]> git.sesse.net Git - stockfish/blob - src/search.cpp
Shrink Reductions[] array to one dimension
[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   // Sizes and phases of the skip-blocks, used for distributing search depths across the threads
65   constexpr int SkipSize[]  = { 1, 1, 2, 2, 2, 2, 3, 3, 3, 3, 3, 3, 4, 4, 4, 4, 4, 4, 4, 4 };
66   constexpr int SkipPhase[] = { 0, 1, 0, 1, 2, 3, 0, 1, 2, 3, 4, 5, 0, 1, 2, 3, 4, 5, 6, 7 };
67
68   // Razor and futility margins
69   constexpr int RazorMargin = 600;
70   Value futility_margin(Depth d, bool improving) {
71     return Value((175 - 50 * improving) * d / ONE_PLY);
72   }
73
74   // Futility and reductions lookup tables, initialized at startup
75   int FutilityMoveCounts[2][16]; // [improving][depth]
76   int Reductions[64]; // [depth or moveNumber]
77
78   template <bool PvNode> Depth reduction(bool i, Depth d, int mn) {
79     int r = Reductions[std::min(d / ONE_PLY, 63)] * Reductions[std::min(mn, 63)] / 1024;
80     return ((r + 512) / 1024 + (!i && r > 1024) - PvNode) * ONE_PLY;
81   }
82
83   // History and stats update bonus, based on depth
84   int stat_bonus(Depth depth) {
85     int d = depth / ONE_PLY;
86     return d > 17 ? 0 : 29 * d * d + 138 * d - 134;
87   }
88
89   // Add a small random component to draw evaluations to keep search dynamic
90   // and to avoid 3fold-blindness.
91   Value value_draw(Depth depth, Thread* thisThread) {
92     return depth < 4 ? VALUE_DRAW
93                      : VALUE_DRAW + Value(2 * (thisThread->nodes.load(std::memory_order_relaxed) % 2) - 1);
94   }
95
96   // Skill structure is used to implement strength limit
97   struct Skill {
98     explicit Skill(int l) : level(l) {}
99     bool enabled() const { return level < 20; }
100     bool time_to_pick(Depth depth) const { return depth / ONE_PLY == 1 + level; }
101     Move pick_best(size_t multiPV);
102
103     int level;
104     Move best = MOVE_NONE;
105   };
106
107   template <NodeType NT>
108   Value search(Position& pos, Stack* ss, Value alpha, Value beta, Depth depth, bool cutNode);
109
110   template <NodeType NT>
111   Value qsearch(Position& pos, Stack* ss, Value alpha, Value beta, Depth depth = DEPTH_ZERO);
112
113   Value value_to_tt(Value v, int ply);
114   Value value_from_tt(Value v, int ply);
115   void update_pv(Move* pv, Move move, Move* childPv);
116   void update_continuation_histories(Stack* ss, Piece pc, Square to, int bonus);
117   void update_quiet_stats(const Position& pos, Stack* ss, Move move, Move* quiets, int quietCount, int bonus);
118   void update_capture_stats(const Position& pos, Move move, Move* captures, int captureCount, int bonus);
119
120   inline bool gives_check(const Position& pos, Move move) {
121     Color us = pos.side_to_move();
122     return  type_of(move) == NORMAL && !(pos.blockers_for_king(~us) & pos.pieces(us))
123           ? pos.check_squares(type_of(pos.moved_piece(move))) & to_sq(move)
124           : pos.gives_check(move);
125   }
126
127   // perft() is our utility to verify move generation. All the leaf nodes up
128   // to the given depth are generated and counted, and the sum is returned.
129   template<bool Root>
130   uint64_t perft(Position& pos, Depth depth) {
131
132     StateInfo st;
133     uint64_t cnt, nodes = 0;
134     const bool leaf = (depth == 2 * ONE_PLY);
135
136     for (const auto& m : MoveList<LEGAL>(pos))
137     {
138         if (Root && depth <= ONE_PLY)
139             cnt = 1, nodes++;
140         else
141         {
142             pos.do_move(m, st);
143             cnt = leaf ? MoveList<LEGAL>(pos).size() : perft<false>(pos, depth - ONE_PLY);
144             nodes += cnt;
145             pos.undo_move(m);
146         }
147         if (Root)
148             sync_cout << UCI::move(m, pos.is_chess960()) << ": " << cnt << sync_endl;
149     }
150     return nodes;
151   }
152
153 } // namespace
154
155
156 /// Search::init() is called at startup to initialize various lookup tables
157
158 void Search::init() {
159
160   for (int i = 1; i < 64; ++i)
161       Reductions[i] = int(1024 * std::log(i) / std::sqrt(1.95));
162
163   for (int d = 0; d < 16; ++d)
164   {
165       FutilityMoveCounts[0][d] = int(2.4 + 0.74 * pow(d, 1.78));
166       FutilityMoveCounts[1][d] = int(5.0 + 1.00 * pow(d, 2.00));
167   }
168 }
169
170
171 /// Search::clear() resets search state to its initial value
172
173 void Search::clear() {
174
175   Threads.main()->wait_for_search_finished();
176
177   Time.availableNodes = 0;
178   TT.clear();
179   Threads.clear();
180   Tablebases::init(Options["SyzygyPath"]); // Free up mapped files
181 }
182
183
184 /// MainThread::search() is called by the main thread when the program receives
185 /// the UCI 'go' command. It searches from the root position and outputs the "bestmove".
186
187 void MainThread::search() {
188
189   if (Limits.perft)
190   {
191       nodes = perft<true>(rootPos, Limits.perft * ONE_PLY);
192       sync_cout << "\nNodes searched: " << nodes << "\n" << sync_endl;
193       return;
194   }
195
196   Color us = rootPos.side_to_move();
197   Time.init(Limits, us, rootPos.game_ply());
198   TT.new_search();
199
200   if (rootMoves.empty())
201   {
202       rootMoves.emplace_back(MOVE_NONE);
203       sync_cout << "info depth 0 score "
204                 << UCI::value(rootPos.checkers() ? -VALUE_MATE : VALUE_DRAW)
205                 << sync_endl;
206   }
207   else
208   {
209       for (Thread* th : Threads)
210           if (th != this)
211               th->start_searching();
212
213       Thread::search(); // Let's start searching!
214   }
215
216   // When we reach the maximum depth, we can arrive here without a raise of
217   // Threads.stop. However, if we are pondering or in an infinite search,
218   // the UCI protocol states that we shouldn't print the best move before the
219   // GUI sends a "stop" or "ponderhit" command. We therefore simply wait here
220   // until the GUI sends one of those commands.
221
222   while (!Threads.stop && (ponder || Limits.infinite))
223   {} // Busy wait for a stop or a ponder reset
224
225   // Stop the threads if not already stopped (also raise the stop if
226   // "ponderhit" just reset Threads.ponder).
227   Threads.stop = true;
228
229   // Wait until all threads have finished
230   for (Thread* th : Threads)
231       if (th != this)
232           th->wait_for_search_finished();
233
234   // When playing in 'nodes as time' mode, subtract the searched nodes from
235   // the available ones before exiting.
236   if (Limits.npmsec)
237       Time.availableNodes += Limits.inc[us] - Threads.nodes_searched();
238
239   // Check if there are threads with a better score than main thread
240   Thread* bestThread = this;
241   if (    Options["MultiPV"] == 1
242       && !Limits.depth
243       && !Skill(Options["Skill Level"]).enabled()
244       &&  rootMoves[0].pv[0] != MOVE_NONE)
245   {
246       std::map<Move, int64_t> votes;
247       Value minScore = this->rootMoves[0].score;
248
249       // Find out minimum score and reset votes for moves which can be voted
250       for (Thread* th: Threads)
251           minScore = std::min(minScore, th->rootMoves[0].score);
252
253       // Vote according to score and depth
254       for (Thread* th : Threads)
255       {
256           int64_t s = th->rootMoves[0].score - minScore + 1;
257           votes[th->rootMoves[0].pv[0]] += 200 + s * s * int(th->completedDepth);
258       }
259
260       // Select best thread
261       auto bestVote = votes[this->rootMoves[0].pv[0]];
262       for (Thread* th : Threads)
263           if (votes[th->rootMoves[0].pv[0]] > bestVote)
264           {
265               bestVote = votes[th->rootMoves[0].pv[0]];
266               bestThread = th;
267           }
268   }
269
270   previousScore = bestThread->rootMoves[0].score;
271
272   // Send again PV info if we have a new best thread
273   if (bestThread != this)
274       sync_cout << UCI::pv(bestThread->rootPos, bestThread->completedDepth, -VALUE_INFINITE, VALUE_INFINITE) << sync_endl;
275
276   sync_cout << "bestmove " << UCI::move(bestThread->rootMoves[0].pv[0], rootPos.is_chess960());
277
278   if (bestThread->rootMoves[0].pv.size() > 1 || bestThread->rootMoves[0].extract_ponder_from_tt(rootPos))
279       std::cout << " ponder " << UCI::move(bestThread->rootMoves[0].pv[1], rootPos.is_chess960());
280
281   std::cout << sync_endl;
282 }
283
284
285 /// Thread::search() is the main iterative deepening loop. It calls search()
286 /// repeatedly with increasing depth until the allocated thinking time has been
287 /// consumed, the user stops the search, or the maximum search depth is reached.
288
289 void Thread::search() {
290
291   // To allow access to (ss-5) up to (ss+2), the stack must be oversized.
292   // The former is needed to allow update_continuation_histories(ss-1, ...),
293   // which accesses its argument at ss-4, also near the root.
294   // The latter is needed for statScores and killer initialization.
295   Stack stack[MAX_PLY+10], *ss = stack+7;
296   Move  pv[MAX_PLY+1];
297   Value bestValue, alpha, beta, delta;
298   Move  lastBestMove = MOVE_NONE;
299   Depth lastBestMoveDepth = DEPTH_ZERO;
300   MainThread* mainThread = (this == Threads.main() ? Threads.main() : nullptr);
301   double timeReduction = 1.0;
302   Color us = rootPos.side_to_move();
303   bool failedLow;
304
305   std::memset(ss-7, 0, 10 * sizeof(Stack));
306   for (int i = 7; i > 0; i--)
307      (ss-i)->continuationHistory = &this->continuationHistory[NO_PIECE][0]; // Use as sentinel
308   ss->pv = pv;
309
310   bestValue = delta = alpha = -VALUE_INFINITE;
311   beta = VALUE_INFINITE;
312
313   if (mainThread)
314       mainThread->bestMoveChanges = 0, failedLow = false;
315
316   size_t multiPV = Options["MultiPV"];
317   Skill skill(Options["Skill Level"]);
318
319   // When playing with strength handicap enable MultiPV search that we will
320   // use behind the scenes to retrieve a set of possible moves.
321   if (skill.enabled())
322       multiPV = std::max(multiPV, (size_t)4);
323
324   multiPV = std::min(multiPV, rootMoves.size());
325
326   int ct = int(Options["Contempt"]) * PawnValueEg / 100; // From centipawns
327
328   // In analysis mode, adjust contempt in accordance with user preference
329   if (Limits.infinite || Options["UCI_AnalyseMode"])
330       ct =  Options["Analysis Contempt"] == "Off"  ? 0
331           : Options["Analysis Contempt"] == "Both" ? ct
332           : Options["Analysis Contempt"] == "White" && us == BLACK ? -ct
333           : Options["Analysis Contempt"] == "Black" && us == WHITE ? -ct
334           : ct;
335
336   // In evaluate.cpp the evaluation is from the white point of view
337   contempt = (us == WHITE ?  make_score(ct, ct / 2)
338                           : -make_score(ct, ct / 2));
339
340   // Iterative deepening loop until requested to stop or the target depth is reached
341   while (   (rootDepth += ONE_PLY) < DEPTH_MAX
342          && !Threads.stop
343          && !(Limits.depth && mainThread && rootDepth / ONE_PLY > Limits.depth))
344   {
345       // Distribute search depths across the helper threads
346       if (idx > 0)
347       {
348           int i = (idx - 1) % 20;
349           if (((rootDepth / ONE_PLY + SkipPhase[i]) / SkipSize[i]) % 2)
350               continue;  // Retry with an incremented rootDepth
351       }
352
353       // Age out PV variability metric
354       if (mainThread)
355           mainThread->bestMoveChanges *= 0.517, failedLow = false;
356
357       // Save the last iteration's scores before first PV line is searched and
358       // all the move scores except the (new) PV are set to -VALUE_INFINITE.
359       for (RootMove& rm : rootMoves)
360           rm.previousScore = rm.score;
361
362       size_t pvFirst = 0;
363       pvLast = 0;
364
365       // MultiPV loop. We perform a full root search for each PV line
366       for (pvIdx = 0; pvIdx < multiPV && !Threads.stop; ++pvIdx)
367       {
368           if (pvIdx == pvLast)
369           {
370               pvFirst = pvLast;
371               for (pvLast++; pvLast < rootMoves.size(); pvLast++)
372                   if (rootMoves[pvLast].tbRank != rootMoves[pvFirst].tbRank)
373                       break;
374           }
375
376           // Reset UCI info selDepth for each depth and each PV line
377           selDepth = 0;
378
379           // Reset aspiration window starting size
380           if (rootDepth >= 5 * ONE_PLY)
381           {
382               Value previousScore = rootMoves[pvIdx].previousScore;
383               delta = Value(20);
384               alpha = std::max(previousScore - delta,-VALUE_INFINITE);
385               beta  = std::min(previousScore + delta, VALUE_INFINITE);
386
387               // Adjust contempt based on root move's previousScore (dynamic contempt)
388               int dct = ct + 88 * previousScore / (abs(previousScore) + 200);
389
390               contempt = (us == WHITE ?  make_score(dct, dct / 2)
391                                       : -make_score(dct, dct / 2));
392           }
393
394           // Start with a small aspiration window and, in the case of a fail
395           // high/low, re-search with a bigger window until we don't fail
396           // high/low anymore.
397           int failedHighCnt = 0;
398           while (true)
399           {
400               Depth adjustedDepth = std::max(ONE_PLY, rootDepth - failedHighCnt * ONE_PLY);
401               bestValue = ::search<PV>(rootPos, ss, alpha, beta, adjustedDepth, false);
402
403               // Bring the best move to the front. It is critical that sorting
404               // is done with a stable algorithm because all the values but the
405               // first and eventually the new best one are set to -VALUE_INFINITE
406               // and we want to keep the same order for all the moves except the
407               // new PV that goes to the front. Note that in case of MultiPV
408               // search the already searched PV lines are preserved.
409               std::stable_sort(rootMoves.begin() + pvIdx, rootMoves.begin() + pvLast);
410
411               // If search has been stopped, we break immediately. Sorting is
412               // safe because RootMoves is still valid, although it refers to
413               // the previous iteration.
414               if (Threads.stop)
415                   break;
416
417               // When failing high/low give some update (without cluttering
418               // the UI) before a re-search.
419               if (   mainThread
420                   && multiPV == 1
421                   && (bestValue <= alpha || bestValue >= beta)
422                   && Time.elapsed() > 3000)
423                   sync_cout << UCI::pv(rootPos, rootDepth, alpha, beta) << sync_endl;
424
425               // In case of failing low/high increase aspiration window and
426               // re-search, otherwise exit the loop.
427               if (bestValue <= alpha)
428               {
429                   beta = (alpha + beta) / 2;
430                   alpha = std::max(bestValue - delta, -VALUE_INFINITE);
431
432                   if (mainThread)
433                   {
434                       failedHighCnt = 0;
435                       failedLow = true;
436                       mainThread->stopOnPonderhit = false;
437                   }
438               }
439               else if (bestValue >= beta)
440               {
441                   beta = std::min(bestValue + delta, VALUE_INFINITE);
442                   if (mainThread)
443                       ++failedHighCnt;
444               }
445               else
446                   break;
447
448               delta += delta / 4 + 5;
449
450               assert(alpha >= -VALUE_INFINITE && beta <= VALUE_INFINITE);
451           }
452
453           // Sort the PV lines searched so far and update the GUI
454           std::stable_sort(rootMoves.begin() + pvFirst, rootMoves.begin() + pvIdx + 1);
455
456           if (    mainThread
457               && (Threads.stop || pvIdx + 1 == multiPV || Time.elapsed() > 3000))
458               sync_cout << UCI::pv(rootPos, rootDepth, alpha, beta) << sync_endl;
459       }
460
461       if (!Threads.stop)
462           completedDepth = rootDepth;
463
464       if (rootMoves[0].pv[0] != lastBestMove) {
465          lastBestMove = rootMoves[0].pv[0];
466          lastBestMoveDepth = rootDepth;
467       }
468
469       // Have we found a "mate in x"?
470       if (   Limits.mate
471           && bestValue >= VALUE_MATE_IN_MAX_PLY
472           && VALUE_MATE - bestValue <= 2 * Limits.mate)
473           Threads.stop = true;
474
475       if (!mainThread)
476           continue;
477
478       // If skill level is enabled and time is up, pick a sub-optimal best move
479       if (skill.enabled() && skill.time_to_pick(rootDepth))
480           skill.pick_best(multiPV);
481
482       // Do we have time for the next iteration? Can we stop searching now?
483       if (    Limits.use_time_management()
484           && !Threads.stop
485           && !mainThread->stopOnPonderhit)
486       {
487           double fallingEval = (306 + 119 * failedLow + 6 * (mainThread->previousScore - bestValue)) / 581.0;
488           fallingEval        = std::max(0.5, std::min(1.5, fallingEval));
489
490           // If the bestMove is stable over several iterations, reduce time accordingly
491           timeReduction = lastBestMoveDepth + 10 * ONE_PLY < completedDepth ? 1.95 : 1.0;
492
493           // Use part of the gained time from a previous stable move for the current move
494           double bestMoveInstability = 1.0 + mainThread->bestMoveChanges;
495           bestMoveInstability *= std::pow(mainThread->previousTimeReduction, 0.528) / timeReduction;
496
497           // Stop the search if we have only one legal move, or if available time elapsed
498           if (   rootMoves.size() == 1
499               || Time.elapsed() > Time.optimum() * bestMoveInstability * fallingEval)
500           {
501               // If we are allowed to ponder do not stop the search now but
502               // keep pondering until the GUI sends "ponderhit" or "stop".
503               if (mainThread->ponder)
504                   mainThread->stopOnPonderhit = true;
505               else
506                   Threads.stop = true;
507           }
508       }
509   }
510
511   if (!mainThread)
512       return;
513
514   mainThread->previousTimeReduction = timeReduction;
515
516   // If skill level is enabled, swap best PV line with the sub-optimal one
517   if (skill.enabled())
518       std::swap(rootMoves[0], *std::find(rootMoves.begin(), rootMoves.end(),
519                 skill.best ? skill.best : skill.pick_best(multiPV)));
520 }
521
522
523 namespace {
524
525   // search<>() is the main search function for both PV and non-PV nodes
526
527   template <NodeType NT>
528   Value search(Position& pos, Stack* ss, Value alpha, Value beta, Depth depth, bool cutNode) {
529
530     constexpr bool PvNode = NT == PV;
531     const bool rootNode = PvNode && ss->ply == 0;
532
533     // Check if we have an upcoming move which draws by repetition, or
534     // if the opponent had an alternative move earlier to this position.
535     if (   pos.rule50_count() >= 3
536         && alpha < VALUE_DRAW
537         && !rootNode
538         && pos.has_game_cycle(ss->ply))
539     {
540         alpha = value_draw(depth, pos.this_thread());
541         if (alpha >= beta)
542             return alpha;
543     }
544
545     // Dive into quiescence search when the depth reaches zero
546     if (depth < ONE_PLY)
547         return qsearch<NT>(pos, ss, alpha, beta);
548
549     assert(-VALUE_INFINITE <= alpha && alpha < beta && beta <= VALUE_INFINITE);
550     assert(PvNode || (alpha == beta - 1));
551     assert(DEPTH_ZERO < depth && depth < DEPTH_MAX);
552     assert(!(PvNode && cutNode));
553     assert(depth / ONE_PLY * ONE_PLY == depth);
554
555     Move pv[MAX_PLY+1], capturesSearched[32], quietsSearched[64];
556     StateInfo st;
557     TTEntry* tte;
558     Key posKey;
559     Move ttMove, move, excludedMove, bestMove;
560     Depth extension, newDepth;
561     Value bestValue, value, ttValue, eval, maxValue, pureStaticEval;
562     bool ttHit, ttPv, inCheck, givesCheck, improving;
563     bool captureOrPromotion, doFullDepthSearch, moveCountPruning, ttCapture;
564     Piece movedPiece;
565     int moveCount, captureCount, quietCount;
566
567     // Step 1. Initialize node
568     Thread* thisThread = pos.this_thread();
569     inCheck = pos.checkers();
570     Color us = pos.side_to_move();
571     moveCount = captureCount = quietCount = ss->moveCount = 0;
572     bestValue = -VALUE_INFINITE;
573     maxValue = VALUE_INFINITE;
574
575     // Check for the available remaining time
576     if (thisThread == Threads.main())
577         static_cast<MainThread*>(thisThread)->check_time();
578
579     // Used to send selDepth info to GUI (selDepth counts from 1, ply from 0)
580     if (PvNode && thisThread->selDepth < ss->ply + 1)
581         thisThread->selDepth = ss->ply + 1;
582
583     if (!rootNode)
584     {
585         // Step 2. Check for aborted search and immediate draw
586         if (   Threads.stop.load(std::memory_order_relaxed)
587             || pos.is_draw(ss->ply)
588             || ss->ply >= MAX_PLY)
589             return (ss->ply >= MAX_PLY && !inCheck) ? evaluate(pos)
590                                                     : value_draw(depth, pos.this_thread());
591
592         // Step 3. Mate distance pruning. Even if we mate at the next move our score
593         // would be at best mate_in(ss->ply+1), but if alpha is already bigger because
594         // a shorter mate was found upward in the tree then there is no need to search
595         // because we will never beat the current alpha. Same logic but with reversed
596         // signs applies also in the opposite condition of being mated instead of giving
597         // mate. In this case return a fail-high score.
598         alpha = std::max(mated_in(ss->ply), alpha);
599         beta = std::min(mate_in(ss->ply+1), beta);
600         if (alpha >= beta)
601             return alpha;
602     }
603
604     assert(0 <= ss->ply && ss->ply < MAX_PLY);
605
606     (ss+1)->ply = ss->ply + 1;
607     ss->currentMove = (ss+1)->excludedMove = bestMove = MOVE_NONE;
608     ss->continuationHistory = &thisThread->continuationHistory[NO_PIECE][0];
609     (ss+2)->killers[0] = (ss+2)->killers[1] = MOVE_NONE;
610     Square prevSq = to_sq((ss-1)->currentMove);
611
612     // Initialize statScore to zero for the grandchildren of the current position.
613     // So statScore is shared between all grandchildren and only the first grandchild
614     // starts with statScore = 0. Later grandchildren start with the last calculated
615     // statScore of the previous grandchild. This influences the reduction rules in
616     // LMR which are based on the statScore of parent position.
617     (ss+2)->statScore = 0;
618
619     // Step 4. Transposition table lookup. We don't want the score of a partial
620     // search to overwrite a previous full search TT value, so we use a different
621     // position key in case of an excluded move.
622     excludedMove = ss->excludedMove;
623     posKey = pos.key() ^ Key(excludedMove << 16); // Isn't a very good hash
624     tte = TT.probe(posKey, ttHit);
625     ttValue = ttHit ? value_from_tt(tte->value(), ss->ply) : VALUE_NONE;
626     ttMove =  rootNode ? thisThread->rootMoves[thisThread->pvIdx].pv[0]
627             : ttHit    ? tte->move() : MOVE_NONE;
628     ttPv = (ttHit && tte->is_pv()) || (PvNode && depth > 4 * ONE_PLY);
629
630     // At non-PV nodes we check for an early TT cutoff
631     if (  !PvNode
632         && ttHit
633         && tte->depth() >= depth
634         && ttValue != VALUE_NONE // Possible in case of TT access race
635         && (ttValue >= beta ? (tte->bound() & BOUND_LOWER)
636                             : (tte->bound() & BOUND_UPPER)))
637     {
638         // If ttMove is quiet, update move sorting heuristics on TT hit
639         if (ttMove)
640         {
641             if (ttValue >= beta)
642             {
643                 if (!pos.capture_or_promotion(ttMove))
644                     update_quiet_stats(pos, ss, ttMove, nullptr, 0, stat_bonus(depth));
645
646                 // Extra penalty for a quiet TT or main killer move in previous ply when it gets refuted
647                 if (    ((ss-1)->moveCount == 1 || (ss-1)->currentMove == (ss-1)->killers[0])
648                      && !pos.captured_piece())
649                         update_continuation_histories(ss-1, pos.piece_on(prevSq), prevSq, -stat_bonus(depth + ONE_PLY));
650             }
651             // Penalty for a quiet ttMove that fails low
652             else if (!pos.capture_or_promotion(ttMove))
653             {
654                 int penalty = -stat_bonus(depth);
655                 thisThread->mainHistory[us][from_to(ttMove)] << penalty;
656                 update_continuation_histories(ss, pos.moved_piece(ttMove), to_sq(ttMove), penalty);
657             }
658         }
659         return ttValue;
660     }
661
662     // Step 5. Tablebases probe
663     if (!rootNode && TB::Cardinality)
664     {
665         int piecesCount = pos.count<ALL_PIECES>();
666
667         if (    piecesCount <= TB::Cardinality
668             && (piecesCount <  TB::Cardinality || depth >= TB::ProbeDepth)
669             &&  pos.rule50_count() == 0
670             && !pos.can_castle(ANY_CASTLING))
671         {
672             TB::ProbeState err;
673             TB::WDLScore wdl = Tablebases::probe_wdl(pos, &err);
674
675             // Force check of time on the next occasion
676             if (thisThread == Threads.main())
677                 static_cast<MainThread*>(thisThread)->callsCnt = 0;
678
679             if (err != TB::ProbeState::FAIL)
680             {
681                 thisThread->tbHits.fetch_add(1, std::memory_order_relaxed);
682
683                 int drawScore = TB::UseRule50 ? 1 : 0;
684
685                 value =  wdl < -drawScore ? -VALUE_MATE + MAX_PLY + ss->ply + 1
686                        : wdl >  drawScore ?  VALUE_MATE - MAX_PLY - ss->ply - 1
687                                           :  VALUE_DRAW + 2 * wdl * drawScore;
688
689                 Bound b =  wdl < -drawScore ? BOUND_UPPER
690                          : wdl >  drawScore ? BOUND_LOWER : BOUND_EXACT;
691
692                 if (    b == BOUND_EXACT
693                     || (b == BOUND_LOWER ? value >= beta : value <= alpha))
694                 {
695                     tte->save(posKey, value_to_tt(value, ss->ply), ttPv, b,
696                               std::min(DEPTH_MAX - ONE_PLY, depth + 6 * ONE_PLY),
697                               MOVE_NONE, VALUE_NONE);
698
699                     return value;
700                 }
701
702                 if (PvNode)
703                 {
704                     if (b == BOUND_LOWER)
705                         bestValue = value, alpha = std::max(alpha, bestValue);
706                     else
707                         maxValue = value;
708                 }
709             }
710         }
711     }
712
713     // Step 6. Static evaluation of the position
714     if (inCheck)
715     {
716         ss->staticEval = eval = pureStaticEval = VALUE_NONE;
717         improving = false;
718         goto moves_loop;  // Skip early pruning when in check
719     }
720     else if (ttHit)
721     {
722         // Never assume anything on values stored in TT
723         ss->staticEval = eval = pureStaticEval = tte->eval();
724         if (eval == VALUE_NONE)
725             ss->staticEval = eval = pureStaticEval = evaluate(pos);
726
727         // Can ttValue be used as a better position evaluation?
728         if (    ttValue != VALUE_NONE
729             && (tte->bound() & (ttValue > eval ? BOUND_LOWER : BOUND_UPPER)))
730             eval = ttValue;
731     }
732     else
733     {
734         if ((ss-1)->currentMove != MOVE_NULL)
735         {
736             int bonus = -(ss-1)->statScore / 512;
737
738             pureStaticEval = evaluate(pos);
739             ss->staticEval = eval = pureStaticEval + bonus;
740         }
741         else
742             ss->staticEval = eval = pureStaticEval = -(ss-1)->staticEval + 2 * Eval::Tempo;
743
744         tte->save(posKey, VALUE_NONE, ttPv, BOUND_NONE, DEPTH_NONE, MOVE_NONE, pureStaticEval);
745     }
746
747     // Step 7. Razoring (~2 Elo)
748     if (   !rootNode // The required rootNode PV handling is not available in qsearch
749         &&  depth < 2 * ONE_PLY
750         &&  eval <= alpha - RazorMargin)
751         return qsearch<NT>(pos, ss, alpha, beta);
752
753     improving =   ss->staticEval >= (ss-2)->staticEval
754                || (ss-2)->staticEval == VALUE_NONE;
755
756     // Step 8. Futility pruning: child node (~30 Elo)
757     if (   !PvNode
758         &&  depth < 7 * ONE_PLY
759         &&  eval - futility_margin(depth, improving) >= beta
760         &&  eval < VALUE_KNOWN_WIN) // Do not return unproven wins
761         return eval;
762
763     // Step 9. Null move search with verification search (~40 Elo)
764     if (   !PvNode
765         && (ss-1)->currentMove != MOVE_NULL
766         && (ss-1)->statScore < 23200
767         &&  eval >= beta
768         &&  pureStaticEval >= beta - 36 * depth / ONE_PLY + 225
769         && !excludedMove
770         &&  pos.non_pawn_material(us)
771         && (ss->ply >= thisThread->nmpMinPly || us != thisThread->nmpColor))
772     {
773         assert(eval - beta >= 0);
774
775         // Null move dynamic reduction based on depth and value
776         Depth R = ((823 + 67 * depth / ONE_PLY) / 256 + std::min(int(eval - beta) / 200, 3)) * ONE_PLY;
777
778         ss->currentMove = MOVE_NULL;
779         ss->continuationHistory = &thisThread->continuationHistory[NO_PIECE][0];
780
781         pos.do_null_move(st);
782
783         Value nullValue = -search<NonPV>(pos, ss+1, -beta, -beta+1, depth-R, !cutNode);
784
785         pos.undo_null_move();
786
787         if (nullValue >= beta)
788         {
789             // Do not return unproven mate scores
790             if (nullValue >= VALUE_MATE_IN_MAX_PLY)
791                 nullValue = beta;
792
793             if (thisThread->nmpMinPly || (abs(beta) < VALUE_KNOWN_WIN && depth < 12 * ONE_PLY))
794                 return nullValue;
795
796             assert(!thisThread->nmpMinPly); // Recursive verification is not allowed
797
798             // Do verification search at high depths, with null move pruning disabled
799             // for us, until ply exceeds nmpMinPly.
800             thisThread->nmpMinPly = ss->ply + 3 * (depth-R) / 4;
801             thisThread->nmpColor = us;
802
803             Value v = search<NonPV>(pos, ss, beta-1, beta, depth-R, false);
804
805             thisThread->nmpMinPly = 0;
806
807             if (v >= beta)
808                 return nullValue;
809         }
810     }
811
812     // Step 10. ProbCut (~10 Elo)
813     // If we have a good enough capture and a reduced search returns a value
814     // much above beta, we can (almost) safely prune the previous move.
815     if (   !PvNode
816         &&  depth >= 5 * ONE_PLY
817         &&  abs(beta) < VALUE_MATE_IN_MAX_PLY)
818     {
819         Value raisedBeta = std::min(beta + 216 - 48 * improving, VALUE_INFINITE);
820         MovePicker mp(pos, ttMove, raisedBeta - ss->staticEval, &thisThread->captureHistory);
821         int probCutCount = 0;
822
823         while (  (move = mp.next_move()) != MOVE_NONE
824                && probCutCount < 2 + 2 * cutNode)
825             if (move != excludedMove && pos.legal(move))
826             {
827                 probCutCount++;
828
829                 ss->currentMove = move;
830                 ss->continuationHistory = &thisThread->continuationHistory[pos.moved_piece(move)][to_sq(move)];
831
832                 assert(depth >= 5 * ONE_PLY);
833
834                 pos.do_move(move, st);
835
836                 // Perform a preliminary qsearch to verify that the move holds
837                 value = -qsearch<NonPV>(pos, ss+1, -raisedBeta, -raisedBeta+1);
838
839                 // If the qsearch held, perform the regular search
840                 if (value >= raisedBeta)
841                     value = -search<NonPV>(pos, ss+1, -raisedBeta, -raisedBeta+1, depth - 4 * ONE_PLY, !cutNode);
842
843                 pos.undo_move(move);
844
845                 if (value >= raisedBeta)
846                     return value;
847             }
848     }
849
850     // Step 11. Internal iterative deepening (~2 Elo)
851     if (    depth >= 8 * ONE_PLY
852         && !ttMove)
853     {
854         search<NT>(pos, ss, alpha, beta, depth - 7 * ONE_PLY, cutNode);
855
856         tte = TT.probe(posKey, ttHit);
857         ttValue = ttHit ? value_from_tt(tte->value(), ss->ply) : VALUE_NONE;
858         ttMove = ttHit ? tte->move() : MOVE_NONE;
859     }
860
861 moves_loop: // When in check, search starts from here
862
863     const PieceToHistory* contHist[] = { (ss-1)->continuationHistory, (ss-2)->continuationHistory,
864                                           nullptr, (ss-4)->continuationHistory,
865                                           nullptr, (ss-6)->continuationHistory };
866     Move countermove = thisThread->counterMoves[pos.piece_on(prevSq)][prevSq];
867
868     MovePicker mp(pos, ttMove, depth, &thisThread->mainHistory,
869                                       &thisThread->captureHistory,
870                                       contHist,
871                                       countermove,
872                                       ss->killers);
873     value = bestValue; // Workaround a bogus 'uninitialized' warning under gcc
874
875     moveCountPruning = false;
876     ttCapture = ttMove && pos.capture_or_promotion(ttMove);
877
878     // Step 12. Loop through all pseudo-legal moves until no moves remain
879     // or a beta cutoff occurs.
880     while ((move = mp.next_move(moveCountPruning)) != MOVE_NONE)
881     {
882       assert(is_ok(move));
883
884       if (move == excludedMove)
885           continue;
886
887       // At root obey the "searchmoves" option and skip moves not listed in Root
888       // Move List. As a consequence any illegal move is also skipped. In MultiPV
889       // mode we also skip PV moves which have been already searched and those
890       // of lower "TB rank" if we are in a TB root position.
891       if (rootNode && !std::count(thisThread->rootMoves.begin() + thisThread->pvIdx,
892                                   thisThread->rootMoves.begin() + thisThread->pvLast, move))
893           continue;
894
895       ss->moveCount = ++moveCount;
896
897       if (rootNode && thisThread == Threads.main() && Time.elapsed() > 3000)
898           sync_cout << "info depth " << depth / ONE_PLY
899                     << " currmove " << UCI::move(move, pos.is_chess960())
900                     << " currmovenumber " << moveCount + thisThread->pvIdx << sync_endl;
901       if (PvNode)
902           (ss+1)->pv = nullptr;
903
904       extension = DEPTH_ZERO;
905       captureOrPromotion = pos.capture_or_promotion(move);
906       movedPiece = pos.moved_piece(move);
907       givesCheck = gives_check(pos, move);
908
909       // Step 13. Extensions (~70 Elo)
910
911       // Singular extension search (~60 Elo). If all moves but one fail low on a
912       // search of (alpha-s, beta-s), and just one fails high on (alpha, beta),
913       // then that move is singular and should be extended. To verify this we do
914       // a reduced search on all the other moves but the ttMove and if the
915       // result is lower than ttValue minus a margin then we will extend the ttMove.
916       if (    depth >= 8 * ONE_PLY
917           &&  move == ttMove
918           && !rootNode
919           && !excludedMove // Avoid recursive singular search
920           &&  ttValue != VALUE_NONE
921           && (tte->bound() & BOUND_LOWER)
922           &&  tte->depth() >= depth - 3 * ONE_PLY
923           &&  pos.legal(move))
924       {
925           Value singularBeta = std::max(ttValue - 2 * depth / ONE_PLY, -VALUE_MATE);
926           ss->excludedMove = move;
927           value = search<NonPV>(pos, ss, singularBeta - 1, singularBeta, depth / 2, cutNode);
928           ss->excludedMove = MOVE_NONE;
929
930           if (value < singularBeta)
931               extension = ONE_PLY;
932
933           // Multi-cut pruning
934           // Our ttMove is assumed to fail high, and now we failed high also on a reduced
935           // search without the ttMove. So we assume this expected Cut-node is not singular,
936           // that is multiple moves fail high, and we can prune the whole subtree by returning
937           // the hard beta bound.
938           else if (cutNode && singularBeta > beta)
939               return beta;
940       }
941
942       // Check extension (~2 Elo)
943       else if (    givesCheck
944                && (pos.blockers_for_king(~us) & from_sq(move) || pos.see_ge(move)))
945           extension = ONE_PLY;
946
947       // Castling extension
948       else if (type_of(move) == CASTLING)
949           extension = ONE_PLY;
950
951       // Calculate new depth for this move
952       newDepth = depth - ONE_PLY + extension;
953
954       // Step 14. Pruning at shallow depth (~170 Elo)
955       if (  !rootNode
956           && pos.non_pawn_material(us)
957           && bestValue > VALUE_MATED_IN_MAX_PLY)
958       {
959           // Skip quiet moves if movecount exceeds our FutilityMoveCount threshold
960           moveCountPruning = depth < 16 * ONE_PLY
961                           && moveCount >= FutilityMoveCounts[improving][depth / ONE_PLY];
962
963           if (   !captureOrPromotion
964               && !givesCheck
965               && !pos.advanced_pawn_push(move))
966           {
967               // Move count based pruning (~30 Elo)
968               if (moveCountPruning)
969                   continue;
970
971               // Reduced depth of the next LMR search
972               int lmrDepth = std::max(newDepth - reduction<PvNode>(improving, depth, moveCount), DEPTH_ZERO) / ONE_PLY;
973
974               // Countermoves based pruning (~20 Elo)
975               if (   lmrDepth < 3 + ((ss-1)->statScore > 0 || (ss-1)->moveCount == 1)
976                   && (*contHist[0])[movedPiece][to_sq(move)] < CounterMovePruneThreshold
977                   && (*contHist[1])[movedPiece][to_sq(move)] < CounterMovePruneThreshold)
978                   continue;
979
980               // Futility pruning: parent node (~2 Elo)
981               if (   lmrDepth < 7
982                   && !inCheck
983                   && ss->staticEval + 256 + 200 * lmrDepth <= alpha)
984                   continue;
985
986               // Prune moves with negative SEE (~10 Elo)
987               if (!pos.see_ge(move, Value(-29 * lmrDepth * lmrDepth)))
988                   continue;
989           }
990           else if (   !extension // (~20 Elo)
991                    && !pos.see_ge(move, -PawnValueEg * (depth / ONE_PLY)))
992                   continue;
993       }
994
995       // Speculative prefetch as early as possible
996       prefetch(TT.first_entry(pos.key_after(move)));
997
998       // Check for legality just before making the move
999       if (!rootNode && !pos.legal(move))
1000       {
1001           ss->moveCount = --moveCount;
1002           continue;
1003       }
1004
1005       // Update the current move (this must be done after singular extension search)
1006       ss->currentMove = move;
1007       ss->continuationHistory = &thisThread->continuationHistory[movedPiece][to_sq(move)];
1008
1009       // Step 15. Make the move
1010       pos.do_move(move, st, givesCheck);
1011
1012       // Step 16. Reduced depth search (LMR). If the move fails high it will be
1013       // re-searched at full depth.
1014       if (    depth >= 3 * ONE_PLY
1015           &&  moveCount > 1
1016           && (!captureOrPromotion || moveCountPruning))
1017       {
1018           Depth r = reduction<PvNode>(improving, depth, moveCount);
1019
1020           // Decrease reduction if position is or has been on the PV
1021           if (ttPv)
1022               r -= ONE_PLY;
1023
1024           // Decrease reduction if opponent's move count is high (~10 Elo)
1025           if ((ss-1)->moveCount > 15)
1026               r -= ONE_PLY;
1027
1028           if (!captureOrPromotion)
1029           {
1030               // Increase reduction if ttMove is a capture (~0 Elo)
1031               if (ttCapture)
1032                   r += ONE_PLY;
1033
1034               // Increase reduction for cut nodes (~5 Elo)
1035               if (cutNode)
1036                   r += 2 * ONE_PLY;
1037
1038               // Decrease reduction for moves that escape a capture. Filter out
1039               // castling moves, because they are coded as "king captures rook" and
1040               // hence break make_move(). (~5 Elo)
1041               else if (    type_of(move) == NORMAL
1042                        && !pos.see_ge(make_move(to_sq(move), from_sq(move))))
1043                   r -= 2 * ONE_PLY;
1044
1045               ss->statScore =  thisThread->mainHistory[us][from_to(move)]
1046                              + (*contHist[0])[movedPiece][to_sq(move)]
1047                              + (*contHist[1])[movedPiece][to_sq(move)]
1048                              + (*contHist[3])[movedPiece][to_sq(move)]
1049                              - 4000;
1050
1051               // Decrease/increase reduction by comparing opponent's stat score (~10 Elo)
1052               if (ss->statScore >= 0 && (ss-1)->statScore < 0)
1053                   r -= ONE_PLY;
1054
1055               else if ((ss-1)->statScore >= 0 && ss->statScore < 0)
1056                   r += ONE_PLY;
1057
1058               // Decrease/increase reduction for moves with a good/bad history (~30 Elo)
1059               r -= ss->statScore / 20000 * ONE_PLY;
1060           }
1061
1062           Depth d = std::max(newDepth - std::max(r, DEPTH_ZERO), ONE_PLY);
1063
1064           value = -search<NonPV>(pos, ss+1, -(alpha+1), -alpha, d, true);
1065
1066           doFullDepthSearch = (value > alpha && d != newDepth);
1067       }
1068       else
1069           doFullDepthSearch = !PvNode || moveCount > 1;
1070
1071       // Step 17. Full depth search when LMR is skipped or fails high
1072       if (doFullDepthSearch)
1073           value = -search<NonPV>(pos, ss+1, -(alpha+1), -alpha, newDepth, !cutNode);
1074
1075       // For PV nodes only, do a full PV search on the first move or after a fail
1076       // high (in the latter case search only if value < beta), otherwise let the
1077       // parent node fail low with value <= alpha and try another move.
1078       if (PvNode && (moveCount == 1 || (value > alpha && (rootNode || value < beta))))
1079       {
1080           (ss+1)->pv = pv;
1081           (ss+1)->pv[0] = MOVE_NONE;
1082
1083           value = -search<PV>(pos, ss+1, -beta, -alpha, newDepth, false);
1084       }
1085
1086       // Step 18. Undo move
1087       pos.undo_move(move);
1088
1089       assert(value > -VALUE_INFINITE && value < VALUE_INFINITE);
1090
1091       // Step 19. Check for a new best move
1092       // Finished searching the move. If a stop occurred, the return value of
1093       // the search cannot be trusted, and we return immediately without
1094       // updating best move, PV and TT.
1095       if (Threads.stop.load(std::memory_order_relaxed))
1096           return VALUE_ZERO;
1097
1098       if (rootNode)
1099       {
1100           RootMove& rm = *std::find(thisThread->rootMoves.begin(),
1101                                     thisThread->rootMoves.end(), move);
1102
1103           // PV move or new best move?
1104           if (moveCount == 1 || value > alpha)
1105           {
1106               rm.score = value;
1107               rm.selDepth = thisThread->selDepth;
1108               rm.pv.resize(1);
1109
1110               assert((ss+1)->pv);
1111
1112               for (Move* m = (ss+1)->pv; *m != MOVE_NONE; ++m)
1113                   rm.pv.push_back(*m);
1114
1115               // We record how often the best move has been changed in each
1116               // iteration. This information is used for time management: When
1117               // the best move changes frequently, we allocate some more time.
1118               if (moveCount > 1 && thisThread == Threads.main())
1119                   ++static_cast<MainThread*>(thisThread)->bestMoveChanges;
1120           }
1121           else
1122               // All other moves but the PV are set to the lowest value: this
1123               // is not a problem when sorting because the sort is stable and the
1124               // move position in the list is preserved - just the PV is pushed up.
1125               rm.score = -VALUE_INFINITE;
1126       }
1127
1128       if (value > bestValue)
1129       {
1130           bestValue = value;
1131
1132           if (value > alpha)
1133           {
1134               bestMove = move;
1135
1136               if (PvNode && !rootNode) // Update pv even in fail-high case
1137                   update_pv(ss->pv, move, (ss+1)->pv);
1138
1139               if (PvNode && value < beta) // Update alpha! Always alpha < beta
1140                   alpha = value;
1141               else
1142               {
1143                   assert(value >= beta); // Fail high
1144                   ss->statScore = 0;
1145                   break;
1146               }
1147           }
1148       }
1149
1150       if (move != bestMove)
1151       {
1152           if (captureOrPromotion && captureCount < 32)
1153               capturesSearched[captureCount++] = move;
1154
1155           else if (!captureOrPromotion && quietCount < 64)
1156               quietsSearched[quietCount++] = move;
1157       }
1158     }
1159
1160     // The following condition would detect a stop only after move loop has been
1161     // completed. But in this case bestValue is valid because we have fully
1162     // searched our subtree, and we can anyhow save the result in TT.
1163     /*
1164        if (Threads.stop)
1165         return VALUE_DRAW;
1166     */
1167
1168     // Step 20. Check for mate and stalemate
1169     // All legal moves have been searched and if there are no legal moves, it
1170     // must be a mate or a stalemate. If we are in a singular extension search then
1171     // return a fail low score.
1172
1173     assert(moveCount || !inCheck || excludedMove || !MoveList<LEGAL>(pos).size());
1174
1175     if (!moveCount)
1176         bestValue = excludedMove ? alpha
1177                    :     inCheck ? mated_in(ss->ply) : VALUE_DRAW;
1178     else if (bestMove)
1179     {
1180         // Quiet best move: update move sorting heuristics
1181         if (!pos.capture_or_promotion(bestMove))
1182             update_quiet_stats(pos, ss, bestMove, quietsSearched, quietCount,
1183                                stat_bonus(depth + (bestValue > beta + PawnValueMg ? ONE_PLY : DEPTH_ZERO)));
1184
1185         update_capture_stats(pos, bestMove, capturesSearched, captureCount, stat_bonus(depth + ONE_PLY));
1186
1187         // Extra penalty for a quiet TT or main killer move in previous ply when it gets refuted
1188         if (   ((ss-1)->moveCount == 1 || ((ss-1)->currentMove == (ss-1)->killers[0]))
1189             && !pos.captured_piece())
1190                 update_continuation_histories(ss-1, pos.piece_on(prevSq), prevSq, -stat_bonus(depth + ONE_PLY));
1191
1192     }
1193     // Bonus for prior countermove that caused the fail low
1194     else if (   (depth >= 3 * ONE_PLY || PvNode)
1195              && !pos.captured_piece())
1196         update_continuation_histories(ss-1, pos.piece_on(prevSq), prevSq, stat_bonus(depth));
1197
1198     if (PvNode)
1199         bestValue = std::min(bestValue, maxValue);
1200
1201     if (!excludedMove)
1202         tte->save(posKey, value_to_tt(bestValue, ss->ply), ttPv,
1203                   bestValue >= beta ? BOUND_LOWER :
1204                   PvNode && bestMove ? BOUND_EXACT : BOUND_UPPER,
1205                   depth, bestMove, pureStaticEval);
1206
1207     assert(bestValue > -VALUE_INFINITE && bestValue < VALUE_INFINITE);
1208
1209     return bestValue;
1210   }
1211
1212
1213   // qsearch() is the quiescence search function, which is called by the main
1214   // search function with depth zero, or recursively with depth less than ONE_PLY.
1215   template <NodeType NT>
1216   Value qsearch(Position& pos, Stack* ss, Value alpha, Value beta, Depth depth) {
1217
1218     constexpr bool PvNode = NT == PV;
1219
1220     assert(alpha >= -VALUE_INFINITE && alpha < beta && beta <= VALUE_INFINITE);
1221     assert(PvNode || (alpha == beta - 1));
1222     assert(depth <= DEPTH_ZERO);
1223     assert(depth / ONE_PLY * ONE_PLY == depth);
1224
1225     Move pv[MAX_PLY+1];
1226     StateInfo st;
1227     TTEntry* tte;
1228     Key posKey;
1229     Move ttMove, move, bestMove;
1230     Depth ttDepth;
1231     Value bestValue, value, ttValue, futilityValue, futilityBase, oldAlpha;
1232     bool ttHit, pvHit, inCheck, givesCheck, evasionPrunable;
1233     int moveCount;
1234
1235     if (PvNode)
1236     {
1237         oldAlpha = alpha; // To flag BOUND_EXACT when eval above alpha and no available moves
1238         (ss+1)->pv = pv;
1239         ss->pv[0] = MOVE_NONE;
1240     }
1241
1242     Thread* thisThread = pos.this_thread();
1243     (ss+1)->ply = ss->ply + 1;
1244     ss->currentMove = bestMove = MOVE_NONE;
1245     ss->continuationHistory = &thisThread->continuationHistory[NO_PIECE][0];
1246     inCheck = pos.checkers();
1247     moveCount = 0;
1248
1249     // Check for an immediate draw or maximum ply reached
1250     if (   pos.is_draw(ss->ply)
1251         || ss->ply >= MAX_PLY)
1252         return (ss->ply >= MAX_PLY && !inCheck) ? evaluate(pos) : VALUE_DRAW;
1253
1254     assert(0 <= ss->ply && ss->ply < MAX_PLY);
1255
1256     // Decide whether or not to include checks: this fixes also the type of
1257     // TT entry depth that we are going to use. Note that in qsearch we use
1258     // only two types of depth in TT: DEPTH_QS_CHECKS or DEPTH_QS_NO_CHECKS.
1259     ttDepth = inCheck || depth >= DEPTH_QS_CHECKS ? DEPTH_QS_CHECKS
1260                                                   : DEPTH_QS_NO_CHECKS;
1261     // Transposition table lookup
1262     posKey = pos.key();
1263     tte = TT.probe(posKey, ttHit);
1264     ttValue = ttHit ? value_from_tt(tte->value(), ss->ply) : VALUE_NONE;
1265     ttMove = ttHit ? tte->move() : MOVE_NONE;
1266     pvHit = ttHit && tte->is_pv();
1267
1268     if (  !PvNode
1269         && ttHit
1270         && tte->depth() >= ttDepth
1271         && ttValue != VALUE_NONE // Only in case of TT access race
1272         && (ttValue >= beta ? (tte->bound() & BOUND_LOWER)
1273                             : (tte->bound() & BOUND_UPPER)))
1274         return ttValue;
1275
1276     // Evaluate the position statically
1277     if (inCheck)
1278     {
1279         ss->staticEval = VALUE_NONE;
1280         bestValue = futilityBase = -VALUE_INFINITE;
1281     }
1282     else
1283     {
1284         if (ttHit)
1285         {
1286             // Never assume anything on values stored in TT
1287             if ((ss->staticEval = bestValue = tte->eval()) == VALUE_NONE)
1288                 ss->staticEval = bestValue = evaluate(pos);
1289
1290             // Can ttValue be used as a better position evaluation?
1291             if (    ttValue != VALUE_NONE
1292                 && (tte->bound() & (ttValue > bestValue ? BOUND_LOWER : BOUND_UPPER)))
1293                 bestValue = ttValue;
1294         }
1295         else
1296             ss->staticEval = bestValue =
1297             (ss-1)->currentMove != MOVE_NULL ? evaluate(pos)
1298                                              : -(ss-1)->staticEval + 2 * Eval::Tempo;
1299
1300         // Stand pat. Return immediately if static value is at least beta
1301         if (bestValue >= beta)
1302         {
1303             if (!ttHit)
1304                 tte->save(posKey, value_to_tt(bestValue, ss->ply), pvHit, BOUND_LOWER,
1305                           DEPTH_NONE, MOVE_NONE, ss->staticEval);
1306
1307             return bestValue;
1308         }
1309
1310         if (PvNode && bestValue > alpha)
1311             alpha = bestValue;
1312
1313         futilityBase = bestValue + 128;
1314     }
1315
1316     const PieceToHistory* contHist[] = { (ss-1)->continuationHistory, (ss-2)->continuationHistory,
1317                                           nullptr, (ss-4)->continuationHistory,
1318                                           nullptr, (ss-6)->continuationHistory };
1319
1320     // Initialize a MovePicker object for the current position, and prepare
1321     // to search the moves. Because the depth is <= 0 here, only captures,
1322     // queen promotions and checks (only if depth >= DEPTH_QS_CHECKS) will
1323     // be generated.
1324     MovePicker mp(pos, ttMove, depth, &thisThread->mainHistory,
1325                                       &thisThread->captureHistory,
1326                                       contHist,
1327                                       to_sq((ss-1)->currentMove));
1328
1329     // Loop through the moves until no moves remain or a beta cutoff occurs
1330     while ((move = mp.next_move()) != MOVE_NONE)
1331     {
1332       assert(is_ok(move));
1333
1334       givesCheck = gives_check(pos, move);
1335
1336       moveCount++;
1337
1338       // Futility pruning
1339       if (   !inCheck
1340           && !givesCheck
1341           &&  futilityBase > -VALUE_KNOWN_WIN
1342           && !pos.advanced_pawn_push(move))
1343       {
1344           assert(type_of(move) != ENPASSANT); // Due to !pos.advanced_pawn_push
1345
1346           futilityValue = futilityBase + PieceValue[EG][pos.piece_on(to_sq(move))];
1347
1348           if (futilityValue <= alpha)
1349           {
1350               bestValue = std::max(bestValue, futilityValue);
1351               continue;
1352           }
1353
1354           if (futilityBase <= alpha && !pos.see_ge(move, VALUE_ZERO + 1))
1355           {
1356               bestValue = std::max(bestValue, futilityBase);
1357               continue;
1358           }
1359       }
1360
1361       // Detect non-capture evasions that are candidates to be pruned
1362       evasionPrunable =    inCheck
1363                        &&  (depth != DEPTH_ZERO || moveCount > 2)
1364                        &&  bestValue > VALUE_MATED_IN_MAX_PLY
1365                        && !pos.capture(move);
1366
1367       // Don't search moves with negative SEE values
1368       if (  (!inCheck || evasionPrunable)
1369           && !pos.see_ge(move))
1370           continue;
1371
1372       // Speculative prefetch as early as possible
1373       prefetch(TT.first_entry(pos.key_after(move)));
1374
1375       // Check for legality just before making the move
1376       if (!pos.legal(move))
1377       {
1378           moveCount--;
1379           continue;
1380       }
1381
1382       ss->currentMove = move;
1383       ss->continuationHistory = &thisThread->continuationHistory[pos.moved_piece(move)][to_sq(move)];
1384
1385       // Make and search the move
1386       pos.do_move(move, st, givesCheck);
1387       value = -qsearch<NT>(pos, ss+1, -beta, -alpha, depth - ONE_PLY);
1388       pos.undo_move(move);
1389
1390       assert(value > -VALUE_INFINITE && value < VALUE_INFINITE);
1391
1392       // Check for a new best move
1393       if (value > bestValue)
1394       {
1395           bestValue = value;
1396
1397           if (value > alpha)
1398           {
1399               bestMove = move;
1400
1401               if (PvNode) // Update pv even in fail-high case
1402                   update_pv(ss->pv, move, (ss+1)->pv);
1403
1404               if (PvNode && value < beta) // Update alpha here!
1405                   alpha = value;
1406               else
1407                   break; // Fail high
1408           }
1409        }
1410     }
1411
1412     // All legal moves have been searched. A special case: If we're in check
1413     // and no legal moves were found, it is checkmate.
1414     if (inCheck && bestValue == -VALUE_INFINITE)
1415         return mated_in(ss->ply); // Plies to mate from the root
1416
1417     tte->save(posKey, value_to_tt(bestValue, ss->ply), pvHit,
1418               bestValue >= beta ? BOUND_LOWER :
1419               PvNode && bestValue > oldAlpha  ? BOUND_EXACT : BOUND_UPPER,
1420               ttDepth, bestMove, ss->staticEval);
1421
1422     assert(bestValue > -VALUE_INFINITE && bestValue < VALUE_INFINITE);
1423
1424     return bestValue;
1425   }
1426
1427
1428   // value_to_tt() adjusts a mate score from "plies to mate from the root" to
1429   // "plies to mate from the current position". Non-mate scores are unchanged.
1430   // The function is called before storing a value in the transposition table.
1431
1432   Value value_to_tt(Value v, int ply) {
1433
1434     assert(v != VALUE_NONE);
1435
1436     return  v >= VALUE_MATE_IN_MAX_PLY  ? v + ply
1437           : v <= VALUE_MATED_IN_MAX_PLY ? v - ply : v;
1438   }
1439
1440
1441   // value_from_tt() is the inverse of value_to_tt(): It adjusts a mate score
1442   // from the transposition table (which refers to the plies to mate/be mated
1443   // from current position) to "plies to mate/be mated from the root".
1444
1445   Value value_from_tt(Value v, int ply) {
1446
1447     return  v == VALUE_NONE             ? VALUE_NONE
1448           : v >= VALUE_MATE_IN_MAX_PLY  ? v - ply
1449           : v <= VALUE_MATED_IN_MAX_PLY ? v + ply : v;
1450   }
1451
1452
1453   // update_pv() adds current move and appends child pv[]
1454
1455   void update_pv(Move* pv, Move move, Move* childPv) {
1456
1457     for (*pv++ = move; childPv && *childPv != MOVE_NONE; )
1458         *pv++ = *childPv++;
1459     *pv = MOVE_NONE;
1460   }
1461
1462
1463   // update_continuation_histories() updates histories of the move pairs formed
1464   // by moves at ply -1, -2, and -4 with current move.
1465
1466   void update_continuation_histories(Stack* ss, Piece pc, Square to, int bonus) {
1467
1468     for (int i : {1, 2, 4, 6})
1469         if (is_ok((ss-i)->currentMove))
1470             (*(ss-i)->continuationHistory)[pc][to] << bonus;
1471   }
1472
1473
1474   // update_capture_stats() updates move sorting heuristics when a new capture best move is found
1475
1476   void update_capture_stats(const Position& pos, Move move,
1477                             Move* captures, int captureCount, int bonus) {
1478
1479       CapturePieceToHistory& captureHistory =  pos.this_thread()->captureHistory;
1480       Piece moved_piece = pos.moved_piece(move);
1481       PieceType captured = type_of(pos.piece_on(to_sq(move)));
1482
1483       if (pos.capture_or_promotion(move))
1484           captureHistory[moved_piece][to_sq(move)][captured] << bonus;
1485
1486       // Decrease all the other played capture moves
1487       for (int i = 0; i < captureCount; ++i)
1488       {
1489           moved_piece = pos.moved_piece(captures[i]);
1490           captured = type_of(pos.piece_on(to_sq(captures[i])));
1491           captureHistory[moved_piece][to_sq(captures[i])][captured] << -bonus;
1492       }
1493   }
1494
1495
1496   // update_quiet_stats() updates move sorting heuristics when a new quiet best move is found
1497
1498   void update_quiet_stats(const Position& pos, Stack* ss, Move move,
1499                           Move* quiets, int quietCount, int bonus) {
1500
1501     if (ss->killers[0] != move)
1502     {
1503         ss->killers[1] = ss->killers[0];
1504         ss->killers[0] = move;
1505     }
1506
1507     Color us = pos.side_to_move();
1508     Thread* thisThread = pos.this_thread();
1509     thisThread->mainHistory[us][from_to(move)] << bonus;
1510     update_continuation_histories(ss, pos.moved_piece(move), to_sq(move), bonus);
1511
1512     if (is_ok((ss-1)->currentMove))
1513     {
1514         Square prevSq = to_sq((ss-1)->currentMove);
1515         thisThread->counterMoves[pos.piece_on(prevSq)][prevSq] = move;
1516     }
1517
1518     // Decrease all the other played quiet moves
1519     for (int i = 0; i < quietCount; ++i)
1520     {
1521         thisThread->mainHistory[us][from_to(quiets[i])] << -bonus;
1522         update_continuation_histories(ss, pos.moved_piece(quiets[i]), to_sq(quiets[i]), -bonus);
1523     }
1524   }
1525
1526   // When playing with strength handicap, choose best move among a set of RootMoves
1527   // using a statistical rule dependent on 'level'. Idea by Heinz van Saanen.
1528
1529   Move Skill::pick_best(size_t multiPV) {
1530
1531     const RootMoves& rootMoves = Threads.main()->rootMoves;
1532     static PRNG rng(now()); // PRNG sequence should be non-deterministic
1533
1534     // RootMoves are already sorted by score in descending order
1535     Value topScore = rootMoves[0].score;
1536     int delta = std::min(topScore - rootMoves[multiPV - 1].score, PawnValueMg);
1537     int weakness = 120 - 2 * level;
1538     int maxScore = -VALUE_INFINITE;
1539
1540     // Choose best move. For each move score we add two terms, both dependent on
1541     // weakness. One is deterministic and bigger for weaker levels, and one is
1542     // random. Then we choose the move with the resulting highest score.
1543     for (size_t i = 0; i < multiPV; ++i)
1544     {
1545         // This is our magic formula
1546         int push = (  weakness * int(topScore - rootMoves[i].score)
1547                     + delta * (rng.rand<unsigned>() % weakness)) / 128;
1548
1549         if (rootMoves[i].score + push >= maxScore)
1550         {
1551             maxScore = rootMoves[i].score + push;
1552             best = rootMoves[i].pv[0];
1553         }
1554     }
1555
1556     return best;
1557   }
1558
1559 } // namespace
1560
1561 /// MainThread::check_time() is used to print debug info and, more importantly,
1562 /// to detect when we are out of available time and thus stop the search.
1563
1564 void MainThread::check_time() {
1565
1566   if (--callsCnt > 0)
1567       return;
1568
1569   // When using nodes, ensure checking rate is not lower than 0.1% of nodes
1570   callsCnt = Limits.nodes ? std::min(1024, int(Limits.nodes / 1024)) : 1024;
1571
1572   static TimePoint lastInfoTime = now();
1573
1574   TimePoint elapsed = Time.elapsed();
1575   TimePoint tick = Limits.startTime + elapsed;
1576
1577   if (tick - lastInfoTime >= 1000)
1578   {
1579       lastInfoTime = tick;
1580       dbg_print();
1581   }
1582
1583   // We should not stop pondering until told so by the GUI
1584   if (ponder)
1585       return;
1586
1587   if (   (Limits.use_time_management() && (elapsed > Time.maximum() - 10 || stopOnPonderhit))
1588       || (Limits.movetime && elapsed >= Limits.movetime)
1589       || (Limits.nodes && Threads.nodes_searched() >= (uint64_t)Limits.nodes))
1590       Threads.stop = true;
1591 }
1592
1593
1594 /// UCI::pv() formats PV information according to the UCI protocol. UCI requires
1595 /// that all (if any) unsearched PV lines are sent using a previous search score.
1596
1597 string UCI::pv(const Position& pos, Depth depth, Value alpha, Value beta) {
1598
1599   std::stringstream ss;
1600   TimePoint elapsed = Time.elapsed() + 1;
1601   const RootMoves& rootMoves = pos.this_thread()->rootMoves;
1602   size_t pvIdx = pos.this_thread()->pvIdx;
1603   size_t multiPV = std::min((size_t)Options["MultiPV"], rootMoves.size());
1604   uint64_t nodesSearched = Threads.nodes_searched();
1605   uint64_t tbHits = Threads.tb_hits() + (TB::RootInTB ? rootMoves.size() : 0);
1606
1607   for (size_t i = 0; i < multiPV; ++i)
1608   {
1609       bool updated = (i <= pvIdx && rootMoves[i].score != -VALUE_INFINITE);
1610
1611       if (depth == ONE_PLY && !updated)
1612           continue;
1613
1614       Depth d = updated ? depth : depth - ONE_PLY;
1615       Value v = updated ? rootMoves[i].score : rootMoves[i].previousScore;
1616
1617       bool tb = TB::RootInTB && abs(v) < VALUE_MATE - MAX_PLY;
1618       v = tb ? rootMoves[i].tbScore : v;
1619
1620       if (ss.rdbuf()->in_avail()) // Not at first line
1621           ss << "\n";
1622
1623       ss << "info"
1624          << " depth "    << d / ONE_PLY
1625          << " seldepth " << rootMoves[i].selDepth
1626          << " multipv "  << i + 1
1627          << " score "    << UCI::value(v);
1628
1629       if (!tb && i == pvIdx)
1630           ss << (v >= beta ? " lowerbound" : v <= alpha ? " upperbound" : "");
1631
1632       ss << " nodes "    << nodesSearched
1633          << " nps "      << nodesSearched * 1000 / elapsed;
1634
1635       if (elapsed > 1000) // Earlier makes little sense
1636           ss << " hashfull " << TT.hashfull();
1637
1638       ss << " tbhits "   << tbHits
1639          << " time "     << elapsed
1640          << " pv";
1641
1642       for (Move m : rootMoves[i].pv)
1643           ss << " " << UCI::move(m, pos.is_chess960());
1644   }
1645
1646   return ss.str();
1647 }
1648
1649
1650 /// RootMove::extract_ponder_from_tt() is called in case we have no ponder move
1651 /// before exiting the search, for instance, in case we stop the search during a
1652 /// fail high at root. We try hard to have a ponder move to return to the GUI,
1653 /// otherwise in case of 'ponder on' we have nothing to think on.
1654
1655 bool RootMove::extract_ponder_from_tt(Position& pos) {
1656
1657     StateInfo st;
1658     bool ttHit;
1659
1660     assert(pv.size() == 1);
1661
1662     if (pv[0] == MOVE_NONE)
1663         return false;
1664
1665     pos.do_move(pv[0], st);
1666     TTEntry* tte = TT.probe(pos.key(), ttHit);
1667
1668     if (ttHit)
1669     {
1670         Move m = tte->move(); // Local copy to be SMP safe
1671         if (MoveList<LEGAL>(pos).contains(m))
1672             pv.push_back(m);
1673     }
1674
1675     pos.undo_move(pv[0]);
1676     return pv.size() > 1;
1677 }
1678
1679 void Tablebases::rank_root_moves(Position& pos, Search::RootMoves& rootMoves) {
1680
1681     RootInTB = false;
1682     UseRule50 = bool(Options["Syzygy50MoveRule"]);
1683     ProbeDepth = int(Options["SyzygyProbeDepth"]) * ONE_PLY;
1684     Cardinality = int(Options["SyzygyProbeLimit"]);
1685     bool dtz_available = true;
1686
1687     // Tables with fewer pieces than SyzygyProbeLimit are searched with
1688     // ProbeDepth == DEPTH_ZERO
1689     if (Cardinality > MaxCardinality)
1690     {
1691         Cardinality = MaxCardinality;
1692         ProbeDepth = DEPTH_ZERO;
1693     }
1694
1695     if (Cardinality >= popcount(pos.pieces()) && !pos.can_castle(ANY_CASTLING))
1696     {
1697         // Rank moves using DTZ tables
1698         RootInTB = root_probe(pos, rootMoves);
1699
1700         if (!RootInTB)
1701         {
1702             // DTZ tables are missing; try to rank moves using WDL tables
1703             dtz_available = false;
1704             RootInTB = root_probe_wdl(pos, rootMoves);
1705         }
1706     }
1707
1708     if (RootInTB)
1709     {
1710         // Sort moves according to TB rank
1711         std::sort(rootMoves.begin(), rootMoves.end(),
1712                   [](const RootMove &a, const RootMove &b) { return a.tbRank > b.tbRank; } );
1713
1714         // Probe during search only if DTZ is not available and we are winning
1715         if (dtz_available || rootMoves[0].tbScore <= VALUE_DRAW)
1716             Cardinality = 0;
1717     }
1718     else
1719     {
1720         // Assign the same rank to all moves
1721         for (auto& m : rootMoves)
1722             m.tbRank = 0;
1723     }
1724 }