Allow pruning advance pawn pushes if not near endgame
[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) 2015-2017 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   // History and stats update bonus, based on depth
79   Value stat_bonus(Depth depth) {
80     int d = depth / ONE_PLY ;
81     return Value(d * d + 2 * d - 2);
82   }
83
84   // Skill structure is used to implement strength limit
85   struct Skill {
86     Skill(int l) : level(l) {}
87     bool enabled() const { return level < 20; }
88     bool time_to_pick(Depth depth) const { return depth / ONE_PLY == 1 + level; }
89     Move best_move(size_t multiPV) { return best ? best : pick_best(multiPV); }
90     Move pick_best(size_t multiPV);
91
92     int level;
93     Move best = MOVE_NONE;
94   };
95
96   // EasyMoveManager structure is used to detect an 'easy move'. When the PV is
97   // stable across multiple search iterations, we can quickly return the best move.
98   struct EasyMoveManager {
99
100     void clear() {
101       stableCnt = 0;
102       expectedPosKey = 0;
103       pv[0] = pv[1] = pv[2] = MOVE_NONE;
104     }
105
106     Move get(Key key) const {
107       return expectedPosKey == key ? pv[2] : MOVE_NONE;
108     }
109
110     void update(Position& pos, const std::vector<Move>& newPv) {
111
112       assert(newPv.size() >= 3);
113
114       // Keep track of how many times in a row the 3rd ply remains stable
115       stableCnt = (newPv[2] == pv[2]) ? stableCnt + 1 : 0;
116
117       if (!std::equal(newPv.begin(), newPv.begin() + 3, pv))
118       {
119           std::copy(newPv.begin(), newPv.begin() + 3, pv);
120
121           StateInfo st[2];
122           pos.do_move(newPv[0], st[0]);
123           pos.do_move(newPv[1], st[1]);
124           expectedPosKey = pos.key();
125           pos.undo_move(newPv[1]);
126           pos.undo_move(newPv[0]);
127       }
128     }
129
130     int stableCnt;
131     Key expectedPosKey;
132     Move pv[3];
133   };
134
135   // skip half of the plies in blocks depending on the helper thread idx.
136   bool skip_ply(int idx, int ply) {
137
138     idx = (idx - 1) % 20 + 1; // cycle after 20 threads.
139
140     // number of successive plies to skip, depending on idx.
141     int ones = 1;
142     while (ones * (ones + 1) < idx)
143         ones++;
144
145     return ((ply + idx - 1) / ones - ones) % 2 == 0;
146   }
147
148   EasyMoveManager EasyMove;
149   Value DrawValue[COLOR_NB];
150
151   template <NodeType NT>
152   Value search(Position& pos, Stack* ss, Value alpha, Value beta, Depth depth, bool cutNode, bool skipEarlyPruning);
153
154   template <NodeType NT, bool InCheck>
155   Value qsearch(Position& pos, Stack* ss, Value alpha, Value beta, Depth depth = DEPTH_ZERO);
156
157   Value value_to_tt(Value v, int ply);
158   Value value_from_tt(Value v, int ply);
159   void update_pv(Move* pv, Move move, Move* childPv);
160   void update_cm_stats(Stack* ss, Piece pc, Square s, Value bonus);
161   void update_stats(const Position& pos, Stack* ss, Move move, Move* quiets, int quietsCnt, Value bonus);
162   void check_time();
163
164 } // namespace
165
166
167 /// Search::init() is called during startup to initialize various lookup tables
168
169 void Search::init() {
170
171   for (int imp = 0; imp <= 1; ++imp)
172       for (int d = 1; d < 64; ++d)
173           for (int mc = 1; mc < 64; ++mc)
174           {
175               double r = log(d) * log(mc) / 2;
176
177               Reductions[NonPV][imp][d][mc] = int(std::round(r));
178               Reductions[PV][imp][d][mc] = std::max(Reductions[NonPV][imp][d][mc] - 1, 0);
179
180               // Increase reduction for non-PV nodes when eval is not improving
181               if (!imp && Reductions[NonPV][imp][d][mc] >= 2)
182                 Reductions[NonPV][imp][d][mc]++;
183           }
184
185   for (int d = 0; d < 16; ++d)
186   {
187       FutilityMoveCounts[0][d] = int(2.4 + 0.773 * pow(d + 0.00, 1.8));
188       FutilityMoveCounts[1][d] = int(2.9 + 1.045 * pow(d + 0.49, 1.8));
189   }
190 }
191
192
193 /// Search::clear() resets search state to zero, to obtain reproducible results
194
195 void Search::clear() {
196
197   TT.clear();
198
199   for (Thread* th : Threads)
200   {
201       th->counterMoves.clear();
202       th->history.clear();
203       th->counterMoveHistory.clear();
204       th->resetCalls = true;
205   }
206
207   Threads.main()->previousScore = VALUE_INFINITE;
208 }
209
210
211 /// Search::perft() is our utility to verify move generation. All the leaf nodes
212 /// up to the given depth are generated and counted, and the sum is returned.
213 template<bool Root>
214 uint64_t Search::perft(Position& pos, Depth depth) {
215
216   StateInfo st;
217   uint64_t cnt, nodes = 0;
218   const bool leaf = (depth == 2 * ONE_PLY);
219
220   for (const auto& m : MoveList<LEGAL>(pos))
221   {
222       if (Root && depth <= ONE_PLY)
223           cnt = 1, nodes++;
224       else
225       {
226           pos.do_move(m, st);
227           cnt = leaf ? MoveList<LEGAL>(pos).size() : perft<false>(pos, depth - ONE_PLY);
228           nodes += cnt;
229           pos.undo_move(m);
230       }
231       if (Root)
232           sync_cout << UCI::move(m, pos.is_chess960()) << ": " << cnt << sync_endl;
233   }
234   return nodes;
235 }
236
237 template uint64_t Search::perft<true>(Position&, Depth);
238
239
240 /// MainThread::search() is called by the main thread when the program receives
241 /// the UCI 'go' command. It searches from the root position and outputs the "bestmove".
242
243 void MainThread::search() {
244
245   Color us = rootPos.side_to_move();
246   Time.init(Limits, us, rootPos.game_ply());
247
248   int contempt = Options["Contempt"] * PawnValueEg / 100; // From centipawns
249   DrawValue[ us] = VALUE_DRAW - Value(contempt);
250   DrawValue[~us] = VALUE_DRAW + Value(contempt);
251
252   if (rootMoves.empty())
253   {
254       rootMoves.push_back(RootMove(MOVE_NONE));
255       sync_cout << "info depth 0 score "
256                 << UCI::value(rootPos.checkers() ? -VALUE_MATE : VALUE_DRAW)
257                 << sync_endl;
258   }
259   else
260   {
261       for (Thread* th : Threads)
262           if (th != this)
263               th->start_searching();
264
265       Thread::search(); // Let's start searching!
266   }
267
268   // When playing in 'nodes as time' mode, subtract the searched nodes from
269   // the available ones before exiting.
270   if (Limits.npmsec)
271       Time.availableNodes += Limits.inc[us] - Threads.nodes_searched();
272
273   // When we reach the maximum depth, we can arrive here without a raise of
274   // Signals.stop. However, if we are pondering or in an infinite search,
275   // the UCI protocol states that we shouldn't print the best move before the
276   // GUI sends a "stop" or "ponderhit" command. We therefore simply wait here
277   // until the GUI sends one of those commands (which also raises Signals.stop).
278   if (!Signals.stop && (Limits.ponder || Limits.infinite))
279   {
280       Signals.stopOnPonderhit = true;
281       wait(Signals.stop);
282   }
283
284   // Stop the threads if not already stopped
285   Signals.stop = true;
286
287   // Wait until all threads have finished
288   for (Thread* th : Threads)
289       if (th != this)
290           th->wait_for_search_finished();
291
292   // Check if there are threads with a better score than main thread
293   Thread* bestThread = this;
294   if (   !this->easyMovePlayed
295       &&  Options["MultiPV"] == 1
296       && !Limits.depth
297       && !Skill(Options["Skill Level"]).enabled()
298       &&  rootMoves[0].pv[0] != MOVE_NONE)
299   {
300       for (Thread* th : Threads)
301       {
302           Depth depthDiff = th->completedDepth - bestThread->completedDepth;
303           Value scoreDiff = th->rootMoves[0].score - bestThread->rootMoves[0].score;
304
305           if (scoreDiff > 0 && depthDiff >= 0)
306               bestThread = th;
307       }
308   }
309
310   previousScore = bestThread->rootMoves[0].score;
311
312   // Send new PV when needed
313   if (bestThread != this)
314       sync_cout << UCI::pv(bestThread->rootPos, bestThread->completedDepth, -VALUE_INFINITE, VALUE_INFINITE) << sync_endl;
315
316   sync_cout << "bestmove " << UCI::move(bestThread->rootMoves[0].pv[0], rootPos.is_chess960());
317
318   if (bestThread->rootMoves[0].pv.size() > 1 || bestThread->rootMoves[0].extract_ponder_from_tt(rootPos))
319       std::cout << " ponder " << UCI::move(bestThread->rootMoves[0].pv[1], rootPos.is_chess960());
320
321   std::cout << sync_endl;
322 }
323
324
325 // Thread::search() is the main iterative deepening loop. It calls search()
326 // repeatedly with increasing depth until the allocated thinking time has been
327 // consumed, the user stops the search, or the maximum search depth is reached.
328
329 void Thread::search() {
330
331   Stack stack[MAX_PLY+7], *ss = stack+4; // To allow referencing (ss-4) and (ss+2)
332   Value bestValue, alpha, beta, delta;
333   Move easyMove = MOVE_NONE;
334   MainThread* mainThread = (this == Threads.main() ? Threads.main() : nullptr);
335
336   std::memset(ss-4, 0, 7 * sizeof(Stack));
337
338   bestValue = delta = alpha = -VALUE_INFINITE;
339   beta = VALUE_INFINITE;
340   completedDepth = DEPTH_ZERO;
341
342   if (mainThread)
343   {
344       easyMove = EasyMove.get(rootPos.key());
345       EasyMove.clear();
346       mainThread->easyMovePlayed = mainThread->failedLow = false;
347       mainThread->bestMoveChanges = 0;
348       TT.new_search();
349   }
350
351   size_t multiPV = Options["MultiPV"];
352   Skill skill(Options["Skill Level"]);
353
354   // When playing with strength handicap enable MultiPV search that we will
355   // use behind the scenes to retrieve a set of possible moves.
356   if (skill.enabled())
357       multiPV = std::max(multiPV, (size_t)4);
358
359   multiPV = std::min(multiPV, rootMoves.size());
360
361   // Iterative deepening loop until requested to stop or the target depth is reached
362   while (   (rootDepth += ONE_PLY) < DEPTH_MAX
363          && !Signals.stop
364          && (!Limits.depth || Threads.main()->rootDepth / ONE_PLY <= Limits.depth))
365   {
366       // skip plies for helper threads
367       if (idx && skip_ply(idx, rootDepth / ONE_PLY + rootPos.game_ply()))
368           continue;
369
370       // Age out PV variability metric
371       if (mainThread)
372           mainThread->bestMoveChanges *= 0.505, mainThread->failedLow = false;
373
374       // Save the last iteration's scores before first PV line is searched and
375       // all the move scores except the (new) PV are set to -VALUE_INFINITE.
376       for (RootMove& rm : rootMoves)
377           rm.previousScore = rm.score;
378
379       // MultiPV loop. We perform a full root search for each PV line
380       for (PVIdx = 0; PVIdx < multiPV && !Signals.stop; ++PVIdx)
381       {
382           // Reset aspiration window starting size
383           if (rootDepth >= 5 * ONE_PLY)
384           {
385               delta = Value(18);
386               alpha = std::max(rootMoves[PVIdx].previousScore - delta,-VALUE_INFINITE);
387               beta  = std::min(rootMoves[PVIdx].previousScore + delta, VALUE_INFINITE);
388           }
389
390           // Start with a small aspiration window and, in the case of a fail
391           // high/low, re-search with a bigger window until we're not failing
392           // high/low anymore.
393           while (true)
394           {
395               bestValue = ::search<PV>(rootPos, ss, alpha, beta, rootDepth, false, false);
396
397               // Bring the best move to the front. It is critical that sorting
398               // is done with a stable algorithm because all the values but the
399               // first and eventually the new best one are set to -VALUE_INFINITE
400               // and we want to keep the same order for all the moves except the
401               // new PV that goes to the front. Note that in case of MultiPV
402               // search the already searched PV lines are preserved.
403               std::stable_sort(rootMoves.begin() + PVIdx, rootMoves.end());
404
405               // If search has been stopped, we break immediately. Sorting and
406               // writing PV back to TT is safe because RootMoves is still
407               // valid, although it refers to the previous iteration.
408               if (Signals.stop)
409                   break;
410
411               // When failing high/low give some update (without cluttering
412               // the UI) before a re-search.
413               if (   mainThread
414                   && multiPV == 1
415                   && (bestValue <= alpha || bestValue >= beta)
416                   && Time.elapsed() > 3000)
417                   sync_cout << UCI::pv(rootPos, rootDepth, alpha, beta) << sync_endl;
418
419               // In case of failing low/high increase aspiration window and
420               // re-search, otherwise exit the loop.
421               if (bestValue <= alpha)
422               {
423                   beta = (alpha + beta) / 2;
424                   alpha = std::max(bestValue - delta, -VALUE_INFINITE);
425
426                   if (mainThread)
427                   {
428                       mainThread->failedLow = true;
429                       Signals.stopOnPonderhit = false;
430                   }
431               }
432               else if (bestValue >= beta)
433               {
434                   alpha = (alpha + beta) / 2;
435                   beta = std::min(bestValue + delta, VALUE_INFINITE);
436               }
437               else
438                   break;
439
440               delta += delta / 4 + 5;
441
442               assert(alpha >= -VALUE_INFINITE && beta <= VALUE_INFINITE);
443           }
444
445           // Sort the PV lines searched so far and update the GUI
446           std::stable_sort(rootMoves.begin(), rootMoves.begin() + PVIdx + 1);
447
448           if (!mainThread)
449               continue;
450
451           if (Signals.stop || PVIdx + 1 == multiPV || Time.elapsed() > 3000)
452               sync_cout << UCI::pv(rootPos, rootDepth, alpha, beta) << sync_endl;
453       }
454
455       if (!Signals.stop)
456           completedDepth = rootDepth;
457
458       if (!mainThread)
459           continue;
460
461       // If skill level is enabled and time is up, pick a sub-optimal best move
462       if (skill.enabled() && skill.time_to_pick(rootDepth))
463           skill.pick_best(multiPV);
464
465       // Have we found a "mate in x"?
466       if (   Limits.mate
467           && bestValue >= VALUE_MATE_IN_MAX_PLY
468           && VALUE_MATE - bestValue <= 2 * Limits.mate)
469           Signals.stop = true;
470
471       // Do we have time for the next iteration? Can we stop searching now?
472       if (Limits.use_time_management())
473       {
474           if (!Signals.stop && !Signals.stopOnPonderhit)
475           {
476               // Stop the search if only one legal move is available, or if all
477               // of the available time has been used, or if we matched an easyMove
478               // from the previous search and just did a fast verification.
479               const int F[] = { mainThread->failedLow,
480                                 bestValue - mainThread->previousScore };
481
482               int improvingFactor = std::max(229, std::min(715, 357 + 119 * F[0] - 6 * F[1]));
483               double unstablePvFactor = 1 + mainThread->bestMoveChanges;
484
485               bool doEasyMove =   rootMoves[0].pv[0] == easyMove
486                                && mainThread->bestMoveChanges < 0.03
487                                && Time.elapsed() > Time.optimum() * 5 / 44;
488
489               if (   rootMoves.size() == 1
490                   || Time.elapsed() > Time.optimum() * unstablePvFactor * improvingFactor / 628
491                   || (mainThread->easyMovePlayed = doEasyMove, doEasyMove))
492               {
493                   // If we are allowed to ponder do not stop the search now but
494                   // keep pondering until the GUI sends "ponderhit" or "stop".
495                   if (Limits.ponder)
496                       Signals.stopOnPonderhit = true;
497                   else
498                       Signals.stop = true;
499               }
500           }
501
502           if (rootMoves[0].pv.size() >= 3)
503               EasyMove.update(rootPos, rootMoves[0].pv);
504           else
505               EasyMove.clear();
506       }
507   }
508
509   if (!mainThread)
510       return;
511
512   // Clear any candidate easy move that wasn't stable for the last search
513   // iterations; the second condition prevents consecutive fast moves.
514   if (EasyMove.stableCnt < 6 || mainThread->easyMovePlayed)
515       EasyMove.clear();
516
517   // If skill level is enabled, swap best PV line with the sub-optimal one
518   if (skill.enabled())
519       std::swap(rootMoves[0], *std::find(rootMoves.begin(),
520                 rootMoves.end(), skill.best_move(multiPV)));
521 }
522
523
524 namespace {
525
526   // search<>() is the main search function for both PV and non-PV nodes
527
528   template <NodeType NT>
529   Value search(Position& pos, Stack* ss, Value alpha, Value beta, Depth depth, bool cutNode, bool skipEarlyPruning) {
530
531     const bool PvNode = NT == PV;
532     const bool rootNode = PvNode && (ss-1)->ply == 0;
533
534     assert(-VALUE_INFINITE <= alpha && alpha < beta && beta <= VALUE_INFINITE);
535     assert(PvNode || (alpha == beta - 1));
536     assert(DEPTH_ZERO < depth && depth < DEPTH_MAX);
537     assert(!(PvNode && cutNode));
538     assert(depth / ONE_PLY * ONE_PLY == depth);
539
540     Move pv[MAX_PLY+1], quietsSearched[64];
541     StateInfo st;
542     TTEntry* tte;
543     Key posKey;
544     Move ttMove, move, excludedMove, bestMove;
545     Depth extension, newDepth;
546     Value bestValue, value, ttValue, eval;
547     bool ttHit, inCheck, givesCheck, singularExtensionNode, improving;
548     bool captureOrPromotion, doFullDepthSearch, moveCountPruning;
549     Piece moved_piece;
550     int moveCount, quietCount;
551
552     // Step 1. Initialize node
553     Thread* thisThread = pos.this_thread();
554     inCheck = pos.checkers();
555     moveCount = quietCount =  ss->moveCount = 0;
556     ss->history = VALUE_ZERO;
557     bestValue = -VALUE_INFINITE;
558     ss->ply = (ss-1)->ply + 1;
559
560     // Check for the available remaining time
561     if (thisThread->resetCalls.load(std::memory_order_relaxed))
562     {
563         thisThread->resetCalls = false;
564         // At low node count increase the checking rate to about 0.1% of nodes
565         // otherwise use a default value.
566         thisThread->callsCnt = Limits.nodes ? std::min((int64_t)4096, Limits.nodes / 1024)
567                                             : 4096;
568     }
569
570     if (--thisThread->callsCnt <= 0)
571     {
572         for (Thread* th : Threads)
573             th->resetCalls = true;
574
575         check_time();
576     }
577
578     // Used to send selDepth info to GUI
579     if (PvNode && thisThread->maxPly < ss->ply)
580         thisThread->maxPly = ss->ply;
581
582     if (!rootNode)
583     {
584         // Step 2. Check for aborted search and immediate draw
585         if (Signals.stop.load(std::memory_order_relaxed) || pos.is_draw(ss->ply) || ss->ply >= MAX_PLY)
586             return ss->ply >= MAX_PLY && !inCheck ? evaluate(pos)
587                                                   : DrawValue[pos.side_to_move()];
588
589         // Step 3. Mate distance pruning. Even if we mate at the next move our score
590         // would be at best mate_in(ss->ply+1), but if alpha is already bigger because
591         // a shorter mate was found upward in the tree then there is no need to search
592         // because we will never beat the current alpha. Same logic but with reversed
593         // signs applies also in the opposite condition of being mated instead of giving
594         // mate. In this case return a fail-high score.
595         alpha = std::max(mated_in(ss->ply), alpha);
596         beta = std::min(mate_in(ss->ply+1), beta);
597         if (alpha >= beta)
598             return alpha;
599     }
600
601     assert(0 <= ss->ply && ss->ply < MAX_PLY);
602
603     ss->currentMove = (ss+1)->excludedMove = bestMove = MOVE_NONE;
604     ss->counterMoves = nullptr;
605     (ss+2)->killers[0] = (ss+2)->killers[1] = MOVE_NONE;
606     Square prevSq = to_sq((ss-1)->currentMove);
607
608     // Step 4. Transposition table lookup. We don't want the score of a partial
609     // search to overwrite a previous full search TT value, so we use a different
610     // position key in case of an excluded move.
611     excludedMove = ss->excludedMove;
612     posKey = pos.key() ^ Key(excludedMove);
613     tte = TT.probe(posKey, ttHit);
614     ttValue = ttHit ? value_from_tt(tte->value(), ss->ply) : VALUE_NONE;
615     ttMove =  rootNode ? thisThread->rootMoves[thisThread->PVIdx].pv[0]
616             : ttHit    ? tte->move() : MOVE_NONE;
617
618     // At non-PV nodes we check for an early TT cutoff
619     if (  !PvNode
620         && ttHit
621         && tte->depth() >= depth
622         && ttValue != VALUE_NONE // Possible in case of TT access race
623         && (ttValue >= beta ? (tte->bound() & BOUND_LOWER)
624                             : (tte->bound() & BOUND_UPPER)))
625     {
626         // If ttMove is quiet, update move sorting heuristics on TT hit
627         if (ttMove)
628         {
629             if (ttValue >= beta)
630             {
631                 if (!pos.capture_or_promotion(ttMove))
632                     update_stats(pos, ss, ttMove, nullptr, 0, stat_bonus(depth));
633
634                 // Extra penalty for a quiet TT move in previous ply when it gets refuted
635                 if ((ss-1)->moveCount == 1 && !pos.captured_piece())
636                     update_cm_stats(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                 Value penalty = -stat_bonus(depth + ONE_PLY);
642                 thisThread->history.update(pos.side_to_move(), ttMove, penalty);
643                 update_cm_stats(ss, pos.moved_piece(ttMove), to_sq(ttMove), penalty);
644             }
645         }
646         return ttValue;
647     }
648
649     // Step 4a. Tablebase probe
650     if (!rootNode && TB::Cardinality)
651     {
652         int piecesCount = pos.count<ALL_PIECES>(WHITE) + pos.count<ALL_PIECES>(BLACK);
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 v = Tablebases::probe_wdl(pos, &err);
661
662             if (err != TB::ProbeState::FAIL)
663             {
664                 thisThread->tbHits++;
665
666                 int drawScore = TB::UseRule50 ? 1 : 0;
667
668                 value =  v < -drawScore ? -VALUE_MATE + MAX_PLY + ss->ply
669                        : v >  drawScore ?  VALUE_MATE - MAX_PLY - ss->ply
670                                         :  VALUE_DRAW + 2 * v * drawScore;
671
672                 tte->save(posKey, value_to_tt(value, ss->ply), BOUND_EXACT,
673                           std::min(DEPTH_MAX - ONE_PLY, depth + 6 * ONE_PLY),
674                           MOVE_NONE, VALUE_NONE, TT.generation());
675
676                 return value;
677             }
678         }
679     }
680
681     // Step 5. Evaluate the position statically
682     if (inCheck)
683     {
684         ss->staticEval = eval = VALUE_NONE;
685         goto moves_loop;
686     }
687
688     else if (ttHit)
689     {
690         // Never assume anything on values stored in TT
691         if ((ss->staticEval = eval = tte->eval()) == VALUE_NONE)
692             eval = ss->staticEval = evaluate(pos);
693
694         // Can ttValue be used as a better position evaluation?
695         if (ttValue != VALUE_NONE)
696             if (tte->bound() & (ttValue > eval ? BOUND_LOWER : BOUND_UPPER))
697                 eval = ttValue;
698     }
699     else
700     {
701         eval = ss->staticEval =
702         (ss-1)->currentMove != MOVE_NULL ? evaluate(pos)
703                                          : -(ss-1)->staticEval + 2 * Eval::Tempo;
704
705         tte->save(posKey, VALUE_NONE, BOUND_NONE, DEPTH_NONE, MOVE_NONE,
706                   ss->staticEval, TT.generation());
707     }
708
709     if (skipEarlyPruning)
710         goto moves_loop;
711
712     // Step 6. Razoring (skipped when in check)
713     if (   !PvNode
714         &&  depth < 4 * ONE_PLY
715         &&  eval + razor_margin[depth / ONE_PLY] <= alpha)
716     {
717         if (depth <= ONE_PLY)
718             return qsearch<NonPV, false>(pos, ss, alpha, alpha+1);
719
720         Value ralpha = alpha - razor_margin[depth / ONE_PLY];
721         Value v = qsearch<NonPV, false>(pos, ss, ralpha, ralpha+1);
722         if (v <= ralpha)
723             return v;
724     }
725
726     // Step 7. Futility pruning: child node (skipped when in check)
727     if (   !rootNode
728         &&  depth < 7 * ONE_PLY
729         &&  eval - futility_margin(depth) >= beta
730         &&  eval < VALUE_KNOWN_WIN  // Do not return unproven wins
731         &&  pos.non_pawn_material(pos.side_to_move()))
732         return eval;
733
734     // Step 8. Null move search with verification search (is omitted in PV nodes)
735     if (   !PvNode
736         &&  eval >= beta
737         && (ss->staticEval >= beta - 35 * (depth / ONE_PLY - 6) || depth >= 13 * ONE_PLY)
738         &&  pos.non_pawn_material(pos.side_to_move()))
739     {
740         ss->currentMove = MOVE_NULL;
741         ss->counterMoves = nullptr;
742
743         assert(eval - beta >= 0);
744
745         // Null move dynamic reduction based on depth and value
746         Depth R = ((823 + 67 * depth / ONE_PLY) / 256 + std::min((eval - beta) / PawnValueMg, 3)) * ONE_PLY;
747
748         pos.do_null_move(st);
749         Value nullValue = depth-R < ONE_PLY ? -qsearch<NonPV, false>(pos, ss+1, -beta, -beta+1)
750                                             : - search<NonPV>(pos, ss+1, -beta, -beta+1, depth-R, !cutNode, true);
751         pos.undo_null_move();
752
753         if (nullValue >= beta)
754         {
755             // Do not return unproven mate scores
756             if (nullValue >= VALUE_MATE_IN_MAX_PLY)
757                 nullValue = beta;
758
759             if (depth < 12 * ONE_PLY && abs(beta) < VALUE_KNOWN_WIN)
760                 return nullValue;
761
762             // Do verification search at high depths
763             Value v = depth-R < ONE_PLY ? qsearch<NonPV, false>(pos, ss, beta-1, beta)
764                                         :  search<NonPV>(pos, ss, beta-1, beta, depth-R, false, true);
765
766             if (v >= beta)
767                 return nullValue;
768         }
769     }
770
771     // Step 9. ProbCut (skipped when in check)
772     // If we have a good enough capture and a reduced search returns a value
773     // much above beta, we can (almost) safely prune the previous move.
774     if (   !PvNode
775         &&  depth >= 5 * ONE_PLY
776         &&  abs(beta) < VALUE_MATE_IN_MAX_PLY)
777     {
778         Value rbeta = std::min(beta + 200, VALUE_INFINITE);
779         Depth rdepth = depth - 4 * ONE_PLY;
780
781         assert(rdepth >= ONE_PLY);
782         assert((ss-1)->currentMove != MOVE_NONE);
783         assert((ss-1)->currentMove != MOVE_NULL);
784
785         MovePicker mp(pos, ttMove, rbeta - ss->staticEval);
786
787         while ((move = mp.next_move()) != MOVE_NONE)
788             if (pos.legal(move))
789             {
790                 ss->currentMove = move;
791                 ss->counterMoves = &thisThread->counterMoveHistory[pos.moved_piece(move)][to_sq(move)];
792                 pos.do_move(move, st);
793                 value = -search<NonPV>(pos, ss+1, -rbeta, -rbeta+1, rdepth, !cutNode, false);
794                 pos.undo_move(move);
795                 if (value >= rbeta)
796                     return value;
797             }
798     }
799
800     // Step 10. Internal iterative deepening (skipped when in check)
801     if (    depth >= 6 * ONE_PLY
802         && !ttMove
803         && (PvNode || ss->staticEval + 256 >= beta))
804     {
805         Depth d = (3 * depth / (4 * ONE_PLY) - 2) * ONE_PLY;
806         search<NT>(pos, ss, alpha, beta, d, cutNode, true);
807
808         tte = TT.probe(posKey, ttHit);
809         ttMove = ttHit ? tte->move() : MOVE_NONE;
810     }
811
812 moves_loop: // When in check search starts from here
813
814     const CounterMoveStats* cmh  = (ss-1)->counterMoves;
815     const CounterMoveStats* fmh  = (ss-2)->counterMoves;
816     const CounterMoveStats* fmh2 = (ss-4)->counterMoves;
817
818     MovePicker mp(pos, ttMove, depth, ss);
819     value = bestValue; // Workaround a bogus 'uninitialized' warning under gcc
820     improving =   ss->staticEval >= (ss-2)->staticEval
821             /* || ss->staticEval == VALUE_NONE Already implicit in the previous condition */
822                ||(ss-2)->staticEval == VALUE_NONE;
823
824     singularExtensionNode =   !rootNode
825                            &&  depth >= 8 * ONE_PLY
826                            &&  ttMove != MOVE_NONE
827                            &&  ttValue != VALUE_NONE
828                            && !excludedMove // Recursive singular search is not allowed
829                            && (tte->bound() & BOUND_LOWER)
830                            &&  tte->depth() >= depth - 3 * ONE_PLY;
831
832     // Step 11. Loop through moves
833     // Loop through all pseudo-legal moves until no moves remain or a beta cutoff occurs
834     while ((move = mp.next_move()) != MOVE_NONE)
835     {
836       assert(is_ok(move));
837
838       if (move == excludedMove)
839           continue;
840
841       // At root obey the "searchmoves" option and skip moves not listed in Root
842       // Move List. As a consequence any illegal move is also skipped. In MultiPV
843       // mode we also skip PV moves which have been already searched.
844       if (rootNode && !std::count(thisThread->rootMoves.begin() + thisThread->PVIdx,
845                                   thisThread->rootMoves.end(), move))
846           continue;
847
848       ss->moveCount = ++moveCount;
849
850       if (rootNode && thisThread == Threads.main() && Time.elapsed() > 3000)
851           sync_cout << "info depth " << depth / ONE_PLY
852                     << " currmove " << UCI::move(move, pos.is_chess960())
853                     << " currmovenumber " << moveCount + thisThread->PVIdx << sync_endl;
854
855       if (PvNode)
856           (ss+1)->pv = nullptr;
857
858       extension = DEPTH_ZERO;
859       captureOrPromotion = pos.capture_or_promotion(move);
860       moved_piece = pos.moved_piece(move);
861
862       givesCheck =  type_of(move) == NORMAL && !pos.discovered_check_candidates()
863                   ? pos.check_squares(type_of(pos.piece_on(from_sq(move)))) & to_sq(move)
864                   : pos.gives_check(move);
865
866       moveCountPruning =   depth < 16 * ONE_PLY
867                         && moveCount >= FutilityMoveCounts[improving][depth / ONE_PLY];
868
869       // Step 12. Extensions
870       // Extend checks
871       if (    givesCheck
872           && !moveCountPruning
873           &&  pos.see_ge(move, VALUE_ZERO))
874           extension = ONE_PLY;
875
876       // Singular extension search. If all moves but one fail low on a search of
877       // (alpha-s, beta-s), and just one fails high on (alpha, beta), then that move
878       // is singular and should be extended. To verify this we do a reduced search
879       // on all the other moves but the ttMove and if the result is lower than
880       // ttValue minus a margin then we extend the ttMove.
881       if (    singularExtensionNode
882           &&  move == ttMove
883           && !extension
884           &&  pos.legal(move))
885       {
886           Value rBeta = std::max(ttValue - 2 * depth / ONE_PLY, -VALUE_MATE);
887           Depth d = (depth / (2 * ONE_PLY)) * ONE_PLY;
888           ss->excludedMove = move;
889           value = search<NonPV>(pos, ss, rBeta - 1, rBeta, d, cutNode, true);
890           ss->excludedMove = MOVE_NONE;
891
892           if (value < rBeta)
893               extension = ONE_PLY;
894       }
895
896       // Calculate new depth for this move
897       newDepth = depth - ONE_PLY + extension;
898
899       // Step 13. Pruning at shallow depth
900       if (  !rootNode
901           && bestValue > VALUE_MATED_IN_MAX_PLY)
902       {
903           if (   !captureOrPromotion
904               && !givesCheck
905               && (!pos.advanced_pawn_push(move) || pos.non_pawn_material(WHITE) + pos.non_pawn_material(BLACK) >= 5000))
906           {
907               // Move count based pruning
908               if (moveCountPruning)
909                   continue;
910
911               // Reduced depth of the next LMR search
912               int lmrDepth = std::max(newDepth - reduction<PvNode>(improving, depth, moveCount), DEPTH_ZERO) / ONE_PLY;
913
914               // Countermoves based pruning
915               if (   lmrDepth < 3
916                   && (!cmh  || (*cmh )[moved_piece][to_sq(move)] < VALUE_ZERO)
917                   && (!fmh  || (*fmh )[moved_piece][to_sq(move)] < VALUE_ZERO)
918                   && (!fmh2 || (*fmh2)[moved_piece][to_sq(move)] < VALUE_ZERO || (cmh && fmh)))
919                   continue;
920
921               // Futility pruning: parent node
922               if (   lmrDepth < 7
923                   && !inCheck
924                   && ss->staticEval + 256 + 200 * lmrDepth <= alpha)
925                   continue;
926
927               // Prune moves with negative SEE
928               if (   lmrDepth < 8
929                   && !pos.see_ge(move, Value(-35 * lmrDepth * lmrDepth)))
930                   continue;
931           }
932           else if (    depth < 7 * ONE_PLY
933                    && !extension
934                    && !pos.see_ge(move, -PawnValueEg * (depth / ONE_PLY)))
935                   continue;
936       }
937
938       // Speculative prefetch as early as possible
939       prefetch(TT.first_entry(pos.key_after(move)));
940
941       // Check for legality just before making the move
942       if (!rootNode && !pos.legal(move))
943       {
944           ss->moveCount = --moveCount;
945           continue;
946       }
947
948       // Update the current move (this must be done after singular extension search)
949       ss->currentMove = move;
950       ss->counterMoves = &thisThread->counterMoveHistory[moved_piece][to_sq(move)];
951
952       // Step 14. Make the move
953       pos.do_move(move, st, givesCheck);
954
955       // Step 15. Reduced depth search (LMR). If the move fails high it will be
956       // re-searched at full depth.
957       if (    depth >= 3 * ONE_PLY
958           &&  moveCount > 1
959           && (!captureOrPromotion || moveCountPruning))
960       {
961           Depth r = reduction<PvNode>(improving, depth, moveCount);
962
963           if (captureOrPromotion)
964               r -= r ? ONE_PLY : DEPTH_ZERO;
965           else
966           {
967               // Increase reduction for cut nodes
968               if (cutNode)
969                   r += 2 * ONE_PLY;
970
971               // Decrease reduction for moves that escape a capture. Filter out
972               // castling moves, because they are coded as "king captures rook" and
973               // hence break make_move().
974               else if (   type_of(move) == NORMAL
975                        && !pos.see_ge(make_move(to_sq(move), from_sq(move)),  VALUE_ZERO))
976                   r -= 2 * ONE_PLY;
977
978               ss->history =  (cmh  ? (*cmh )[moved_piece][to_sq(move)] : VALUE_ZERO)
979                            + (fmh  ? (*fmh )[moved_piece][to_sq(move)] : VALUE_ZERO)
980                            + (fmh2 ? (*fmh2)[moved_piece][to_sq(move)] : VALUE_ZERO)
981                            + thisThread->history.get(~pos.side_to_move(), move)
982                            - 4000; // Correction factor
983
984               // Decrease/increase reduction by comparing opponent's stat score
985               if (ss->history > VALUE_ZERO && (ss-1)->history < VALUE_ZERO)
986                   r -= ONE_PLY;
987
988               else if (ss->history < VALUE_ZERO && (ss-1)->history > VALUE_ZERO)
989                   r += ONE_PLY;
990
991               // Decrease/increase reduction for moves with a good/bad history
992               r = std::max(DEPTH_ZERO, (r / ONE_PLY - ss->history / 20000) * ONE_PLY);
993           }
994
995           Depth d = std::max(newDepth - r, ONE_PLY);
996
997           value = -search<NonPV>(pos, ss+1, -(alpha+1), -alpha, d, true, false);
998
999           doFullDepthSearch = (value > alpha && d != newDepth);
1000       }
1001       else
1002           doFullDepthSearch = !PvNode || moveCount > 1;
1003
1004       // Step 16. Full depth search when LMR is skipped or fails high
1005       if (doFullDepthSearch)
1006           value = newDepth <   ONE_PLY ?
1007                             givesCheck ? -qsearch<NonPV,  true>(pos, ss+1, -(alpha+1), -alpha)
1008                                        : -qsearch<NonPV, false>(pos, ss+1, -(alpha+1), -alpha)
1009                                        : - search<NonPV>(pos, ss+1, -(alpha+1), -alpha, newDepth, !cutNode, false);
1010
1011       // For PV nodes only, do a full PV search on the first move or after a fail
1012       // high (in the latter case search only if value < beta), otherwise let the
1013       // parent node fail low with value <= alpha and try another move.
1014       if (PvNode && (moveCount == 1 || (value > alpha && (rootNode || value < beta))))
1015       {
1016           (ss+1)->pv = pv;
1017           (ss+1)->pv[0] = MOVE_NONE;
1018
1019           value = newDepth <   ONE_PLY ?
1020                             givesCheck ? -qsearch<PV,  true>(pos, ss+1, -beta, -alpha)
1021                                        : -qsearch<PV, false>(pos, ss+1, -beta, -alpha)
1022                                        : - search<PV>(pos, ss+1, -beta, -alpha, newDepth, false, false);
1023       }
1024
1025       // Step 17. Undo move
1026       pos.undo_move(move);
1027
1028       assert(value > -VALUE_INFINITE && value < VALUE_INFINITE);
1029
1030       // Step 18. Check for a new best move
1031       // Finished searching the move. If a stop occurred, the return value of
1032       // the search cannot be trusted, and we return immediately without
1033       // updating best move, PV and TT.
1034       if (Signals.stop.load(std::memory_order_relaxed))
1035           return VALUE_ZERO;
1036
1037       if (rootNode)
1038       {
1039           RootMove& rm = *std::find(thisThread->rootMoves.begin(),
1040                                     thisThread->rootMoves.end(), move);
1041
1042           // PV move or new best move ?
1043           if (moveCount == 1 || value > alpha)
1044           {
1045               rm.score = value;
1046               rm.pv.resize(1);
1047
1048               assert((ss+1)->pv);
1049
1050               for (Move* m = (ss+1)->pv; *m != MOVE_NONE; ++m)
1051                   rm.pv.push_back(*m);
1052
1053               // We record how often the best move has been changed in each
1054               // iteration. This information is used for time management: When
1055               // the best move changes frequently, we allocate some more time.
1056               if (moveCount > 1 && thisThread == Threads.main())
1057                   ++static_cast<MainThread*>(thisThread)->bestMoveChanges;
1058           }
1059           else
1060               // All other moves but the PV are set to the lowest value: this is
1061               // not a problem when sorting because the sort is stable and the
1062               // move position in the list is preserved - just the PV is pushed up.
1063               rm.score = -VALUE_INFINITE;
1064       }
1065
1066       if (value > bestValue)
1067       {
1068           bestValue = value;
1069
1070           if (value > alpha)
1071           {
1072               bestMove = move;
1073
1074               if (PvNode && !rootNode) // Update pv even in fail-high case
1075                   update_pv(ss->pv, move, (ss+1)->pv);
1076
1077               if (PvNode && value < beta) // Update alpha! Always alpha < beta
1078                   alpha = value;
1079               else
1080               {
1081                   assert(value >= beta); // Fail high
1082                   break;
1083               }
1084           }
1085       }
1086
1087       if (!captureOrPromotion && move != bestMove && quietCount < 64)
1088           quietsSearched[quietCount++] = move;
1089     }
1090
1091     // The following condition would detect a stop only after move loop has been
1092     // completed. But in this case bestValue is valid because we have fully
1093     // searched our subtree, and we can anyhow save the result in TT.
1094     /*
1095        if (Signals.stop)
1096         return VALUE_DRAW;
1097     */
1098
1099     // Step 20. Check for mate and stalemate
1100     // All legal moves have been searched and if there are no legal moves, it
1101     // must be a mate or a stalemate. If we are in a singular extension search then
1102     // return a fail low score.
1103
1104     assert(moveCount || !inCheck || excludedMove || !MoveList<LEGAL>(pos).size());
1105
1106     if (!moveCount)
1107         bestValue = excludedMove ? alpha
1108                    :     inCheck ? mated_in(ss->ply) : DrawValue[pos.side_to_move()];
1109     else if (bestMove)
1110     {
1111
1112         // Quiet best move: update move sorting heuristics
1113         if (!pos.capture_or_promotion(bestMove))
1114             update_stats(pos, ss, bestMove, quietsSearched, quietCount, stat_bonus(depth));
1115
1116         // Extra penalty for a quiet TT move in previous ply when it gets refuted
1117         if ((ss-1)->moveCount == 1 && !pos.captured_piece())
1118             update_cm_stats(ss-1, pos.piece_on(prevSq), prevSq, -stat_bonus(depth + ONE_PLY));
1119     }
1120     // Bonus for prior countermove that caused the fail low
1121     else if (    depth >= 3 * ONE_PLY
1122              && !pos.captured_piece()
1123              && is_ok((ss-1)->currentMove))
1124         update_cm_stats(ss-1, pos.piece_on(prevSq), prevSq, stat_bonus(depth));
1125
1126     tte->save(posKey, value_to_tt(bestValue, ss->ply),
1127               bestValue >= beta ? BOUND_LOWER :
1128               PvNode && bestMove ? BOUND_EXACT : BOUND_UPPER,
1129               depth, bestMove, ss->staticEval, TT.generation());
1130
1131     assert(bestValue > -VALUE_INFINITE && bestValue < VALUE_INFINITE);
1132
1133     return bestValue;
1134   }
1135
1136
1137   // qsearch() is the quiescence search function, which is called by the main
1138   // search function with depth zero, or recursively with depth less than ONE_PLY.
1139
1140   template <NodeType NT, bool InCheck>
1141   Value qsearch(Position& pos, Stack* ss, Value alpha, Value beta, Depth depth) {
1142
1143     const bool PvNode = NT == PV;
1144
1145     assert(InCheck == !!pos.checkers());
1146     assert(alpha >= -VALUE_INFINITE && alpha < beta && beta <= VALUE_INFINITE);
1147     assert(PvNode || (alpha == beta - 1));
1148     assert(depth <= DEPTH_ZERO);
1149     assert(depth / ONE_PLY * ONE_PLY == depth);
1150
1151     Move pv[MAX_PLY+1];
1152     StateInfo st;
1153     TTEntry* tte;
1154     Key posKey;
1155     Move ttMove, move, bestMove;
1156     Value bestValue, value, ttValue, futilityValue, futilityBase, oldAlpha;
1157     bool ttHit, givesCheck, evasionPrunable;
1158     Depth ttDepth;
1159
1160     if (PvNode)
1161     {
1162         oldAlpha = alpha; // To flag BOUND_EXACT when eval above alpha and no available moves
1163         (ss+1)->pv = pv;
1164         ss->pv[0] = MOVE_NONE;
1165     }
1166
1167     ss->currentMove = bestMove = MOVE_NONE;
1168     ss->ply = (ss-1)->ply + 1;
1169
1170     // Check for an instant draw or if the maximum ply has been reached
1171     if (pos.is_draw(ss->ply) || ss->ply >= MAX_PLY)
1172         return ss->ply >= MAX_PLY && !InCheck ? evaluate(pos)
1173                                               : DrawValue[pos.side_to_move()];
1174
1175     assert(0 <= ss->ply && ss->ply < MAX_PLY);
1176
1177     // Decide whether or not to include checks: this fixes also the type of
1178     // TT entry depth that we are going to use. Note that in qsearch we use
1179     // only two types of depth in TT: DEPTH_QS_CHECKS or DEPTH_QS_NO_CHECKS.
1180     ttDepth = InCheck || depth >= DEPTH_QS_CHECKS ? DEPTH_QS_CHECKS
1181                                                   : DEPTH_QS_NO_CHECKS;
1182
1183     // Transposition table lookup
1184     posKey = pos.key();
1185     tte = TT.probe(posKey, ttHit);
1186     ttMove = ttHit ? tte->move() : MOVE_NONE;
1187     ttValue = ttHit ? value_from_tt(tte->value(), ss->ply) : VALUE_NONE;
1188
1189     if (  !PvNode
1190         && ttHit
1191         && tte->depth() >= ttDepth
1192         && ttValue != VALUE_NONE // Only in case of TT access race
1193         && (ttValue >= beta ? (tte->bound() &  BOUND_LOWER)
1194                             : (tte->bound() &  BOUND_UPPER)))
1195         return ttValue;
1196
1197     // Evaluate the position statically
1198     if (InCheck)
1199     {
1200         ss->staticEval = VALUE_NONE;
1201         bestValue = futilityBase = -VALUE_INFINITE;
1202     }
1203     else
1204     {
1205         if (ttHit)
1206         {
1207             // Never assume anything on values stored in TT
1208             if ((ss->staticEval = bestValue = tte->eval()) == VALUE_NONE)
1209                 ss->staticEval = bestValue = evaluate(pos);
1210
1211             // Can ttValue be used as a better position evaluation?
1212             if (ttValue != VALUE_NONE)
1213                 if (tte->bound() & (ttValue > bestValue ? BOUND_LOWER : BOUND_UPPER))
1214                     bestValue = ttValue;
1215         }
1216         else
1217             ss->staticEval = bestValue =
1218             (ss-1)->currentMove != MOVE_NULL ? evaluate(pos)
1219                                              : -(ss-1)->staticEval + 2 * Eval::Tempo;
1220
1221         // Stand pat. Return immediately if static value is at least beta
1222         if (bestValue >= beta)
1223         {
1224             if (!ttHit)
1225                 tte->save(pos.key(), value_to_tt(bestValue, ss->ply), BOUND_LOWER,
1226                           DEPTH_NONE, MOVE_NONE, ss->staticEval, TT.generation());
1227
1228             return bestValue;
1229         }
1230
1231         if (PvNode && bestValue > alpha)
1232             alpha = bestValue;
1233
1234         futilityBase = bestValue + 128;
1235     }
1236
1237     // Initialize a MovePicker object for the current position, and prepare
1238     // to search the moves. Because the depth is <= 0 here, only captures,
1239     // queen promotions and checks (only if depth >= DEPTH_QS_CHECKS) will
1240     // be generated.
1241     MovePicker mp(pos, ttMove, depth, to_sq((ss-1)->currentMove));
1242
1243     // Loop through the moves until no moves remain or a beta cutoff occurs
1244     while ((move = mp.next_move()) != MOVE_NONE)
1245     {
1246       assert(is_ok(move));
1247
1248       givesCheck =  type_of(move) == NORMAL && !pos.discovered_check_candidates()
1249                   ? pos.check_squares(type_of(pos.piece_on(from_sq(move)))) & to_sq(move)
1250                   : pos.gives_check(move);
1251
1252       // Futility pruning
1253       if (   !InCheck
1254           && !givesCheck
1255           &&  futilityBase > -VALUE_KNOWN_WIN
1256           && !pos.advanced_pawn_push(move))
1257       {
1258           assert(type_of(move) != ENPASSANT); // Due to !pos.advanced_pawn_push
1259
1260           futilityValue = futilityBase + PieceValue[EG][pos.piece_on(to_sq(move))];
1261
1262           if (futilityValue <= alpha)
1263           {
1264               bestValue = std::max(bestValue, futilityValue);
1265               continue;
1266           }
1267
1268           if (futilityBase <= alpha && !pos.see_ge(move, VALUE_ZERO + 1))
1269           {
1270               bestValue = std::max(bestValue, futilityBase);
1271               continue;
1272           }
1273       }
1274
1275       // Detect non-capture evasions that are candidates to be pruned
1276       evasionPrunable =    InCheck
1277                        &&  bestValue > VALUE_MATED_IN_MAX_PLY
1278                        && !pos.capture(move);
1279
1280       // Don't search moves with negative SEE values
1281       if (  (!InCheck || evasionPrunable)
1282           &&  type_of(move) != PROMOTION
1283           &&  !pos.see_ge(move, VALUE_ZERO))
1284           continue;
1285
1286       // Speculative prefetch as early as possible
1287       prefetch(TT.first_entry(pos.key_after(move)));
1288
1289       // Check for legality just before making the move
1290       if (!pos.legal(move))
1291           continue;
1292
1293       ss->currentMove = move;
1294
1295       // Make and search the move
1296       pos.do_move(move, st, givesCheck);
1297       value = givesCheck ? -qsearch<NT,  true>(pos, ss+1, -beta, -alpha, depth - ONE_PLY)
1298                          : -qsearch<NT, false>(pos, ss+1, -beta, -alpha, depth - ONE_PLY);
1299       pos.undo_move(move);
1300
1301       assert(value > -VALUE_INFINITE && value < VALUE_INFINITE);
1302
1303       // Check for a new best move
1304       if (value > bestValue)
1305       {
1306           bestValue = value;
1307
1308           if (value > alpha)
1309           {
1310               if (PvNode) // Update pv even in fail-high case
1311                   update_pv(ss->pv, move, (ss+1)->pv);
1312
1313               if (PvNode && value < beta) // Update alpha here!
1314               {
1315                   alpha = value;
1316                   bestMove = move;
1317               }
1318               else // Fail high
1319               {
1320                   tte->save(posKey, value_to_tt(value, ss->ply), BOUND_LOWER,
1321                             ttDepth, move, ss->staticEval, TT.generation());
1322
1323                   return value;
1324               }
1325           }
1326        }
1327     }
1328
1329     // All legal moves have been searched. A special case: If we're in check
1330     // and no legal moves were found, it is checkmate.
1331     if (InCheck && bestValue == -VALUE_INFINITE)
1332         return mated_in(ss->ply); // Plies to mate from the root
1333
1334     tte->save(posKey, value_to_tt(bestValue, ss->ply),
1335               PvNode && bestValue > oldAlpha ? BOUND_EXACT : BOUND_UPPER,
1336               ttDepth, bestMove, ss->staticEval, TT.generation());
1337
1338     assert(bestValue > -VALUE_INFINITE && bestValue < VALUE_INFINITE);
1339
1340     return bestValue;
1341   }
1342
1343
1344   // value_to_tt() adjusts a mate score from "plies to mate from the root" to
1345   // "plies to mate from the current position". Non-mate scores are unchanged.
1346   // The function is called before storing a value in the transposition table.
1347
1348   Value value_to_tt(Value v, int ply) {
1349
1350     assert(v != VALUE_NONE);
1351
1352     return  v >= VALUE_MATE_IN_MAX_PLY  ? v + ply
1353           : v <= VALUE_MATED_IN_MAX_PLY ? v - ply : v;
1354   }
1355
1356
1357   // value_from_tt() is the inverse of value_to_tt(): It adjusts a mate score
1358   // from the transposition table (which refers to the plies to mate/be mated
1359   // from current position) to "plies to mate/be mated from the root".
1360
1361   Value value_from_tt(Value v, int ply) {
1362
1363     return  v == VALUE_NONE             ? VALUE_NONE
1364           : v >= VALUE_MATE_IN_MAX_PLY  ? v - ply
1365           : v <= VALUE_MATED_IN_MAX_PLY ? v + ply : v;
1366   }
1367
1368
1369   // update_pv() adds current move and appends child pv[]
1370
1371   void update_pv(Move* pv, Move move, Move* childPv) {
1372
1373     for (*pv++ = move; childPv && *childPv != MOVE_NONE; )
1374         *pv++ = *childPv++;
1375     *pv = MOVE_NONE;
1376   }
1377
1378
1379   // update_cm_stats() updates countermove and follow-up move history
1380
1381   void update_cm_stats(Stack* ss, Piece pc, Square s, Value bonus) {
1382
1383     CounterMoveStats* cmh  = (ss-1)->counterMoves;
1384     CounterMoveStats* fmh1 = (ss-2)->counterMoves;
1385     CounterMoveStats* fmh2 = (ss-4)->counterMoves;
1386
1387     if (cmh)
1388         cmh->update(pc, s, bonus);
1389
1390     if (fmh1)
1391         fmh1->update(pc, s, bonus);
1392
1393     if (fmh2)
1394         fmh2->update(pc, s, bonus);
1395   }
1396
1397
1398   // update_stats() updates move sorting heuristics when a new quiet best move is found
1399
1400   void update_stats(const Position& pos, Stack* ss, Move move,
1401                     Move* quiets, int quietsCnt, Value bonus) {
1402
1403     if (ss->killers[0] != move)
1404     {
1405         ss->killers[1] = ss->killers[0];
1406         ss->killers[0] = move;
1407     }
1408
1409     Color c = pos.side_to_move();
1410     Thread* thisThread = pos.this_thread();
1411     thisThread->history.update(c, move, bonus);
1412     update_cm_stats(ss, pos.moved_piece(move), to_sq(move), bonus);
1413
1414     if ((ss-1)->counterMoves)
1415     {
1416         Square prevSq = to_sq((ss-1)->currentMove);
1417         thisThread->counterMoves.update(pos.piece_on(prevSq), prevSq, move);
1418     }
1419
1420     // Decrease all the other played quiet moves
1421     for (int i = 0; i < quietsCnt; ++i)
1422     {
1423         thisThread->history.update(c, quiets[i], -bonus);
1424         update_cm_stats(ss, pos.moved_piece(quiets[i]), to_sq(quiets[i]), -bonus);
1425     }
1426   }
1427
1428
1429   // When playing with strength handicap, choose best move among a set of RootMoves
1430   // using a statistical rule dependent on 'level'. Idea by Heinz van Saanen.
1431
1432   Move Skill::pick_best(size_t multiPV) {
1433
1434     const RootMoves& rootMoves = Threads.main()->rootMoves;
1435     static PRNG rng(now()); // PRNG sequence should be non-deterministic
1436
1437     // RootMoves are already sorted by score in descending order
1438     Value topScore = rootMoves[0].score;
1439     int delta = std::min(topScore - rootMoves[multiPV - 1].score, PawnValueMg);
1440     int weakness = 120 - 2 * level;
1441     int maxScore = -VALUE_INFINITE;
1442
1443     // Choose best move. For each move score we add two terms, both dependent on
1444     // weakness. One is deterministic and bigger for weaker levels, and one is
1445     // random. Then we choose the move with the resulting highest score.
1446     for (size_t i = 0; i < multiPV; ++i)
1447     {
1448         // This is our magic formula
1449         int push = (  weakness * int(topScore - rootMoves[i].score)
1450                     + delta * (rng.rand<unsigned>() % weakness)) / 128;
1451
1452         if (rootMoves[i].score + push > maxScore)
1453         {
1454             maxScore = rootMoves[i].score + push;
1455             best = rootMoves[i].pv[0];
1456         }
1457     }
1458
1459     return best;
1460   }
1461
1462
1463   // check_time() is used to print debug info and, more importantly, to detect
1464   // when we are out of available time and thus stop the search.
1465
1466   void check_time() {
1467
1468     static TimePoint lastInfoTime = now();
1469
1470     int elapsed = Time.elapsed();
1471     TimePoint tick = Limits.startTime + elapsed;
1472
1473     if (tick - lastInfoTime >= 1000)
1474     {
1475         lastInfoTime = tick;
1476         dbg_print();
1477     }
1478
1479     // An engine may not stop pondering until told so by the GUI
1480     if (Limits.ponder)
1481         return;
1482
1483     if (   (Limits.use_time_management() && elapsed > Time.maximum() - 10)
1484         || (Limits.movetime && elapsed >= Limits.movetime)
1485         || (Limits.nodes && Threads.nodes_searched() >= (uint64_t)Limits.nodes))
1486             Signals.stop = true;
1487   }
1488
1489 } // namespace
1490
1491
1492 /// UCI::pv() formats PV information according to the UCI protocol. UCI requires
1493 /// that all (if any) unsearched PV lines are sent using a previous search score.
1494
1495 string UCI::pv(const Position& pos, Depth depth, Value alpha, Value beta) {
1496
1497   std::stringstream ss;
1498   int elapsed = Time.elapsed() + 1;
1499   const RootMoves& rootMoves = pos.this_thread()->rootMoves;
1500   size_t PVIdx = pos.this_thread()->PVIdx;
1501   size_t multiPV = std::min((size_t)Options["MultiPV"], rootMoves.size());
1502   uint64_t nodesSearched = Threads.nodes_searched();
1503   uint64_t tbHits = Threads.tb_hits() + (TB::RootInTB ? rootMoves.size() : 0);
1504
1505   for (size_t i = 0; i < multiPV; ++i)
1506   {
1507       bool updated = (i <= PVIdx);
1508
1509       if (depth == ONE_PLY && !updated)
1510           continue;
1511
1512       Depth d = updated ? depth : depth - ONE_PLY;
1513       Value v = updated ? rootMoves[i].score : rootMoves[i].previousScore;
1514
1515       bool tb = TB::RootInTB && abs(v) < VALUE_MATE - MAX_PLY;
1516       v = tb ? TB::Score : v;
1517
1518       if (ss.rdbuf()->in_avail()) // Not at first line
1519           ss << "\n";
1520
1521       ss << "info"
1522          << " depth "    << d / ONE_PLY
1523          << " seldepth " << pos.this_thread()->maxPly
1524          << " multipv "  << i + 1
1525          << " score "    << UCI::value(v);
1526
1527       if (!tb && i == PVIdx)
1528           ss << (v >= beta ? " lowerbound" : v <= alpha ? " upperbound" : "");
1529
1530       ss << " nodes "    << nodesSearched
1531          << " nps "      << nodesSearched * 1000 / elapsed;
1532
1533       if (elapsed > 1000) // Earlier makes little sense
1534           ss << " hashfull " << TT.hashfull();
1535
1536       ss << " tbhits "   << tbHits
1537          << " time "     << elapsed
1538          << " pv";
1539
1540       for (Move m : rootMoves[i].pv)
1541           ss << " " << UCI::move(m, pos.is_chess960());
1542   }
1543
1544   return ss.str();
1545 }
1546
1547
1548 /// RootMove::extract_ponder_from_tt() is called in case we have no ponder move
1549 /// before exiting the search, for instance, in case we stop the search during a
1550 /// fail high at root. We try hard to have a ponder move to return to the GUI,
1551 /// otherwise in case of 'ponder on' we have nothing to think on.
1552
1553 bool RootMove::extract_ponder_from_tt(Position& pos) {
1554
1555     StateInfo st;
1556     bool ttHit;
1557
1558     assert(pv.size() == 1);
1559
1560     if (!pv[0])
1561         return false;
1562
1563     pos.do_move(pv[0], st);
1564     TTEntry* tte = TT.probe(pos.key(), ttHit);
1565
1566     if (ttHit)
1567     {
1568         Move m = tte->move(); // Local copy to be SMP safe
1569         if (MoveList<LEGAL>(pos).contains(m))
1570             pv.push_back(m);
1571     }
1572
1573     pos.undo_move(pv[0]);
1574     return pv.size() > 1;
1575 }
1576
1577 void Tablebases::filter_root_moves(Position& pos, Search::RootMoves& rootMoves) {
1578
1579     RootInTB = false;
1580     UseRule50 = Options["Syzygy50MoveRule"];
1581     ProbeDepth = Options["SyzygyProbeDepth"] * ONE_PLY;
1582     Cardinality = Options["SyzygyProbeLimit"];
1583
1584     // Skip TB probing when no TB found: !TBLargest -> !TB::Cardinality
1585     if (Cardinality > MaxCardinality)
1586     {
1587         Cardinality = MaxCardinality;
1588         ProbeDepth = DEPTH_ZERO;
1589     }
1590
1591     if (Cardinality < popcount(pos.pieces()) || pos.can_castle(ANY_CASTLING))
1592         return;
1593
1594     // If the current root position is in the tablebases, then RootMoves
1595     // contains only moves that preserve the draw or the win.
1596     RootInTB = root_probe(pos, rootMoves, TB::Score);
1597
1598     if (RootInTB)
1599         Cardinality = 0; // Do not probe tablebases during the search
1600
1601     else // If DTZ tables are missing, use WDL tables as a fallback
1602     {
1603         // Filter out moves that do not preserve the draw or the win.
1604         RootInTB = root_probe_wdl(pos, rootMoves, TB::Score);
1605
1606         // Only probe during search if winning
1607         if (RootInTB && TB::Score <= VALUE_DRAW)
1608             Cardinality = 0;
1609     }
1610
1611     if (RootInTB && !UseRule50)
1612         TB::Score =  TB::Score > VALUE_DRAW ?  VALUE_MATE - MAX_PLY - 1
1613                    : TB::Score < VALUE_DRAW ? -VALUE_MATE + MAX_PLY + 1
1614                                             :  VALUE_DRAW;
1615 }