]> git.sesse.net Git - stockfish/blob - src/search.cpp
Remove duplication. (#2068)
[stockfish] / src / search.cpp
1 /*
2   Stockfish, a UCI chess playing engine derived from Glaurung 2.1
3   Copyright (C) 2004-2008 Tord Romstad (Glaurung author)
4   Copyright (C) 2008-2015 Marco Costalba, Joona Kiiski, Tord Romstad
5   Copyright (C) 2015-2019 Marco Costalba, Joona Kiiski, Gary Linscott, Tord Romstad
6
7   Stockfish is free software: you can redistribute it and/or modify
8   it under the terms of the GNU General Public License as published by
9   the Free Software Foundation, either version 3 of the License, or
10   (at your option) any later version.
11
12   Stockfish is distributed in the hope that it will be useful,
13   but WITHOUT ANY WARRANTY; without even the implied warranty of
14   MERCHANTABILITY or FITNESS FOR A PARTICULAR PURPOSE.  See the
15   GNU General Public License for more details.
16
17   You should have received a copy of the GNU General Public License
18   along with this program.  If not, see <http://www.gnu.org/licenses/>.
19 */
20
21 #include <algorithm>
22 #include <cassert>
23 #include <cmath>
24 #include <cstring>   // For std::memset
25 #include <iostream>
26 #include <sstream>
27
28 #include "evaluate.h"
29 #include "misc.h"
30 #include "movegen.h"
31 #include "movepick.h"
32 #include "position.h"
33 #include "search.h"
34 #include "thread.h"
35 #include "timeman.h"
36 #include "tt.h"
37 #include "uci.h"
38 #include "syzygy/tbprobe.h"
39
40 namespace Search {
41
42   LimitsType Limits;
43 }
44
45 namespace Tablebases {
46
47   int Cardinality;
48   bool RootInTB;
49   bool UseRule50;
50   Depth ProbeDepth;
51 }
52
53 namespace TB = Tablebases;
54
55 using std::string;
56 using Eval::evaluate;
57 using namespace Search;
58
59 namespace {
60
61   // Different node types, used as a template parameter
62   enum NodeType { NonPV, PV };
63
64   // Razor and futility margins
65   constexpr int RazorMargin = 600;
66   Value futility_margin(Depth d, bool improving) {
67     return Value((175 - 50 * improving) * d / ONE_PLY);
68   }
69
70   // Reductions lookup table, initialized at startup
71   int Reductions[64]; // [depth or moveNumber]
72
73   template <bool PvNode> Depth reduction(bool i, Depth d, int mn) {
74     int r = Reductions[std::min(d / ONE_PLY, 63)] * Reductions[std::min(mn, 63)] / 1024;
75     return ((r + 512) / 1024 + (!i && r > 1024) - PvNode) * ONE_PLY;
76   }
77
78   constexpr int futility_move_count(bool improving, int depth) {
79     return (5 + depth * depth) * (1 + improving) / 2;
80   }
81
82   // History and stats update bonus, based on depth
83   int stat_bonus(Depth depth) {
84     int d = depth / ONE_PLY;
85     return d > 17 ? 0 : 29 * d * d + 138 * d - 134;
86   }
87
88   // Add a small random component to draw evaluations to keep search dynamic
89   // and to avoid 3fold-blindness.
90   Value value_draw(Depth depth, Thread* thisThread) {
91     return depth < 4 ? VALUE_DRAW
92                      : VALUE_DRAW + Value(2 * (thisThread->nodes.load(std::memory_order_relaxed) % 2) - 1);
93   }
94
95   // Skill structure is used to implement strength limit
96   struct Skill {
97     explicit Skill(int l) : level(l) {}
98     bool enabled() const { return level < 20; }
99     bool time_to_pick(Depth depth) const { return depth / ONE_PLY == 1 + level; }
100     Move pick_best(size_t multiPV);
101
102     int level;
103     Move best = MOVE_NONE;
104   };
105
106   template <NodeType NT>
107   Value search(Position& pos, Stack* ss, Value alpha, Value beta, Depth depth, bool cutNode);
108
109   template <NodeType NT>
110   Value qsearch(Position& pos, Stack* ss, Value alpha, Value beta, Depth depth = DEPTH_ZERO);
111
112   Value value_to_tt(Value v, int ply);
113   Value value_from_tt(Value v, int ply);
114   void update_pv(Move* pv, Move move, Move* childPv);
115   void update_continuation_histories(Stack* ss, Piece pc, Square to, int bonus);
116   void update_quiet_stats(const Position& pos, Stack* ss, Move move, Move* quiets, int quietCount, int bonus);
117   void update_capture_stats(const Position& pos, Move move, Move* captures, int captureCount, int bonus);
118
119   // perft() is our utility to verify move generation. All the leaf nodes up
120   // to the given depth are generated and counted, and the sum is returned.
121   template<bool Root>
122   uint64_t perft(Position& pos, Depth depth) {
123
124     StateInfo st;
125     uint64_t cnt, nodes = 0;
126     const bool leaf = (depth == 2 * ONE_PLY);
127
128     for (const auto& m : MoveList<LEGAL>(pos))
129     {
130         if (Root && depth <= ONE_PLY)
131             cnt = 1, nodes++;
132         else
133         {
134             pos.do_move(m, st);
135             cnt = leaf ? MoveList<LEGAL>(pos).size() : perft<false>(pos, depth - ONE_PLY);
136             nodes += cnt;
137             pos.undo_move(m);
138         }
139         if (Root)
140             sync_cout << UCI::move(m, pos.is_chess960()) << ": " << cnt << sync_endl;
141     }
142     return nodes;
143   }
144
145 } // namespace
146
147
148 /// Search::init() is called at startup to initialize various lookup tables
149
150 void Search::init() {
151
152   for (int i = 1; i < 64; ++i)
153       Reductions[i] = int(1024 * std::log(i) / std::sqrt(1.95));
154 }
155
156
157 /// Search::clear() resets search state to its initial value
158
159 void Search::clear() {
160
161   Threads.main()->wait_for_search_finished();
162
163   Time.availableNodes = 0;
164   TT.clear();
165   Threads.clear();
166   Tablebases::init(Options["SyzygyPath"]); // Free up mapped files
167 }
168
169
170 /// MainThread::search() is called by the main thread when the program receives
171 /// the UCI 'go' command. It searches from the root position and outputs the "bestmove".
172
173 void MainThread::search() {
174
175   if (Limits.perft)
176   {
177       nodes = perft<true>(rootPos, Limits.perft * ONE_PLY);
178       sync_cout << "\nNodes searched: " << nodes << "\n" << sync_endl;
179       return;
180   }
181
182   Color us = rootPos.side_to_move();
183   Time.init(Limits, us, rootPos.game_ply());
184   TT.new_search();
185
186   if (rootMoves.empty())
187   {
188       rootMoves.emplace_back(MOVE_NONE);
189       sync_cout << "info depth 0 score "
190                 << UCI::value(rootPos.checkers() ? -VALUE_MATE : VALUE_DRAW)
191                 << sync_endl;
192   }
193   else
194   {
195       for (Thread* th : Threads)
196           if (th != this)
197               th->start_searching();
198
199       Thread::search(); // Let's start searching!
200   }
201
202   // When we reach the maximum depth, we can arrive here without a raise of
203   // Threads.stop. However, if we are pondering or in an infinite search,
204   // the UCI protocol states that we shouldn't print the best move before the
205   // GUI sends a "stop" or "ponderhit" command. We therefore simply wait here
206   // until the GUI sends one of those commands.
207
208   while (!Threads.stop && (ponder || Limits.infinite))
209   {} // Busy wait for a stop or a ponder reset
210
211   // Stop the threads if not already stopped (also raise the stop if
212   // "ponderhit" just reset Threads.ponder).
213   Threads.stop = true;
214
215   // Wait until all threads have finished
216   for (Thread* th : Threads)
217       if (th != this)
218           th->wait_for_search_finished();
219
220   // When playing in 'nodes as time' mode, subtract the searched nodes from
221   // the available ones before exiting.
222   if (Limits.npmsec)
223       Time.availableNodes += Limits.inc[us] - Threads.nodes_searched();
224
225   // Check if there are threads with a better score than main thread
226   Thread* bestThread = this;
227   if (    Options["MultiPV"] == 1
228       && !Limits.depth
229       && !Skill(Options["Skill Level"]).enabled()
230       &&  rootMoves[0].pv[0] != MOVE_NONE)
231   {
232       std::map<Move, int64_t> votes;
233       Value minScore = this->rootMoves[0].score;
234
235       // Find out minimum score and reset votes for moves which can be voted
236       for (Thread* th: Threads)
237           minScore = std::min(minScore, th->rootMoves[0].score);
238
239       // Vote according to score and depth
240       for (Thread* th : Threads)
241       {
242           int64_t s = th->rootMoves[0].score - minScore + 1;
243           votes[th->rootMoves[0].pv[0]] += 200 + s * s * int(th->completedDepth);
244       }
245
246       // Select best thread
247       auto bestVote = votes[this->rootMoves[0].pv[0]];
248       for (Thread* th : Threads)
249           if (votes[th->rootMoves[0].pv[0]] > bestVote)
250           {
251               bestVote = votes[th->rootMoves[0].pv[0]];
252               bestThread = th;
253           }
254   }
255
256   previousScore = bestThread->rootMoves[0].score;
257
258   // Send again PV info if we have a new best thread
259   if (bestThread != this)
260       sync_cout << UCI::pv(bestThread->rootPos, bestThread->completedDepth, -VALUE_INFINITE, VALUE_INFINITE) << sync_endl;
261
262   sync_cout << "bestmove " << UCI::move(bestThread->rootMoves[0].pv[0], rootPos.is_chess960());
263
264   if (bestThread->rootMoves[0].pv.size() > 1 || bestThread->rootMoves[0].extract_ponder_from_tt(rootPos))
265       std::cout << " ponder " << UCI::move(bestThread->rootMoves[0].pv[1], rootPos.is_chess960());
266
267   std::cout << sync_endl;
268 }
269
270
271 /// Thread::search() is the main iterative deepening loop. It calls search()
272 /// repeatedly with increasing depth until the allocated thinking time has been
273 /// consumed, the user stops the search, or the maximum search depth is reached.
274
275 void Thread::search() {
276
277   // To allow access to (ss-5) up to (ss+2), the stack must be oversized.
278   // The former is needed to allow update_continuation_histories(ss-1, ...),
279   // which accesses its argument at ss-4, also near the root.
280   // The latter is needed for statScores and killer initialization.
281   Stack stack[MAX_PLY+10], *ss = stack+7;
282   Move  pv[MAX_PLY+1];
283   Value bestValue, alpha, beta, delta;
284   Move  lastBestMove = MOVE_NONE;
285   Depth lastBestMoveDepth = DEPTH_ZERO;
286   MainThread* mainThread = (this == Threads.main() ? Threads.main() : nullptr);
287   double timeReduction = 1.0;
288   Color us = rootPos.side_to_move();
289
290   std::memset(ss-7, 0, 10 * sizeof(Stack));
291   for (int i = 7; i > 0; i--)
292      (ss-i)->continuationHistory = &this->continuationHistory[NO_PIECE][0]; // Use as sentinel
293   ss->pv = pv;
294
295   bestValue = delta = alpha = -VALUE_INFINITE;
296   beta = VALUE_INFINITE;
297
298   if (mainThread)
299       mainThread->bestMoveChanges = 0;
300
301   size_t multiPV = Options["MultiPV"];
302   Skill skill(Options["Skill Level"]);
303
304   // When playing with strength handicap enable MultiPV search that we will
305   // use behind the scenes to retrieve a set of possible moves.
306   if (skill.enabled())
307       multiPV = std::max(multiPV, (size_t)4);
308
309   multiPV = std::min(multiPV, rootMoves.size());
310
311   int ct = int(Options["Contempt"]) * PawnValueEg / 100; // From centipawns
312
313   // In analysis mode, adjust contempt in accordance with user preference
314   if (Limits.infinite || Options["UCI_AnalyseMode"])
315       ct =  Options["Analysis Contempt"] == "Off"  ? 0
316           : Options["Analysis Contempt"] == "Both" ? ct
317           : Options["Analysis Contempt"] == "White" && us == BLACK ? -ct
318           : Options["Analysis Contempt"] == "Black" && us == WHITE ? -ct
319           : ct;
320
321   // In evaluate.cpp the evaluation is from the white point of view
322   contempt = (us == WHITE ?  make_score(ct, ct / 2)
323                           : -make_score(ct, ct / 2));
324
325   // Iterative deepening loop until requested to stop or the target depth is reached
326   while (   (rootDepth += ONE_PLY) < DEPTH_MAX
327          && !Threads.stop
328          && !(Limits.depth && mainThread && rootDepth / ONE_PLY > Limits.depth))
329   {
330       // Age out PV variability metric
331       if (mainThread)
332           mainThread->bestMoveChanges *= 0.517;
333
334       // Save the last iteration's scores before first PV line is searched and
335       // all the move scores except the (new) PV are set to -VALUE_INFINITE.
336       for (RootMove& rm : rootMoves)
337           rm.previousScore = rm.score;
338
339       size_t pvFirst = 0;
340       pvLast = 0;
341
342       // MultiPV loop. We perform a full root search for each PV line
343       for (pvIdx = 0; pvIdx < multiPV && !Threads.stop; ++pvIdx)
344       {
345           if (pvIdx == pvLast)
346           {
347               pvFirst = pvLast;
348               for (pvLast++; pvLast < rootMoves.size(); pvLast++)
349                   if (rootMoves[pvLast].tbRank != rootMoves[pvFirst].tbRank)
350                       break;
351           }
352
353           // Reset UCI info selDepth for each depth and each PV line
354           selDepth = 0;
355
356           // Reset aspiration window starting size
357           if (rootDepth >= 5 * ONE_PLY)
358           {
359               Value previousScore = rootMoves[pvIdx].previousScore;
360               delta = Value(20);
361               alpha = std::max(previousScore - delta,-VALUE_INFINITE);
362               beta  = std::min(previousScore + delta, VALUE_INFINITE);
363
364               // Adjust contempt based on root move's previousScore (dynamic contempt)
365               int dct = ct + 88 * previousScore / (abs(previousScore) + 200);
366
367               contempt = (us == WHITE ?  make_score(dct, dct / 2)
368                                       : -make_score(dct, dct / 2));
369           }
370
371           // Start with a small aspiration window and, in the case of a fail
372           // high/low, re-search with a bigger window until we don't fail
373           // high/low anymore.
374           int failedHighCnt = 0;
375           while (true)
376           {
377               Depth adjustedDepth = std::max(ONE_PLY, rootDepth - failedHighCnt * ONE_PLY);
378               bestValue = ::search<PV>(rootPos, ss, alpha, beta, adjustedDepth, false);
379
380               // Bring the best move to the front. It is critical that sorting
381               // is done with a stable algorithm because all the values but the
382               // first and eventually the new best one are set to -VALUE_INFINITE
383               // and we want to keep the same order for all the moves except the
384               // new PV that goes to the front. Note that in case of MultiPV
385               // search the already searched PV lines are preserved.
386               std::stable_sort(rootMoves.begin() + pvIdx, rootMoves.begin() + pvLast);
387
388               // If search has been stopped, we break immediately. Sorting is
389               // safe because RootMoves is still valid, although it refers to
390               // the previous iteration.
391               if (Threads.stop)
392                   break;
393
394               // When failing high/low give some update (without cluttering
395               // the UI) before a re-search.
396               if (   mainThread
397                   && multiPV == 1
398                   && (bestValue <= alpha || bestValue >= beta)
399                   && Time.elapsed() > 3000)
400                   sync_cout << UCI::pv(rootPos, rootDepth, alpha, beta) << sync_endl;
401
402               // In case of failing low/high increase aspiration window and
403               // re-search, otherwise exit the loop.
404               if (bestValue <= alpha)
405               {
406                   beta = (alpha + beta) / 2;
407                   alpha = std::max(bestValue - delta, -VALUE_INFINITE);
408
409                   if (mainThread)
410                   {
411                       failedHighCnt = 0;
412                       mainThread->stopOnPonderhit = false;
413                   }
414               }
415               else if (bestValue >= beta)
416               {
417                   beta = std::min(bestValue + delta, VALUE_INFINITE);
418                   if (mainThread)
419                       ++failedHighCnt;
420               }
421               else
422                   break;
423
424               delta += delta / 4 + 5;
425
426               assert(alpha >= -VALUE_INFINITE && beta <= VALUE_INFINITE);
427           }
428
429           // Sort the PV lines searched so far and update the GUI
430           std::stable_sort(rootMoves.begin() + pvFirst, rootMoves.begin() + pvIdx + 1);
431
432           if (    mainThread
433               && (Threads.stop || pvIdx + 1 == multiPV || Time.elapsed() > 3000))
434               sync_cout << UCI::pv(rootPos, rootDepth, alpha, beta) << sync_endl;
435       }
436
437       if (!Threads.stop)
438           completedDepth = rootDepth;
439
440       if (rootMoves[0].pv[0] != lastBestMove) {
441          lastBestMove = rootMoves[0].pv[0];
442          lastBestMoveDepth = rootDepth;
443       }
444
445       // Have we found a "mate in x"?
446       if (   Limits.mate
447           && bestValue >= VALUE_MATE_IN_MAX_PLY
448           && VALUE_MATE - bestValue <= 2 * Limits.mate)
449           Threads.stop = true;
450
451       if (!mainThread)
452           continue;
453
454       // If skill level is enabled and time is up, pick a sub-optimal best move
455       if (skill.enabled() && skill.time_to_pick(rootDepth))
456           skill.pick_best(multiPV);
457
458       // Do we have time for the next iteration? Can we stop searching now?
459       if (    Limits.use_time_management()
460           && !Threads.stop
461           && !mainThread->stopOnPonderhit)
462       {
463           double fallingEval = (306 + 9 * (mainThread->previousScore - bestValue)) / 581.0;
464           fallingEval        = std::max(0.5, std::min(1.5, fallingEval));
465
466           // If the bestMove is stable over several iterations, reduce time accordingly
467           timeReduction = lastBestMoveDepth + 10 * ONE_PLY < completedDepth ? 1.95 : 1.0;
468           double reduction = std::pow(mainThread->previousTimeReduction, 0.528) / timeReduction;
469
470           // Use part of the gained time from a previous stable move for the current move
471           double bestMoveInstability = 1.0 + mainThread->bestMoveChanges;
472
473           // Stop the search if we have only one legal move, or if available time elapsed
474           if (   rootMoves.size() == 1
475               || Time.elapsed() > Time.optimum() * fallingEval * reduction * bestMoveInstability)
476           {
477               // If we are allowed to ponder do not stop the search now but
478               // keep pondering until the GUI sends "ponderhit" or "stop".
479               if (mainThread->ponder)
480                   mainThread->stopOnPonderhit = true;
481               else
482                   Threads.stop = true;
483           }
484       }
485   }
486
487   if (!mainThread)
488       return;
489
490   mainThread->previousTimeReduction = timeReduction;
491
492   // If skill level is enabled, swap best PV line with the sub-optimal one
493   if (skill.enabled())
494       std::swap(rootMoves[0], *std::find(rootMoves.begin(), rootMoves.end(),
495                 skill.best ? skill.best : skill.pick_best(multiPV)));
496 }
497
498
499 namespace {
500
501   // search<>() is the main search function for both PV and non-PV nodes
502
503   template <NodeType NT>
504   Value search(Position& pos, Stack* ss, Value alpha, Value beta, Depth depth, bool cutNode) {
505
506     constexpr bool PvNode = NT == PV;
507     const bool rootNode = PvNode && ss->ply == 0;
508
509     // Check if we have an upcoming move which draws by repetition, or
510     // if the opponent had an alternative move earlier to this position.
511     if (   pos.rule50_count() >= 3
512         && alpha < VALUE_DRAW
513         && !rootNode
514         && pos.has_game_cycle(ss->ply))
515     {
516         alpha = value_draw(depth, pos.this_thread());
517         if (alpha >= beta)
518             return alpha;
519     }
520
521     // Dive into quiescence search when the depth reaches zero
522     if (depth < ONE_PLY)
523         return qsearch<NT>(pos, ss, alpha, beta);
524
525     assert(-VALUE_INFINITE <= alpha && alpha < beta && beta <= VALUE_INFINITE);
526     assert(PvNode || (alpha == beta - 1));
527     assert(DEPTH_ZERO < depth && depth < DEPTH_MAX);
528     assert(!(PvNode && cutNode));
529     assert(depth / ONE_PLY * ONE_PLY == depth);
530
531     Move pv[MAX_PLY+1], capturesSearched[32], quietsSearched[64];
532     StateInfo st;
533     TTEntry* tte;
534     Key posKey;
535     Move ttMove, move, excludedMove, bestMove;
536     Depth extension, newDepth;
537     Value bestValue, value, ttValue, eval, maxValue, pureStaticEval;
538     bool ttHit, ttPv, inCheck, givesCheck, improving;
539     bool captureOrPromotion, doFullDepthSearch, moveCountPruning, ttCapture;
540     Piece movedPiece;
541     int moveCount, captureCount, quietCount;
542
543     // Step 1. Initialize node
544     Thread* thisThread = pos.this_thread();
545     inCheck = pos.checkers();
546     Color us = pos.side_to_move();
547     moveCount = captureCount = quietCount = ss->moveCount = 0;
548     bestValue = -VALUE_INFINITE;
549     maxValue = VALUE_INFINITE;
550
551     // Check for the available remaining time
552     if (thisThread == Threads.main())
553         static_cast<MainThread*>(thisThread)->check_time();
554
555     // Used to send selDepth info to GUI (selDepth counts from 1, ply from 0)
556     if (PvNode && thisThread->selDepth < ss->ply + 1)
557         thisThread->selDepth = ss->ply + 1;
558
559     if (!rootNode)
560     {
561         // Step 2. Check for aborted search and immediate draw
562         if (   Threads.stop.load(std::memory_order_relaxed)
563             || pos.is_draw(ss->ply)
564             || ss->ply >= MAX_PLY)
565             return (ss->ply >= MAX_PLY && !inCheck) ? evaluate(pos)
566                                                     : value_draw(depth, pos.this_thread());
567
568         // Step 3. Mate distance pruning. Even if we mate at the next move our score
569         // would be at best mate_in(ss->ply+1), but if alpha is already bigger because
570         // a shorter mate was found upward in the tree then there is no need to search
571         // because we will never beat the current alpha. Same logic but with reversed
572         // signs applies also in the opposite condition of being mated instead of giving
573         // mate. In this case return a fail-high score.
574         alpha = std::max(mated_in(ss->ply), alpha);
575         beta = std::min(mate_in(ss->ply+1), beta);
576         if (alpha >= beta)
577             return alpha;
578     }
579
580     assert(0 <= ss->ply && ss->ply < MAX_PLY);
581
582     (ss+1)->ply = ss->ply + 1;
583     ss->currentMove = (ss+1)->excludedMove = bestMove = MOVE_NONE;
584     ss->continuationHistory = &thisThread->continuationHistory[NO_PIECE][0];
585     (ss+2)->killers[0] = (ss+2)->killers[1] = MOVE_NONE;
586     Square prevSq = to_sq((ss-1)->currentMove);
587
588     // Initialize statScore to zero for the grandchildren of the current position.
589     // So statScore is shared between all grandchildren and only the first grandchild
590     // starts with statScore = 0. Later grandchildren start with the last calculated
591     // statScore of the previous grandchild. This influences the reduction rules in
592     // LMR which are based on the statScore of parent position.
593     (ss+2)->statScore = 0;
594
595     // Step 4. Transposition table lookup. We don't want the score of a partial
596     // search to overwrite a previous full search TT value, so we use a different
597     // position key in case of an excluded move.
598     excludedMove = ss->excludedMove;
599     posKey = pos.key() ^ Key(excludedMove << 16); // Isn't a very good hash
600     tte = TT.probe(posKey, ttHit);
601     ttValue = ttHit ? value_from_tt(tte->value(), ss->ply) : VALUE_NONE;
602     ttMove =  rootNode ? thisThread->rootMoves[thisThread->pvIdx].pv[0]
603             : ttHit    ? tte->move() : MOVE_NONE;
604     ttPv = (ttHit && tte->is_pv()) || (PvNode && depth > 4 * ONE_PLY);
605
606     // At non-PV nodes we check for an early TT cutoff
607     if (  !PvNode
608         && ttHit
609         && tte->depth() >= depth
610         && ttValue != VALUE_NONE // Possible in case of TT access race
611         && (ttValue >= beta ? (tte->bound() & BOUND_LOWER)
612                             : (tte->bound() & BOUND_UPPER)))
613     {
614         // If ttMove is quiet, update move sorting heuristics on TT hit
615         if (ttMove)
616         {
617             if (ttValue >= beta)
618             {
619                 if (!pos.capture_or_promotion(ttMove))
620                     update_quiet_stats(pos, ss, ttMove, nullptr, 0, stat_bonus(depth));
621
622                 // Extra penalty for a quiet TT or main killer move in previous ply when it gets refuted
623                 if (    ((ss-1)->moveCount == 1 || (ss-1)->currentMove == (ss-1)->killers[0])
624                      && !pos.captured_piece())
625                         update_continuation_histories(ss-1, pos.piece_on(prevSq), prevSq, -stat_bonus(depth + ONE_PLY));
626             }
627             // Penalty for a quiet ttMove that fails low
628             else if (!pos.capture_or_promotion(ttMove))
629             {
630                 int penalty = -stat_bonus(depth);
631                 thisThread->mainHistory[us][from_to(ttMove)] << penalty;
632                 update_continuation_histories(ss, pos.moved_piece(ttMove), to_sq(ttMove), penalty);
633             }
634         }
635         return ttValue;
636     }
637
638     // Step 5. Tablebases probe
639     if (!rootNode && TB::Cardinality)
640     {
641         int piecesCount = pos.count<ALL_PIECES>();
642
643         if (    piecesCount <= TB::Cardinality
644             && (piecesCount <  TB::Cardinality || depth >= TB::ProbeDepth)
645             &&  pos.rule50_count() == 0
646             && !pos.can_castle(ANY_CASTLING))
647         {
648             TB::ProbeState err;
649             TB::WDLScore wdl = Tablebases::probe_wdl(pos, &err);
650
651             // Force check of time on the next occasion
652             if (thisThread == Threads.main())
653                 static_cast<MainThread*>(thisThread)->callsCnt = 0;
654
655             if (err != TB::ProbeState::FAIL)
656             {
657                 thisThread->tbHits.fetch_add(1, std::memory_order_relaxed);
658
659                 int drawScore = TB::UseRule50 ? 1 : 0;
660
661                 value =  wdl < -drawScore ? -VALUE_MATE + MAX_PLY + ss->ply + 1
662                        : wdl >  drawScore ?  VALUE_MATE - MAX_PLY - ss->ply - 1
663                                           :  VALUE_DRAW + 2 * wdl * drawScore;
664
665                 Bound b =  wdl < -drawScore ? BOUND_UPPER
666                          : wdl >  drawScore ? BOUND_LOWER : BOUND_EXACT;
667
668                 if (    b == BOUND_EXACT
669                     || (b == BOUND_LOWER ? value >= beta : value <= alpha))
670                 {
671                     tte->save(posKey, value_to_tt(value, ss->ply), ttPv, b,
672                               std::min(DEPTH_MAX - ONE_PLY, depth + 6 * ONE_PLY),
673                               MOVE_NONE, VALUE_NONE);
674
675                     return value;
676                 }
677
678                 if (PvNode)
679                 {
680                     if (b == BOUND_LOWER)
681                         bestValue = value, alpha = std::max(alpha, bestValue);
682                     else
683                         maxValue = value;
684                 }
685             }
686         }
687     }
688
689     // Step 6. Static evaluation of the position
690     if (inCheck)
691     {
692         ss->staticEval = eval = pureStaticEval = VALUE_NONE;
693         improving = false;
694         goto moves_loop;  // Skip early pruning when in check
695     }
696     else if (ttHit)
697     {
698         // Never assume anything on values stored in TT
699         ss->staticEval = eval = pureStaticEval = tte->eval();
700         if (eval == VALUE_NONE)
701             ss->staticEval = eval = pureStaticEval = evaluate(pos);
702
703         // Can ttValue be used as a better position evaluation?
704         if (    ttValue != VALUE_NONE
705             && (tte->bound() & (ttValue > eval ? BOUND_LOWER : BOUND_UPPER)))
706             eval = ttValue;
707     }
708     else
709     {
710         if ((ss-1)->currentMove != MOVE_NULL)
711         {
712             int bonus = -(ss-1)->statScore / 512;
713
714             pureStaticEval = evaluate(pos);
715             ss->staticEval = eval = pureStaticEval + bonus;
716         }
717         else
718             ss->staticEval = eval = pureStaticEval = -(ss-1)->staticEval + 2 * Eval::Tempo;
719
720         tte->save(posKey, VALUE_NONE, ttPv, BOUND_NONE, DEPTH_NONE, MOVE_NONE, pureStaticEval);
721     }
722
723     // Step 7. Razoring (~2 Elo)
724     if (   !rootNode // The required rootNode PV handling is not available in qsearch
725         &&  depth < 2 * ONE_PLY
726         &&  eval <= alpha - RazorMargin)
727         return qsearch<NT>(pos, ss, alpha, beta);
728
729     improving =   ss->staticEval >= (ss-2)->staticEval
730                || (ss-2)->staticEval == VALUE_NONE;
731
732     // Step 8. Futility pruning: child node (~30 Elo)
733     if (   !PvNode
734         &&  depth < 7 * ONE_PLY
735         &&  eval - futility_margin(depth, improving) >= beta
736         &&  eval < VALUE_KNOWN_WIN) // Do not return unproven wins
737         return eval;
738
739     // Step 9. Null move search with verification search (~40 Elo)
740     if (   !PvNode
741         && (ss-1)->currentMove != MOVE_NULL
742         && (ss-1)->statScore < 23200
743         &&  eval >= beta
744         &&  pureStaticEval >= beta - 36 * depth / ONE_PLY + 225
745         && !excludedMove
746         &&  pos.non_pawn_material(us)
747         && (ss->ply >= thisThread->nmpMinPly || us != thisThread->nmpColor))
748     {
749         assert(eval - beta >= 0);
750
751         // Null move dynamic reduction based on depth and value
752         Depth R = ((823 + 67 * depth / ONE_PLY) / 256 + std::min(int(eval - beta) / 200, 3)) * ONE_PLY;
753
754         ss->currentMove = MOVE_NULL;
755         ss->continuationHistory = &thisThread->continuationHistory[NO_PIECE][0];
756
757         pos.do_null_move(st);
758
759         Value nullValue = -search<NonPV>(pos, ss+1, -beta, -beta+1, depth-R, !cutNode);
760
761         pos.undo_null_move();
762
763         if (nullValue >= beta)
764         {
765             // Do not return unproven mate scores
766             if (nullValue >= VALUE_MATE_IN_MAX_PLY)
767                 nullValue = beta;
768
769             if (thisThread->nmpMinPly || (abs(beta) < VALUE_KNOWN_WIN && depth < 12 * ONE_PLY))
770                 return nullValue;
771
772             assert(!thisThread->nmpMinPly); // Recursive verification is not allowed
773
774             // Do verification search at high depths, with null move pruning disabled
775             // for us, until ply exceeds nmpMinPly.
776             thisThread->nmpMinPly = ss->ply + 3 * (depth-R) / 4;
777             thisThread->nmpColor = us;
778
779             Value v = search<NonPV>(pos, ss, beta-1, beta, depth-R, false);
780
781             thisThread->nmpMinPly = 0;
782
783             if (v >= beta)
784                 return nullValue;
785         }
786     }
787
788     // Step 10. ProbCut (~10 Elo)
789     // If we have a good enough capture and a reduced search returns a value
790     // much above beta, we can (almost) safely prune the previous move.
791     if (   !PvNode
792         &&  depth >= 5 * ONE_PLY
793         &&  abs(beta) < VALUE_MATE_IN_MAX_PLY)
794     {
795         Value raisedBeta = std::min(beta + 216 - 48 * improving, VALUE_INFINITE);
796         MovePicker mp(pos, ttMove, raisedBeta - ss->staticEval, &thisThread->captureHistory);
797         int probCutCount = 0;
798
799         while (  (move = mp.next_move()) != MOVE_NONE
800                && probCutCount < 2 + 2 * cutNode)
801             if (move != excludedMove && pos.legal(move))
802             {
803                 probCutCount++;
804
805                 ss->currentMove = move;
806                 ss->continuationHistory = &thisThread->continuationHistory[pos.moved_piece(move)][to_sq(move)];
807
808                 assert(depth >= 5 * ONE_PLY);
809
810                 pos.do_move(move, st);
811
812                 // Perform a preliminary qsearch to verify that the move holds
813                 value = -qsearch<NonPV>(pos, ss+1, -raisedBeta, -raisedBeta+1);
814
815                 // If the qsearch held, perform the regular search
816                 if (value >= raisedBeta)
817                     value = -search<NonPV>(pos, ss+1, -raisedBeta, -raisedBeta+1, depth - 4 * ONE_PLY, !cutNode);
818
819                 pos.undo_move(move);
820
821                 if (value >= raisedBeta)
822                     return value;
823             }
824     }
825
826     // Step 11. Internal iterative deepening (~2 Elo)
827     if (    depth >= 8 * ONE_PLY
828         && !ttMove)
829     {
830         search<NT>(pos, ss, alpha, beta, depth - 7 * ONE_PLY, cutNode);
831
832         tte = TT.probe(posKey, ttHit);
833         ttValue = ttHit ? value_from_tt(tte->value(), ss->ply) : VALUE_NONE;
834         ttMove = ttHit ? tte->move() : MOVE_NONE;
835     }
836
837 moves_loop: // When in check, search starts from here
838
839     const PieceToHistory* contHist[] = { (ss-1)->continuationHistory, (ss-2)->continuationHistory,
840                                           nullptr, (ss-4)->continuationHistory,
841                                           nullptr, (ss-6)->continuationHistory };
842     Move countermove = thisThread->counterMoves[pos.piece_on(prevSq)][prevSq];
843
844     MovePicker mp(pos, ttMove, depth, &thisThread->mainHistory,
845                                       &thisThread->captureHistory,
846                                       contHist,
847                                       countermove,
848                                       ss->killers);
849     value = bestValue; // Workaround a bogus 'uninitialized' warning under gcc
850
851     moveCountPruning = false;
852     ttCapture = ttMove && pos.capture_or_promotion(ttMove);
853
854     // Step 12. Loop through all pseudo-legal moves until no moves remain
855     // or a beta cutoff occurs.
856     while ((move = mp.next_move(moveCountPruning)) != MOVE_NONE)
857     {
858       assert(is_ok(move));
859
860       if (move == excludedMove)
861           continue;
862
863       // At root obey the "searchmoves" option and skip moves not listed in Root
864       // Move List. As a consequence any illegal move is also skipped. In MultiPV
865       // mode we also skip PV moves which have been already searched and those
866       // of lower "TB rank" if we are in a TB root position.
867       if (rootNode && !std::count(thisThread->rootMoves.begin() + thisThread->pvIdx,
868                                   thisThread->rootMoves.begin() + thisThread->pvLast, move))
869           continue;
870
871       ss->moveCount = ++moveCount;
872
873       if (rootNode && thisThread == Threads.main() && Time.elapsed() > 3000)
874           sync_cout << "info depth " << depth / ONE_PLY
875                     << " currmove " << UCI::move(move, pos.is_chess960())
876                     << " currmovenumber " << moveCount + thisThread->pvIdx << sync_endl;
877       if (PvNode)
878           (ss+1)->pv = nullptr;
879
880       extension = DEPTH_ZERO;
881       captureOrPromotion = pos.capture_or_promotion(move);
882       movedPiece = pos.moved_piece(move);
883       givesCheck = pos.gives_check(move);
884
885       // Step 13. Extensions (~70 Elo)
886
887       // Singular extension search (~60 Elo). If all moves but one fail low on a
888       // search of (alpha-s, beta-s), and just one fails high on (alpha, beta),
889       // then that move is singular and should be extended. To verify this we do
890       // a reduced search on all the other moves but the ttMove and if the
891       // result is lower than ttValue minus a margin then we will extend the ttMove.
892       if (    depth >= 8 * ONE_PLY
893           &&  move == ttMove
894           && !rootNode
895           && !excludedMove // Avoid recursive singular search
896       /*  &&  ttValue != VALUE_NONE Already implicit in the next condition */
897           &&  abs(ttValue) < VALUE_KNOWN_WIN
898           && (tte->bound() & BOUND_LOWER)
899           &&  tte->depth() >= depth - 3 * ONE_PLY
900           &&  pos.legal(move))
901       {
902           Value singularBeta = ttValue - 2 * depth / ONE_PLY;
903           ss->excludedMove = move;
904           value = search<NonPV>(pos, ss, singularBeta - 1, singularBeta, depth / 2, cutNode);
905           ss->excludedMove = MOVE_NONE;
906
907           if (value < singularBeta)
908               extension = ONE_PLY;
909
910           // Multi-cut pruning
911           // Our ttMove is assumed to fail high, and now we failed high also on a reduced
912           // search without the ttMove. So we assume this expected Cut-node is not singular,
913           // that is multiple moves fail high, and we can prune the whole subtree by returning
914           // the hard beta bound.
915           else if (cutNode && singularBeta > beta)
916               return beta;
917       }
918
919       // Check extension (~2 Elo)
920       else if (    givesCheck
921                && (pos.blockers_for_king(~us) & from_sq(move) || pos.see_ge(move)))
922           extension = ONE_PLY;
923
924       // Castling extension
925       else if (type_of(move) == CASTLING)
926           extension = ONE_PLY;
927
928       // Calculate new depth for this move
929       newDepth = depth - ONE_PLY + extension;
930
931       // Step 14. Pruning at shallow depth (~170 Elo)
932       if (  !rootNode
933           && pos.non_pawn_material(us)
934           && bestValue > VALUE_MATED_IN_MAX_PLY)
935       {
936           // Skip quiet moves if movecount exceeds our FutilityMoveCount threshold
937           moveCountPruning = moveCount >= futility_move_count(improving,depth / ONE_PLY);
938
939           if (   !captureOrPromotion
940               && !givesCheck
941               && !pos.advanced_pawn_push(move))
942           {
943               // Move count based pruning (~30 Elo)
944               if (moveCountPruning)
945                   continue;
946
947               // Reduced depth of the next LMR search
948               int lmrDepth = std::max(newDepth - reduction<PvNode>(improving, depth, moveCount), DEPTH_ZERO) / ONE_PLY;
949
950               // Countermoves based pruning (~20 Elo)
951               if (   lmrDepth < 3 + ((ss-1)->statScore > 0 || (ss-1)->moveCount == 1)
952                   && (*contHist[0])[movedPiece][to_sq(move)] < CounterMovePruneThreshold
953                   && (*contHist[1])[movedPiece][to_sq(move)] < CounterMovePruneThreshold)
954                   continue;
955
956               // Futility pruning: parent node (~2 Elo)
957               if (   lmrDepth < 7
958                   && !inCheck
959                   && ss->staticEval + 256 + 200 * lmrDepth <= alpha)
960                   continue;
961
962               // Prune moves with negative SEE (~10 Elo)
963               if (!pos.see_ge(move, Value(-29 * lmrDepth * lmrDepth)))
964                   continue;
965           }
966           else if (!pos.see_ge(move, -PawnValueEg * (depth / ONE_PLY))) // (~20 Elo)
967                   continue;
968       }
969
970       // Speculative prefetch as early as possible
971       prefetch(TT.first_entry(pos.key_after(move)));
972
973       // Check for legality just before making the move
974       if (!rootNode && !pos.legal(move))
975       {
976           ss->moveCount = --moveCount;
977           continue;
978       }
979
980       // Update the current move (this must be done after singular extension search)
981       ss->currentMove = move;
982       ss->continuationHistory = &thisThread->continuationHistory[movedPiece][to_sq(move)];
983
984       // Step 15. Make the move
985       pos.do_move(move, st, givesCheck);
986
987       // Step 16. Reduced depth search (LMR). If the move fails high it will be
988       // re-searched at full depth.
989       if (    depth >= 3 * ONE_PLY
990           &&  moveCount > 1
991           && (!captureOrPromotion || moveCountPruning))
992       {
993           Depth r = reduction<PvNode>(improving, depth, moveCount);
994
995           // Decrease reduction if position is or has been on the PV
996           if (ttPv)
997               r -= ONE_PLY;
998
999           // Decrease reduction if opponent's move count is high (~10 Elo)
1000           if ((ss-1)->moveCount > 15)
1001               r -= ONE_PLY;
1002
1003           if (!captureOrPromotion)
1004           {
1005               // Increase reduction if ttMove is a capture (~0 Elo)
1006               if (ttCapture)
1007                   r += ONE_PLY;
1008
1009               // Increase reduction for cut nodes (~5 Elo)
1010               if (cutNode)
1011                   r += 2 * ONE_PLY;
1012
1013               // Decrease reduction for moves that escape a capture. Filter out
1014               // castling moves, because they are coded as "king captures rook" and
1015               // hence break make_move(). (~5 Elo)
1016               else if (    type_of(move) == NORMAL
1017                        && !pos.see_ge(make_move(to_sq(move), from_sq(move))))
1018                   r -= 2 * ONE_PLY;
1019
1020               ss->statScore =  thisThread->mainHistory[us][from_to(move)]
1021                              + (*contHist[0])[movedPiece][to_sq(move)]
1022                              + (*contHist[1])[movedPiece][to_sq(move)]
1023                              + (*contHist[3])[movedPiece][to_sq(move)]
1024                              - 4000;
1025
1026               // Decrease/increase reduction by comparing opponent's stat score (~10 Elo)
1027               if (ss->statScore >= 0 && (ss-1)->statScore < 0)
1028                   r -= ONE_PLY;
1029
1030               else if ((ss-1)->statScore >= 0 && ss->statScore < 0)
1031                   r += ONE_PLY;
1032
1033               // Decrease/increase reduction for moves with a good/bad history (~30 Elo)
1034               r -= ss->statScore / 20000 * ONE_PLY;
1035           }
1036
1037           Depth d = std::max(newDepth - std::max(r, DEPTH_ZERO), ONE_PLY);
1038
1039           value = -search<NonPV>(pos, ss+1, -(alpha+1), -alpha, d, true);
1040
1041           doFullDepthSearch = (value > alpha && d != newDepth);
1042       }
1043       else
1044           doFullDepthSearch = !PvNode || moveCount > 1;
1045
1046       // Step 17. Full depth search when LMR is skipped or fails high
1047       if (doFullDepthSearch)
1048           value = -search<NonPV>(pos, ss+1, -(alpha+1), -alpha, newDepth, !cutNode);
1049
1050       // For PV nodes only, do a full PV search on the first move or after a fail
1051       // high (in the latter case search only if value < beta), otherwise let the
1052       // parent node fail low with value <= alpha and try another move.
1053       if (PvNode && (moveCount == 1 || (value > alpha && (rootNode || value < beta))))
1054       {
1055           (ss+1)->pv = pv;
1056           (ss+1)->pv[0] = MOVE_NONE;
1057
1058           value = -search<PV>(pos, ss+1, -beta, -alpha, newDepth, false);
1059       }
1060
1061       // Step 18. Undo move
1062       pos.undo_move(move);
1063
1064       assert(value > -VALUE_INFINITE && value < VALUE_INFINITE);
1065
1066       // Step 19. Check for a new best move
1067       // Finished searching the move. If a stop occurred, the return value of
1068       // the search cannot be trusted, and we return immediately without
1069       // updating best move, PV and TT.
1070       if (Threads.stop.load(std::memory_order_relaxed))
1071           return VALUE_ZERO;
1072
1073       if (rootNode)
1074       {
1075           RootMove& rm = *std::find(thisThread->rootMoves.begin(),
1076                                     thisThread->rootMoves.end(), move);
1077
1078           // PV move or new best move?
1079           if (moveCount == 1 || value > alpha)
1080           {
1081               rm.score = value;
1082               rm.selDepth = thisThread->selDepth;
1083               rm.pv.resize(1);
1084
1085               assert((ss+1)->pv);
1086
1087               for (Move* m = (ss+1)->pv; *m != MOVE_NONE; ++m)
1088                   rm.pv.push_back(*m);
1089
1090               // We record how often the best move has been changed in each
1091               // iteration. This information is used for time management: When
1092               // the best move changes frequently, we allocate some more time.
1093               if (moveCount > 1 && thisThread == Threads.main())
1094                   ++static_cast<MainThread*>(thisThread)->bestMoveChanges;
1095           }
1096           else
1097               // All other moves but the PV are set to the lowest value: this
1098               // is not a problem when sorting because the sort is stable and the
1099               // move position in the list is preserved - just the PV is pushed up.
1100               rm.score = -VALUE_INFINITE;
1101       }
1102
1103       if (value > bestValue)
1104       {
1105           bestValue = value;
1106
1107           if (value > alpha)
1108           {
1109               bestMove = move;
1110
1111               if (PvNode && !rootNode) // Update pv even in fail-high case
1112                   update_pv(ss->pv, move, (ss+1)->pv);
1113
1114               if (PvNode && value < beta) // Update alpha! Always alpha < beta
1115                   alpha = value;
1116               else
1117               {
1118                   assert(value >= beta); // Fail high
1119                   ss->statScore = 0;
1120                   break;
1121               }
1122           }
1123       }
1124
1125       if (move != bestMove)
1126       {
1127           if (captureOrPromotion && captureCount < 32)
1128               capturesSearched[captureCount++] = move;
1129
1130           else if (!captureOrPromotion && quietCount < 64)
1131               quietsSearched[quietCount++] = move;
1132       }
1133     }
1134
1135     // The following condition would detect a stop only after move loop has been
1136     // completed. But in this case bestValue is valid because we have fully
1137     // searched our subtree, and we can anyhow save the result in TT.
1138     /*
1139        if (Threads.stop)
1140         return VALUE_DRAW;
1141     */
1142
1143     // Step 20. Check for mate and stalemate
1144     // All legal moves have been searched and if there are no legal moves, it
1145     // must be a mate or a stalemate. If we are in a singular extension search then
1146     // return a fail low score.
1147
1148     assert(moveCount || !inCheck || excludedMove || !MoveList<LEGAL>(pos).size());
1149
1150     if (!moveCount)
1151         bestValue = excludedMove ? alpha
1152                    :     inCheck ? mated_in(ss->ply) : VALUE_DRAW;
1153     else if (bestMove)
1154     {
1155         // Quiet best move: update move sorting heuristics
1156         if (!pos.capture_or_promotion(bestMove))
1157             update_quiet_stats(pos, ss, bestMove, quietsSearched, quietCount,
1158                                stat_bonus(depth + (bestValue > beta + PawnValueMg ? ONE_PLY : DEPTH_ZERO)));
1159
1160         update_capture_stats(pos, bestMove, capturesSearched, captureCount, stat_bonus(depth + ONE_PLY));
1161
1162         // Extra penalty for a quiet TT or main killer move in previous ply when it gets refuted
1163         if (   ((ss-1)->moveCount == 1 || ((ss-1)->currentMove == (ss-1)->killers[0]))
1164             && !pos.captured_piece())
1165                 update_continuation_histories(ss-1, pos.piece_on(prevSq), prevSq, -stat_bonus(depth + ONE_PLY));
1166
1167     }
1168     // Bonus for prior countermove that caused the fail low
1169     else if (   (depth >= 3 * ONE_PLY || PvNode)
1170              && !pos.captured_piece())
1171         update_continuation_histories(ss-1, pos.piece_on(prevSq), prevSq, stat_bonus(depth));
1172
1173     if (PvNode)
1174         bestValue = std::min(bestValue, maxValue);
1175
1176     if (!excludedMove)
1177         tte->save(posKey, value_to_tt(bestValue, ss->ply), ttPv,
1178                   bestValue >= beta ? BOUND_LOWER :
1179                   PvNode && bestMove ? BOUND_EXACT : BOUND_UPPER,
1180                   depth, bestMove, pureStaticEval);
1181
1182     assert(bestValue > -VALUE_INFINITE && bestValue < VALUE_INFINITE);
1183
1184     return bestValue;
1185   }
1186
1187
1188   // qsearch() is the quiescence search function, which is called by the main
1189   // search function with depth zero, or recursively with depth less than ONE_PLY.
1190   template <NodeType NT>
1191   Value qsearch(Position& pos, Stack* ss, Value alpha, Value beta, Depth depth) {
1192
1193     constexpr bool PvNode = NT == PV;
1194
1195     assert(alpha >= -VALUE_INFINITE && alpha < beta && beta <= VALUE_INFINITE);
1196     assert(PvNode || (alpha == beta - 1));
1197     assert(depth <= DEPTH_ZERO);
1198     assert(depth / ONE_PLY * ONE_PLY == depth);
1199
1200     Move pv[MAX_PLY+1];
1201     StateInfo st;
1202     TTEntry* tte;
1203     Key posKey;
1204     Move ttMove, move, bestMove;
1205     Depth ttDepth;
1206     Value bestValue, value, ttValue, futilityValue, futilityBase, oldAlpha;
1207     bool ttHit, pvHit, inCheck, givesCheck, evasionPrunable;
1208     int moveCount;
1209
1210     if (PvNode)
1211     {
1212         oldAlpha = alpha; // To flag BOUND_EXACT when eval above alpha and no available moves
1213         (ss+1)->pv = pv;
1214         ss->pv[0] = MOVE_NONE;
1215     }
1216
1217     Thread* thisThread = pos.this_thread();
1218     (ss+1)->ply = ss->ply + 1;
1219     ss->currentMove = bestMove = MOVE_NONE;
1220     ss->continuationHistory = &thisThread->continuationHistory[NO_PIECE][0];
1221     inCheck = pos.checkers();
1222     moveCount = 0;
1223
1224     // Check for an immediate draw or maximum ply reached
1225     if (   pos.is_draw(ss->ply)
1226         || ss->ply >= MAX_PLY)
1227         return (ss->ply >= MAX_PLY && !inCheck) ? evaluate(pos) : VALUE_DRAW;
1228
1229     assert(0 <= ss->ply && ss->ply < MAX_PLY);
1230
1231     // Decide whether or not to include checks: this fixes also the type of
1232     // TT entry depth that we are going to use. Note that in qsearch we use
1233     // only two types of depth in TT: DEPTH_QS_CHECKS or DEPTH_QS_NO_CHECKS.
1234     ttDepth = inCheck || depth >= DEPTH_QS_CHECKS ? DEPTH_QS_CHECKS
1235                                                   : DEPTH_QS_NO_CHECKS;
1236     // Transposition table lookup
1237     posKey = pos.key();
1238     tte = TT.probe(posKey, ttHit);
1239     ttValue = ttHit ? value_from_tt(tte->value(), ss->ply) : VALUE_NONE;
1240     ttMove = ttHit ? tte->move() : MOVE_NONE;
1241     pvHit = ttHit && tte->is_pv();
1242
1243     if (  !PvNode
1244         && ttHit
1245         && tte->depth() >= ttDepth
1246         && ttValue != VALUE_NONE // Only in case of TT access race
1247         && (ttValue >= beta ? (tte->bound() & BOUND_LOWER)
1248                             : (tte->bound() & BOUND_UPPER)))
1249         return ttValue;
1250
1251     // Evaluate the position statically
1252     if (inCheck)
1253     {
1254         ss->staticEval = VALUE_NONE;
1255         bestValue = futilityBase = -VALUE_INFINITE;
1256     }
1257     else
1258     {
1259         if (ttHit)
1260         {
1261             // Never assume anything on values stored in TT
1262             if ((ss->staticEval = bestValue = tte->eval()) == VALUE_NONE)
1263                 ss->staticEval = bestValue = evaluate(pos);
1264
1265             // Can ttValue be used as a better position evaluation?
1266             if (    ttValue != VALUE_NONE
1267                 && (tte->bound() & (ttValue > bestValue ? BOUND_LOWER : BOUND_UPPER)))
1268                 bestValue = ttValue;
1269         }
1270         else
1271             ss->staticEval = bestValue =
1272             (ss-1)->currentMove != MOVE_NULL ? evaluate(pos)
1273                                              : -(ss-1)->staticEval + 2 * Eval::Tempo;
1274
1275         // Stand pat. Return immediately if static value is at least beta
1276         if (bestValue >= beta)
1277         {
1278             if (!ttHit)
1279                 tte->save(posKey, value_to_tt(bestValue, ss->ply), pvHit, BOUND_LOWER,
1280                           DEPTH_NONE, MOVE_NONE, ss->staticEval);
1281
1282             return bestValue;
1283         }
1284
1285         if (PvNode && bestValue > alpha)
1286             alpha = bestValue;
1287
1288         futilityBase = bestValue + 128;
1289     }
1290
1291     const PieceToHistory* contHist[] = { (ss-1)->continuationHistory, (ss-2)->continuationHistory,
1292                                           nullptr, (ss-4)->continuationHistory,
1293                                           nullptr, (ss-6)->continuationHistory };
1294
1295     // Initialize a MovePicker object for the current position, and prepare
1296     // to search the moves. Because the depth is <= 0 here, only captures,
1297     // queen promotions and checks (only if depth >= DEPTH_QS_CHECKS) will
1298     // be generated.
1299     MovePicker mp(pos, ttMove, depth, &thisThread->mainHistory,
1300                                       &thisThread->captureHistory,
1301                                       contHist,
1302                                       to_sq((ss-1)->currentMove));
1303
1304     // Loop through the moves until no moves remain or a beta cutoff occurs
1305     while ((move = mp.next_move()) != MOVE_NONE)
1306     {
1307       assert(is_ok(move));
1308
1309       givesCheck = pos.gives_check(move);
1310
1311       moveCount++;
1312
1313       // Futility pruning
1314       if (   !inCheck
1315           && !givesCheck
1316           &&  futilityBase > -VALUE_KNOWN_WIN
1317           && !pos.advanced_pawn_push(move))
1318       {
1319           assert(type_of(move) != ENPASSANT); // Due to !pos.advanced_pawn_push
1320
1321           futilityValue = futilityBase + PieceValue[EG][pos.piece_on(to_sq(move))];
1322
1323           if (futilityValue <= alpha)
1324           {
1325               bestValue = std::max(bestValue, futilityValue);
1326               continue;
1327           }
1328
1329           if (futilityBase <= alpha && !pos.see_ge(move, VALUE_ZERO + 1))
1330           {
1331               bestValue = std::max(bestValue, futilityBase);
1332               continue;
1333           }
1334       }
1335
1336       // Detect non-capture evasions that are candidates to be pruned
1337       evasionPrunable =    inCheck
1338                        &&  (depth != DEPTH_ZERO || moveCount > 2)
1339                        &&  bestValue > VALUE_MATED_IN_MAX_PLY
1340                        && !pos.capture(move);
1341
1342       // Don't search moves with negative SEE values
1343       if (  (!inCheck || evasionPrunable)
1344           && !pos.see_ge(move))
1345           continue;
1346
1347       // Speculative prefetch as early as possible
1348       prefetch(TT.first_entry(pos.key_after(move)));
1349
1350       // Check for legality just before making the move
1351       if (!pos.legal(move))
1352       {
1353           moveCount--;
1354           continue;
1355       }
1356
1357       ss->currentMove = move;
1358       ss->continuationHistory = &thisThread->continuationHistory[pos.moved_piece(move)][to_sq(move)];
1359
1360       // Make and search the move
1361       pos.do_move(move, st, givesCheck);
1362       value = -qsearch<NT>(pos, ss+1, -beta, -alpha, depth - ONE_PLY);
1363       pos.undo_move(move);
1364
1365       assert(value > -VALUE_INFINITE && value < VALUE_INFINITE);
1366
1367       // Check for a new best move
1368       if (value > bestValue)
1369       {
1370           bestValue = value;
1371
1372           if (value > alpha)
1373           {
1374               bestMove = move;
1375
1376               if (PvNode) // Update pv even in fail-high case
1377                   update_pv(ss->pv, move, (ss+1)->pv);
1378
1379               if (PvNode && value < beta) // Update alpha here!
1380                   alpha = value;
1381               else
1382                   break; // Fail high
1383           }
1384        }
1385     }
1386
1387     // All legal moves have been searched. A special case: If we're in check
1388     // and no legal moves were found, it is checkmate.
1389     if (inCheck && bestValue == -VALUE_INFINITE)
1390         return mated_in(ss->ply); // Plies to mate from the root
1391
1392     tte->save(posKey, value_to_tt(bestValue, ss->ply), pvHit,
1393               bestValue >= beta ? BOUND_LOWER :
1394               PvNode && bestValue > oldAlpha  ? BOUND_EXACT : BOUND_UPPER,
1395               ttDepth, bestMove, ss->staticEval);
1396
1397     assert(bestValue > -VALUE_INFINITE && bestValue < VALUE_INFINITE);
1398
1399     return bestValue;
1400   }
1401
1402
1403   // value_to_tt() adjusts a mate score from "plies to mate from the root" to
1404   // "plies to mate from the current position". Non-mate scores are unchanged.
1405   // The function is called before storing a value in the transposition table.
1406
1407   Value value_to_tt(Value v, int ply) {
1408
1409     assert(v != VALUE_NONE);
1410
1411     return  v >= VALUE_MATE_IN_MAX_PLY  ? v + ply
1412           : v <= VALUE_MATED_IN_MAX_PLY ? v - ply : v;
1413   }
1414
1415
1416   // value_from_tt() is the inverse of value_to_tt(): It adjusts a mate score
1417   // from the transposition table (which refers to the plies to mate/be mated
1418   // from current position) to "plies to mate/be mated from the root".
1419
1420   Value value_from_tt(Value v, int ply) {
1421
1422     return  v == VALUE_NONE             ? VALUE_NONE
1423           : v >= VALUE_MATE_IN_MAX_PLY  ? v - ply
1424           : v <= VALUE_MATED_IN_MAX_PLY ? v + ply : v;
1425   }
1426
1427
1428   // update_pv() adds current move and appends child pv[]
1429
1430   void update_pv(Move* pv, Move move, Move* childPv) {
1431
1432     for (*pv++ = move; childPv && *childPv != MOVE_NONE; )
1433         *pv++ = *childPv++;
1434     *pv = MOVE_NONE;
1435   }
1436
1437
1438   // update_continuation_histories() updates histories of the move pairs formed
1439   // by moves at ply -1, -2, and -4 with current move.
1440
1441   void update_continuation_histories(Stack* ss, Piece pc, Square to, int bonus) {
1442
1443     for (int i : {1, 2, 4, 6})
1444         if (is_ok((ss-i)->currentMove))
1445             (*(ss-i)->continuationHistory)[pc][to] << bonus;
1446   }
1447
1448
1449   // update_capture_stats() updates move sorting heuristics when a new capture best move is found
1450
1451   void update_capture_stats(const Position& pos, Move move,
1452                             Move* captures, int captureCount, int bonus) {
1453
1454       CapturePieceToHistory& captureHistory =  pos.this_thread()->captureHistory;
1455       Piece moved_piece = pos.moved_piece(move);
1456       PieceType captured = type_of(pos.piece_on(to_sq(move)));
1457
1458       if (pos.capture_or_promotion(move))
1459           captureHistory[moved_piece][to_sq(move)][captured] << bonus;
1460
1461       // Decrease all the other played capture moves
1462       for (int i = 0; i < captureCount; ++i)
1463       {
1464           moved_piece = pos.moved_piece(captures[i]);
1465           captured = type_of(pos.piece_on(to_sq(captures[i])));
1466           captureHistory[moved_piece][to_sq(captures[i])][captured] << -bonus;
1467       }
1468   }
1469
1470
1471   // update_quiet_stats() updates move sorting heuristics when a new quiet best move is found
1472
1473   void update_quiet_stats(const Position& pos, Stack* ss, Move move,
1474                           Move* quiets, int quietCount, int bonus) {
1475
1476     if (ss->killers[0] != move)
1477     {
1478         ss->killers[1] = ss->killers[0];
1479         ss->killers[0] = move;
1480     }
1481
1482     Color us = pos.side_to_move();
1483     Thread* thisThread = pos.this_thread();
1484     thisThread->mainHistory[us][from_to(move)] << bonus;
1485     update_continuation_histories(ss, pos.moved_piece(move), to_sq(move), bonus);
1486
1487     if (is_ok((ss-1)->currentMove))
1488     {
1489         Square prevSq = to_sq((ss-1)->currentMove);
1490         thisThread->counterMoves[pos.piece_on(prevSq)][prevSq] = move;
1491     }
1492
1493     // Decrease all the other played quiet moves
1494     for (int i = 0; i < quietCount; ++i)
1495     {
1496         thisThread->mainHistory[us][from_to(quiets[i])] << -bonus;
1497         update_continuation_histories(ss, pos.moved_piece(quiets[i]), to_sq(quiets[i]), -bonus);
1498     }
1499   }
1500
1501   // When playing with strength handicap, choose best move among a set of RootMoves
1502   // using a statistical rule dependent on 'level'. Idea by Heinz van Saanen.
1503
1504   Move Skill::pick_best(size_t multiPV) {
1505
1506     const RootMoves& rootMoves = Threads.main()->rootMoves;
1507     static PRNG rng(now()); // PRNG sequence should be non-deterministic
1508
1509     // RootMoves are already sorted by score in descending order
1510     Value topScore = rootMoves[0].score;
1511     int delta = std::min(topScore - rootMoves[multiPV - 1].score, PawnValueMg);
1512     int weakness = 120 - 2 * level;
1513     int maxScore = -VALUE_INFINITE;
1514
1515     // Choose best move. For each move score we add two terms, both dependent on
1516     // weakness. One is deterministic and bigger for weaker levels, and one is
1517     // random. Then we choose the move with the resulting highest score.
1518     for (size_t i = 0; i < multiPV; ++i)
1519     {
1520         // This is our magic formula
1521         int push = (  weakness * int(topScore - rootMoves[i].score)
1522                     + delta * (rng.rand<unsigned>() % weakness)) / 128;
1523
1524         if (rootMoves[i].score + push >= maxScore)
1525         {
1526             maxScore = rootMoves[i].score + push;
1527             best = rootMoves[i].pv[0];
1528         }
1529     }
1530
1531     return best;
1532   }
1533
1534 } // namespace
1535
1536 /// MainThread::check_time() is used to print debug info and, more importantly,
1537 /// to detect when we are out of available time and thus stop the search.
1538
1539 void MainThread::check_time() {
1540
1541   if (--callsCnt > 0)
1542       return;
1543
1544   // When using nodes, ensure checking rate is not lower than 0.1% of nodes
1545   callsCnt = Limits.nodes ? std::min(1024, int(Limits.nodes / 1024)) : 1024;
1546
1547   static TimePoint lastInfoTime = now();
1548
1549   TimePoint elapsed = Time.elapsed();
1550   TimePoint tick = Limits.startTime + elapsed;
1551
1552   if (tick - lastInfoTime >= 1000)
1553   {
1554       lastInfoTime = tick;
1555       dbg_print();
1556   }
1557
1558   // We should not stop pondering until told so by the GUI
1559   if (ponder)
1560       return;
1561
1562   if (   (Limits.use_time_management() && (elapsed > Time.maximum() - 10 || stopOnPonderhit))
1563       || (Limits.movetime && elapsed >= Limits.movetime)
1564       || (Limits.nodes && Threads.nodes_searched() >= (uint64_t)Limits.nodes))
1565       Threads.stop = true;
1566 }
1567
1568
1569 /// UCI::pv() formats PV information according to the UCI protocol. UCI requires
1570 /// that all (if any) unsearched PV lines are sent using a previous search score.
1571
1572 string UCI::pv(const Position& pos, Depth depth, Value alpha, Value beta) {
1573
1574   std::stringstream ss;
1575   TimePoint elapsed = Time.elapsed() + 1;
1576   const RootMoves& rootMoves = pos.this_thread()->rootMoves;
1577   size_t pvIdx = pos.this_thread()->pvIdx;
1578   size_t multiPV = std::min((size_t)Options["MultiPV"], rootMoves.size());
1579   uint64_t nodesSearched = Threads.nodes_searched();
1580   uint64_t tbHits = Threads.tb_hits() + (TB::RootInTB ? rootMoves.size() : 0);
1581
1582   for (size_t i = 0; i < multiPV; ++i)
1583   {
1584       bool updated = (i <= pvIdx && rootMoves[i].score != -VALUE_INFINITE);
1585
1586       if (depth == ONE_PLY && !updated)
1587           continue;
1588
1589       Depth d = updated ? depth : depth - ONE_PLY;
1590       Value v = updated ? rootMoves[i].score : rootMoves[i].previousScore;
1591
1592       bool tb = TB::RootInTB && abs(v) < VALUE_MATE - MAX_PLY;
1593       v = tb ? rootMoves[i].tbScore : v;
1594
1595       if (ss.rdbuf()->in_avail()) // Not at first line
1596           ss << "\n";
1597
1598       ss << "info"
1599          << " depth "    << d / ONE_PLY
1600          << " seldepth " << rootMoves[i].selDepth
1601          << " multipv "  << i + 1
1602          << " score "    << UCI::value(v);
1603
1604       if (!tb && i == pvIdx)
1605           ss << (v >= beta ? " lowerbound" : v <= alpha ? " upperbound" : "");
1606
1607       ss << " nodes "    << nodesSearched
1608          << " nps "      << nodesSearched * 1000 / elapsed;
1609
1610       if (elapsed > 1000) // Earlier makes little sense
1611           ss << " hashfull " << TT.hashfull();
1612
1613       ss << " tbhits "   << tbHits
1614          << " time "     << elapsed
1615          << " pv";
1616
1617       for (Move m : rootMoves[i].pv)
1618           ss << " " << UCI::move(m, pos.is_chess960());
1619   }
1620
1621   return ss.str();
1622 }
1623
1624
1625 /// RootMove::extract_ponder_from_tt() is called in case we have no ponder move
1626 /// before exiting the search, for instance, in case we stop the search during a
1627 /// fail high at root. We try hard to have a ponder move to return to the GUI,
1628 /// otherwise in case of 'ponder on' we have nothing to think on.
1629
1630 bool RootMove::extract_ponder_from_tt(Position& pos) {
1631
1632     StateInfo st;
1633     bool ttHit;
1634
1635     assert(pv.size() == 1);
1636
1637     if (pv[0] == MOVE_NONE)
1638         return false;
1639
1640     pos.do_move(pv[0], st);
1641     TTEntry* tte = TT.probe(pos.key(), ttHit);
1642
1643     if (ttHit)
1644     {
1645         Move m = tte->move(); // Local copy to be SMP safe
1646         if (MoveList<LEGAL>(pos).contains(m))
1647             pv.push_back(m);
1648     }
1649
1650     pos.undo_move(pv[0]);
1651     return pv.size() > 1;
1652 }
1653
1654 void Tablebases::rank_root_moves(Position& pos, Search::RootMoves& rootMoves) {
1655
1656     RootInTB = false;
1657     UseRule50 = bool(Options["Syzygy50MoveRule"]);
1658     ProbeDepth = int(Options["SyzygyProbeDepth"]) * ONE_PLY;
1659     Cardinality = int(Options["SyzygyProbeLimit"]);
1660     bool dtz_available = true;
1661
1662     // Tables with fewer pieces than SyzygyProbeLimit are searched with
1663     // ProbeDepth == DEPTH_ZERO
1664     if (Cardinality > MaxCardinality)
1665     {
1666         Cardinality = MaxCardinality;
1667         ProbeDepth = DEPTH_ZERO;
1668     }
1669
1670     if (Cardinality >= popcount(pos.pieces()) && !pos.can_castle(ANY_CASTLING))
1671     {
1672         // Rank moves using DTZ tables
1673         RootInTB = root_probe(pos, rootMoves);
1674
1675         if (!RootInTB)
1676         {
1677             // DTZ tables are missing; try to rank moves using WDL tables
1678             dtz_available = false;
1679             RootInTB = root_probe_wdl(pos, rootMoves);
1680         }
1681     }
1682
1683     if (RootInTB)
1684     {
1685         // Sort moves according to TB rank
1686         std::sort(rootMoves.begin(), rootMoves.end(),
1687                   [](const RootMove &a, const RootMove &b) { return a.tbRank > b.tbRank; } );
1688
1689         // Probe during search only if DTZ is not available and we are winning
1690         if (dtz_available || rootMoves[0].tbScore <= VALUE_DRAW)
1691             Cardinality = 0;
1692     }
1693     else
1694     {
1695         // Assign the same rank to all moves
1696         for (auto& m : rootMoves)
1697             m.tbRank = 0;
1698     }
1699 }