36e73a09cd8f1a2970edc9afdd405506da4b0baf
[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[MAX_MOVES]; // [depth or moveNumber]
72
73   template <bool PvNode> Depth reduction(bool i, Depth d, int mn) {
74     int r = Reductions[d / ONE_PLY] * Reductions[mn] / 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 avoid 3fold-blindness
89   Value value_draw(Depth depth, Thread* thisThread) {
90     return depth < 4 * ONE_PLY ? VALUE_DRAW
91                                : VALUE_DRAW + Value(2 * (thisThread->nodes & 1) - 1);
92   }
93
94   // Skill structure is used to implement strength limit
95   struct Skill {
96     explicit Skill(int l) : level(l) {}
97     bool enabled() const { return level < 20; }
98     bool time_to_pick(Depth depth) const { return depth / ONE_PLY == 1 + level; }
99     Move pick_best(size_t multiPV);
100
101     int level;
102     Move best = MOVE_NONE;
103   };
104
105   template <NodeType NT>
106   Value search(Position& pos, Stack* ss, Value alpha, Value beta, Depth depth, bool cutNode);
107
108   template <NodeType NT>
109   Value qsearch(Position& pos, Stack* ss, Value alpha, Value beta, Depth depth = DEPTH_ZERO);
110
111   Value value_to_tt(Value v, int ply);
112   Value value_from_tt(Value v, int ply);
113   void update_pv(Move* pv, Move move, Move* childPv);
114   void update_continuation_histories(Stack* ss, Piece pc, Square to, int bonus);
115   void update_quiet_stats(const Position& pos, Stack* ss, Move move, Move* quiets, int quietCount, int bonus);
116   void update_capture_stats(const Position& pos, Move move, Move* captures, int captureCount, int bonus);
117
118   // perft() is our utility to verify move generation. All the leaf nodes up
119   // to the given depth are generated and counted, and the sum is returned.
120   template<bool Root>
121   uint64_t perft(Position& pos, Depth depth) {
122
123     StateInfo st;
124     uint64_t cnt, nodes = 0;
125     const bool leaf = (depth == 2 * ONE_PLY);
126
127     for (const auto& m : MoveList<LEGAL>(pos))
128     {
129         if (Root && depth <= ONE_PLY)
130             cnt = 1, nodes++;
131         else
132         {
133             pos.do_move(m, st);
134             cnt = leaf ? MoveList<LEGAL>(pos).size() : perft<false>(pos, depth - ONE_PLY);
135             nodes += cnt;
136             pos.undo_move(m);
137         }
138         if (Root)
139             sync_cout << UCI::move(m, pos.is_chess960()) << ": " << cnt << sync_endl;
140     }
141     return nodes;
142   }
143
144 } // namespace
145
146
147 /// Search::init() is called at startup to initialize various lookup tables
148
149 void Search::init() {
150
151   for (int i = 1; i < MAX_MOVES; ++i)
152       Reductions[i] = int(1024 * std::log(i) / std::sqrt(1.95));
153 }
154
155
156 /// Search::clear() resets search state to its initial value
157
158 void Search::clear() {
159
160   Threads.main()->wait_for_search_finished();
161
162   Time.availableNodes = 0;
163   TT.clear();
164   Threads.clear();
165   Tablebases::init(Options["SyzygyPath"]); // Free mapped files
166 }
167
168
169 /// MainThread::search() is started when the program receives the UCI 'go'
170 /// command. It searches from the root position and outputs the "bestmove".
171
172 void MainThread::search() {
173
174   if (Limits.perft)
175   {
176       nodes = perft<true>(rootPos, Limits.perft * ONE_PLY);
177       sync_cout << "\nNodes searched: " << nodes << "\n" << sync_endl;
178       return;
179   }
180
181   Color us = rootPos.side_to_move();
182   Time.init(Limits, us, rootPos.game_ply());
183   TT.new_search();
184
185   if (rootMoves.empty())
186   {
187       rootMoves.emplace_back(MOVE_NONE);
188       sync_cout << "info depth 0 score "
189                 << UCI::value(rootPos.checkers() ? -VALUE_MATE : VALUE_DRAW)
190                 << sync_endl;
191   }
192   else
193   {
194       for (Thread* th : Threads)
195       {
196           th->bestMoveChanges = 0;
197           if (th != this)
198               th->start_searching();
199       }
200
201       Thread::search(); // Let's start searching!
202   }
203
204   // When we reach the maximum depth, we can arrive here without a raise of
205   // Threads.stop. However, if we are pondering or in an infinite search,
206   // the UCI protocol states that we shouldn't print the best move before the
207   // GUI sends a "stop" or "ponderhit" command. We therefore simply wait here
208   // until the GUI sends one of those commands.
209
210   while (!Threads.stop && (ponder || Limits.infinite))
211   {} // Busy wait for a stop or a ponder reset
212
213   // Stop the threads if not already stopped (also raise the stop if
214   // "ponderhit" just reset Threads.ponder).
215   Threads.stop = true;
216
217   // Wait until all threads have finished
218   for (Thread* th : Threads)
219       if (th != this)
220           th->wait_for_search_finished();
221
222   // When playing in 'nodes as time' mode, subtract the searched nodes from
223   // the available ones before exiting.
224   if (Limits.npmsec)
225       Time.availableNodes += Limits.inc[us] - Threads.nodes_searched();
226
227   Thread* bestThread = this;
228
229   // Check if there are threads with a better score than main thread
230   if (    Options["MultiPV"] == 1
231       && !Limits.depth
232       && !Skill(Options["Skill Level"]).enabled()
233       &&  rootMoves[0].pv[0] != MOVE_NONE)
234   {
235       std::map<Move, int64_t> votes;
236       Value minScore = this->rootMoves[0].score;
237
238       // Find out minimum score and reset votes for moves which can be voted
239       for (Thread* th: Threads)
240           minScore = std::min(minScore, th->rootMoves[0].score);
241
242       // Vote according to score and depth
243       for (Thread* th : Threads)
244       {
245           int64_t s = th->rootMoves[0].score - minScore + 1;
246           votes[th->rootMoves[0].pv[0]] += 200 + s * s * int(th->completedDepth);
247       }
248
249       // Select best thread
250       auto bestVote = votes[this->rootMoves[0].pv[0]];
251       for (Thread* th : Threads)
252           if (votes[th->rootMoves[0].pv[0]] > bestVote)
253           {
254               bestVote = votes[th->rootMoves[0].pv[0]];
255               bestThread = th;
256           }
257   }
258
259   previousScore = bestThread->rootMoves[0].score;
260
261   // Send again PV info if we have a new best thread
262   if (bestThread != this)
263       sync_cout << UCI::pv(bestThread->rootPos, bestThread->completedDepth, -VALUE_INFINITE, VALUE_INFINITE) << sync_endl;
264
265   sync_cout << "bestmove " << UCI::move(bestThread->rootMoves[0].pv[0], rootPos.is_chess960());
266
267   if (bestThread->rootMoves[0].pv.size() > 1 || bestThread->rootMoves[0].extract_ponder_from_tt(rootPos))
268       std::cout << " ponder " << UCI::move(bestThread->rootMoves[0].pv[1], rootPos.is_chess960());
269
270   std::cout << sync_endl;
271 }
272
273
274 /// Thread::search() is the main iterative deepening loop. It calls search()
275 /// repeatedly with increasing depth until the allocated thinking time has been
276 /// consumed, the user stops the search, or the maximum search depth is reached.
277
278 void Thread::search() {
279
280   // To allow access to (ss-7) up to (ss+2), the stack must be oversized.
281   // The former is needed to allow update_continuation_histories(ss-1, ...),
282   // which accesses its argument at ss-6, also near the root.
283   // The latter is needed for statScores and killer initialization.
284   Stack stack[MAX_PLY+10], *ss = stack+7;
285   Move  pv[MAX_PLY+1];
286   Value bestValue, alpha, beta, delta;
287   Move  lastBestMove = MOVE_NONE;
288   Depth lastBestMoveDepth = DEPTH_ZERO;
289   MainThread* mainThread = (this == Threads.main() ? Threads.main() : nullptr);
290   double timeReduction = 1, totBestMoveChanges = 0;
291   Color us = rootPos.side_to_move();
292
293   std::memset(ss-7, 0, 10 * sizeof(Stack));
294   for (int i = 7; i > 0; i--)
295      (ss-i)->continuationHistory = &this->continuationHistory[NO_PIECE][0]; // Use as sentinel
296   ss->pv = pv;
297
298   bestValue = delta = alpha = -VALUE_INFINITE;
299   beta = VALUE_INFINITE;
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   // Evaluation score 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           totBestMoveChanges /= 2;
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 = (314 + 9 * (mainThread->previousScore - bestValue)) / 581.0;
464           fallingEval = clamp(fallingEval, 0.5, 1.5);
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           for (Thread* th : Threads)
472           {
473               totBestMoveChanges += th->bestMoveChanges;
474               th->bestMoveChanges = 0;
475           }
476           double bestMoveInstability = 1 + totBestMoveChanges / Threads.size();
477
478           // Stop the search if we have only one legal move, or if available time elapsed
479           if (   rootMoves.size() == 1
480               || Time.elapsed() > Time.optimum() * fallingEval * reduction * bestMoveInstability)
481           {
482               // If we are allowed to ponder do not stop the search now but
483               // keep pondering until the GUI sends "ponderhit" or "stop".
484               if (mainThread->ponder)
485                   mainThread->stopOnPonderhit = true;
486               else
487                   Threads.stop = true;
488           }
489       }
490   }
491
492   if (!mainThread)
493       return;
494
495   mainThread->previousTimeReduction = timeReduction;
496
497   // If skill level is enabled, swap best PV line with the sub-optimal one
498   if (skill.enabled())
499       std::swap(rootMoves[0], *std::find(rootMoves.begin(), rootMoves.end(),
500                 skill.best ? skill.best : skill.pick_best(multiPV)));
501 }
502
503
504 namespace {
505
506   // search<>() is the main search function for both PV and non-PV nodes
507
508   template <NodeType NT>
509   Value search(Position& pos, Stack* ss, Value alpha, Value beta, Depth depth, bool cutNode) {
510
511     constexpr bool PvNode = NT == PV;
512     const bool rootNode = PvNode && ss->ply == 0;
513
514     // Check if we have an upcoming move which draws by repetition, or
515     // if the opponent had an alternative move earlier to this position.
516     if (   pos.rule50_count() >= 3
517         && alpha < VALUE_DRAW
518         && !rootNode
519         && pos.has_game_cycle(ss->ply))
520     {
521         alpha = value_draw(depth, pos.this_thread());
522         if (alpha >= beta)
523             return alpha;
524     }
525
526     // Dive into quiescence search when the depth reaches zero
527     if (depth < ONE_PLY)
528         return qsearch<NT>(pos, ss, alpha, beta);
529
530     assert(-VALUE_INFINITE <= alpha && alpha < beta && beta <= VALUE_INFINITE);
531     assert(PvNode || (alpha == beta - 1));
532     assert(DEPTH_ZERO < depth && depth < DEPTH_MAX);
533     assert(!(PvNode && cutNode));
534     assert(depth / ONE_PLY * ONE_PLY == depth);
535
536     Move pv[MAX_PLY+1], capturesSearched[32], quietsSearched[64];
537     StateInfo st;
538     TTEntry* tte;
539     Key posKey;
540     Move ttMove, move, excludedMove, bestMove;
541     Depth extension, newDepth;
542     Value bestValue, value, ttValue, eval, maxValue;
543     bool ttHit, ttPv, inCheck, givesCheck, improving;
544     bool captureOrPromotion, doFullDepthSearch, moveCountPruning, ttCapture;
545     Piece movedPiece;
546     int moveCount, captureCount, quietCount;
547
548     // Step 1. Initialize node
549     Thread* thisThread = pos.this_thread();
550     inCheck = pos.checkers();
551     Color us = pos.side_to_move();
552     moveCount = captureCount = quietCount = ss->moveCount = 0;
553     bestValue = -VALUE_INFINITE;
554     maxValue = VALUE_INFINITE;
555
556     // Check for the available remaining time
557     if (thisThread == Threads.main())
558         static_cast<MainThread*>(thisThread)->check_time();
559
560     // Used to send selDepth info to GUI (selDepth counts from 1, ply from 0)
561     if (PvNode && thisThread->selDepth < ss->ply + 1)
562         thisThread->selDepth = ss->ply + 1;
563
564     if (!rootNode)
565     {
566         // Step 2. Check for aborted search and immediate draw
567         if (   Threads.stop.load(std::memory_order_relaxed)
568             || pos.is_draw(ss->ply)
569             || ss->ply >= MAX_PLY)
570             return (ss->ply >= MAX_PLY && !inCheck) ? evaluate(pos)
571                                                     : value_draw(depth, pos.this_thread());
572
573         // Step 3. Mate distance pruning. Even if we mate at the next move our score
574         // would be at best mate_in(ss->ply+1), but if alpha is already bigger because
575         // a shorter mate was found upward in the tree then there is no need to search
576         // because we will never beat the current alpha. Same logic but with reversed
577         // signs applies also in the opposite condition of being mated instead of giving
578         // mate. In this case return a fail-high score.
579         alpha = std::max(mated_in(ss->ply), alpha);
580         beta = std::min(mate_in(ss->ply+1), beta);
581         if (alpha >= beta)
582             return alpha;
583     }
584
585     assert(0 <= ss->ply && ss->ply < MAX_PLY);
586
587     (ss+1)->ply = ss->ply + 1;
588     (ss+1)->excludedMove = bestMove = MOVE_NONE;
589     (ss+2)->killers[0] = (ss+2)->killers[1] = MOVE_NONE;
590     Square prevSq = to_sq((ss-1)->currentMove);
591
592     // Initialize statScore to zero for the grandchildren of the current position.
593     // So statScore is shared between all grandchildren and only the first grandchild
594     // starts with statScore = 0. Later grandchildren start with the last calculated
595     // statScore of the previous grandchild. This influences the reduction rules in
596     // LMR which are based on the statScore of parent position.
597         if (rootNode)
598                 (ss + 4)->statScore = 0;
599         else
600                 (ss + 2)->statScore = 0;
601
602     // Step 4. Transposition table lookup. We don't want the score of a partial
603     // search to overwrite a previous full search TT value, so we use a different
604     // position key in case of an excluded move.
605     excludedMove = ss->excludedMove;
606     posKey = pos.key() ^ Key(excludedMove << 16); // Isn't a very good hash
607     tte = TT.probe(posKey, ttHit);
608     ttValue = ttHit ? value_from_tt(tte->value(), ss->ply) : VALUE_NONE;
609     ttMove =  rootNode ? thisThread->rootMoves[thisThread->pvIdx].pv[0]
610             : ttHit    ? tte->move() : MOVE_NONE;
611     ttPv = (ttHit && tte->is_pv()) || (PvNode && depth > 4 * ONE_PLY);
612
613     // At non-PV nodes we check for an early TT cutoff
614     if (  !PvNode
615         && ttHit
616         && tte->depth() >= depth
617         && ttValue != VALUE_NONE // Possible in case of TT access race
618         && (ttValue >= beta ? (tte->bound() & BOUND_LOWER)
619                             : (tte->bound() & BOUND_UPPER)))
620     {
621         // If ttMove is quiet, update move sorting heuristics on TT hit
622         if (ttMove)
623         {
624             if (ttValue >= beta)
625             {
626                 if (!pos.capture_or_promotion(ttMove))
627                     update_quiet_stats(pos, ss, ttMove, nullptr, 0, stat_bonus(depth));
628
629                 // Extra penalty for early quiet moves of the previous ply
630                 if ((ss-1)->moveCount <= 2 && !pos.captured_piece())
631                         update_continuation_histories(ss-1, pos.piece_on(prevSq), prevSq, -stat_bonus(depth + ONE_PLY));
632             }
633             // Penalty for a quiet ttMove that fails low
634             else if (!pos.capture_or_promotion(ttMove))
635             {
636                 int penalty = -stat_bonus(depth);
637                 thisThread->mainHistory[us][from_to(ttMove)] << penalty;
638                 update_continuation_histories(ss, pos.moved_piece(ttMove), to_sq(ttMove), penalty);
639             }
640         }
641         return ttValue;
642     }
643
644     // Step 5. Tablebases probe
645     if (!rootNode && TB::Cardinality)
646     {
647         int piecesCount = pos.count<ALL_PIECES>();
648
649         if (    piecesCount <= TB::Cardinality
650             && (piecesCount <  TB::Cardinality || depth >= TB::ProbeDepth)
651             &&  pos.rule50_count() == 0
652             && !pos.can_castle(ANY_CASTLING))
653         {
654             TB::ProbeState err;
655             TB::WDLScore wdl = Tablebases::probe_wdl(pos, &err);
656
657             // Force check of time on the next occasion
658             if (thisThread == Threads.main())
659                 static_cast<MainThread*>(thisThread)->callsCnt = 0;
660
661             if (err != TB::ProbeState::FAIL)
662             {
663                 thisThread->tbHits.fetch_add(1, std::memory_order_relaxed);
664
665                 int drawScore = TB::UseRule50 ? 1 : 0;
666
667                 value =  wdl < -drawScore ? -VALUE_MATE + MAX_PLY + ss->ply + 1
668                        : wdl >  drawScore ?  VALUE_MATE - MAX_PLY - ss->ply - 1
669                                           :  VALUE_DRAW + 2 * wdl * drawScore;
670
671                 Bound b =  wdl < -drawScore ? BOUND_UPPER
672                          : wdl >  drawScore ? BOUND_LOWER : BOUND_EXACT;
673
674                 if (    b == BOUND_EXACT
675                     || (b == BOUND_LOWER ? value >= beta : value <= alpha))
676                 {
677                     tte->save(posKey, value_to_tt(value, ss->ply), ttPv, b,
678                               std::min(DEPTH_MAX - ONE_PLY, depth + 6 * ONE_PLY),
679                               MOVE_NONE, VALUE_NONE);
680
681                     return value;
682                 }
683
684                 if (PvNode)
685                 {
686                     if (b == BOUND_LOWER)
687                         bestValue = value, alpha = std::max(alpha, bestValue);
688                     else
689                         maxValue = value;
690                 }
691             }
692         }
693     }
694
695     // Step 6. Static evaluation of the position
696     if (inCheck)
697     {
698         ss->staticEval = eval = VALUE_NONE;
699         improving = false;
700         goto moves_loop;  // Skip early pruning when in check
701     }
702     else if (ttHit)
703     {
704         // Never assume anything on values stored in TT
705         ss->staticEval = eval = tte->eval();
706         if (eval == VALUE_NONE)
707             ss->staticEval = eval = evaluate(pos);
708
709         // Can ttValue be used as a better position evaluation?
710         if (    ttValue != VALUE_NONE
711             && (tte->bound() & (ttValue > eval ? BOUND_LOWER : BOUND_UPPER)))
712             eval = ttValue;
713     }
714     else
715     {
716         if ((ss-1)->currentMove != MOVE_NULL)
717         {
718             int bonus = -(ss-1)->statScore / 512;
719
720             ss->staticEval = eval = evaluate(pos) + bonus;
721         }
722         else
723             ss->staticEval = eval = -(ss-1)->staticEval + 2 * Eval::Tempo;
724
725         tte->save(posKey, VALUE_NONE, ttPv, BOUND_NONE, DEPTH_NONE, MOVE_NONE, eval);
726     }
727
728     // Step 7. Razoring (~2 Elo)
729     if (   !rootNode // The required rootNode PV handling is not available in qsearch
730         &&  depth < 2 * ONE_PLY
731         &&  eval <= alpha - RazorMargin)
732         return qsearch<NT>(pos, ss, alpha, beta);
733
734     improving =   ss->staticEval >= (ss-2)->staticEval
735                || (ss-2)->staticEval == VALUE_NONE;
736
737     // Step 8. Futility pruning: child node (~30 Elo)
738     if (   !PvNode
739         &&  depth < 7 * ONE_PLY
740         &&  eval - futility_margin(depth, improving) >= beta
741         &&  eval < VALUE_KNOWN_WIN) // Do not return unproven wins
742         return eval;
743
744     // Step 9. Null move search with verification search (~40 Elo)
745     if (   !PvNode
746         && (ss-1)->currentMove != MOVE_NULL
747         && (ss-1)->statScore < 23200
748         &&  eval >= beta
749         &&  ss->staticEval >= beta - 36 * depth / ONE_PLY + 225
750         && !excludedMove
751         &&  pos.non_pawn_material(us)
752         && (ss->ply >= thisThread->nmpMinPly || us != thisThread->nmpColor))
753     {
754         assert(eval - beta >= 0);
755
756         // Null move dynamic reduction based on depth and value
757         Depth R = ((823 + 67 * depth / ONE_PLY) / 256 + std::min(int(eval - beta) / 200, 3)) * ONE_PLY;
758
759         ss->currentMove = MOVE_NULL;
760         ss->continuationHistory = &thisThread->continuationHistory[NO_PIECE][0];
761
762         pos.do_null_move(st);
763
764         Value nullValue = -search<NonPV>(pos, ss+1, -beta, -beta+1, depth-R, !cutNode);
765
766         pos.undo_null_move();
767
768         if (nullValue >= beta)
769         {
770             // Do not return unproven mate scores
771             if (nullValue >= VALUE_MATE_IN_MAX_PLY)
772                 nullValue = beta;
773
774             if (thisThread->nmpMinPly || (abs(beta) < VALUE_KNOWN_WIN && depth < 12 * ONE_PLY))
775                 return nullValue;
776
777             assert(!thisThread->nmpMinPly); // Recursive verification is not allowed
778
779             // Do verification search at high depths, with null move pruning disabled
780             // for us, until ply exceeds nmpMinPly.
781             thisThread->nmpMinPly = ss->ply + 3 * (depth-R) / (4 * ONE_PLY);
782             thisThread->nmpColor = us;
783
784             Value v = search<NonPV>(pos, ss, beta-1, beta, depth-R, false);
785
786             thisThread->nmpMinPly = 0;
787
788             if (v >= beta)
789                 return nullValue;
790         }
791     }
792
793     // Step 10. ProbCut (~10 Elo)
794     // If we have a good enough capture and a reduced search returns a value
795     // much above beta, we can (almost) safely prune the previous move.
796     if (   !PvNode
797         &&  depth >= 5 * ONE_PLY
798         &&  abs(beta) < VALUE_MATE_IN_MAX_PLY)
799     {
800         Value raisedBeta = std::min(beta + 216 - 48 * improving, VALUE_INFINITE);
801         MovePicker mp(pos, ttMove, raisedBeta - ss->staticEval, &thisThread->captureHistory);
802         int probCutCount = 0;
803
804         while (  (move = mp.next_move()) != MOVE_NONE
805                && probCutCount < 2 + 2 * cutNode)
806             if (move != excludedMove && pos.legal(move))
807             {
808                 probCutCount++;
809
810                 ss->currentMove = move;
811                 ss->continuationHistory = &thisThread->continuationHistory[pos.moved_piece(move)][to_sq(move)];
812
813                 assert(depth >= 5 * ONE_PLY);
814
815                 pos.do_move(move, st);
816
817                 // Perform a preliminary qsearch to verify that the move holds
818                 value = -qsearch<NonPV>(pos, ss+1, -raisedBeta, -raisedBeta+1);
819
820                 // If the qsearch held, perform the regular search
821                 if (value >= raisedBeta)
822                     value = -search<NonPV>(pos, ss+1, -raisedBeta, -raisedBeta+1, depth - 4 * ONE_PLY, !cutNode);
823
824                 pos.undo_move(move);
825
826                 if (value >= raisedBeta)
827                     return value;
828             }
829     }
830
831     // Step 11. Internal iterative deepening (~2 Elo)
832     if (depth >= 8 * ONE_PLY && !ttMove)
833     {
834         search<NT>(pos, ss, alpha, beta, depth - 7 * ONE_PLY, cutNode);
835
836         tte = TT.probe(posKey, ttHit);
837         ttValue = ttHit ? value_from_tt(tte->value(), ss->ply) : VALUE_NONE;
838         ttMove = ttHit ? tte->move() : MOVE_NONE;
839     }
840
841 moves_loop: // When in check, search starts from here
842
843     const PieceToHistory* contHist[] = { (ss-1)->continuationHistory, (ss-2)->continuationHistory,
844                                           nullptr, (ss-4)->continuationHistory,
845                                           nullptr, (ss-6)->continuationHistory };
846
847     Move countermove = thisThread->counterMoves[pos.piece_on(prevSq)][prevSq];
848
849     MovePicker mp(pos, ttMove, depth, &thisThread->mainHistory,
850                                       &thisThread->captureHistory,
851                                       contHist,
852                                       countermove,
853                                       ss->killers);
854
855     value = bestValue; // Workaround a bogus 'uninitialized' warning under gcc
856     moveCountPruning = false;
857     ttCapture = ttMove && pos.capture_or_promotion(ttMove);
858
859     // Step 12. Loop through all pseudo-legal moves until no moves remain
860     // or a beta cutoff occurs.
861     while ((move = mp.next_move(moveCountPruning)) != MOVE_NONE)
862     {
863       assert(is_ok(move));
864
865       if (move == excludedMove)
866           continue;
867
868       // At root obey the "searchmoves" option and skip moves not listed in Root
869       // Move List. As a consequence any illegal move is also skipped. In MultiPV
870       // mode we also skip PV moves which have been already searched and those
871       // of lower "TB rank" if we are in a TB root position.
872       if (rootNode && !std::count(thisThread->rootMoves.begin() + thisThread->pvIdx,
873                                   thisThread->rootMoves.begin() + thisThread->pvLast, move))
874           continue;
875
876       ss->moveCount = ++moveCount;
877
878       if (rootNode && thisThread == Threads.main() && Time.elapsed() > 3000)
879           sync_cout << "info depth " << depth / ONE_PLY
880                     << " currmove " << UCI::move(move, pos.is_chess960())
881                     << " currmovenumber " << moveCount + thisThread->pvIdx << sync_endl;
882       if (PvNode)
883           (ss+1)->pv = nullptr;
884
885       extension = DEPTH_ZERO;
886       captureOrPromotion = pos.capture_or_promotion(move);
887       movedPiece = pos.moved_piece(move);
888       givesCheck = pos.gives_check(move);
889
890       // Step 13. Extensions (~70 Elo)
891
892       // Singular extension search (~60 Elo). If all moves but one fail low on a
893       // search of (alpha-s, beta-s), and just one fails high on (alpha, beta),
894       // then that move is singular and should be extended. To verify this we do
895       // a reduced search on all the other moves but the ttMove and if the
896       // result is lower than ttValue minus a margin then we will extend the ttMove.
897       if (    depth >= 8 * ONE_PLY
898           &&  move == ttMove
899           && !rootNode
900           && !excludedMove // Avoid recursive singular search
901        /* &&  ttValue != VALUE_NONE Already implicit in the next condition */
902           &&  abs(ttValue) < VALUE_KNOWN_WIN
903           && (tte->bound() & BOUND_LOWER)
904           &&  tte->depth() >= depth - 3 * ONE_PLY
905           &&  pos.legal(move))
906       {
907           Value singularBeta = ttValue - 2 * depth / ONE_PLY;
908           Depth halfDepth = depth / (2 * ONE_PLY) * ONE_PLY; // ONE_PLY invariant
909           ss->excludedMove = move;
910           value = search<NonPV>(pos, ss, singularBeta - 1, singularBeta, halfDepth, cutNode);
911           ss->excludedMove = MOVE_NONE;
912
913           if (value < singularBeta)
914               extension = ONE_PLY;
915
916           // Multi-cut pruning
917           // Our ttMove is assumed to fail high, and now we failed high also on a reduced
918           // search without the ttMove. So we assume this expected Cut-node is not singular,
919           // that is multiple moves fail high, and we can prune the whole subtree by returning
920           // the hard beta bound.
921           else if (cutNode && singularBeta > beta)
922               return beta;
923       }
924
925       // Check extension (~2 Elo)
926       else if (    givesCheck
927                && (pos.blockers_for_king(~us) & from_sq(move) || pos.see_ge(move)))
928           extension = ONE_PLY;
929
930       // Castling extension
931       else if (type_of(move) == CASTLING)
932           extension = ONE_PLY;
933
934       // Shuffle extension
935       else if (   PvNode
936                && pos.rule50_count() > 18
937                && depth < 3 * ONE_PLY
938                && ss->ply < 3 * thisThread->rootDepth / ONE_PLY) // To avoid too deep searches
939           extension = ONE_PLY;
940
941       // Passed pawn extension
942       else if (   move == ss->killers[0]
943                && pos.advanced_pawn_push(move)
944                && pos.pawn_passed(us, to_sq(move)))
945           extension = ONE_PLY;
946
947       // Calculate new depth for this move
948       newDepth = depth - ONE_PLY + extension;
949
950       // Step 14. Pruning at shallow depth (~170 Elo)
951       if (  !rootNode
952           && pos.non_pawn_material(us)
953           && bestValue > VALUE_MATED_IN_MAX_PLY)
954       {
955           // Skip quiet moves if movecount exceeds our FutilityMoveCount threshold
956           moveCountPruning = moveCount >= futility_move_count(improving, depth / ONE_PLY);
957
958           if (   !captureOrPromotion
959               && !givesCheck
960               && !pos.advanced_pawn_push(move))
961           {
962               // Move count based pruning (~30 Elo)
963               if (moveCountPruning)
964                   continue;
965
966               // Reduced depth of the next LMR search
967               int lmrDepth = std::max(newDepth - reduction<PvNode>(improving, depth, moveCount), DEPTH_ZERO);
968               lmrDepth /= ONE_PLY;
969
970               // Countermoves based pruning (~20 Elo)
971               if (   lmrDepth < 3 + ((ss-1)->statScore > 0 || (ss-1)->moveCount == 1)
972                   && (*contHist[0])[movedPiece][to_sq(move)] < CounterMovePruneThreshold
973                   && (*contHist[1])[movedPiece][to_sq(move)] < CounterMovePruneThreshold)
974                   continue;
975
976               // Futility pruning: parent node (~2 Elo)
977               if (   lmrDepth < 7
978                   && !inCheck
979                   && ss->staticEval + 256 + 200 * lmrDepth <= alpha)
980                   continue;
981
982               // Prune moves with negative SEE (~10 Elo)
983               if (!pos.see_ge(move, Value(-29 * lmrDepth * lmrDepth)))
984                   continue;
985           }
986           else if (!pos.see_ge(move, -PawnValueEg * (depth / ONE_PLY))) // (~20 Elo)
987                   continue;
988       }
989
990       // Speculative prefetch as early as possible
991       prefetch(TT.first_entry(pos.key_after(move)));
992
993       // Check for legality just before making the move
994       if (!rootNode && !pos.legal(move))
995       {
996           ss->moveCount = --moveCount;
997           continue;
998       }
999
1000       // Update the current move (this must be done after singular extension search)
1001       ss->currentMove = move;
1002       ss->continuationHistory = &thisThread->continuationHistory[movedPiece][to_sq(move)];
1003
1004       // Step 15. Make the move
1005       pos.do_move(move, st, givesCheck);
1006
1007       // Step 16. Reduced depth search (LMR). If the move fails high it will be
1008       // re-searched at full depth.
1009       if (    depth >= 3 * ONE_PLY
1010           &&  moveCount > 1
1011           && (!captureOrPromotion || moveCountPruning))
1012       {
1013           Depth r = reduction<PvNode>(improving, depth, moveCount);
1014
1015           // Decrease reduction if position is or has been on the PV
1016           if (ttPv)
1017               r -= ONE_PLY;
1018
1019           // Decrease reduction if opponent's move count is high (~10 Elo)
1020           if ((ss-1)->moveCount > 15)
1021               r -= ONE_PLY;
1022
1023           if (!captureOrPromotion)
1024           {
1025               // Increase reduction if ttMove is a capture (~0 Elo)
1026               if (ttCapture)
1027                   r += ONE_PLY;
1028
1029               // Increase reduction for cut nodes (~5 Elo)
1030               if (cutNode)
1031                   r += 2 * ONE_PLY;
1032
1033               // Decrease reduction for moves that escape a capture. Filter out
1034               // castling moves, because they are coded as "king captures rook" and
1035               // hence break make_move(). (~5 Elo)
1036               else if (    type_of(move) == NORMAL
1037                        && !pos.see_ge(make_move(to_sq(move), from_sq(move))))
1038                   r -= 2 * ONE_PLY;
1039
1040               ss->statScore =  thisThread->mainHistory[us][from_to(move)]
1041                              + (*contHist[0])[movedPiece][to_sq(move)]
1042                              + (*contHist[1])[movedPiece][to_sq(move)]
1043                              + (*contHist[3])[movedPiece][to_sq(move)]
1044                              - 4000;
1045
1046               // Decrease/increase reduction by comparing opponent's stat score (~10 Elo)
1047               if (ss->statScore >= 0 && (ss-1)->statScore < 0)
1048                   r -= ONE_PLY;
1049
1050               else if ((ss-1)->statScore >= 0 && ss->statScore < 0)
1051                   r += ONE_PLY;
1052
1053               // Decrease/increase reduction for moves with a good/bad history (~30 Elo)
1054               r -= ss->statScore / 20000 * ONE_PLY;
1055           }
1056
1057           Depth d = std::max(newDepth - std::max(r, DEPTH_ZERO), ONE_PLY);
1058
1059           value = -search<NonPV>(pos, ss+1, -(alpha+1), -alpha, d, true);
1060
1061           doFullDepthSearch = (value > alpha && d != newDepth);
1062       }
1063       else
1064           doFullDepthSearch = !PvNode || moveCount > 1;
1065
1066       // Step 17. Full depth search when LMR is skipped or fails high
1067       if (doFullDepthSearch)
1068           value = -search<NonPV>(pos, ss+1, -(alpha+1), -alpha, newDepth, !cutNode);
1069
1070       // For PV nodes only, do a full PV search on the first move or after a fail
1071       // high (in the latter case search only if value < beta), otherwise let the
1072       // parent node fail low with value <= alpha and try another move.
1073       if (PvNode && (moveCount == 1 || (value > alpha && (rootNode || value < beta))))
1074       {
1075           (ss+1)->pv = pv;
1076           (ss+1)->pv[0] = MOVE_NONE;
1077
1078           value = -search<PV>(pos, ss+1, -beta, -alpha, newDepth, false);
1079       }
1080
1081       // Step 18. Undo move
1082       pos.undo_move(move);
1083
1084       assert(value > -VALUE_INFINITE && value < VALUE_INFINITE);
1085
1086       // Step 19. Check for a new best move
1087       // Finished searching the move. If a stop occurred, the return value of
1088       // the search cannot be trusted, and we return immediately without
1089       // updating best move, PV and TT.
1090       if (Threads.stop.load(std::memory_order_relaxed))
1091           return VALUE_ZERO;
1092
1093       if (rootNode)
1094       {
1095           RootMove& rm = *std::find(thisThread->rootMoves.begin(),
1096                                     thisThread->rootMoves.end(), move);
1097
1098           // PV move or new best move?
1099           if (moveCount == 1 || value > alpha)
1100           {
1101               rm.score = value;
1102               rm.selDepth = thisThread->selDepth;
1103               rm.pv.resize(1);
1104
1105               assert((ss+1)->pv);
1106
1107               for (Move* m = (ss+1)->pv; *m != MOVE_NONE; ++m)
1108                   rm.pv.push_back(*m);
1109
1110               // We record how often the best move has been changed in each
1111               // iteration. This information is used for time management: When
1112               // the best move changes frequently, we allocate some more time.
1113               if (moveCount > 1)
1114                   ++thisThread->bestMoveChanges;
1115           }
1116           else
1117               // All other moves but the PV are set to the lowest value: this
1118               // is not a problem when sorting because the sort is stable and the
1119               // move position in the list is preserved - just the PV is pushed up.
1120               rm.score = -VALUE_INFINITE;
1121       }
1122
1123       if (value > bestValue)
1124       {
1125           bestValue = value;
1126
1127           if (value > alpha)
1128           {
1129               bestMove = move;
1130
1131               if (PvNode && !rootNode) // Update pv even in fail-high case
1132                   update_pv(ss->pv, move, (ss+1)->pv);
1133
1134               if (PvNode && value < beta) // Update alpha! Always alpha < beta
1135                   alpha = value;
1136               else
1137               {
1138                   assert(value >= beta); // Fail high
1139                   ss->statScore = 0;
1140                   break;
1141               }
1142           }
1143       }
1144
1145       if (move != bestMove)
1146       {
1147           if (captureOrPromotion && captureCount < 32)
1148               capturesSearched[captureCount++] = move;
1149
1150           else if (!captureOrPromotion && quietCount < 64)
1151               quietsSearched[quietCount++] = move;
1152       }
1153     }
1154
1155     // The following condition would detect a stop only after move loop has been
1156     // completed. But in this case bestValue is valid because we have fully
1157     // searched our subtree, and we can anyhow save the result in TT.
1158     /*
1159        if (Threads.stop)
1160         return VALUE_DRAW;
1161     */
1162
1163     // Step 20. Check for mate and stalemate
1164     // All legal moves have been searched and if there are no legal moves, it
1165     // must be a mate or a stalemate. If we are in a singular extension search then
1166     // return a fail low score.
1167
1168     assert(moveCount || !inCheck || excludedMove || !MoveList<LEGAL>(pos).size());
1169
1170     if (!moveCount)
1171         bestValue = excludedMove ? alpha
1172                    :     inCheck ? mated_in(ss->ply) : VALUE_DRAW;
1173     else if (bestMove)
1174     {
1175         // Quiet best move: update move sorting heuristics
1176         if (!pos.capture_or_promotion(bestMove))
1177             update_quiet_stats(pos, ss, bestMove, quietsSearched, quietCount,
1178                                stat_bonus(depth + (bestValue > beta + PawnValueMg ? ONE_PLY : DEPTH_ZERO)));
1179
1180         update_capture_stats(pos, bestMove, capturesSearched, captureCount, stat_bonus(depth + ONE_PLY));
1181
1182         // Extra penalty for a quiet TT or main killer move in previous ply when it gets refuted
1183         if (   ((ss-1)->moveCount == 1 || ((ss-1)->currentMove == (ss-1)->killers[0]))
1184             && !pos.captured_piece())
1185                 update_continuation_histories(ss-1, pos.piece_on(prevSq), prevSq, -stat_bonus(depth + ONE_PLY));
1186
1187     }
1188     // Bonus for prior countermove that caused the fail low
1189     else if (   (depth >= 3 * ONE_PLY || PvNode)
1190              && !pos.captured_piece())
1191         update_continuation_histories(ss-1, pos.piece_on(prevSq), prevSq, stat_bonus(depth));
1192
1193     if (PvNode)
1194         bestValue = std::min(bestValue, maxValue);
1195
1196     if (!excludedMove)
1197         tte->save(posKey, value_to_tt(bestValue, ss->ply), ttPv,
1198                   bestValue >= beta ? BOUND_LOWER :
1199                   PvNode && bestMove ? BOUND_EXACT : BOUND_UPPER,
1200                   depth, bestMove, ss->staticEval);
1201
1202     assert(bestValue > -VALUE_INFINITE && bestValue < VALUE_INFINITE);
1203
1204     return bestValue;
1205   }
1206
1207
1208   // qsearch() is the quiescence search function, which is called by the main search
1209   // function with zero depth, or recursively with further decreasing depth per call.
1210   template <NodeType NT>
1211   Value qsearch(Position& pos, Stack* ss, Value alpha, Value beta, Depth depth) {
1212
1213     constexpr bool PvNode = NT == PV;
1214
1215     assert(alpha >= -VALUE_INFINITE && alpha < beta && beta <= VALUE_INFINITE);
1216     assert(PvNode || (alpha == beta - 1));
1217     assert(depth <= DEPTH_ZERO);
1218     assert(depth / ONE_PLY * ONE_PLY == depth);
1219
1220     Move pv[MAX_PLY+1];
1221     StateInfo st;
1222     TTEntry* tte;
1223     Key posKey;
1224     Move ttMove, move, bestMove;
1225     Depth ttDepth;
1226     Value bestValue, value, ttValue, futilityValue, futilityBase, oldAlpha;
1227     bool ttHit, pvHit, inCheck, givesCheck, evasionPrunable;
1228     int moveCount;
1229
1230     if (PvNode)
1231     {
1232         oldAlpha = alpha; // To flag BOUND_EXACT when eval above alpha and no available moves
1233         (ss+1)->pv = pv;
1234         ss->pv[0] = MOVE_NONE;
1235     }
1236
1237     Thread* thisThread = pos.this_thread();
1238     (ss+1)->ply = ss->ply + 1;
1239     bestMove = MOVE_NONE;
1240     inCheck = pos.checkers();
1241     moveCount = 0;
1242
1243     // Check for an immediate draw or maximum ply reached
1244     if (   pos.is_draw(ss->ply)
1245         || ss->ply >= MAX_PLY)
1246         return (ss->ply >= MAX_PLY && !inCheck) ? evaluate(pos) : VALUE_DRAW;
1247
1248     assert(0 <= ss->ply && ss->ply < MAX_PLY);
1249
1250     // Decide whether or not to include checks: this fixes also the type of
1251     // TT entry depth that we are going to use. Note that in qsearch we use
1252     // only two types of depth in TT: DEPTH_QS_CHECKS or DEPTH_QS_NO_CHECKS.
1253     ttDepth = inCheck || depth >= DEPTH_QS_CHECKS ? DEPTH_QS_CHECKS
1254                                                   : DEPTH_QS_NO_CHECKS;
1255     // Transposition table lookup
1256     posKey = pos.key();
1257     tte = TT.probe(posKey, ttHit);
1258     ttValue = ttHit ? value_from_tt(tte->value(), ss->ply) : VALUE_NONE;
1259     ttMove = ttHit ? tte->move() : MOVE_NONE;
1260     pvHit = ttHit && tte->is_pv();
1261
1262     if (  !PvNode
1263         && ttHit
1264         && tte->depth() >= ttDepth
1265         && ttValue != VALUE_NONE // Only in case of TT access race
1266         && (ttValue >= beta ? (tte->bound() & BOUND_LOWER)
1267                             : (tte->bound() & BOUND_UPPER)))
1268         return ttValue;
1269
1270     // Evaluate the position statically
1271     if (inCheck)
1272     {
1273         ss->staticEval = VALUE_NONE;
1274         bestValue = futilityBase = -VALUE_INFINITE;
1275     }
1276     else
1277     {
1278         if (ttHit)
1279         {
1280             // Never assume anything on values stored in TT
1281             if ((ss->staticEval = bestValue = tte->eval()) == VALUE_NONE)
1282                 ss->staticEval = bestValue = evaluate(pos);
1283
1284             // Can ttValue be used as a better position evaluation?
1285             if (    ttValue != VALUE_NONE
1286                 && (tte->bound() & (ttValue > bestValue ? BOUND_LOWER : BOUND_UPPER)))
1287                 bestValue = ttValue;
1288         }
1289         else
1290             ss->staticEval = bestValue =
1291             (ss-1)->currentMove != MOVE_NULL ? evaluate(pos)
1292                                              : -(ss-1)->staticEval + 2 * Eval::Tempo;
1293
1294         // Stand pat. Return immediately if static value is at least beta
1295         if (bestValue >= beta)
1296         {
1297             if (!ttHit)
1298                 tte->save(posKey, value_to_tt(bestValue, ss->ply), pvHit, BOUND_LOWER,
1299                           DEPTH_NONE, MOVE_NONE, ss->staticEval);
1300
1301             return bestValue;
1302         }
1303
1304         if (PvNode && bestValue > alpha)
1305             alpha = bestValue;
1306
1307         futilityBase = bestValue + 128;
1308     }
1309
1310     const PieceToHistory* contHist[] = { (ss-1)->continuationHistory, (ss-2)->continuationHistory,
1311                                           nullptr, (ss-4)->continuationHistory,
1312                                           nullptr, (ss-6)->continuationHistory };
1313
1314     // Initialize a MovePicker object for the current position, and prepare
1315     // to search the moves. Because the depth is <= 0 here, only captures,
1316     // queen promotions and checks (only if depth >= DEPTH_QS_CHECKS) will
1317     // be generated.
1318     MovePicker mp(pos, ttMove, depth, &thisThread->mainHistory,
1319                                       &thisThread->captureHistory,
1320                                       contHist,
1321                                       to_sq((ss-1)->currentMove));
1322
1323     // Loop through the moves until no moves remain or a beta cutoff occurs
1324     while ((move = mp.next_move()) != MOVE_NONE)
1325     {
1326       assert(is_ok(move));
1327
1328       givesCheck = pos.gives_check(move);
1329
1330       moveCount++;
1331
1332       // Futility pruning
1333       if (   !inCheck
1334           && !givesCheck
1335           &&  futilityBase > -VALUE_KNOWN_WIN
1336           && !pos.advanced_pawn_push(move))
1337       {
1338           assert(type_of(move) != ENPASSANT); // Due to !pos.advanced_pawn_push
1339
1340           futilityValue = futilityBase + PieceValue[EG][pos.piece_on(to_sq(move))];
1341
1342           if (futilityValue <= alpha)
1343           {
1344               bestValue = std::max(bestValue, futilityValue);
1345               continue;
1346           }
1347
1348           if (futilityBase <= alpha && !pos.see_ge(move, VALUE_ZERO + 1))
1349           {
1350               bestValue = std::max(bestValue, futilityBase);
1351               continue;
1352           }
1353       }
1354
1355       // Detect non-capture evasions that are candidates to be pruned
1356       evasionPrunable =    inCheck
1357                        &&  (depth != DEPTH_ZERO || moveCount > 2)
1358                        &&  bestValue > VALUE_MATED_IN_MAX_PLY
1359                        && !pos.capture(move);
1360
1361       // Don't search moves with negative SEE values
1362       if (  (!inCheck || evasionPrunable)
1363           && !pos.see_ge(move))
1364           continue;
1365
1366       // Speculative prefetch as early as possible
1367       prefetch(TT.first_entry(pos.key_after(move)));
1368
1369       // Check for legality just before making the move
1370       if (!pos.legal(move))
1371       {
1372           moveCount--;
1373           continue;
1374       }
1375
1376       ss->currentMove = move;
1377       ss->continuationHistory = &thisThread->continuationHistory[pos.moved_piece(move)][to_sq(move)];
1378
1379       // Make and search the move
1380       pos.do_move(move, st, givesCheck);
1381       value = -qsearch<NT>(pos, ss+1, -beta, -alpha, depth - ONE_PLY);
1382       pos.undo_move(move);
1383
1384       assert(value > -VALUE_INFINITE && value < VALUE_INFINITE);
1385
1386       // Check for a new best move
1387       if (value > bestValue)
1388       {
1389           bestValue = value;
1390
1391           if (value > alpha)
1392           {
1393               bestMove = move;
1394
1395               if (PvNode) // Update pv even in fail-high case
1396                   update_pv(ss->pv, move, (ss+1)->pv);
1397
1398               if (PvNode && value < beta) // Update alpha here!
1399                   alpha = value;
1400               else
1401                   break; // Fail high
1402           }
1403        }
1404     }
1405
1406     // All legal moves have been searched. A special case: If we're in check
1407     // and no legal moves were found, it is checkmate.
1408     if (inCheck && bestValue == -VALUE_INFINITE)
1409         return mated_in(ss->ply); // Plies to mate from the root
1410
1411     tte->save(posKey, value_to_tt(bestValue, ss->ply), pvHit,
1412               bestValue >= beta ? BOUND_LOWER :
1413               PvNode && bestValue > oldAlpha  ? BOUND_EXACT : BOUND_UPPER,
1414               ttDepth, bestMove, ss->staticEval);
1415
1416     assert(bestValue > -VALUE_INFINITE && bestValue < VALUE_INFINITE);
1417
1418     return bestValue;
1419   }
1420
1421
1422   // value_to_tt() adjusts a mate score from "plies to mate from the root" to
1423   // "plies to mate from the current position". Non-mate scores are unchanged.
1424   // The function is called before storing a value in the transposition table.
1425
1426   Value value_to_tt(Value v, int ply) {
1427
1428     assert(v != VALUE_NONE);
1429
1430     return  v >= VALUE_MATE_IN_MAX_PLY  ? v + ply
1431           : v <= VALUE_MATED_IN_MAX_PLY ? v - ply : v;
1432   }
1433
1434
1435   // value_from_tt() is the inverse of value_to_tt(): It adjusts a mate score
1436   // from the transposition table (which refers to the plies to mate/be mated
1437   // from current position) to "plies to mate/be mated from the root".
1438
1439   Value value_from_tt(Value v, int ply) {
1440
1441     return  v == VALUE_NONE             ? VALUE_NONE
1442           : v >= VALUE_MATE_IN_MAX_PLY  ? v - ply
1443           : v <= VALUE_MATED_IN_MAX_PLY ? v + ply : v;
1444   }
1445
1446
1447   // update_pv() adds current move and appends child pv[]
1448
1449   void update_pv(Move* pv, Move move, Move* childPv) {
1450
1451     for (*pv++ = move; childPv && *childPv != MOVE_NONE; )
1452         *pv++ = *childPv++;
1453     *pv = MOVE_NONE;
1454   }
1455
1456
1457   // update_continuation_histories() updates histories of the move pairs formed
1458   // by moves at ply -1, -2, and -4 with current move.
1459
1460   void update_continuation_histories(Stack* ss, Piece pc, Square to, int bonus) {
1461
1462     for (int i : {1, 2, 4, 6})
1463         if (is_ok((ss-i)->currentMove))
1464             (*(ss-i)->continuationHistory)[pc][to] << bonus;
1465   }
1466
1467
1468   // update_capture_stats() updates move sorting heuristics when a new capture best move is found
1469
1470   void update_capture_stats(const Position& pos, Move move,
1471                             Move* captures, int captureCount, int bonus) {
1472
1473       CapturePieceToHistory& captureHistory =  pos.this_thread()->captureHistory;
1474       Piece moved_piece = pos.moved_piece(move);
1475       PieceType captured = type_of(pos.piece_on(to_sq(move)));
1476
1477       if (pos.capture_or_promotion(move))
1478           captureHistory[moved_piece][to_sq(move)][captured] << bonus;
1479
1480       // Decrease all the other played capture moves
1481       for (int i = 0; i < captureCount; ++i)
1482       {
1483           moved_piece = pos.moved_piece(captures[i]);
1484           captured = type_of(pos.piece_on(to_sq(captures[i])));
1485           captureHistory[moved_piece][to_sq(captures[i])][captured] << -bonus;
1486       }
1487   }
1488
1489
1490   // update_quiet_stats() updates move sorting heuristics when a new quiet best move is found
1491
1492   void update_quiet_stats(const Position& pos, Stack* ss, Move move,
1493                           Move* quiets, int quietCount, int bonus) {
1494
1495     if (ss->killers[0] != move)
1496     {
1497         ss->killers[1] = ss->killers[0];
1498         ss->killers[0] = move;
1499     }
1500
1501     Color us = pos.side_to_move();
1502     Thread* thisThread = pos.this_thread();
1503     thisThread->mainHistory[us][from_to(move)] << bonus;
1504     update_continuation_histories(ss, pos.moved_piece(move), to_sq(move), bonus);
1505
1506     if (is_ok((ss-1)->currentMove))
1507     {
1508         Square prevSq = to_sq((ss-1)->currentMove);
1509         thisThread->counterMoves[pos.piece_on(prevSq)][prevSq] = move;
1510     }
1511
1512     // Decrease all the other played quiet moves
1513     for (int i = 0; i < quietCount; ++i)
1514     {
1515         thisThread->mainHistory[us][from_to(quiets[i])] << -bonus;
1516         update_continuation_histories(ss, pos.moved_piece(quiets[i]), to_sq(quiets[i]), -bonus);
1517     }
1518   }
1519
1520   // When playing with strength handicap, choose best move among a set of RootMoves
1521   // using a statistical rule dependent on 'level'. Idea by Heinz van Saanen.
1522
1523   Move Skill::pick_best(size_t multiPV) {
1524
1525     const RootMoves& rootMoves = Threads.main()->rootMoves;
1526     static PRNG rng(now()); // PRNG sequence should be non-deterministic
1527
1528     // RootMoves are already sorted by score in descending order
1529     Value topScore = rootMoves[0].score;
1530     int delta = std::min(topScore - rootMoves[multiPV - 1].score, PawnValueMg);
1531     int weakness = 120 - 2 * level;
1532     int maxScore = -VALUE_INFINITE;
1533
1534     // Choose best move. For each move score we add two terms, both dependent on
1535     // weakness. One is deterministic and bigger for weaker levels, and one is
1536     // random. Then we choose the move with the resulting highest score.
1537     for (size_t i = 0; i < multiPV; ++i)
1538     {
1539         // This is our magic formula
1540         int push = (  weakness * int(topScore - rootMoves[i].score)
1541                     + delta * (rng.rand<unsigned>() % weakness)) / 128;
1542
1543         if (rootMoves[i].score + push >= maxScore)
1544         {
1545             maxScore = rootMoves[i].score + push;
1546             best = rootMoves[i].pv[0];
1547         }
1548     }
1549
1550     return best;
1551   }
1552
1553 } // namespace
1554
1555 /// MainThread::check_time() is used to print debug info and, more importantly,
1556 /// to detect when we are out of available time and thus stop the search.
1557
1558 void MainThread::check_time() {
1559
1560   if (--callsCnt > 0)
1561       return;
1562
1563   // When using nodes, ensure checking rate is not lower than 0.1% of nodes
1564   callsCnt = Limits.nodes ? std::min(1024, int(Limits.nodes / 1024)) : 1024;
1565
1566   static TimePoint lastInfoTime = now();
1567
1568   TimePoint elapsed = Time.elapsed();
1569   TimePoint tick = Limits.startTime + elapsed;
1570
1571   if (tick - lastInfoTime >= 1000)
1572   {
1573       lastInfoTime = tick;
1574       dbg_print();
1575   }
1576
1577   // We should not stop pondering until told so by the GUI
1578   if (ponder)
1579       return;
1580
1581   if (   (Limits.use_time_management() && (elapsed > Time.maximum() - 10 || stopOnPonderhit))
1582       || (Limits.movetime && elapsed >= Limits.movetime)
1583       || (Limits.nodes && Threads.nodes_searched() >= (uint64_t)Limits.nodes))
1584       Threads.stop = true;
1585 }
1586
1587
1588 /// UCI::pv() formats PV information according to the UCI protocol. UCI requires
1589 /// that all (if any) unsearched PV lines are sent using a previous search score.
1590
1591 string UCI::pv(const Position& pos, Depth depth, Value alpha, Value beta) {
1592
1593   std::stringstream ss;
1594   TimePoint elapsed = Time.elapsed() + 1;
1595   const RootMoves& rootMoves = pos.this_thread()->rootMoves;
1596   size_t pvIdx = pos.this_thread()->pvIdx;
1597   size_t multiPV = std::min((size_t)Options["MultiPV"], rootMoves.size());
1598   uint64_t nodesSearched = Threads.nodes_searched();
1599   uint64_t tbHits = Threads.tb_hits() + (TB::RootInTB ? rootMoves.size() : 0);
1600
1601   for (size_t i = 0; i < multiPV; ++i)
1602   {
1603       bool updated = (i <= pvIdx && rootMoves[i].score != -VALUE_INFINITE);
1604
1605       if (depth == ONE_PLY && !updated)
1606           continue;
1607
1608       Depth d = updated ? depth : depth - ONE_PLY;
1609       Value v = updated ? rootMoves[i].score : rootMoves[i].previousScore;
1610
1611       bool tb = TB::RootInTB && abs(v) < VALUE_MATE - MAX_PLY;
1612       v = tb ? rootMoves[i].tbScore : v;
1613
1614       if (ss.rdbuf()->in_avail()) // Not at first line
1615           ss << "\n";
1616
1617       ss << "info"
1618          << " depth "    << d / ONE_PLY
1619          << " seldepth " << rootMoves[i].selDepth
1620          << " multipv "  << i + 1
1621          << " score "    << UCI::value(v);
1622
1623       if (!tb && i == pvIdx)
1624           ss << (v >= beta ? " lowerbound" : v <= alpha ? " upperbound" : "");
1625
1626       ss << " nodes "    << nodesSearched
1627          << " nps "      << nodesSearched * 1000 / elapsed;
1628
1629       if (elapsed > 1000) // Earlier makes little sense
1630           ss << " hashfull " << TT.hashfull();
1631
1632       ss << " tbhits "   << tbHits
1633          << " time "     << elapsed
1634          << " pv";
1635
1636       for (Move m : rootMoves[i].pv)
1637           ss << " " << UCI::move(m, pos.is_chess960());
1638   }
1639
1640   return ss.str();
1641 }
1642
1643
1644 /// RootMove::extract_ponder_from_tt() is called in case we have no ponder move
1645 /// before exiting the search, for instance, in case we stop the search during a
1646 /// fail high at root. We try hard to have a ponder move to return to the GUI,
1647 /// otherwise in case of 'ponder on' we have nothing to think on.
1648
1649 bool RootMove::extract_ponder_from_tt(Position& pos) {
1650
1651     StateInfo st;
1652     bool ttHit;
1653
1654     assert(pv.size() == 1);
1655
1656     if (pv[0] == MOVE_NONE)
1657         return false;
1658
1659     pos.do_move(pv[0], st);
1660     TTEntry* tte = TT.probe(pos.key(), ttHit);
1661
1662     if (ttHit)
1663     {
1664         Move m = tte->move(); // Local copy to be SMP safe
1665         if (MoveList<LEGAL>(pos).contains(m))
1666             pv.push_back(m);
1667     }
1668
1669     pos.undo_move(pv[0]);
1670     return pv.size() > 1;
1671 }
1672
1673 void Tablebases::rank_root_moves(Position& pos, Search::RootMoves& rootMoves) {
1674
1675     RootInTB = false;
1676     UseRule50 = bool(Options["Syzygy50MoveRule"]);
1677     ProbeDepth = int(Options["SyzygyProbeDepth"]) * ONE_PLY;
1678     Cardinality = int(Options["SyzygyProbeLimit"]);
1679     bool dtz_available = true;
1680
1681     // Tables with fewer pieces than SyzygyProbeLimit are searched with
1682     // ProbeDepth == DEPTH_ZERO
1683     if (Cardinality > MaxCardinality)
1684     {
1685         Cardinality = MaxCardinality;
1686         ProbeDepth = DEPTH_ZERO;
1687     }
1688
1689     if (Cardinality >= popcount(pos.pieces()) && !pos.can_castle(ANY_CASTLING))
1690     {
1691         // Rank moves using DTZ tables
1692         RootInTB = root_probe(pos, rootMoves);
1693
1694         if (!RootInTB)
1695         {
1696             // DTZ tables are missing; try to rank moves using WDL tables
1697             dtz_available = false;
1698             RootInTB = root_probe_wdl(pos, rootMoves);
1699         }
1700     }
1701
1702     if (RootInTB)
1703     {
1704         // Sort moves according to TB rank
1705         std::sort(rootMoves.begin(), rootMoves.end(),
1706                   [](const RootMove &a, const RootMove &b) { return a.tbRank > b.tbRank; } );
1707
1708         // Probe during search only if DTZ is not available and we are winning
1709         if (dtz_available || rootMoves[0].tbScore <= VALUE_DRAW)
1710             Cardinality = 0;
1711     }
1712     else
1713     {
1714         // Assign the same rank to all moves
1715         for (auto& m : rootMoves)
1716             m.tbRank = 0;
1717     }
1718 }