3b384e86a258fe3c694b42b7e8ccad77c5098f52
[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) 2015-2016 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 "search.h"
33 #include "timeman.h"
34 #include "thread.h"
35 #include "tt.h"
36 #include "uci.h"
37 #include "syzygy/tbprobe.h"
38
39 namespace Search {
40
41   SignalsType Signals;
42   LimitsType Limits;
43 }
44
45 namespace Tablebases {
46
47   int Cardinality;
48   uint64_t Hits;
49   bool RootInTB;
50   bool UseRule50;
51   Depth ProbeDepth;
52   Value Score;
53 }
54
55 namespace TB = Tablebases;
56
57 using std::string;
58 using Eval::evaluate;
59 using namespace Search;
60
61 namespace {
62
63   // Different node types, used as a template parameter
64   enum NodeType { NonPV, PV };
65
66   // Razoring and futility margin based on depth
67   const int razor_margin[4] = { 483, 570, 603, 554 };
68   Value futility_margin(Depth d) { return Value(200 * d); }
69
70   // Futility and reductions lookup tables, initialized at startup
71   int FutilityMoveCounts[2][16];  // [improving][depth]
72   Depth Reductions[2][2][64][64]; // [pv][improving][depth][moveNumber]
73
74   template <bool PvNode> Depth reduction(bool i, Depth d, int mn) {
75     return Reductions[PvNode][i][std::min(d, 63 * ONE_PLY)][std::min(mn, 63)];
76   }
77
78   // Skill structure is used to implement strength limit
79   struct Skill {
80     Skill(int l) : level(l) {}
81     bool enabled() const { return level < 20; }
82     bool time_to_pick(Depth depth) const { return depth / ONE_PLY == 1 + level; }
83     Move best_move(size_t multiPV) { return best ? best : pick_best(multiPV); }
84     Move pick_best(size_t multiPV);
85
86     int level;
87     Move best = MOVE_NONE;
88   };
89
90   // EasyMoveManager structure is used to detect an 'easy move'. When the PV is
91   // stable across multiple search iterations, we can quickly return the best move.
92   struct EasyMoveManager {
93
94     void clear() {
95       stableCnt = 0;
96       expectedPosKey = 0;
97       pv[0] = pv[1] = pv[2] = MOVE_NONE;
98     }
99
100     Move get(Key key) const {
101       return expectedPosKey == key ? pv[2] : MOVE_NONE;
102     }
103
104     void update(Position& pos, const std::vector<Move>& newPv) {
105
106       assert(newPv.size() >= 3);
107
108       // Keep track of how many times in a row the 3rd ply remains stable
109       stableCnt = (newPv[2] == pv[2]) ? stableCnt + 1 : 0;
110
111       if (!std::equal(newPv.begin(), newPv.begin() + 3, pv))
112       {
113           std::copy(newPv.begin(), newPv.begin() + 3, pv);
114
115           StateInfo st[2];
116           pos.do_move(newPv[0], st[0], pos.gives_check(newPv[0], CheckInfo(pos)));
117           pos.do_move(newPv[1], st[1], pos.gives_check(newPv[1], CheckInfo(pos)));
118           expectedPosKey = pos.key();
119           pos.undo_move(newPv[1]);
120           pos.undo_move(newPv[0]);
121       }
122     }
123
124     int stableCnt;
125     Key expectedPosKey;
126     Move pv[3];
127   };
128
129   // Set of rows with half bits set to 1 and half to 0. It is used to allocate
130   // the search depths across the threads.
131   typedef std::vector<int> Row;
132
133   const Row HalfDensity[] = {
134     {0, 1},
135     {1, 0},
136     {0, 0, 1, 1},
137     {0, 1, 1, 0},
138     {1, 1, 0, 0},
139     {1, 0, 0, 1},
140     {0, 0, 0, 1, 1, 1},
141     {0, 0, 1, 1, 1, 0},
142     {0, 1, 1, 1, 0, 0},
143     {1, 1, 1, 0, 0, 0},
144     {1, 1, 0, 0, 0, 1},
145     {1, 0, 0, 0, 1, 1},
146     {0, 0, 0, 0, 1, 1, 1, 1},
147     {0, 0, 0, 1, 1, 1, 1, 0},
148     {0, 0, 1, 1, 1, 1, 0 ,0},
149     {0, 1, 1, 1, 1, 0, 0 ,0},
150     {1, 1, 1, 1, 0, 0, 0 ,0},
151     {1, 1, 1, 0, 0, 0, 0 ,1},
152     {1, 1, 0, 0, 0, 0, 1 ,1},
153     {1, 0, 0, 0, 0, 1, 1 ,1},
154   };
155
156   const size_t HalfDensitySize = std::extent<decltype(HalfDensity)>::value;
157
158   EasyMoveManager EasyMove;
159   Value DrawValue[COLOR_NB];
160   CounterMoveHistoryStats CounterMoveHistory;
161
162   template <NodeType NT>
163   Value search(Position& pos, Stack* ss, Value alpha, Value beta, Depth depth, bool cutNode);
164
165   template <NodeType NT, bool InCheck>
166   Value qsearch(Position& pos, Stack* ss, Value alpha, Value beta, Depth depth);
167
168   Value value_to_tt(Value v, int ply);
169   Value value_from_tt(Value v, int ply);
170   void update_pv(Move* pv, Move move, Move* childPv);
171   void update_stats(const Position& pos, Stack* ss, Move move, Depth depth, Move* quiets, int quietsCnt);
172   void check_time();
173
174 } // namespace
175
176
177 /// Search::init() is called during startup to initialize various lookup tables
178
179 void Search::init() {
180
181   for (int imp = 0; imp <= 1; ++imp)
182       for (int d = 1; d < 64; ++d)
183           for (int mc = 1; mc < 64; ++mc)
184           {
185               double r = log(d) * log(mc) / 2;
186               if (r < 0.80)
187                 continue;
188
189               Reductions[NonPV][imp][d][mc] = int(std::round(r)) * ONE_PLY;
190               Reductions[PV][imp][d][mc] = std::max(Reductions[NonPV][imp][d][mc] - ONE_PLY, DEPTH_ZERO);
191
192               // Increase reduction for non-PV nodes when eval is not improving
193               if (!imp && Reductions[NonPV][imp][d][mc] >= 2 * ONE_PLY)
194                 Reductions[NonPV][imp][d][mc] += ONE_PLY;
195           }
196
197   for (int d = 0; d < 16; ++d)
198   {
199       FutilityMoveCounts[0][d] = int(2.4 + 0.773 * pow(d + 0.00, 1.8));
200       FutilityMoveCounts[1][d] = int(2.9 + 1.045 * pow(d + 0.49, 1.8));
201   }
202 }
203
204
205 /// Search::clear() resets search state to zero, to obtain reproducible results
206
207 void Search::clear() {
208
209   TT.clear();
210   CounterMoveHistory.clear();
211
212   for (Thread* th : Threads)
213   {
214       th->history.clear();
215       th->counterMoves.clear();
216   }
217
218   Threads.main()->previousScore = VALUE_INFINITE;
219 }
220
221
222 /// Search::perft() is our utility to verify move generation. All the leaf nodes
223 /// up to the given depth are generated and counted, and the sum is returned.
224 template<bool Root>
225 uint64_t Search::perft(Position& pos, Depth depth) {
226
227   StateInfo st;
228   uint64_t cnt, nodes = 0;
229   CheckInfo ci(pos);
230   const bool leaf = (depth == 2 * ONE_PLY);
231
232   for (const auto& m : MoveList<LEGAL>(pos))
233   {
234       if (Root && depth <= ONE_PLY)
235           cnt = 1, nodes++;
236       else
237       {
238           pos.do_move(m, st, pos.gives_check(m, ci));
239           cnt = leaf ? MoveList<LEGAL>(pos).size() : perft<false>(pos, depth - ONE_PLY);
240           nodes += cnt;
241           pos.undo_move(m);
242       }
243       if (Root)
244           sync_cout << UCI::move(m, pos.is_chess960()) << ": " << cnt << sync_endl;
245   }
246   return nodes;
247 }
248
249 template uint64_t Search::perft<true>(Position&, Depth);
250
251
252 /// MainThread::search() is called by the main thread when the program receives
253 /// the UCI 'go' command. It searches from the root position and outputs the "bestmove".
254
255 void MainThread::search() {
256
257   Color us = rootPos.side_to_move();
258   Time.init(Limits, us, rootPos.game_ply());
259
260   int contempt = Options["Contempt"] * PawnValueEg / 100; // From centipawns
261   DrawValue[ us] = VALUE_DRAW - Value(contempt);
262   DrawValue[~us] = VALUE_DRAW + Value(contempt);
263
264   TB::Hits = 0;
265   TB::RootInTB = false;
266   TB::UseRule50 = Options["Syzygy50MoveRule"];
267   TB::ProbeDepth = Options["SyzygyProbeDepth"] * ONE_PLY;
268   TB::Cardinality = Options["SyzygyProbeLimit"];
269
270   // Skip TB probing when no TB found: !TBLargest -> !TB::Cardinality
271   if (TB::Cardinality > TB::MaxCardinality)
272   {
273       TB::Cardinality = TB::MaxCardinality;
274       TB::ProbeDepth = DEPTH_ZERO;
275   }
276
277   if (rootMoves.empty())
278   {
279       rootMoves.push_back(RootMove(MOVE_NONE));
280       sync_cout << "info depth 0 score "
281                 << UCI::value(rootPos.checkers() ? -VALUE_MATE : VALUE_DRAW)
282                 << sync_endl;
283   }
284   else
285   {
286       if (    TB::Cardinality >=  rootPos.count<ALL_PIECES>(WHITE)
287                                 + rootPos.count<ALL_PIECES>(BLACK)
288           && !rootPos.can_castle(ANY_CASTLING))
289       {
290           // If the current root position is in the tablebases, then RootMoves
291           // contains only moves that preserve the draw or the win.
292           TB::RootInTB = Tablebases::root_probe(rootPos, rootMoves, TB::Score);
293
294           if (TB::RootInTB)
295               TB::Cardinality = 0; // Do not probe tablebases during the search
296
297           else // If DTZ tables are missing, use WDL tables as a fallback
298           {
299               // Filter out moves that do not preserve the draw or the win.
300               TB::RootInTB = Tablebases::root_probe_wdl(rootPos, rootMoves, TB::Score);
301
302               // Only probe during search if winning
303               if (TB::Score <= VALUE_DRAW)
304                   TB::Cardinality = 0;
305           }
306
307           if (TB::RootInTB)
308           {
309               TB::Hits = rootMoves.size();
310
311               if (!TB::UseRule50)
312                   TB::Score =  TB::Score > VALUE_DRAW ?  VALUE_MATE - MAX_PLY - 1
313                              : TB::Score < VALUE_DRAW ? -VALUE_MATE + MAX_PLY + 1
314                                                       :  VALUE_DRAW;
315           }
316       }
317
318       for (Thread* th : Threads)
319           if (th != this)
320               th->start_searching();
321
322       Thread::search(); // Let's start searching!
323   }
324
325   // When playing in 'nodes as time' mode, subtract the searched nodes from
326   // the available ones before exiting.
327   if (Limits.npmsec)
328       Time.availableNodes += Limits.inc[us] - Threads.nodes_searched();
329
330   // When we reach the maximum depth, we can arrive here without a raise of
331   // Signals.stop. However, if we are pondering or in an infinite search,
332   // the UCI protocol states that we shouldn't print the best move before the
333   // GUI sends a "stop" or "ponderhit" command. We therefore simply wait here
334   // until the GUI sends one of those commands (which also raises Signals.stop).
335   if (!Signals.stop && (Limits.ponder || Limits.infinite))
336   {
337       Signals.stopOnPonderhit = true;
338       wait(Signals.stop);
339   }
340
341   // Stop the threads if not already stopped
342   Signals.stop = true;
343
344   // Wait until all threads have finished
345   for (Thread* th : Threads)
346       if (th != this)
347           th->wait_for_search_finished();
348
349   // Check if there are threads with a better score than main thread
350   Thread* bestThread = this;
351   if (   !this->easyMovePlayed
352       &&  Options["MultiPV"] == 1
353       && !Limits.depth
354       && !Skill(Options["Skill Level"]).enabled()
355       &&  rootMoves[0].pv[0] != MOVE_NONE)
356   {
357       for (Thread* th : Threads)
358           if (   th->completedDepth > bestThread->completedDepth
359               && th->rootMoves[0].score > bestThread->rootMoves[0].score)
360               bestThread = th;
361   }
362
363   previousScore = bestThread->rootMoves[0].score;
364
365   // Send new PV when needed
366   if (bestThread != this)
367       sync_cout << UCI::pv(bestThread->rootPos, bestThread->completedDepth, -VALUE_INFINITE, VALUE_INFINITE) << sync_endl;
368
369   sync_cout << "bestmove " << UCI::move(bestThread->rootMoves[0].pv[0], rootPos.is_chess960());
370
371   if (bestThread->rootMoves[0].pv.size() > 1 || bestThread->rootMoves[0].extract_ponder_from_tt(rootPos))
372       std::cout << " ponder " << UCI::move(bestThread->rootMoves[0].pv[1], rootPos.is_chess960());
373
374   std::cout << sync_endl;
375 }
376
377
378 // Thread::search() is the main iterative deepening loop. It calls search()
379 // repeatedly with increasing depth until the allocated thinking time has been
380 // consumed, the user stops the search, or the maximum search depth is reached.
381
382 void Thread::search() {
383
384   Stack stack[MAX_PLY+7], *ss = stack+5; // To allow referencing (ss-5) and (ss+2)
385   Value bestValue, alpha, beta, delta;
386   Move easyMove = MOVE_NONE;
387   MainThread* mainThread = (this == Threads.main() ? Threads.main() : nullptr);
388
389   std::memset(ss-5, 0, 8 * sizeof(Stack));
390
391   bestValue = delta = alpha = -VALUE_INFINITE;
392   beta = VALUE_INFINITE;
393   completedDepth = DEPTH_ZERO;
394
395   if (mainThread)
396   {
397       easyMove = EasyMove.get(rootPos.key());
398       EasyMove.clear();
399       mainThread->easyMovePlayed = mainThread->failedLow = false;
400       mainThread->bestMoveChanges = 0;
401       TT.new_search();
402   }
403
404   size_t multiPV = Options["MultiPV"];
405   Skill skill(Options["Skill Level"]);
406
407   // When playing with strength handicap enable MultiPV search that we will
408   // use behind the scenes to retrieve a set of possible moves.
409   if (skill.enabled())
410       multiPV = std::max(multiPV, (size_t)4);
411
412   multiPV = std::min(multiPV, rootMoves.size());
413
414   // Iterative deepening loop until requested to stop or the target depth is reached.
415   while (++rootDepth < DEPTH_MAX && !Signals.stop && (!Limits.depth || Threads.main()->rootDepth <= Limits.depth))
416   {
417       // Set up the new depths for the helper threads skipping on average every
418       // 2nd ply (using a half-density matrix).
419       if (!mainThread)
420       {
421           const Row& row = HalfDensity[(idx - 1) % HalfDensitySize];
422           if (row[(rootDepth + rootPos.game_ply()) % row.size()])
423              continue;
424       }
425
426       // Age out PV variability metric
427       if (mainThread)
428           mainThread->bestMoveChanges *= 0.505, mainThread->failedLow = false;
429
430       // Save the last iteration's scores before first PV line is searched and
431       // all the move scores except the (new) PV are set to -VALUE_INFINITE.
432       for (RootMove& rm : rootMoves)
433           rm.previousScore = rm.score;
434
435       // MultiPV loop. We perform a full root search for each PV line
436       for (PVIdx = 0; PVIdx < multiPV && !Signals.stop; ++PVIdx)
437       {
438           // Reset aspiration window starting size
439           if (rootDepth >= 5 * ONE_PLY)
440           {
441               delta = Value(18);
442               alpha = std::max(rootMoves[PVIdx].previousScore - delta,-VALUE_INFINITE);
443               beta  = std::min(rootMoves[PVIdx].previousScore + delta, VALUE_INFINITE);
444           }
445
446           // Start with a small aspiration window and, in the case of a fail
447           // high/low, re-search with a bigger window until we're not failing
448           // high/low anymore.
449           while (true)
450           {
451               bestValue = ::search<PV>(rootPos, ss, alpha, beta, rootDepth, false);
452
453               // Bring the best move to the front. It is critical that sorting
454               // is done with a stable algorithm because all the values but the
455               // first and eventually the new best one are set to -VALUE_INFINITE
456               // and we want to keep the same order for all the moves except the
457               // new PV that goes to the front. Note that in case of MultiPV
458               // search the already searched PV lines are preserved.
459               std::stable_sort(rootMoves.begin() + PVIdx, rootMoves.end());
460
461               // Write PV back to the transposition table in case the relevant
462               // entries have been overwritten during the search.
463               for (size_t i = 0; i <= PVIdx; ++i)
464                   rootMoves[i].insert_pv_in_tt(rootPos);
465
466               // If search has been stopped, break immediately. Sorting and
467               // writing PV back to TT is safe because RootMoves is still
468               // valid, although it refers to the previous iteration.
469               if (Signals.stop)
470                   break;
471
472               // When failing high/low give some update (without cluttering
473               // the UI) before a re-search.
474               if (   mainThread
475                   && multiPV == 1
476                   && (bestValue <= alpha || bestValue >= beta)
477                   && Time.elapsed() > 3000)
478                   sync_cout << UCI::pv(rootPos, rootDepth, alpha, beta) << sync_endl;
479
480               // In case of failing low/high increase aspiration window and
481               // re-search, otherwise exit the loop.
482               if (bestValue <= alpha)
483               {
484                   beta = (alpha + beta) / 2;
485                   alpha = std::max(bestValue - delta, -VALUE_INFINITE);
486
487                   if (mainThread)
488                   {
489                       mainThread->failedLow = true;
490                       Signals.stopOnPonderhit = false;
491                   }
492               }
493               else if (bestValue >= beta)
494               {
495                   alpha = (alpha + beta) / 2;
496                   beta = std::min(bestValue + delta, VALUE_INFINITE);
497               }
498               else
499                   break;
500
501               delta += delta / 4 + 5;
502
503               assert(alpha >= -VALUE_INFINITE && beta <= VALUE_INFINITE);
504           }
505
506           // Sort the PV lines searched so far and update the GUI
507           std::stable_sort(rootMoves.begin(), rootMoves.begin() + PVIdx + 1);
508
509           if (!mainThread)
510               continue;
511
512           if (Signals.stop)
513               sync_cout << "info nodes " << Threads.nodes_searched()
514                         << " time " << Time.elapsed() << sync_endl;
515
516           else if (PVIdx + 1 == multiPV || Time.elapsed() > 3000)
517               sync_cout << UCI::pv(rootPos, rootDepth, alpha, beta) << sync_endl;
518       }
519
520       if (!Signals.stop)
521           completedDepth = rootDepth;
522
523       if (!mainThread)
524           continue;
525
526       // If skill level is enabled and time is up, pick a sub-optimal best move
527       if (skill.enabled() && skill.time_to_pick(rootDepth))
528           skill.pick_best(multiPV);
529
530       // Have we found a "mate in x"?
531       if (   Limits.mate
532           && bestValue >= VALUE_MATE_IN_MAX_PLY
533           && VALUE_MATE - bestValue <= 2 * Limits.mate)
534           Signals.stop = true;
535
536       // Do we have time for the next iteration? Can we stop searching now?
537       if (Limits.use_time_management())
538       {
539           if (!Signals.stop && !Signals.stopOnPonderhit)
540           {
541               // Stop the search if only one legal move is available, or if all
542               // of the available time has been used, or if we matched an easyMove
543               // from the previous search and just did a fast verification.
544               const bool F[] = { !mainThread->failedLow,
545                                  bestValue >= mainThread->previousScore };
546
547               int improvingFactor = 640 - 160*F[0] - 126*F[1] - 124*F[0]*F[1];
548               double unstablePvFactor = 1 + mainThread->bestMoveChanges;
549
550               bool doEasyMove =   rootMoves[0].pv[0] == easyMove
551                                && mainThread->bestMoveChanges < 0.03
552                                && Time.elapsed() > Time.optimum() * 25 / 204;
553
554               if (   rootMoves.size() == 1
555                   || Time.elapsed() > Time.optimum() * unstablePvFactor * improvingFactor / 634
556                   || (mainThread->easyMovePlayed = doEasyMove))
557               {
558                   // If we are allowed to ponder do not stop the search now but
559                   // keep pondering until the GUI sends "ponderhit" or "stop".
560                   if (Limits.ponder)
561                       Signals.stopOnPonderhit = true;
562                   else
563                       Signals.stop = true;
564               }
565           }
566
567           if (rootMoves[0].pv.size() >= 3)
568               EasyMove.update(rootPos, rootMoves[0].pv);
569           else
570               EasyMove.clear();
571       }
572   }
573
574   if (!mainThread)
575       return;
576
577   // Clear any candidate easy move that wasn't stable for the last search
578   // iterations; the second condition prevents consecutive fast moves.
579   if (EasyMove.stableCnt < 6 || mainThread->easyMovePlayed)
580       EasyMove.clear();
581
582   // If skill level is enabled, swap best PV line with the sub-optimal one
583   if (skill.enabled())
584       std::swap(rootMoves[0], *std::find(rootMoves.begin(),
585                 rootMoves.end(), skill.best_move(multiPV)));
586 }
587
588
589 namespace {
590
591   // search<>() is the main search function for both PV and non-PV nodes
592
593   template <NodeType NT>
594   Value search(Position& pos, Stack* ss, Value alpha, Value beta, Depth depth, bool cutNode) {
595
596     const bool PvNode = NT == PV;
597     const bool rootNode = PvNode && (ss-1)->ply == 0;
598
599     assert(-VALUE_INFINITE <= alpha && alpha < beta && beta <= VALUE_INFINITE);
600     assert(PvNode || (alpha == beta - 1));
601     assert(DEPTH_ZERO < depth && depth < DEPTH_MAX);
602
603     Move pv[MAX_PLY+1], quietsSearched[64];
604     StateInfo st;
605     TTEntry* tte;
606     Key posKey;
607     Move ttMove, move, excludedMove, bestMove;
608     Depth extension, newDepth, predictedDepth;
609     Value bestValue, value, ttValue, eval, nullValue, futilityValue;
610     bool ttHit, inCheck, givesCheck, singularExtensionNode, improving;
611     bool captureOrPromotion, doFullDepthSearch;
612     Piece moved_piece;
613     int moveCount, quietCount;
614
615     // Step 1. Initialize node
616     Thread* thisThread = pos.this_thread();
617     inCheck = pos.checkers();
618     moveCount = quietCount =  ss->moveCount = 0;
619     bestValue = -VALUE_INFINITE;
620     ss->ply = (ss-1)->ply + 1;
621
622     // Check for the available remaining time
623     if (thisThread->resetCalls.load(std::memory_order_relaxed))
624     {
625         thisThread->resetCalls = false;
626         thisThread->callsCnt = 0;
627     }
628     if (++thisThread->callsCnt > 4096)
629     {
630         for (Thread* th : Threads)
631             th->resetCalls = true;
632
633         check_time();
634     }
635
636     // Used to send selDepth info to GUI
637     if (PvNode && thisThread->maxPly < ss->ply)
638         thisThread->maxPly = ss->ply;
639
640     if (!rootNode)
641     {
642         // Step 2. Check for aborted search and immediate draw
643         if (Signals.stop.load(std::memory_order_relaxed) || pos.is_draw() || ss->ply >= MAX_PLY)
644             return ss->ply >= MAX_PLY && !inCheck ? evaluate(pos)
645                                                   : DrawValue[pos.side_to_move()];
646
647         // Step 3. Mate distance pruning. Even if we mate at the next move our score
648         // would be at best mate_in(ss->ply+1), but if alpha is already bigger because
649         // a shorter mate was found upward in the tree then there is no need to search
650         // because we will never beat the current alpha. Same logic but with reversed
651         // signs applies also in the opposite condition of being mated instead of giving
652         // mate. In this case return a fail-high score.
653         alpha = std::max(mated_in(ss->ply), alpha);
654         beta = std::min(mate_in(ss->ply+1), beta);
655         if (alpha >= beta)
656             return alpha;
657     }
658
659     assert(0 <= ss->ply && ss->ply < MAX_PLY);
660
661     ss->currentMove = (ss+1)->excludedMove = bestMove = MOVE_NONE;
662     ss->counterMoves = nullptr;
663     (ss+1)->skipEarlyPruning = false;
664     (ss+2)->killers[0] = (ss+2)->killers[1] = MOVE_NONE;
665
666     // Step 4. Transposition table lookup. We don't want the score of a partial
667     // search to overwrite a previous full search TT value, so we use a different
668     // position key in case of an excluded move.
669     excludedMove = ss->excludedMove;
670     posKey = excludedMove ? pos.exclusion_key() : pos.key();
671     tte = TT.probe(posKey, ttHit);
672     ttValue = ttHit ? value_from_tt(tte->value(), ss->ply) : VALUE_NONE;
673     ttMove =  rootNode ? thisThread->rootMoves[thisThread->PVIdx].pv[0]
674             : ttHit    ? tte->move() : MOVE_NONE;
675
676     // At non-PV nodes we check for an early TT cutoff
677     if (  !PvNode
678         && ttHit
679         && tte->depth() >= depth
680         && ttValue != VALUE_NONE // Possible in case of TT access race
681         && (ttValue >= beta ? (tte->bound() & BOUND_LOWER)
682                             : (tte->bound() & BOUND_UPPER)))
683     {
684         ss->currentMove = ttMove; // Can be MOVE_NONE
685
686         // If ttMove is quiet, update killers, history, counter move on TT hit
687         if (ttValue >= beta && ttMove && !pos.capture_or_promotion(ttMove))
688             update_stats(pos, ss, ttMove, depth, nullptr, 0);
689
690         return ttValue;
691     }
692
693     // Step 4a. Tablebase probe
694     if (!rootNode && TB::Cardinality)
695     {
696         int piecesCnt = pos.count<ALL_PIECES>(WHITE) + pos.count<ALL_PIECES>(BLACK);
697
698         if (    piecesCnt <= TB::Cardinality
699             && (piecesCnt <  TB::Cardinality || depth >= TB::ProbeDepth)
700             &&  pos.rule50_count() == 0
701             && !pos.can_castle(ANY_CASTLING))
702         {
703             int found, v = Tablebases::probe_wdl(pos, &found);
704
705             if (found)
706             {
707                 TB::Hits++;
708
709                 int drawScore = TB::UseRule50 ? 1 : 0;
710
711                 value =  v < -drawScore ? -VALUE_MATE + MAX_PLY + ss->ply
712                        : v >  drawScore ?  VALUE_MATE - MAX_PLY - ss->ply
713                                         :  VALUE_DRAW + 2 * v * drawScore;
714
715                 tte->save(posKey, value_to_tt(value, ss->ply), BOUND_EXACT,
716                           std::min(DEPTH_MAX - ONE_PLY, depth + 6 * ONE_PLY),
717                           MOVE_NONE, VALUE_NONE, TT.generation());
718
719                 return value;
720             }
721         }
722     }
723
724     // Step 5. Evaluate the position statically
725     if (inCheck)
726     {
727         ss->staticEval = eval = VALUE_NONE;
728         goto moves_loop;
729     }
730
731     else if (ttHit)
732     {
733         // Never assume anything on values stored in TT
734         if ((ss->staticEval = eval = tte->eval()) == VALUE_NONE)
735             eval = ss->staticEval = evaluate(pos);
736
737         // Can ttValue be used as a better position evaluation?
738         if (ttValue != VALUE_NONE)
739             if (tte->bound() & (ttValue > eval ? BOUND_LOWER : BOUND_UPPER))
740                 eval = ttValue;
741     }
742     else
743     {
744         eval = ss->staticEval =
745         (ss-1)->currentMove != MOVE_NULL ? evaluate(pos)
746                                          : -(ss-1)->staticEval + 2 * Eval::Tempo;
747
748         tte->save(posKey, VALUE_NONE, BOUND_NONE, DEPTH_NONE, MOVE_NONE,
749                   ss->staticEval, TT.generation());
750     }
751
752     if (ss->skipEarlyPruning)
753         goto moves_loop;
754
755     // Step 6. Razoring (skipped when in check)
756     if (   !PvNode
757         &&  depth < 4 * ONE_PLY
758         &&  eval + razor_margin[depth] <= alpha
759         &&  ttMove == MOVE_NONE)
760     {
761         if (   depth <= ONE_PLY
762             && eval + razor_margin[3 * ONE_PLY] <= alpha)
763             return qsearch<NonPV, false>(pos, ss, alpha, beta, DEPTH_ZERO);
764
765         Value ralpha = alpha - razor_margin[depth];
766         Value v = qsearch<NonPV, false>(pos, ss, ralpha, ralpha+1, DEPTH_ZERO);
767         if (v <= ralpha)
768             return v;
769     }
770
771     // Step 7. Futility pruning: child node (skipped when in check)
772     if (   !rootNode
773         &&  depth < 7 * ONE_PLY
774         &&  eval - futility_margin(depth) >= beta
775         &&  eval < VALUE_KNOWN_WIN  // Do not return unproven wins
776         &&  pos.non_pawn_material(pos.side_to_move()))
777         return eval - futility_margin(depth);
778
779     // Step 8. Null move search with verification search (is omitted in PV nodes)
780     if (   !PvNode
781         &&  depth >= 2 * ONE_PLY
782         &&  eval >= beta
783         &&  pos.non_pawn_material(pos.side_to_move()))
784     {
785         ss->currentMove = MOVE_NULL;
786         ss->counterMoves = nullptr;
787
788         assert(eval - beta >= 0);
789
790         // Null move dynamic reduction based on depth and value
791         Depth R = ((823 + 67 * depth) / 256 + std::min((eval - beta) / PawnValueMg, 3)) * ONE_PLY;
792
793         pos.do_null_move(st);
794         (ss+1)->skipEarlyPruning = true;
795         nullValue = depth-R < ONE_PLY ? -qsearch<NonPV, false>(pos, ss+1, -beta, -beta+1, DEPTH_ZERO)
796                                       : - search<NonPV>(pos, ss+1, -beta, -beta+1, depth-R, !cutNode);
797         (ss+1)->skipEarlyPruning = false;
798         pos.undo_null_move();
799
800         if (nullValue >= beta)
801         {
802             // Do not return unproven mate scores
803             if (nullValue >= VALUE_MATE_IN_MAX_PLY)
804                 nullValue = beta;
805
806             if (depth < 12 * ONE_PLY && abs(beta) < VALUE_KNOWN_WIN)
807                 return nullValue;
808
809             // Do verification search at high depths
810             ss->skipEarlyPruning = true;
811             Value v = depth-R < ONE_PLY ? qsearch<NonPV, false>(pos, ss, beta-1, beta, DEPTH_ZERO)
812                                         :  search<NonPV>(pos, ss, beta-1, beta, depth-R, false);
813             ss->skipEarlyPruning = false;
814
815             if (v >= beta)
816                 return nullValue;
817         }
818     }
819
820     // Step 9. ProbCut (skipped when in check)
821     // If we have a very good capture (i.e. SEE > seeValues[captured_piece_type])
822     // and a reduced search returns a value much above beta, we can (almost)
823     // safely prune the previous move.
824     if (   !PvNode
825         &&  depth >= 5 * ONE_PLY
826         &&  abs(beta) < VALUE_MATE_IN_MAX_PLY)
827     {
828         Value rbeta = std::min(beta + 200, VALUE_INFINITE);
829         Depth rdepth = depth - 4 * ONE_PLY;
830
831         assert(rdepth >= ONE_PLY);
832         assert((ss-1)->currentMove != MOVE_NONE);
833         assert((ss-1)->currentMove != MOVE_NULL);
834
835         MovePicker mp(pos, ttMove, PieceValue[MG][pos.captured_piece_type()]);
836         CheckInfo ci(pos);
837
838         while ((move = mp.next_move()) != MOVE_NONE)
839             if (pos.legal(move, ci.pinned))
840             {
841                 ss->currentMove = move;
842                 ss->counterMoves = &CounterMoveHistory[pos.moved_piece(move)][to_sq(move)];
843                 pos.do_move(move, st, pos.gives_check(move, ci));
844                 value = -search<NonPV>(pos, ss+1, -rbeta, -rbeta+1, rdepth, !cutNode);
845                 pos.undo_move(move);
846                 if (value >= rbeta)
847                     return value;
848             }
849     }
850
851     // Step 10. Internal iterative deepening (skipped when in check)
852     if (    depth >= (PvNode ? 5 * ONE_PLY : 8 * ONE_PLY)
853         && !ttMove
854         && (PvNode || ss->staticEval + 256 >= beta))
855     {
856         Depth d = depth - 2 * ONE_PLY - (PvNode ? DEPTH_ZERO : depth / 4);
857         ss->skipEarlyPruning = true;
858         search<NT>(pos, ss, alpha, beta, d, true);
859         ss->skipEarlyPruning = false;
860
861         tte = TT.probe(posKey, ttHit);
862         ttMove = ttHit ? tte->move() : MOVE_NONE;
863     }
864
865 moves_loop: // When in check search starts from here
866
867     Square prevSq = to_sq((ss-1)->currentMove);
868     const CounterMoveStats* cmh  = (ss-1)->counterMoves;
869     const CounterMoveStats* fmh  = (ss-2)->counterMoves;
870     const CounterMoveStats* fmh2 = (ss-4)->counterMoves;
871
872     MovePicker mp(pos, ttMove, depth, ss);
873     CheckInfo ci(pos);
874     value = bestValue; // Workaround a bogus 'uninitialized' warning under gcc
875     improving =   ss->staticEval >= (ss-2)->staticEval
876                || ss->staticEval == VALUE_NONE
877                ||(ss-2)->staticEval == VALUE_NONE;
878
879     singularExtensionNode =   !rootNode
880                            &&  depth >= 8 * ONE_PLY
881                            &&  ttMove != MOVE_NONE
882                        /*  &&  ttValue != VALUE_NONE Already implicit in the next condition */
883                            &&  abs(ttValue) < VALUE_KNOWN_WIN
884                            && !excludedMove // Recursive singular search is not allowed
885                            && (tte->bound() & BOUND_LOWER)
886                            &&  tte->depth() >= depth - 3 * ONE_PLY;
887
888     // Step 11. Loop through moves
889     // Loop through all pseudo-legal moves until no moves remain or a beta cutoff occurs
890     while ((move = mp.next_move()) != MOVE_NONE)
891     {
892       assert(is_ok(move));
893
894       if (move == excludedMove)
895           continue;
896
897       // At root obey the "searchmoves" option and skip moves not listed in Root
898       // Move List. As a consequence any illegal move is also skipped. In MultiPV
899       // mode we also skip PV moves which have been already searched.
900       if (rootNode && !std::count(thisThread->rootMoves.begin() + thisThread->PVIdx,
901                                   thisThread->rootMoves.end(), move))
902           continue;
903
904       ss->moveCount = ++moveCount;
905
906       if (rootNode && thisThread == Threads.main() && Time.elapsed() > 3000)
907           sync_cout << "info depth " << depth / ONE_PLY
908                     << " currmove " << UCI::move(move, pos.is_chess960())
909                     << " currmovenumber " << moveCount + thisThread->PVIdx << sync_endl;
910
911       if (PvNode)
912           (ss+1)->pv = nullptr;
913
914       extension = DEPTH_ZERO;
915       captureOrPromotion = pos.capture_or_promotion(move);
916       moved_piece = pos.moved_piece(move);
917
918       givesCheck =  type_of(move) == NORMAL && !ci.dcCandidates
919                   ? ci.checkSquares[type_of(pos.piece_on(from_sq(move)))] & to_sq(move)
920                   : pos.gives_check(move, ci);
921
922       // Step 12. Extend checks
923       if (givesCheck && pos.see_sign(move) >= VALUE_ZERO)
924           extension = ONE_PLY;
925
926       // Singular extension search. If all moves but one fail low on a search of
927       // (alpha-s, beta-s), and just one fails high on (alpha, beta), then that move
928       // is singular and should be extended. To verify this we do a reduced search
929       // on all the other moves but the ttMove and if the result is lower than
930       // ttValue minus a margin then we extend the ttMove.
931       if (    singularExtensionNode
932           &&  move == ttMove
933           && !extension
934           &&  pos.legal(move, ci.pinned))
935       {
936           Value rBeta = ttValue - 2 * depth / ONE_PLY;
937           ss->excludedMove = move;
938           ss->skipEarlyPruning = true;
939           value = search<NonPV>(pos, ss, rBeta - 1, rBeta, depth / 2, cutNode);
940           ss->skipEarlyPruning = false;
941           ss->excludedMove = MOVE_NONE;
942
943           if (value < rBeta)
944               extension = ONE_PLY;
945       }
946
947       // Update the current move (this must be done after singular extension search)
948       newDepth = depth - ONE_PLY + extension;
949
950       // Step 13. Pruning at shallow depth
951       if (   !rootNode
952           && !captureOrPromotion
953           && !inCheck
954           && !givesCheck
955           && !pos.advanced_pawn_push(move)
956           &&  bestValue > VALUE_MATED_IN_MAX_PLY)
957       {
958           // Move count based pruning
959           if (   depth < 16 * ONE_PLY
960               && moveCount >= FutilityMoveCounts[improving][depth])
961               continue;
962
963           // Countermoves based pruning
964           if (   depth <= 4 * ONE_PLY
965               && move != ss->killers[0]
966               && (!cmh  || (*cmh )[moved_piece][to_sq(move)] < VALUE_ZERO)
967               && (!fmh  || (*fmh )[moved_piece][to_sq(move)] < VALUE_ZERO)
968               && (!fmh2 || (*fmh2)[moved_piece][to_sq(move)] < VALUE_ZERO || (cmh && fmh)))
969               continue;
970
971           predictedDepth = std::max(newDepth - reduction<PvNode>(improving, depth, moveCount), DEPTH_ZERO);
972
973           // Futility pruning: parent node
974           if (predictedDepth < 7 * ONE_PLY)
975           {
976               futilityValue = ss->staticEval + futility_margin(predictedDepth) + 256;
977
978               if (futilityValue <= alpha)
979               {
980                   bestValue = std::max(bestValue, futilityValue);
981                   continue;
982               }
983           }
984
985           // Prune moves with negative SEE at low depths
986           if (predictedDepth < 4 * ONE_PLY && pos.see_sign(move) < VALUE_ZERO)
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, ci.pinned))
995       {
996           ss->moveCount = --moveCount;
997           continue;
998       }
999
1000       ss->currentMove = move;
1001       ss->counterMoves = &CounterMoveHistory[moved_piece][to_sq(move)];
1002
1003       // Step 14. Make the move
1004       pos.do_move(move, st, givesCheck);
1005
1006       // Step 15. Reduced depth search (LMR). If the move fails high it will be
1007       // re-searched at full depth.
1008       if (    depth >= 3 * ONE_PLY
1009           &&  moveCount > 1
1010           && !captureOrPromotion)
1011       {
1012           Depth r = reduction<PvNode>(improving, depth, moveCount);
1013           Value val = thisThread->history[moved_piece][to_sq(move)]
1014                      +    (cmh  ? (*cmh )[moved_piece][to_sq(move)] : VALUE_ZERO)
1015                      +    (fmh  ? (*fmh )[moved_piece][to_sq(move)] : VALUE_ZERO)
1016                      +    (fmh2 ? (*fmh2)[moved_piece][to_sq(move)] : VALUE_ZERO);
1017
1018           // Increase reduction for cut nodes
1019           if (!PvNode && cutNode)
1020               r += ONE_PLY;
1021
1022           // Decrease/increase reduction for moves with a good/bad history
1023           int rHist = (val - 10000) / 20000;
1024           r = std::max(DEPTH_ZERO, r - rHist * ONE_PLY);
1025
1026           // Decrease reduction for moves that escape a capture. Filter out
1027           // castling moves, because they are coded as "king captures rook" and
1028           // hence break make_move(). Also use see() instead of see_sign(),
1029           // because the destination square is empty.
1030           if (   r
1031               && type_of(move) == NORMAL
1032               && type_of(pos.piece_on(to_sq(move))) != PAWN
1033               && pos.see(make_move(to_sq(move), from_sq(move))) < VALUE_ZERO)
1034               r = std::max(DEPTH_ZERO, r - ONE_PLY);
1035
1036           Depth d = std::max(newDepth - r, ONE_PLY);
1037
1038           value = -search<NonPV>(pos, ss+1, -(alpha+1), -alpha, d, true);
1039
1040           doFullDepthSearch = (value > alpha && r != DEPTH_ZERO);
1041       }
1042       else
1043           doFullDepthSearch = !PvNode || moveCount > 1;
1044
1045       // Step 16. Full depth search when LMR is skipped or fails high
1046       if (doFullDepthSearch)
1047           value = newDepth <   ONE_PLY ?
1048                             givesCheck ? -qsearch<NonPV,  true>(pos, ss+1, -(alpha+1), -alpha, DEPTH_ZERO)
1049                                        : -qsearch<NonPV, false>(pos, ss+1, -(alpha+1), -alpha, DEPTH_ZERO)
1050                                        : - search<NonPV>(pos, ss+1, -(alpha+1), -alpha, newDepth, !cutNode);
1051
1052       // For PV nodes only, do a full PV search on the first move or after a fail
1053       // high (in the latter case search only if value < beta), otherwise let the
1054       // parent node fail low with value <= alpha and try another move.
1055       if (PvNode && (moveCount == 1 || (value > alpha && (rootNode || value < beta))))
1056       {
1057           (ss+1)->pv = pv;
1058           (ss+1)->pv[0] = MOVE_NONE;
1059
1060           value = newDepth <   ONE_PLY ?
1061                             givesCheck ? -qsearch<PV,  true>(pos, ss+1, -beta, -alpha, DEPTH_ZERO)
1062                                        : -qsearch<PV, false>(pos, ss+1, -beta, -alpha, DEPTH_ZERO)
1063                                        : - search<PV>(pos, ss+1, -beta, -alpha, newDepth, false);
1064       }
1065
1066       // Step 17. Undo move
1067       pos.undo_move(move);
1068
1069       assert(value > -VALUE_INFINITE && value < VALUE_INFINITE);
1070
1071       // Step 18. Check for a new best move
1072       // Finished searching the move. If a stop occurred, the return value of
1073       // the search cannot be trusted, and we return immediately without
1074       // updating best move, PV and TT.
1075       if (Signals.stop.load(std::memory_order_relaxed))
1076           return VALUE_ZERO;
1077
1078       if (rootNode)
1079       {
1080           RootMove& rm = *std::find(thisThread->rootMoves.begin(),
1081                                     thisThread->rootMoves.end(), move);
1082
1083           // PV move or new best move ?
1084           if (moveCount == 1 || value > alpha)
1085           {
1086               rm.score = value;
1087               rm.pv.resize(1);
1088
1089               assert((ss+1)->pv);
1090
1091               for (Move* m = (ss+1)->pv; *m != MOVE_NONE; ++m)
1092                   rm.pv.push_back(*m);
1093
1094               // We record how often the best move has been changed in each
1095               // iteration. This information is used for time management: When
1096               // the best move changes frequently, we allocate some more time.
1097               if (moveCount > 1 && thisThread == Threads.main())
1098                   ++static_cast<MainThread*>(thisThread)->bestMoveChanges;
1099           }
1100           else
1101               // All other moves but the PV are set to the lowest value: this is
1102               // not a problem when sorting because the sort is stable and the
1103               // move position in the list is preserved - just the PV is pushed up.
1104               rm.score = -VALUE_INFINITE;
1105       }
1106
1107       if (value > bestValue)
1108       {
1109           bestValue = value;
1110
1111           if (value > alpha)
1112           {
1113               // If there is an easy move for this position, clear it if unstable
1114               if (    PvNode
1115                   &&  thisThread == Threads.main()
1116                   &&  EasyMove.get(pos.key())
1117                   && (move != EasyMove.get(pos.key()) || moveCount > 1))
1118                   EasyMove.clear();
1119
1120               bestMove = move;
1121
1122               if (PvNode && !rootNode) // Update pv even in fail-high case
1123                   update_pv(ss->pv, move, (ss+1)->pv);
1124
1125               if (PvNode && value < beta) // Update alpha! Always alpha < beta
1126                   alpha = value;
1127               else
1128               {
1129                   assert(value >= beta); // Fail high
1130                   break;
1131               }
1132           }
1133       }
1134
1135       if (!captureOrPromotion && move != bestMove && quietCount < 64)
1136           quietsSearched[quietCount++] = move;
1137     }
1138
1139     // The following condition would detect a stop only after move loop has been
1140     // completed. But in this case bestValue is valid because we have fully
1141     // searched our subtree, and we can anyhow save the result in TT.
1142     /*
1143        if (Signals.stop)
1144         return VALUE_DRAW;
1145     */
1146
1147     // Step 20. Check for mate and stalemate
1148     // All legal moves have been searched and if there are no legal moves, it
1149     // must be a mate or a stalemate. If we are in a singular extension search then
1150     // return a fail low score.
1151     if (!moveCount)
1152         bestValue = excludedMove ? alpha
1153                    :     inCheck ? mated_in(ss->ply) : DrawValue[pos.side_to_move()];
1154
1155     // Quiet best move: update killers, history and countermoves
1156     else if (bestMove && !pos.capture_or_promotion(bestMove))
1157         update_stats(pos, ss, bestMove, depth, quietsSearched, quietCount);
1158
1159     // Bonus for prior countermove that caused the fail low
1160     else if (    depth >= 3 * ONE_PLY
1161              && !bestMove
1162              && !inCheck
1163              && !pos.captured_piece_type()
1164              && is_ok((ss-1)->currentMove))
1165     {
1166         Value bonus = Value((depth / ONE_PLY) * (depth / ONE_PLY) + depth / ONE_PLY - 1);
1167         if ((ss-2)->counterMoves)
1168             (ss-2)->counterMoves->update(pos.piece_on(prevSq), prevSq, bonus);
1169
1170         if ((ss-3)->counterMoves)
1171             (ss-3)->counterMoves->update(pos.piece_on(prevSq), prevSq, bonus);
1172
1173         if ((ss-5)->counterMoves)
1174             (ss-5)->counterMoves->update(pos.piece_on(prevSq), prevSq, bonus);
1175     }
1176
1177     tte->save(posKey, value_to_tt(bestValue, ss->ply),
1178               bestValue >= beta ? BOUND_LOWER :
1179               PvNode && bestMove ? BOUND_EXACT : BOUND_UPPER,
1180               depth, bestMove, ss->staticEval, TT.generation());
1181
1182     assert(bestValue > -VALUE_INFINITE && bestValue < VALUE_INFINITE);
1183
1184     return bestValue;
1185   }
1186
1187
1188   // qsearch() is the quiescence search function, which is called by the main
1189   // search function when the remaining depth is zero (or, to be more precise,
1190   // less than ONE_PLY).
1191
1192   template <NodeType NT, bool InCheck>
1193   Value qsearch(Position& pos, Stack* ss, Value alpha, Value beta, Depth depth) {
1194
1195     const bool PvNode = NT == PV;
1196
1197     assert(InCheck == !!pos.checkers());
1198     assert(alpha >= -VALUE_INFINITE && alpha < beta && beta <= VALUE_INFINITE);
1199     assert(PvNode || (alpha == beta - 1));
1200     assert(depth <= DEPTH_ZERO);
1201
1202     Move pv[MAX_PLY+1];
1203     StateInfo st;
1204     TTEntry* tte;
1205     Key posKey;
1206     Move ttMove, move, bestMove;
1207     Value bestValue, value, ttValue, futilityValue, futilityBase, oldAlpha;
1208     bool ttHit, givesCheck, evasionPrunable;
1209     Depth ttDepth;
1210
1211     if (PvNode)
1212     {
1213         oldAlpha = alpha; // To flag BOUND_EXACT when eval above alpha and no available moves
1214         (ss+1)->pv = pv;
1215         ss->pv[0] = MOVE_NONE;
1216     }
1217
1218     ss->currentMove = bestMove = MOVE_NONE;
1219     ss->ply = (ss-1)->ply + 1;
1220
1221     // Check for an instant draw or if the maximum ply has been reached
1222     if (pos.is_draw() || ss->ply >= MAX_PLY)
1223         return ss->ply >= MAX_PLY && !InCheck ? evaluate(pos)
1224                                               : DrawValue[pos.side_to_move()];
1225
1226     assert(0 <= ss->ply && ss->ply < MAX_PLY);
1227
1228     // Decide whether or not to include checks: this fixes also the type of
1229     // TT entry depth that we are going to use. Note that in qsearch we use
1230     // only two types of depth in TT: DEPTH_QS_CHECKS or DEPTH_QS_NO_CHECKS.
1231     ttDepth = InCheck || depth >= DEPTH_QS_CHECKS ? DEPTH_QS_CHECKS
1232                                                   : DEPTH_QS_NO_CHECKS;
1233
1234     // Transposition table lookup
1235     posKey = pos.key();
1236     tte = TT.probe(posKey, ttHit);
1237     ttMove = ttHit ? tte->move() : MOVE_NONE;
1238     ttValue = ttHit ? value_from_tt(tte->value(), ss->ply) : VALUE_NONE;
1239
1240     if (  !PvNode
1241         && ttHit
1242         && tte->depth() >= ttDepth
1243         && ttValue != VALUE_NONE // Only in case of TT access race
1244         && (ttValue >= beta ? (tte->bound() &  BOUND_LOWER)
1245                             : (tte->bound() &  BOUND_UPPER)))
1246     {
1247         ss->currentMove = ttMove; // Can be MOVE_NONE
1248         return ttValue;
1249     }
1250
1251     // Evaluate the position statically
1252     if (InCheck)
1253     {
1254         ss->staticEval = VALUE_NONE;
1255         bestValue = futilityBase = -VALUE_INFINITE;
1256     }
1257     else
1258     {
1259         if (ttHit)
1260         {
1261             // Never assume anything on values stored in TT
1262             if ((ss->staticEval = bestValue = tte->eval()) == VALUE_NONE)
1263                 ss->staticEval = bestValue = evaluate(pos);
1264
1265             // Can ttValue be used as a better position evaluation?
1266             if (ttValue != VALUE_NONE)
1267                 if (tte->bound() & (ttValue > bestValue ? BOUND_LOWER : BOUND_UPPER))
1268                     bestValue = ttValue;
1269         }
1270         else
1271             ss->staticEval = bestValue =
1272             (ss-1)->currentMove != MOVE_NULL ? evaluate(pos)
1273                                              : -(ss-1)->staticEval + 2 * Eval::Tempo;
1274
1275         // Stand pat. Return immediately if static value is at least beta
1276         if (bestValue >= beta)
1277         {
1278             if (!ttHit)
1279                 tte->save(pos.key(), value_to_tt(bestValue, ss->ply), BOUND_LOWER,
1280                           DEPTH_NONE, MOVE_NONE, ss->staticEval, TT.generation());
1281
1282             return bestValue;
1283         }
1284
1285         if (PvNode && bestValue > alpha)
1286             alpha = bestValue;
1287
1288         futilityBase = bestValue + 128;
1289     }
1290
1291     // Initialize a MovePicker object for the current position, and prepare
1292     // to search the moves. Because the depth is <= 0 here, only captures,
1293     // queen promotions and checks (only if depth >= DEPTH_QS_CHECKS) will
1294     // be generated.
1295     MovePicker mp(pos, ttMove, depth, to_sq((ss-1)->currentMove));
1296     CheckInfo ci(pos);
1297
1298     // Loop through the moves until no moves remain or a beta cutoff occurs
1299     while ((move = mp.next_move()) != MOVE_NONE)
1300     {
1301       assert(is_ok(move));
1302
1303       givesCheck =  type_of(move) == NORMAL && !ci.dcCandidates
1304                   ? ci.checkSquares[type_of(pos.piece_on(from_sq(move)))] & to_sq(move)
1305                   : pos.gives_check(move, ci);
1306
1307       // Futility pruning
1308       if (   !InCheck
1309           && !givesCheck
1310           &&  futilityBase > -VALUE_KNOWN_WIN
1311           && !pos.advanced_pawn_push(move))
1312       {
1313           assert(type_of(move) != ENPASSANT); // Due to !pos.advanced_pawn_push
1314
1315           futilityValue = futilityBase + PieceValue[EG][pos.piece_on(to_sq(move))];
1316
1317           if (futilityValue <= alpha)
1318           {
1319               bestValue = std::max(bestValue, futilityValue);
1320               continue;
1321           }
1322
1323           if (futilityBase <= alpha && pos.see(move) <= VALUE_ZERO)
1324           {
1325               bestValue = std::max(bestValue, futilityBase);
1326               continue;
1327           }
1328       }
1329
1330       // Detect non-capture evasions that are candidates to be pruned
1331       evasionPrunable =    InCheck
1332                        &&  bestValue > VALUE_MATED_IN_MAX_PLY
1333                        && !pos.capture(move);
1334
1335       // Don't search moves with negative SEE values
1336       if (  (!InCheck || evasionPrunable)
1337           &&  type_of(move) != PROMOTION
1338           &&  pos.see_sign(move) < VALUE_ZERO)
1339           continue;
1340
1341       // Speculative prefetch as early as possible
1342       prefetch(TT.first_entry(pos.key_after(move)));
1343
1344       // Check for legality just before making the move
1345       if (!pos.legal(move, ci.pinned))
1346           continue;
1347
1348       ss->currentMove = move;
1349
1350       // Make and search the move
1351       pos.do_move(move, st, givesCheck);
1352       value = givesCheck ? -qsearch<NT,  true>(pos, ss+1, -beta, -alpha, depth - ONE_PLY)
1353                          : -qsearch<NT, false>(pos, ss+1, -beta, -alpha, depth - ONE_PLY);
1354       pos.undo_move(move);
1355
1356       assert(value > -VALUE_INFINITE && value < VALUE_INFINITE);
1357
1358       // Check for a new best move
1359       if (value > bestValue)
1360       {
1361           bestValue = value;
1362
1363           if (value > alpha)
1364           {
1365               if (PvNode) // Update pv even in fail-high case
1366                   update_pv(ss->pv, move, (ss+1)->pv);
1367
1368               if (PvNode && value < beta) // Update alpha here!
1369               {
1370                   alpha = value;
1371                   bestMove = move;
1372               }
1373               else // Fail high
1374               {
1375                   tte->save(posKey, value_to_tt(value, ss->ply), BOUND_LOWER,
1376                             ttDepth, move, ss->staticEval, TT.generation());
1377
1378                   return value;
1379               }
1380           }
1381        }
1382     }
1383
1384     // All legal moves have been searched. A special case: If we're in check
1385     // and no legal moves were found, it is checkmate.
1386     if (InCheck && bestValue == -VALUE_INFINITE)
1387         return mated_in(ss->ply); // Plies to mate from the root
1388
1389     tte->save(posKey, value_to_tt(bestValue, ss->ply),
1390               PvNode && bestValue > oldAlpha ? BOUND_EXACT : BOUND_UPPER,
1391               ttDepth, bestMove, ss->staticEval, TT.generation());
1392
1393     assert(bestValue > -VALUE_INFINITE && bestValue < VALUE_INFINITE);
1394
1395     return bestValue;
1396   }
1397
1398
1399   // value_to_tt() adjusts a mate score from "plies to mate from the root" to
1400   // "plies to mate from the current position". Non-mate scores are unchanged.
1401   // The function is called before storing a value in the transposition table.
1402
1403   Value value_to_tt(Value v, int ply) {
1404
1405     assert(v != VALUE_NONE);
1406
1407     return  v >= VALUE_MATE_IN_MAX_PLY  ? v + ply
1408           : v <= VALUE_MATED_IN_MAX_PLY ? v - ply : v;
1409   }
1410
1411
1412   // value_from_tt() is the inverse of value_to_tt(): It adjusts a mate score
1413   // from the transposition table (which refers to the plies to mate/be mated
1414   // from current position) to "plies to mate/be mated from the root".
1415
1416   Value value_from_tt(Value v, int ply) {
1417
1418     return  v == VALUE_NONE             ? VALUE_NONE
1419           : v >= VALUE_MATE_IN_MAX_PLY  ? v - ply
1420           : v <= VALUE_MATED_IN_MAX_PLY ? v + ply : v;
1421   }
1422
1423
1424   // update_pv() adds current move and appends child pv[]
1425
1426   void update_pv(Move* pv, Move move, Move* childPv) {
1427
1428     for (*pv++ = move; childPv && *childPv != MOVE_NONE; )
1429         *pv++ = *childPv++;
1430     *pv = MOVE_NONE;
1431   }
1432
1433
1434   // update_stats() updates killers, history, countermove and countermove plus
1435   // follow-up move history when a new quiet best move is found.
1436
1437   void update_stats(const Position& pos, Stack* ss, Move move,
1438                     Depth depth, Move* quiets, int quietsCnt) {
1439
1440     if (ss->killers[0] != move)
1441     {
1442         ss->killers[1] = ss->killers[0];
1443         ss->killers[0] = move;
1444     }
1445
1446     Value bonus = Value((depth / ONE_PLY) * (depth / ONE_PLY) + depth / ONE_PLY - 1);
1447
1448     Square prevSq = to_sq((ss-1)->currentMove);
1449     CounterMoveStats* cmh  = (ss-1)->counterMoves;
1450     CounterMoveStats* fmh  = (ss-2)->counterMoves;
1451     CounterMoveStats* fmh2 = (ss-4)->counterMoves;
1452     Thread* thisThread = pos.this_thread();
1453
1454     thisThread->history.update(pos.moved_piece(move), to_sq(move), bonus);
1455
1456     if (cmh)
1457     {
1458         thisThread->counterMoves.update(pos.piece_on(prevSq), prevSq, move);
1459         cmh->update(pos.moved_piece(move), to_sq(move), bonus);
1460     }
1461
1462     if (fmh)
1463         fmh->update(pos.moved_piece(move), to_sq(move), bonus);
1464
1465     if (fmh2)
1466         fmh2->update(pos.moved_piece(move), to_sq(move), bonus);
1467
1468     // Decrease all the other played quiet moves
1469     for (int i = 0; i < quietsCnt; ++i)
1470     {
1471         thisThread->history.update(pos.moved_piece(quiets[i]), to_sq(quiets[i]), -bonus);
1472
1473         if (cmh)
1474             cmh->update(pos.moved_piece(quiets[i]), to_sq(quiets[i]), -bonus);
1475
1476         if (fmh)
1477             fmh->update(pos.moved_piece(quiets[i]), to_sq(quiets[i]), -bonus);
1478
1479         if (fmh2)
1480             fmh2->update(pos.moved_piece(quiets[i]), to_sq(quiets[i]), -bonus);
1481     }
1482
1483     // Extra penalty for a quiet TT move in previous ply when it gets refuted
1484     if ((ss-1)->moveCount == 1 && !pos.captured_piece_type())
1485     {
1486         if ((ss-2)->counterMoves)
1487             (ss-2)->counterMoves->update(pos.piece_on(prevSq), prevSq, -bonus - 2 * (depth + 1) / ONE_PLY);
1488
1489         if ((ss-3)->counterMoves)
1490             (ss-3)->counterMoves->update(pos.piece_on(prevSq), prevSq, -bonus - 2 * (depth + 1) / ONE_PLY);
1491
1492         if ((ss-5)->counterMoves)
1493             (ss-5)->counterMoves->update(pos.piece_on(prevSq), prevSq, -bonus - 2 * (depth + 1) / ONE_PLY);
1494     }
1495   }
1496
1497
1498   // When playing with strength handicap, choose best move among a set of RootMoves
1499   // using a statistical rule dependent on 'level'. Idea by Heinz van Saanen.
1500
1501   Move Skill::pick_best(size_t multiPV) {
1502
1503     const RootMoves& rootMoves = Threads.main()->rootMoves;
1504     static PRNG rng(now()); // PRNG sequence should be non-deterministic
1505
1506     // RootMoves are already sorted by score in descending order
1507     Value topScore = rootMoves[0].score;
1508     int delta = std::min(topScore - rootMoves[multiPV - 1].score, PawnValueMg);
1509     int weakness = 120 - 2 * level;
1510     int maxScore = -VALUE_INFINITE;
1511
1512     // Choose best move. For each move score we add two terms, both dependent on
1513     // weakness. One is deterministic and bigger for weaker levels, and one is
1514     // random. Then we choose the move with the resulting highest score.
1515     for (size_t i = 0; i < multiPV; ++i)
1516     {
1517         // This is our magic formula
1518         int push = (  weakness * int(topScore - rootMoves[i].score)
1519                     + delta * (rng.rand<unsigned>() % weakness)) / 128;
1520
1521         if (rootMoves[i].score + push > maxScore)
1522         {
1523             maxScore = rootMoves[i].score + push;
1524             best = rootMoves[i].pv[0];
1525         }
1526     }
1527
1528     return best;
1529   }
1530
1531
1532   // check_time() is used to print debug info and, more importantly, to detect
1533   // when we are out of available time and thus stop the search.
1534
1535   void check_time() {
1536
1537     static TimePoint lastInfoTime = now();
1538
1539     int elapsed = Time.elapsed();
1540     TimePoint tick = Limits.startTime + elapsed;
1541
1542     if (tick - lastInfoTime >= 1000)
1543     {
1544         lastInfoTime = tick;
1545         dbg_print();
1546     }
1547
1548     // An engine may not stop pondering until told so by the GUI
1549     if (Limits.ponder)
1550         return;
1551
1552     if (   (Limits.use_time_management() && elapsed > Time.maximum() - 10)
1553         || (Limits.movetime && elapsed >= Limits.movetime)
1554         || (Limits.nodes && Threads.nodes_searched() >= Limits.nodes))
1555             Signals.stop = true;
1556   }
1557
1558 } // namespace
1559
1560
1561 /// UCI::pv() formats PV information according to the UCI protocol. UCI requires
1562 /// that all (if any) unsearched PV lines are sent using a previous search score.
1563
1564 string UCI::pv(const Position& pos, Depth depth, Value alpha, Value beta) {
1565
1566   std::stringstream ss;
1567   int elapsed = Time.elapsed() + 1;
1568   const RootMoves& rootMoves = pos.this_thread()->rootMoves;
1569   size_t PVIdx = pos.this_thread()->PVIdx;
1570   size_t multiPV = std::min((size_t)Options["MultiPV"], rootMoves.size());
1571   uint64_t nodes_searched = Threads.nodes_searched();
1572
1573   for (size_t i = 0; i < multiPV; ++i)
1574   {
1575       bool updated = (i <= PVIdx);
1576
1577       if (depth == ONE_PLY && !updated)
1578           continue;
1579
1580       Depth d = updated ? depth : depth - ONE_PLY;
1581       Value v = updated ? rootMoves[i].score : rootMoves[i].previousScore;
1582
1583       bool tb = TB::RootInTB && abs(v) < VALUE_MATE - MAX_PLY;
1584       v = tb ? TB::Score : v;
1585
1586       if (ss.rdbuf()->in_avail()) // Not at first line
1587           ss << "\n";
1588
1589       ss << "info"
1590          << " depth "    << d / ONE_PLY
1591          << " seldepth " << pos.this_thread()->maxPly
1592          << " multipv "  << i + 1
1593          << " score "    << UCI::value(v);
1594
1595       if (!tb && i == PVIdx)
1596           ss << (v >= beta ? " lowerbound" : v <= alpha ? " upperbound" : "");
1597
1598       ss << " nodes "    << nodes_searched
1599          << " nps "      << nodes_searched * 1000 / elapsed;
1600
1601       if (elapsed > 1000) // Earlier makes little sense
1602           ss << " hashfull " << TT.hashfull();
1603
1604       ss << " tbhits "   << TB::Hits
1605          << " time "     << elapsed
1606          << " pv";
1607
1608       for (Move m : rootMoves[i].pv)
1609           ss << " " << UCI::move(m, pos.is_chess960());
1610   }
1611
1612   return ss.str();
1613 }
1614
1615
1616 /// RootMove::insert_pv_in_tt() is called at the end of a search iteration, and
1617 /// inserts the PV back into the TT. This makes sure the old PV moves are searched
1618 /// first, even if the old TT entries have been overwritten.
1619
1620 void RootMove::insert_pv_in_tt(Position& pos) {
1621
1622   StateInfo state[MAX_PLY], *st = state;
1623   bool ttHit;
1624
1625   for (Move m : pv)
1626   {
1627       assert(MoveList<LEGAL>(pos).contains(m));
1628
1629       TTEntry* tte = TT.probe(pos.key(), ttHit);
1630
1631       if (!ttHit || tte->move() != m) // Don't overwrite correct entries
1632           tte->save(pos.key(), VALUE_NONE, BOUND_NONE, DEPTH_NONE,
1633                     m, VALUE_NONE, TT.generation());
1634
1635       pos.do_move(m, *st++, pos.gives_check(m, CheckInfo(pos)));
1636   }
1637
1638   for (size_t i = pv.size(); i > 0; )
1639       pos.undo_move(pv[--i]);
1640 }
1641
1642
1643 /// RootMove::extract_ponder_from_tt() is called in case we have no ponder move
1644 /// before exiting the search, for instance, in case we stop the search during a
1645 /// fail high at root. We try hard to have a ponder move to return to the GUI,
1646 /// otherwise in case of 'ponder on' we have nothing to think on.
1647
1648 bool RootMove::extract_ponder_from_tt(Position& pos)
1649 {
1650     StateInfo st;
1651     bool ttHit;
1652
1653     assert(pv.size() == 1);
1654
1655     pos.do_move(pv[0], st, pos.gives_check(pv[0], CheckInfo(pos)));
1656     TTEntry* tte = TT.probe(pos.key(), ttHit);
1657     pos.undo_move(pv[0]);
1658
1659     if (ttHit)
1660     {
1661         Move m = tte->move(); // Local copy to be SMP safe
1662         if (MoveList<LEGAL>(pos).contains(m))
1663            return pv.push_back(m), true;
1664     }
1665
1666     return false;
1667 }