmrDepth < 7
972                   && !inCheck
973                   && ss->staticEval + 256 + 200 * lmrDepth <= alpha)
974                   continue;
975
976               // Prune moves with negative SEE (~10 Elo)
977               if (!pos.see_ge(move, Value(-29 * lmrDepth * lmrDepth)))
978                   continue;
979           }
980           else if (!pos.see_ge(move, -PawnValueEg * (depth / ONE_PLY))) // (~20 Elo)
981                   continue;
982       }
983
984       // Speculative prefetch as early as possible
985       prefetch(TT.first_entry(pos.key_after(move)));
986
987       // Check for legality just before making the move
988       if (!rootNode && !pos.legal(move))
989       {
990           ss->moveCount = --moveCount;
991           continue;
992       }
993
994       // Update the current move (this must be done after singular extension search)
995       ss->currentMove = move;
996       ss->continuationHistory = &thisThread->continuationHistory[movedPiece][to_sq(move)];
997
998       // Step 15. Make the move
999       pos.do_move(move, st, givesCheck);
1000
1001       // Step 16. Reduced depth search (LMR). If the move fails high it will be
1002       // re-searched at full depth.
1003       if (    depth >= 3 * ONE_PLY
1004           &&  moveCount > 1
1005           && (!captureOrPromotion || moveCountPruning))
1006       {
1007           Depth r = reduction<PvNode>(improving, depth, moveCount);
1008
1009           // Decrease reduction if position is or has been on the PV
1010           if (ttPv)
1011               r -= ONE_PLY;
1012
1013           // Decrease reduction if opponent's move count is high (~10 Elo)
1014           if ((ss-1)->moveCount > 15)
1015               r -= ONE_PLY;
1016
1017           if (!captureOrPromotion)
1018           {
1019               // Increase reduction if ttMove is a capture (~0 Elo)
1020               if (ttCapture)
1021                   r += ONE_PLY;
1022
1023               // Increase reduction for cut nodes (~5 Elo)
1024               if (cutNode)
1025                   r += 2 * ONE_PLY;
1026
1027               // Decrease reduction for moves that escape a capture. Filter out
1028               // castling moves, because they are coded as "king captures rook" and
1029               // hence break make_move(). (~5 Elo)
1030               else if (    type_of(move) == NORMAL
1031                        && !pos.see_ge(make_move(to_sq(move), from_sq(move))))
1032                   r -= 2 * ONE_PLY;
1033
1034               ss->statScore =  thisThread->mainHistory[us][from_to(move)]
1035                              + (*contHist[0])[movedPiece][to_sq(move)]
1036                              + (*contHist[1])[movedPiece][to_sq(move)]
1037                              + (*contHist[3])[movedPiece][to_sq(move)]
1038                              - 4000;
1039
1040               // Decrease/increase reduction by comparing opponent's stat score (~10 Elo)
1041               if (ss->statScore >= 0 && (ss-1)->statScore < 0)
1042                   r -= ONE_PLY;
1043
1044               else if ((ss-1)->statScore >= 0 && ss->statScore < 0)
1045                   r += ONE_PLY;
1046
1047               // Decrease/increase reduction for moves with a good/bad history (~30 Elo)
1048               r -= ss->statScore / 20000 * ONE_PLY;
1049           }
1050
1051           Depth d = std::max(newDepth - std::max(r, DEPTH_ZERO), ONE_PLY);
1052
1053           value = -search<NonPV>(pos, ss+1, -(alpha+1), -alpha, d, true);
1054
1055           doFullDepthSearch = (value > alpha && d != newDepth);
1056       }
1057       else
1058           doFullDepthSearch = !PvNode || moveCount > 1;
1059
1060       // Step 17. Full depth search when LMR is skipped or fails high
1061       if (doFullDepthSearch)
1062           value = -search<NonPV>(pos, ss+1, -(alpha+1), -alpha, newDepth, !cutNode);
1063
1064       // For PV nodes only, do a full PV search on the first move or after a fail
1065       // high (in the latter case search only if value < beta), otherwise let the
1066       // parent node fail low with value <= alpha and try another move.
1067       if (PvNode && (moveCount == 1 || (value > alpha && (rootNode || value < beta))))
1068       {
1069           (ss+1)->pv = pv;
1070           (ss+1)->pv[0] = MOVE_NONE;
1071
1072           value = -search<PV>(pos, ss+1, -beta, -alpha, newDepth, false);
1073       }
1074
1075       // Step 18. Undo move
1076       pos.undo_move(move);
1077
1078       assert(value > -VALUE_INFINITE && value < VALUE_INFINITE);
1079
1080       // Step 19. Check for a new best move
1081       // Finished searching the move. If a stop occurred, the return value of
1082       // the search cannot be trusted, and we return immediately without
1083       // updating best move, PV and TT.
1084       if (Threads.stop.load(std::memory_order_relaxed))
1085           return VALUE_ZERO;
1086
1087       if (rootNode)
1088       {
1089           RootMove& rm = *std::find(thisThread->rootMoves.begin(),
1090                                     thisThread->rootMoves.end(), move);
1091
1092           // PV move or new best move?
1093           if (moveCount == 1 || value > alpha)
1094           {
1095               rm.score = value;
1096               rm.selDepth = thisThread->selDepth;
1097               rm.pv.resize(1);
1098
1099               assert((ss+1)->pv);
1100
1101               for (Move* m = (ss+1)->pv; *m != MOVE_NONE; ++m)
1102                   rm.pv.push_back(*m);
1103
1104               // We record how often the best move has been changed in each
1105               // iteration. This information is used for time management: When
1106               // the best move changes frequently, we allocate some more time.
1107               if (moveCount > 1)
1108                   ++thisThread->bestMoveChanges;
1109           }
1110           else
1111               // All other moves but the PV are set to the lowest value: this
1112               // is not a problem when sorting because the sort is stable and the
1113               // move position in the list is preserved - just the PV is pushed up.
1114               rm.score = -VALUE_INFINITE;
1115       }
1116
1117       if (value > bestValue)
1118       {
1119           bestValue = value;
1120
1121           if (value > alpha)
1122           {
1123               bestMove = move;
1124
1125               if (PvNode && !rootNode) // Update pv even in fail-high case
1126                   update_pv(ss->pv, move, (ss+1)->pv);
1127
1128               if (PvNode && value < beta) // Update alpha! Always alpha < beta
1129                   alpha = value;
1130               else
1131               {
1132                   assert(value >= beta); // Fail high
1133                   ss->statScore = 0;
1134                   break;
1135               }
1136           }
1137       }
1138
1139       if (move != bestMove)
1140       {
1141           if (captureOrPromotion && captureCount < 32)
1142               capturesSearched[captureCount++] = move;
1143
1144           else if (!captureOrPromotion && quietCount < 64)
1145               quietsSearched[quietCount++] = move;
1146       }
1147     }
1148
1149     // The following condition would detect a stop only after move loop has been
1150     // completed. But in this case bestValue is valid because we have fully
1151     // searched our subtree, and we can anyhow save the result in TT.
1152     /*
1153        if (Threads.stop)
1154         return VALUE_DRAW;
1155     */
1156
1157     // Step 20. Check for mate and stalemate
1158     // All legal moves have been searched and if there are no legal moves, it
1159     // must be a mate or a stalemate. If we are in a singular extension search then
1160     // return a fail low score.
1161
1162     assert(moveCount || !inCheck || excludedMove || !MoveList<LEGAL>(pos).size());
1163
1164     if (!moveCount)
1165         bestValue = excludedMove ? alpha
1166                    :     inCheck ? mated_in(ss->ply) : VALUE_DRAW;
1167     else if (bestMove)
1168     {
1169         // Quiet best move: update move sorting heuristics
1170         if (!pos.capture_or_promotion(bestMove))
1171             update_quiet_stats(pos, ss, bestMove, quietsSearched, quietCount,
1172                                stat_bonus(depth + (bestValue > beta + PawnValueMg ? ONE_PLY : DEPTH_ZERO)));
1173
1174         update_capture_stats(pos, bestMove, capturesSearched, captureCount, stat_bonus(depth + ONE_PLY));
1175
1176         // Extra penalty for a quiet TT or main killer move in previous ply when it gets refuted
1177         if (   ((ss-1)->moveCount == 1 || ((ss-1)->currentMove == (ss-1)->killers[0]))
1178             && !pos.captured_piece())
1179                 update_continuation_histories(ss-1, pos.piece_on(prevSq), prevSq, -stat_bonus(depth + ONE_PLY));
1180
1181     }
1182     // Bonus for prior countermove that caused the fail low
1183     else if (   (depth >= 3 * ONE_PLY || PvNode)
1184              && !pos.captured_piece())
1185         update_continuation_histories(ss-1, pos.piece_on(prevSq), prevSq, stat_bonus(depth));
1186
1187     if (PvNode)
1188         bestValue = std::min(bestValue, maxValue);
1189
1190     if (!excludedMove)
1191         tte->save(posKey, value_to_tt(bestValue, ss->ply), ttPv,
1192                   bestValue >= beta ? BOUND_LOWER :
1193                   PvNode && bestMove ? BOUND_EXACT : BOUND_UPPER,
1194                   depth, bestMove, ss->staticEval);
1195
1196     assert(bestValue > -VALUE_INFINITE && bestValue < VALUE_INFINITE);
1197
1198     return bestValue;
1199   }
1200
1201
1202   // qsearch() is the quiescence search function, which is called by the main
1203   // search function with depth zero, or recursively with depth less than ONE_PLY.
1204   template <NodeType NT>
1205   Value qsearch(Position& pos, Stack* ss, Value alpha, Value beta, Depth depth) {
1206
1207     constexpr bool PvNode = NT == PV;
1208
1209     assert(alpha >= -VALUE_INFINITE && alpha < beta && beta <= VALUE_INFINITE);
1210     assert(PvNode || (alpha == beta - 1));
1211     assert(depth <= DEPTH_ZERO);
1212     assert(depth / ONE_PLY * ONE_PLY == depth);
1213
1214     Move pv[MAX_PLY+1];
1215     StateInfo st;
1216     TTEntry* tte;
1217     Key posKey;
1218     Move ttMove, move, bestMove;
1219     Depth ttDepth;
1220     Value bestValue, value, ttValue, futilityValue, futilityBase, oldAlpha;
1221     bool ttHit, pvHit, inCheck, givesCheck, evasionPrunable;
1222     int moveCount;
1223
1224     if (PvNode)
1225     {
1226         oldAlpha = alpha; // To flag BOUND_EXACT when eval above alpha and no available moves
1227         (ss+1)->pv = pv;
1228         ss->pv[0] = MOVE_NONE;
1229     }
1230
1231     Thread* thisThread = pos.this_thread();
1232     (ss+1)->ply = ss->ply + 1;
1233     ss->currentMove = bestMove = MOVE_NONE;
1234     ss->continuationHistory = &thisThread->continuationHistory[NO_PIECE][0];
1235     inCheck = pos.checkers();
1236     moveCount = 0;
1237
1238     // Check for an immediate draw or maximum ply reached
1239     if (   pos.is_draw(ss->ply)
1240         || ss->ply >= MAX_PLY)
1241         return (ss->ply >= MAX_PLY && !inCheck) ? evaluate(pos) : VALUE_DRAW;
1242
1243     assert(0 <= ss->ply && ss->ply < MAX_PLY);
1244
1245     // Decide whether or not to include checks: this fixes also the type of
1246     // TT entry depth that we are going to use. Note that in qsearch we use
1247     // only two types of depth in TT: DEPTH_QS_CHECKS or DEPTH_QS_NO_CHECKS.
1248     ttDepth = inCheck || depth >= DEPTH_QS_CHECKS ? DEPTH_QS_CHECKS
1249                                                   : DEPTH_QS_NO_CHECKS;
1250     // Transposition table lookup
1251     posKey = pos.key();
1252     tte = TT.probe(posKey, ttHit);
1253     ttValue = ttHit ? value_from_tt(tte->value(), ss->ply) : VALUE_NONE;
1254     ttMove = ttHit ? tte->move() : MOVE_NONE;
1255     pvHit = ttHit && tte->is_pv();
1256
1257     if (  !PvNode
1258         && ttHit
1259         && tte->depth() >= ttDepth
1260         && ttValue != VALUE_NONE // Only in case of TT access race
1261         && (ttValue >= beta ? (tte->bound() & BOUND_LOWER)
1262                             : (tte->bound() & BOUND_UPPER)))
1263         return ttValue;
1264
1265     // Evaluate the position statically
1266     if (inCheck)
1267     {
1268         ss->staticEval = VALUE_NONE;
1269         bestValue = futilityBase = -VALUE_INFINITE;
1270     }
1271     else
1272     {
1273         if (ttHit)
1274         {
1275             // Never assume anything on values stored in TT
1276             if ((ss->staticEval = bestValue = tte->eval()) == VALUE_NONE)
1277                 ss->staticEval = bestValue = evaluate(pos);
1278
1279             // Can ttValue be used as a better position evaluation?
1280             if (    ttValue != VALUE_NONE
1281                 && (tte->bound() & (ttValue > bestValue ? BOUND_LOWER : BOUND_UPPER)))
1282                 bestValue = ttValue;
1283         }
1284         else
1285             ss->staticEval = bestValue =
1286             (ss-1)->currentMove != MOVE_NULL ? evaluate(pos)
1287                                              : -(ss-1)->staticEval + 2 * Eval::Tempo;
1288
1289         // Stand pat. Return immediately if static value is at least beta
1290         if (bestValue >= beta)
1291         {
1292             if (!ttHit)
1293                 tte->save(posKey, value_to_tt(bestValue, ss->ply), pvHit, BOUND_LOWER,
1294                           DEPTH_NONE, MOVE_NONE, ss->staticEval);
1295
1296             return bestValue;
1297         }
1298
1299         if (PvNode && bestValue > alpha)
1300             alpha = bestValue;
1301
1302         futilityBase = bestValue + 128;
1303     }
1304
1305     const PieceToHistory* contHist[] = { (ss-1)->continuationHistory, (ss-2)->continuationHistory,
1306                                           nullptr, (ss-4)->continuationHistory,
1307                                           nullptr, (ss-6)->continuationHistory };
1308
1309     // Initialize a MovePicker object for the current position, and prepare
1310     // to search the moves. Because the depth is <= 0 here, only captures,
1311     // queen promotions and checks (only if depth >= DEPTH_QS_CHECKS) will
1312     // be generated.
1313     MovePicker mp(pos, ttMove, depth, &thisThread->mainHistory,
1314                                       &thisThread->captureHistory,
1315                                       contHist,
1316                                       to_sq((ss-1)->currentMove));
1317
1318     // Loop through the moves until no moves remain or a beta cutoff occurs
1319     while ((move = mp.next_move()) != MOVE_NONE)
1320     {
1321       assert(is_ok(move));
1322
1323       givesCheck = pos.gives_check(move);
1324
1325       moveCount++;
1326
1327       // Futility pruning
1328       if (   !inCheck
1329           && !givesCheck
1330           &&  futilityBase > -VALUE_KNOWN_WIN
1331           && !pos.advanced_pawn_push(move))
1332       {
1333           assert(type_of(move) != ENPASSANT); // Due to !pos.advanced_pawn_push
1334
1335           futilityValue = futilityBase + PieceValue[EG][pos.piece_on(to_sq(move))];
1336
1337           if (futilityValue <= alpha)
1338           {
1339               bestValue = std::max(bestValue, futilityValue);
1340               continue;
1341           }
1342
1343           if (futilityBase <= alpha && !pos.see_ge(move, VALUE_ZERO + 1))
1344           {
1345               bestValue = std::max(bestValue, futilityBase);
1346               continue;
1347           }
1348       }
1349
1350       // Detect non-capture evasions that are candidates to be pruned
1351       evasionPrunable =    inCheck
1352                        &&  (depth != DEPTH_ZERO || moveCount > 2)
1353                        &&  bestValue > VALUE_MATED_IN_MAX_PLY
1354                        && !pos.capture(move);
1355
1356       // Don't search moves with negative SEE values
1357       if (  (!inCheck || evasionPrunable)
1358           && !pos.see_ge(move))
1359           continue;
1360
1361       // Speculative prefetch as early as possible
1362       prefetch(TT.first_entry(pos.key_after(move)));
1363
1364       // Check for legality just before making the move
1365       if (!pos.legal(move))
1366       {
1367           moveCount--;
1368           continue;
1369       }
1370
1371       ss->currentMove = move;
1372       ss->continuationHistory = &thisThread->continuationHistory[pos.moved_piece(move)][to_sq(move)];
1373
1374       // Make and search the move
1375       pos.do_move(move, st, givesCheck);
1376       value = -qsearch<NT>(pos, ss+1, -beta, -alpha, depth - ONE_PLY);
1377       pos.undo_move(move);
1378
1379       assert(value > -VALUE_INFINITE && value < VALUE_INFINITE);
1380
1381       // Check for a new best move
1382       if (value > bestValue)
1383       {
1384           bestValue = value;
1385
1386           if (value > alpha)
1387           {
1388               bestMove = move;
1389
1390               if (PvNode) // Update pv even in fail-high case
1391                   update_pv(ss->pv, move, (ss+1)->pv);
1392
1393               if (PvNode && value < beta) // Update alpha here!
1394                   alpha = value;
1395               else
1396                   break; // Fail high
1397           }
1398        }
1399     }
1400
1401     // All legal moves have been searched. A special case: If we're in check
1402     // and no legal moves were found, it is checkmate.
1403     if (inCheck && bestValue == -VALUE_INFINITE)
1404         return mated_in(ss->ply); // Plies to mate from the root
1405
1406     tte->save(posKey, value_to_tt(bestValue, ss->ply), pvHit,
1407               bestValue >= beta ? BOUND_LOWER :
1408               PvNode && bestValue > oldAlpha  ? BOUND_EXACT : BOUND_UPPER,
1409               ttDepth, bestMove, ss->staticEval);
1410
1411     assert(bestValue > -VALUE_INFINITE && bestValue < VALUE_INFINITE);
1412
1413     return bestValue;
1414   }
1415
1416
1417   // value_to_tt() adjusts a mate score from "plies to mate from the root" to
1418   // "plies to mate from the current position". Non-mate scores are unchanged.
1419   // The function is called before storing a value in the transposition table.
1420
1421   Value value_to_tt(Value v, int ply) {
1422
1423     assert(v != VALUE_NONE);
1424
1425     return  v >= VALUE_MATE_IN_MAX_PLY  ? v + ply
1426           : v <= VALUE_MATED_IN_MAX_PLY ? v - ply : v;
1427   }
1428
1429
1430   // value_from_tt() is the inverse of value_to_tt(): It adjusts a mate score
1431   // from the transposition table (which refers to the plies to mate/be mated
1432   // from current position) to "plies to mate/be mated from the root".
1433
1434   Value value_from_tt(Value v, int ply) {
1435
1436     return  v == VALUE_NONE             ? VALUE_NONE
1437           : v >= VALUE_MATE_IN_MAX_PLY  ? v - ply
1438           : v <= VALUE_MATED_IN_MAX_PLY ? v + ply : v;
1439   }
1440
1441
1442   // update_pv() adds current move and appends child pv[]
1443
1444   void update_pv(Move* pv, Move move, Move* childPv) {
1445
1446     for (*pv++ = move; childPv && *childPv != MOVE_NONE; )
1447         *pv++ = *childPv++;
1448     *pv = MOVE_NONE;
1449   }
1450
1451
1452   // update_continuation_histories() updates histories of the move pairs formed
1453   // by moves at ply -1, -2, and -4 with current move.
1454
1455   void update_continuation_histories(Stack* ss, Piece pc, Square to, int bonus) {
1456
1457     for (int i : {1, 2, 4, 6})
1458         if (is_ok((ss-i)->currentMove))
1459             (*(ss-i)->continuationHistory)[pc][to] << bonus;
1460   }
1461
1462
1463   // update_capture_stats() updates move sorting heuristics when a new capture best move is found
1464
1465   void update_capture_stats(const Position& pos, Move move,
1466                             Move* captures, int captureCount, int bonus) {
1467
1468       CapturePieceToHistory& captureHistory =  pos.this_thread()->captureHistory;
1469       Piece moved_piece = pos.moved_piece(move);
1470       PieceType captured = type_of(pos.piece_on(to_sq(move)));
1471
1472       if (pos.capture_or_promotion(move))
1473           captureHistory[moved_piece][to_sq(move)][captured] << bonus;
1474
1475       // Decrease all the other played capture moves
1476       for (int i = 0; i < captureCount; ++i)
1477       {
1478           moved_piece = pos.moved_piece(captures[i]);
1479           captured = type_of(pos.piece_on(to_sq(captures[i])));
1480           captureHistory[moved_piece][to_sq(captures[i])][captured] << -bonus;
1481       }
1482   }
1483
1484
1485   // update_quiet_stats() updates move sorting heuristics when a new quiet best move is found
1486
1487   void update_quiet_stats(const Position& pos, Stack* ss, Move move,
1488                           Move* quiets, int quietCount, int bonus) {
1489
1490     if (ss->killers[0] != move)
1491     {
1492         ss->killers[1] = ss->killers[0];
1493         ss->killers[0] = move;
1494     }
1495
1496     Color us = pos.side_to_move();
1497     Thread* thisThread = pos.this_thread();
1498     thisThread->mainHistory[us][from_to(move)] << bonus;
1499     update_continuation_histories(ss, pos.moved_piece(move), to_sq(move), bonus);
1500
1501     if (is_ok((ss-1)->currentMove))
1502     {
1503         Square prevSq = to_sq((ss-1)->currentMove);
1504         thisThread->counterMoves[pos.piece_on(prevSq)][prevSq] = move;
1505     }
1506
1507     // Decrease all the other played quiet moves
1508     for (int i = 0; i < quietCount; ++i)
1509     {
1510         thisThread->mainHistory[us][from_to(quiets[i])] << -bonus;
1511         update_continuation_histories(ss, pos.moved_piece(quiets[i]), to_sq(quiets[i]), -bonus);
1512     }
1513   }
1514
1515   // When playing with strength handicap, choose best move among a set of RootMoves
1516   // using a statistical rule dependent on 'level'. Idea by Heinz van Saanen.
1517
1518   Move Skill::pick_best(size_t multiPV) {
1519
1520     const RootMoves& rootMoves = Threads.main()->rootMoves;
1521     static PRNG rng(now()); // PRNG sequence should be non-deterministic
1522
1523     // RootMoves are already sorted by score in descending order
1524     Value topScore = rootMoves[0].score;
1525     int delta = std::min(topScore - rootMoves[multiPV - 1].score, PawnValueMg);
1526     int weakness = 120 - 2 * level;
1527     int maxScore = -VALUE_INFINITE;
1528
1529     // Choose best move. For each move score we add two terms, both dependent on
1530     // weakness. One is deterministic and bigger for weaker levels, and one is
1531     // random. Then we choose the move with the resulting highest score.
1532     for (size_t i = 0; i < multiPV; ++i)
1533     {
1534         // This is our magic formula
1535         int push = (  weakness * int(topScore - rootMoves[i].score)
1536                     + delta * (rng.rand<unsigned>() % weakness)) / 128;
1537
1538         if (rootMoves[i].score + push >= maxScore)
1539         {
1540             maxScore = rootMoves[i].score + push;
1541             best = rootMoves[i].pv[0];
1542         }
1543     }
1544
1545     return best;
1546   }
1547
1548 } // namespace
1549
1550 /// MainThread::check_time() is used to print debug info and, more importantly,
1551 /// to detect when we are out of available time and thus stop the search.
1552
1553 void MainThread::check_time() {
1554
1555   if (--callsCnt > 0)
1556       return;
1557
1558   // When using nodes, ensure checking rate is not lower than 0.1% of nodes
1559   callsCnt = Limits.nodes ? std::min(1024, int(Limits.nodes / 1024)) : 1024;
1560
1561   static TimePoint lastInfoTime = now();
1562
1563   TimePoint elapsed = Time.elapsed();
1564   TimePoint tick = Limits.startTime + elapsed;
1565
1566   if (tick - lastInfoTime >= 1000)
1567   {
1568       lastInfoTime = tick;
1569       dbg_print();
1570   }
1571
1572   // We should not stop pondering until told so by the GUI
1573   if (ponder)
1574       return;
1575
1576   if (   (Limits.use_time_management() && (elapsed > Time.maximum() - 10 || stopOnPonderhit))
1577       || (Limits.movetime && elapsed >= Limits.movetime)
1578       || (Limits.nodes && Threads.nodes_searched() >= (uint64_t)Limits.nodes))
1579       Threads.stop = true;
1580 }
1581
1582
1583 /// UCI::pv() formats PV information according to the UCI protocol. UCI requires
1584 /// that all (if any) unsearched PV lines are sent using a previous search score.
1585
1586 string UCI::pv(const Position& pos, Depth depth, Value alpha, Value beta) {
1587
1588   std::stringstream ss;
1589   TimePoint elapsed = Time.elapsed() + 1;
1590   const RootMoves& rootMoves = pos.this_thread()->rootMoves;
1591   size_t pvIdx = pos.this_thread()->pvIdx;
1592   size_t multiPV = std::min((size_t)Options["MultiPV"], rootMoves.size());
1593   uint64_t nodesSearched = Threads.nodes_searched();
1594   uint64_t tbHits = Threads.tb_hits() + (TB::RootInTB ? rootMoves.size() : 0);
1595
1596   for (size_t i = 0; i < multiPV; ++i)
1597   {
1598       bool updated = (i <= pvIdx && rootMoves[i].score != -VALUE_INFINITE);
1599
1600       if (depth == ONE_PLY && !updated)
1601           continue;
1602
1603       Depth d = updated ? depth : depth - ONE_PLY;
1604       Value v = updated ? rootMoves[i].score : rootMoves[i].previousScore;
1605
1606       bool tb = TB::RootInTB && abs(v) < VALUE_MATE - MAX_PLY;
1607       v = tb ? rootMoves[i].tbScore : v;
1608
1609       if (ss.rdbuf()->in_avail()) // Not at first line
1610           ss << "\n";
1611
1612       ss << "info"
1613          << " depth "    << d / ONE_PLY
1614          << " seldepth " << rootMoves[i].selDepth
1615          << " multipv "  << i + 1
1616          << " score "    << UCI::value(v);
1617
1618       if (!tb && i == pvIdx)
1619           ss << (v >= beta ? " lowerbound" : v <= alpha ? " upperbound" : "");
1620
1621       ss << " nodes "    << nodesSearched
1622          << " nps "      << nodesSearched * 1000 / elapsed;
1623
1624       if (elapsed > 1000) // Earlier makes little sense
1625           ss << " hashfull " << TT.hashfull();
1626
1627       ss << " tbhits "   << tbHits
1628          << " time "     << elapsed
1629          << " pv";
1630
1631       for (Move m : rootMoves[i].pv)
1632           ss << " " << UCI::move(m, pos.is_chess960());
1633   }
1634
1635   return ss.str();
1636 }
1637
1638
1639 /// RootMove::extract_ponder_from_tt() is called in case we have no ponder move
1640 /// before exiting the search, for instance, in case we stop the search during a
1641 /// fail high at root. We try hard to have a ponder move to return to the GUI,
1642 /// otherwise in case of 'ponder on' we have nothing to think on.
1643
1644 bool RootMove::extract_ponder_from_tt(Position& pos) {
1645
1646     StateInfo st;
1647     bool ttHit;
1648
1649     assert(pv.size() == 1);
1650
1651     if (pv[0] == MOVE_NONE)
1652         return false;
1653
1654     pos.do_move(pv[0], st);
1655     TTEntry* tte = TT.probe(pos.key(), ttHit);
1656
1657     if (ttHit)
1658     {
1659         Move m = tte->move(); // Local copy to be SMP safe
1660         if (MoveList<LEGAL>(pos).contains(m))
1661             pv.push_back(m);
1662     }
1663
1664     pos.undo_move(pv[0]);
1665     return pv.size() > 1;
1666 }
1667
1668 void Tablebases::rank_root_moves(Position& pos, Search::RootMoves& rootMoves) {
1669
1670     RootInTB = false;
1671     UseRule50 = bool(Options["Syzygy50MoveRule"]);
1672     ProbeDepth = int(Options["SyzygyProbeDepth"]) * ONE_PLY;
1673     Cardinality = int(Options["SyzygyProbeLimit"]);
1674     bool dtz_available = true;
1675
1676     // Tables with fewer pieces than SyzygyProbeLimit are searched with
1677     // ProbeDepth == DEPTH_ZERO
1678     if (Cardinality > MaxCardinality)
1679     {
1680         Cardinality = MaxCardinality;
1681         ProbeDepth = DEPTH_ZERO;
1682     }
1683
1684     if (Cardinality >= popcount(pos.pieces()) && !pos.can_castle(ANY_CASTLING))
1685     {
1686         // Rank moves using DTZ tables
1687         RootInTB = root_probe(pos, rootMoves);
1688
1689         if (!RootInTB)
1690         {
1691             // DTZ tables are missing; try to rank moves using WDL tables
1692             dtz_available = false;
1693             RootInTB = root_probe_wdl(pos, rootMoves);
1694         }
1695     }
1696
1697     if (RootInTB)
1698     {
1699         // Sort moves according to TB rank
1700         std::sort(rootMoves.begin(), rootMoves.end(),
1701                   [](const RootMove &a, const RootMove &b) { return a.tbRank > b.tbRank; } );
1702
1703         // Probe during search only if DTZ is not available and we are winning
1704         if (dtz_available || rootMoves[0].tbScore <= VALUE_DRAW)
1705             Cardinality = 0;
1706     }
1707     else
1708     {
1709         // Assign the same rank to all moves
1710         for (auto& m : rootMoves)
1711             m.tbRank = 0;
1712     }
1713 }