3c34f185c35eda640b5022851eccdf65631a588a
[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
6   Stockfish is free software: you can redistribute it and/or modify
7   it under the terms of the GNU General Public License as published by
8   the Free Software Foundation, either version 3 of the License, or
9   (at your option) any later version.
10
11   Stockfish is distributed in the hope that it will be useful,
12   but WITHOUT ANY WARRANTY; without even the implied warranty of
13   MERCHANTABILITY or FITNESS FOR A PARTICULAR PURPOSE.  See the
14   GNU General Public License for more details.
15
16   You should have received a copy of the GNU General Public License
17   along with this program.  If not, see <http://www.gnu.org/licenses/>.
18 */
19
20 #include <algorithm>
21 #include <cassert>
22 #include <cmath>
23 #include <cstring>   // For std::memset
24 #include <iostream>
25 #include <sstream>
26
27 #include "evaluate.h"
28 #include "misc.h"
29 #include "movegen.h"
30 #include "movepick.h"
31 #include "search.h"
32 #include "timeman.h"
33 #include "thread.h"
34 #include "tt.h"
35 #include "uci.h"
36 #include "syzygy/tbprobe.h"
37
38 namespace Search {
39
40   SignalsType Signals;
41   LimitsType Limits;
42   StateStackPtr SetupStates;
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 template parameter
64   enum NodeType { Root, PV, NonPV };
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 struct is used to implement strength limiting
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 struct is used to detect a so called 'easy move'; when PV is
91   // stable across multiple search iterations we can fast 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 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   EasyMoveManager EasyMove;
130   double BestMoveChanges;
131   Value DrawValue[COLOR_NB];
132   CounterMovesHistoryStats CounterMovesHistory;
133
134   template <NodeType NT>
135   Value search(Position& pos, Stack* ss, Value alpha, Value beta, Depth depth, bool cutNode);
136
137   template <NodeType NT, bool InCheck>
138   Value qsearch(Position& pos, Stack* ss, Value alpha, Value beta, Depth depth);
139
140   Value value_to_tt(Value v, int ply);
141   Value value_from_tt(Value v, int ply);
142   void update_pv(Move* pv, Move move, Move* childPv);
143   void update_stats(const Position& pos, Stack* ss, Move move, Depth depth, Move* quiets, int quietsCnt);
144   void check_time();
145
146 } // namespace
147
148
149 /// Search::init() is called during startup to initialize various lookup tables
150
151 void Search::init() {
152
153   const double K[][2] = {{ 0.799, 2.281 }, { 0.484, 3.023 }};
154
155   for (int pv = 0; pv <= 1; ++pv)
156       for (int imp = 0; imp <= 1; ++imp)
157           for (int d = 1; d < 64; ++d)
158               for (int mc = 1; mc < 64; ++mc)
159               {
160                   double r = K[pv][0] + log(d) * log(mc) / K[pv][1];
161
162                   if (r >= 1.5)
163                       Reductions[pv][imp][d][mc] = int(r) * ONE_PLY;
164
165                   // Increase reduction when eval is not improving
166                   if (!pv && !imp && Reductions[pv][imp][d][mc] >= 2 * ONE_PLY)
167                       Reductions[pv][imp][d][mc] += ONE_PLY;
168               }
169
170   for (int d = 0; d < 16; ++d)
171   {
172       FutilityMoveCounts[0][d] = int(2.4 + 0.773 * pow(d + 0.00, 1.8));
173       FutilityMoveCounts[1][d] = int(2.9 + 1.045 * pow(d + 0.49, 1.8));
174   }
175 }
176
177
178 /// Search::clear() resets to zero search state, to obtain reproducible results
179
180 void Search::clear() {
181
182   TT.clear();
183   CounterMovesHistory.clear();
184
185   for (Thread* th : Threads)
186   {
187       th->history.clear();
188       th->counterMoves.clear();
189   }
190 }
191
192
193 /// Search::perft() is our utility to verify move generation. All the leaf nodes
194 /// up to the given depth are generated and counted and the sum returned.
195 template<bool Root>
196 uint64_t Search::perft(Position& pos, Depth depth) {
197
198   StateInfo st;
199   uint64_t cnt, nodes = 0;
200   CheckInfo ci(pos);
201   const bool leaf = (depth == 2 * ONE_PLY);
202
203   for (const auto& m : MoveList<LEGAL>(pos))
204   {
205       if (Root && depth <= ONE_PLY)
206           cnt = 1, nodes++;
207       else
208       {
209           pos.do_move(m, st, pos.gives_check(m, ci));
210           cnt = leaf ? MoveList<LEGAL>(pos).size() : perft<false>(pos, depth - ONE_PLY);
211           nodes += cnt;
212           pos.undo_move(m);
213       }
214       if (Root)
215           sync_cout << UCI::move(m, pos.is_chess960()) << ": " << cnt << sync_endl;
216   }
217   return nodes;
218 }
219
220 template uint64_t Search::perft<true>(Position&, Depth);
221
222
223 /// MainThread::search() is called by the main thread when the program receives
224 /// the UCI 'go' command. It searches from root position and at the end prints
225 /// the "bestmove" to output.
226
227 void MainThread::search() {
228
229   Color us = rootPos.side_to_move();
230   Time.init(Limits, us, rootPos.game_ply());
231
232   int contempt = Options["Contempt"] * PawnValueEg / 100; // From centipawns
233   DrawValue[ us] = VALUE_DRAW - Value(contempt);
234   DrawValue[~us] = VALUE_DRAW + Value(contempt);
235
236   TB::Hits = 0;
237   TB::RootInTB = false;
238   TB::UseRule50 = Options["Syzygy50MoveRule"];
239   TB::ProbeDepth = Options["SyzygyProbeDepth"] * ONE_PLY;
240   TB::Cardinality = Options["SyzygyProbeLimit"];
241
242   // Skip TB probing when no TB found: !TBLargest -> !TB::Cardinality
243   if (TB::Cardinality > TB::MaxCardinality)
244   {
245       TB::Cardinality = TB::MaxCardinality;
246       TB::ProbeDepth = DEPTH_ZERO;
247   }
248
249   if (rootMoves.empty())
250   {
251       rootMoves.push_back(RootMove(MOVE_NONE));
252       sync_cout << "info depth 0 score "
253                 << UCI::value(rootPos.checkers() ? -VALUE_MATE : VALUE_DRAW)
254                 << sync_endl;
255   }
256   else
257   {
258       if (TB::Cardinality >=  rootPos.count<ALL_PIECES>(WHITE)
259                             + rootPos.count<ALL_PIECES>(BLACK))
260       {
261           // If the current root position is in the tablebases then RootMoves
262           // contains only moves that preserve the draw or win.
263           TB::RootInTB = Tablebases::root_probe(rootPos, rootMoves, TB::Score);
264
265           if (TB::RootInTB)
266               TB::Cardinality = 0; // Do not probe tablebases during the search
267
268           else // If DTZ tables are missing, use WDL tables as a fallback
269           {
270               // Filter out moves that do not preserve a draw or win
271               TB::RootInTB = Tablebases::root_probe_wdl(rootPos, rootMoves, TB::Score);
272
273               // Only probe during search if winning
274               if (TB::Score <= VALUE_DRAW)
275                   TB::Cardinality = 0;
276           }
277
278           if (TB::RootInTB)
279           {
280               TB::Hits = rootMoves.size();
281
282               if (!TB::UseRule50)
283                   TB::Score =  TB::Score > VALUE_DRAW ?  VALUE_MATE - MAX_PLY - 1
284                              : TB::Score < VALUE_DRAW ? -VALUE_MATE + MAX_PLY + 1
285                                                       :  VALUE_DRAW;
286           }
287       }
288
289       for (Thread* th : Threads)
290       {
291           th->maxPly = 0;
292           th->rootDepth = DEPTH_ZERO;
293           if (th != this)
294           {
295               th->rootPos = Position(rootPos, th);
296               th->rootMoves = rootMoves;
297               th->start_searching();
298           }
299       }
300
301       Thread::search(); // Let's start searching!
302   }
303
304   // When playing in 'nodes as time' mode, subtract the searched nodes from
305   // the available ones before to exit.
306   if (Limits.npmsec)
307       Time.availableNodes += Limits.inc[us] - Threads.nodes_searched();
308
309   // When we reach the maximum depth, we can arrive here without a raise of
310   // Signals.stop. However, if we are pondering or in an infinite search,
311   // the UCI protocol states that we shouldn't print the best move before the
312   // GUI sends a "stop" or "ponderhit" command. We therefore simply wait here
313   // until the GUI sends one of those commands (which also raises Signals.stop).
314   if (!Signals.stop && (Limits.ponder || Limits.infinite))
315   {
316       Signals.stopOnPonderhit = true;
317       wait(Signals.stop);
318   }
319
320   // Stop the threads if not already stopped
321   Signals.stop = true;
322
323   // Wait until all threads have finished
324   for (Thread* th : Threads)
325       if (th != this)
326           th->wait_for_search_finished();
327
328   // Check if there are threads with a better score than main thread.
329   Thread* bestThread = this;
330   if (Options["MultiPV"] == 1 && !Skill(Options["Skill Level"]).enabled())
331       for (Thread* th : Threads)
332           if (   th->completedDepth > bestThread->completedDepth
333               && th->rootMoves[0].score > bestThread->rootMoves[0].score)
334             bestThread = th;
335
336   // Send new PV when needed.
337   // FIXME: Breaks multiPV, and skill levels
338   if (bestThread != this)
339       sync_cout << UCI::pv(bestThread->rootPos, bestThread->completedDepth, -VALUE_INFINITE, VALUE_INFINITE) << sync_endl;
340
341   sync_cout << "bestmove " << UCI::move(bestThread->rootMoves[0].pv[0], rootPos.is_chess960());
342
343   if (bestThread->rootMoves[0].pv.size() > 1 || bestThread->rootMoves[0].extract_ponder_from_tt(rootPos))
344       std::cout << " ponder " << UCI::move(bestThread->rootMoves[0].pv[1], rootPos.is_chess960());
345
346   std::cout << sync_endl;
347 }
348
349
350 // Thread::search() is the main iterative deepening loop. It calls search()
351 // repeatedly with increasing depth until the allocated thinking time has been
352 // consumed, user stops the search, or the maximum search depth is reached.
353
354 void Thread::search() {
355
356   Stack stack[MAX_PLY+4], *ss = stack+2; // To allow referencing (ss-2) and (ss+2)
357   Value bestValue, alpha, beta, delta;
358   Move easyMove = MOVE_NONE;
359   bool isMainThread = (this == Threads.main());
360
361   std::memset(ss-2, 0, 5 * sizeof(Stack));
362
363   bestValue = delta = alpha = -VALUE_INFINITE;
364   beta = VALUE_INFINITE;
365   completedDepth = DEPTH_ZERO;
366
367   if (isMainThread)
368   {
369       easyMove = EasyMove.get(rootPos.key());
370       EasyMove.clear();
371       BestMoveChanges = 0;
372       TT.new_search();
373   }
374
375   size_t multiPV = Options["MultiPV"];
376   Skill skill(Options["Skill Level"]);
377
378   // When playing with strength handicap enable MultiPV search that we will
379   // use behind the scenes to retrieve a set of possible moves.
380   if (skill.enabled())
381       multiPV = std::max(multiPV, (size_t)4);
382
383   multiPV = std::min(multiPV, rootMoves.size());
384
385   // Iterative deepening loop until requested to stop or target depth reached
386   while (++rootDepth < DEPTH_MAX && !Signals.stop && (!Limits.depth || rootDepth <= Limits.depth))
387   {
388       // Set up the new depth for the helper threads
389       if (!isMainThread)
390           rootDepth = std::min(DEPTH_MAX - ONE_PLY, Threads.main()->rootDepth + Depth(int(2.2 * log(1 + this->idx))));
391
392       // Age out PV variability metric
393       if (isMainThread)
394           BestMoveChanges *= 0.5;
395
396       // Save the last iteration's scores before first PV line is searched and
397       // all the move scores except the (new) PV are set to -VALUE_INFINITE.
398       for (RootMove& rm : rootMoves)
399           rm.previousScore = rm.score;
400
401       // MultiPV loop. We perform a full root search for each PV line
402       for (PVIdx = 0; PVIdx < multiPV && !Signals.stop; ++PVIdx)
403       {
404           // Reset aspiration window starting size
405           if (rootDepth >= 5 * ONE_PLY)
406           {
407               delta = Value(18);
408               alpha = std::max(rootMoves[PVIdx].previousScore - delta,-VALUE_INFINITE);
409               beta  = std::min(rootMoves[PVIdx].previousScore + delta, VALUE_INFINITE);
410           }
411
412           // Start with a small aspiration window and, in the case of a fail
413           // high/low, re-search with a bigger window until we're not failing
414           // high/low anymore.
415           while (true)
416           {
417               bestValue = ::search<Root>(rootPos, ss, alpha, beta, rootDepth, false);
418
419               // Bring the best move to the front. It is critical that sorting
420               // is done with a stable algorithm because all the values but the
421               // first and eventually the new best one are set to -VALUE_INFINITE
422               // and we want to keep the same order for all the moves except the
423               // new PV that goes to the front. Note that in case of MultiPV
424               // search the already searched PV lines are preserved.
425               std::stable_sort(rootMoves.begin() + PVIdx, rootMoves.end());
426
427               // Write PV back to transposition table in case the relevant
428               // entries have been overwritten during the search.
429               for (size_t i = 0; i <= PVIdx; ++i)
430                   rootMoves[i].insert_pv_in_tt(rootPos);
431
432               // If search has been stopped break immediately. Sorting and
433               // writing PV back to TT is safe because RootMoves is still
434               // valid, although it refers to previous iteration.
435               if (Signals.stop)
436                   break;
437
438               // When failing high/low give some update (without cluttering
439               // the UI) before a re-search.
440               if (   isMainThread
441                   && multiPV == 1
442                   && (bestValue <= alpha || bestValue >= beta)
443                   && Time.elapsed() > 3000)
444                   sync_cout << UCI::pv(rootPos, rootDepth, alpha, beta) << sync_endl;
445
446               // In case of failing low/high increase aspiration window and
447               // re-search, otherwise exit the loop.
448               if (bestValue <= alpha)
449               {
450                   beta = (alpha + beta) / 2;
451                   alpha = std::max(bestValue - delta, -VALUE_INFINITE);
452
453                   if (isMainThread)
454                   {
455                       Signals.failedLowAtRoot = true;
456                       Signals.stopOnPonderhit = false;
457                   }
458               }
459               else if (bestValue >= beta)
460               {
461                   alpha = (alpha + beta) / 2;
462                   beta = std::min(bestValue + delta, VALUE_INFINITE);
463               }
464               else
465                   break;
466
467               delta += delta / 4 + 5;
468
469               assert(alpha >= -VALUE_INFINITE && beta <= VALUE_INFINITE);
470           }
471
472           // Sort the PV lines searched so far and update the GUI
473           std::stable_sort(rootMoves.begin(), rootMoves.begin() + PVIdx + 1);
474
475           if (!isMainThread)
476               break;
477
478           if (Signals.stop)
479               sync_cout << "info nodes " << Threads.nodes_searched()
480                         << " time " << Time.elapsed() << sync_endl;
481
482           else if (PVIdx + 1 == multiPV || Time.elapsed() > 3000)
483               sync_cout << UCI::pv(rootPos, rootDepth, alpha, beta) << sync_endl;
484       }
485
486       if (!Signals.stop)
487           completedDepth = rootDepth;
488
489       if (!isMainThread)
490           continue;
491
492       // If skill level is enabled and time is up, pick a sub-optimal best move
493       if (skill.enabled() && skill.time_to_pick(rootDepth))
494           skill.pick_best(multiPV);
495
496       // Have we found a "mate in x"?
497       if (   Limits.mate
498           && bestValue >= VALUE_MATE_IN_MAX_PLY
499           && VALUE_MATE - bestValue <= 2 * Limits.mate)
500           Signals.stop = true;
501
502       // Do we have time for the next iteration? Can we stop searching now?
503       if (Limits.use_time_management())
504       {
505           if (!Signals.stop && !Signals.stopOnPonderhit)
506           {
507               // Take some extra time if the best move has changed
508               if (rootDepth > 4 * ONE_PLY && multiPV == 1)
509                   Time.pv_instability(BestMoveChanges);
510
511               // Stop the search if only one legal move is available or all
512               // of the available time has been used or we matched an easyMove
513               // from the previous search and just did a fast verification.
514               if (   rootMoves.size() == 1
515                   || Time.elapsed() > Time.available()
516                   || (   rootMoves[0].pv[0] == easyMove
517                       && BestMoveChanges < 0.03
518                       && Time.elapsed() > Time.available() / 10))
519               {
520                   // If we are allowed to ponder do not stop the search now but
521                   // keep pondering until the GUI sends "ponderhit" or "stop".
522                   if (Limits.ponder)
523                       Signals.stopOnPonderhit = true;
524                   else
525                       Signals.stop = true;
526               }
527           }
528
529           if (rootMoves[0].pv.size() >= 3)
530               EasyMove.update(rootPos, rootMoves[0].pv);
531           else
532               EasyMove.clear();
533       }
534   }
535
536   if (!isMainThread)
537       return;
538
539   // Clear any candidate easy move that wasn't stable for the last search
540   // iterations; the second condition prevents consecutive fast moves.
541   if (EasyMove.stableCnt < 6 || Time.elapsed() < Time.available())
542       EasyMove.clear();
543
544   // If skill level is enabled, swap best PV line with the sub-optimal one
545   if (skill.enabled())
546       std::swap(rootMoves[0], *std::find(rootMoves.begin(),
547                 rootMoves.end(), skill.best_move(multiPV)));
548 }
549
550
551 namespace {
552
553   // search<>() is the main search function for both PV and non-PV nodes
554
555   template <NodeType NT>
556   Value search(Position& pos, Stack* ss, Value alpha, Value beta, Depth depth, bool cutNode) {
557
558     const bool RootNode = NT == Root;
559     const bool PvNode   = NT == PV || NT == Root;
560
561     assert(-VALUE_INFINITE <= alpha && alpha < beta && beta <= VALUE_INFINITE);
562     assert(PvNode || (alpha == beta - 1));
563     assert(DEPTH_ZERO < depth && depth < DEPTH_MAX);
564
565     Move pv[MAX_PLY+1], quietsSearched[64];
566     StateInfo st;
567     TTEntry* tte;
568     Key posKey;
569     Move ttMove, move, excludedMove, bestMove;
570     Depth extension, newDepth, predictedDepth;
571     Value bestValue, value, ttValue, eval, nullValue, futilityValue;
572     bool ttHit, inCheck, givesCheck, singularExtensionNode, improving;
573     bool captureOrPromotion, doFullDepthSearch;
574     int moveCount, quietCount;
575
576     // Step 1. Initialize node
577     Thread* thisThread = pos.this_thread();
578     inCheck = pos.checkers();
579     moveCount = quietCount =  ss->moveCount = 0;
580     bestValue = -VALUE_INFINITE;
581     ss->ply = (ss-1)->ply + 1;
582
583     // Check for available remaining time
584     if (thisThread->resetCalls.load(std::memory_order_relaxed))
585     {
586         thisThread->resetCalls = false;
587         thisThread->callsCnt = 0;
588     }
589     if (++thisThread->callsCnt > 4096)
590     {
591         for (Thread* th : Threads)
592             th->resetCalls = true;
593
594         check_time();
595     }
596
597     // Used to send selDepth info to GUI
598     if (PvNode && thisThread->maxPly < ss->ply)
599         thisThread->maxPly = ss->ply;
600
601     if (!RootNode)
602     {
603         // Step 2. Check for aborted search and immediate draw
604         if (Signals.stop.load(std::memory_order_relaxed) || pos.is_draw() || ss->ply >= MAX_PLY)
605             return ss->ply >= MAX_PLY && !inCheck ? evaluate(pos)
606                                                   : DrawValue[pos.side_to_move()];
607
608         // Step 3. Mate distance pruning. Even if we mate at the next move our score
609         // would be at best mate_in(ss->ply+1), but if alpha is already bigger because
610         // a shorter mate was found upward in the tree then there is no need to search
611         // because we will never beat the current alpha. Same logic but with reversed
612         // signs applies also in the opposite condition of being mated instead of giving
613         // mate. In this case return a fail-high score.
614         alpha = std::max(mated_in(ss->ply), alpha);
615         beta = std::min(mate_in(ss->ply+1), beta);
616         if (alpha >= beta)
617             return alpha;
618     }
619
620     assert(0 <= ss->ply && ss->ply < MAX_PLY);
621
622     ss->currentMove = ss->ttMove = (ss+1)->excludedMove = bestMove = MOVE_NONE;
623     (ss+1)->skipEarlyPruning = false; (ss+1)->reduction = DEPTH_ZERO;
624     (ss+2)->killers[0] = (ss+2)->killers[1] = MOVE_NONE;
625
626     // Step 4. Transposition table lookup. We don't want the score of a partial
627     // search to overwrite a previous full search TT value, so we use a different
628     // position key in case of an excluded move.
629     excludedMove = ss->excludedMove;
630     posKey = excludedMove ? pos.exclusion_key() : pos.key();
631     tte = TT.probe(posKey, ttHit);
632     ttValue = ttHit ? value_from_tt(tte->value(), ss->ply) : VALUE_NONE;
633     ss->ttMove = ttMove =  RootNode ? thisThread->rootMoves[thisThread->PVIdx].pv[0]
634                          : ttHit    ? tte->move() : MOVE_NONE;
635
636     // At non-PV nodes we check for an early TT cutoff
637     if (  !PvNode
638         && ttHit
639         && tte->depth() >= depth
640         && ttValue != VALUE_NONE // Possible in case of TT access race
641         && (ttValue >= beta ? (tte->bound() & BOUND_LOWER)
642                             : (tte->bound() & BOUND_UPPER)))
643     {
644         ss->currentMove = ttMove; // Can be MOVE_NONE
645
646         // If ttMove is quiet, update killers, history, counter move on TT hit
647         if (ttValue >= beta && ttMove && !pos.capture_or_promotion(ttMove))
648             update_stats(pos, ss, ttMove, depth, nullptr, 0);
649
650         return ttValue;
651     }
652
653     // Step 4a. Tablebase probe
654     if (!RootNode && TB::Cardinality)
655     {
656         int piecesCnt = pos.count<ALL_PIECES>(WHITE) + pos.count<ALL_PIECES>(BLACK);
657
658         if (    piecesCnt <= TB::Cardinality
659             && (piecesCnt <  TB::Cardinality || depth >= TB::ProbeDepth)
660             &&  pos.rule50_count() == 0)
661         {
662             int found, v = Tablebases::probe_wdl(pos, &found);
663
664             if (found)
665             {
666                 TB::Hits++;
667
668                 int drawScore = TB::UseRule50 ? 1 : 0;
669
670                 value =  v < -drawScore ? -VALUE_MATE + MAX_PLY + ss->ply
671                        : v >  drawScore ?  VALUE_MATE - MAX_PLY - ss->ply
672                                         :  VALUE_DRAW + 2 * v * drawScore;
673
674                 tte->save(posKey, value_to_tt(value, ss->ply), BOUND_EXACT,
675                           std::min(DEPTH_MAX - ONE_PLY, depth + 6 * ONE_PLY),
676                           MOVE_NONE, VALUE_NONE, TT.generation());
677
678                 return value;
679             }
680         }
681     }
682
683     // Step 5. Evaluate the position statically
684     if (inCheck)
685     {
686         ss->staticEval = eval = VALUE_NONE;
687         goto moves_loop;
688     }
689
690     else if (ttHit)
691     {
692         // Never assume anything on values stored in TT
693         if ((ss->staticEval = eval = tte->eval()) == VALUE_NONE)
694             eval = ss->staticEval = evaluate(pos);
695
696         // Can ttValue be used as a better position evaluation?
697         if (ttValue != VALUE_NONE)
698             if (tte->bound() & (ttValue > eval ? BOUND_LOWER : BOUND_UPPER))
699                 eval = ttValue;
700     }
701     else
702     {
703         eval = ss->staticEval =
704         (ss-1)->currentMove != MOVE_NULL ? evaluate(pos)
705                                          : -(ss-1)->staticEval + 2 * Eval::Tempo;
706
707         tte->save(posKey, VALUE_NONE, BOUND_NONE, DEPTH_NONE, MOVE_NONE,
708                   ss->staticEval, TT.generation());
709     }
710
711     if (ss->skipEarlyPruning)
712         goto moves_loop;
713
714     // Step 6. Razoring (skipped when in check)
715     if (   !PvNode
716         &&  depth < 4 * ONE_PLY
717         &&  eval + razor_margin[depth] <= alpha
718         &&  ttMove == MOVE_NONE)
719     {
720         if (   depth <= ONE_PLY
721             && eval + razor_margin[3 * ONE_PLY] <= alpha)
722             return qsearch<NonPV, false>(pos, ss, alpha, beta, DEPTH_ZERO);
723
724         Value ralpha = alpha - razor_margin[depth];
725         Value v = qsearch<NonPV, false>(pos, ss, ralpha, ralpha+1, DEPTH_ZERO);
726         if (v <= ralpha)
727             return v;
728     }
729
730     // Step 7. Futility pruning: child node (skipped when in check)
731     if (   !RootNode
732         &&  depth < 7 * ONE_PLY
733         &&  eval - futility_margin(depth) >= beta
734         &&  eval < VALUE_KNOWN_WIN  // Do not return unproven wins
735         &&  pos.non_pawn_material(pos.side_to_move()))
736         return eval - futility_margin(depth);
737
738     // Step 8. Null move search with verification search (is omitted in PV nodes)
739     if (   !PvNode
740         &&  depth >= 2 * ONE_PLY
741         &&  eval >= beta
742         &&  pos.non_pawn_material(pos.side_to_move()))
743     {
744         ss->currentMove = MOVE_NULL;
745
746         assert(eval - beta >= 0);
747
748         // Null move dynamic reduction based on depth and value
749         Depth R = ((823 + 67 * depth) / 256 + std::min((eval - beta) / PawnValueMg, 3)) * ONE_PLY;
750
751         pos.do_null_move(st);
752         (ss+1)->skipEarlyPruning = true;
753         nullValue = depth-R < ONE_PLY ? -qsearch<NonPV, false>(pos, ss+1, -beta, -beta+1, DEPTH_ZERO)
754                                       : - search<NonPV>(pos, ss+1, -beta, -beta+1, depth-R, !cutNode);
755         (ss+1)->skipEarlyPruning = false;
756         pos.undo_null_move();
757
758         if (nullValue >= beta)
759         {
760             // Do not return unproven mate scores
761             if (nullValue >= VALUE_MATE_IN_MAX_PLY)
762                 nullValue = beta;
763
764             if (depth < 12 * ONE_PLY && abs(beta) < VALUE_KNOWN_WIN)
765                 return nullValue;
766
767             // Do verification search at high depths
768             ss->skipEarlyPruning = true;
769             Value v = depth-R < ONE_PLY ? qsearch<NonPV, false>(pos, ss, beta-1, beta, DEPTH_ZERO)
770                                         :  search<NonPV>(pos, ss, beta-1, beta, depth-R, false);
771             ss->skipEarlyPruning = false;
772
773             if (v >= beta)
774                 return nullValue;
775         }
776     }
777
778     // Step 9. ProbCut (skipped when in check)
779     // If we have a very good capture (i.e. SEE > seeValues[captured_piece_type])
780     // and a reduced search returns a value much above beta, we can (almost)
781     // safely prune the previous move.
782     if (   !PvNode
783         &&  depth >= 5 * ONE_PLY
784         &&  abs(beta) < VALUE_MATE_IN_MAX_PLY)
785     {
786         Value rbeta = std::min(beta + 200, VALUE_INFINITE);
787         Depth rdepth = depth - 4 * ONE_PLY;
788
789         assert(rdepth >= ONE_PLY);
790         assert((ss-1)->currentMove != MOVE_NONE);
791         assert((ss-1)->currentMove != MOVE_NULL);
792
793         MovePicker mp(pos, ttMove, thisThread->history, PieceValue[MG][pos.captured_piece_type()]);
794         CheckInfo ci(pos);
795
796         while ((move = mp.next_move()) != MOVE_NONE)
797             if (pos.legal(move, ci.pinned))
798             {
799                 ss->currentMove = move;
800                 pos.do_move(move, st, pos.gives_check(move, ci));
801                 value = -search<NonPV>(pos, ss+1, -rbeta, -rbeta+1, rdepth, !cutNode);
802                 pos.undo_move(move);
803                 if (value >= rbeta)
804                     return value;
805             }
806     }
807
808     // Step 10. Internal iterative deepening (skipped when in check)
809     if (    depth >= (PvNode ? 5 * ONE_PLY : 8 * ONE_PLY)
810         && !ttMove
811         && (PvNode || ss->staticEval + 256 >= beta))
812     {
813         Depth d = depth - 2 * ONE_PLY - (PvNode ? DEPTH_ZERO : depth / 4);
814         ss->skipEarlyPruning = true;
815         search<PvNode ? PV : NonPV>(pos, ss, alpha, beta, d, true);
816         ss->skipEarlyPruning = false;
817
818         tte = TT.probe(posKey, ttHit);
819         ttMove = ttHit ? tte->move() : MOVE_NONE;
820     }
821
822 moves_loop: // When in check search starts from here
823
824     Square prevSq = to_sq((ss-1)->currentMove);
825     Move cm = thisThread->counterMoves[pos.piece_on(prevSq)][prevSq];
826     const CounterMovesStats& cmh = CounterMovesHistory[pos.piece_on(prevSq)][prevSq];
827
828     MovePicker mp(pos, ttMove, depth, thisThread->history, cmh, cm, ss);
829     CheckInfo ci(pos);
830     value = bestValue; // Workaround a bogus 'uninitialized' warning under gcc
831     improving =   ss->staticEval >= (ss-2)->staticEval
832                || ss->staticEval == VALUE_NONE
833                ||(ss-2)->staticEval == VALUE_NONE;
834
835     singularExtensionNode =   !RootNode
836                            &&  depth >= 8 * ONE_PLY
837                            &&  ttMove != MOVE_NONE
838                        /*  &&  ttValue != VALUE_NONE Already implicit in the next condition */
839                            &&  abs(ttValue) < VALUE_KNOWN_WIN
840                            && !excludedMove // Recursive singular search is not allowed
841                            && (tte->bound() & BOUND_LOWER)
842                            &&  tte->depth() >= depth - 3 * ONE_PLY;
843
844     // Step 11. Loop through moves
845     // Loop through all pseudo-legal moves until no moves remain or a beta cutoff occurs
846     while ((move = mp.next_move()) != MOVE_NONE)
847     {
848       assert(is_ok(move));
849
850       if (move == excludedMove)
851           continue;
852
853       // At root obey the "searchmoves" option and skip moves not listed in Root
854       // Move List. As a consequence any illegal move is also skipped. In MultiPV
855       // mode we also skip PV moves which have been already searched.
856       if (RootNode && !std::count(thisThread->rootMoves.begin() + thisThread->PVIdx,
857                                   thisThread->rootMoves.end(), move))
858           continue;
859
860       ss->moveCount = ++moveCount;
861
862       if (RootNode && thisThread == Threads.main())
863       {
864           Signals.firstRootMove = (moveCount == 1);
865
866           if (Time.elapsed() > 3000)
867               sync_cout << "info depth " << depth / ONE_PLY
868                         << " currmove " << UCI::move(move, pos.is_chess960())
869                         << " currmovenumber " << moveCount + thisThread->PVIdx << sync_endl;
870       }
871
872       if (PvNode)
873           (ss+1)->pv = nullptr;
874
875       extension = DEPTH_ZERO;
876       captureOrPromotion = pos.capture_or_promotion(move);
877
878       givesCheck =  type_of(move) == NORMAL && !ci.dcCandidates
879                   ? ci.checkSquares[type_of(pos.piece_on(from_sq(move)))] & to_sq(move)
880                   : pos.gives_check(move, ci);
881
882       // Step 12. Extend checks
883       if (givesCheck && pos.see_sign(move) >= VALUE_ZERO)
884           extension = ONE_PLY;
885
886       // Singular extension search. If all moves but one fail low on a search of
887       // (alpha-s, beta-s), and just one fails high on (alpha, beta), then that move
888       // is singular and should be extended. To verify this we do a reduced search
889       // on all the other moves but the ttMove and if the result is lower than
890       // ttValue minus a margin then we extend the ttMove.
891       if (    singularExtensionNode
892           &&  move == ttMove
893           && !extension
894           &&  pos.legal(move, ci.pinned))
895       {
896           Value rBeta = ttValue - 2 * depth / ONE_PLY;
897           ss->excludedMove = move;
898           ss->skipEarlyPruning = true;
899           value = search<NonPV>(pos, ss, rBeta - 1, rBeta, depth / 2, cutNode);
900           ss->skipEarlyPruning = false;
901           ss->excludedMove = MOVE_NONE;
902
903           if (value < rBeta)
904               extension = ONE_PLY;
905       }
906
907       // Update the current move (this must be done after singular extension search)
908       newDepth = depth - ONE_PLY + extension;
909
910       // Step 13. Pruning at shallow depth
911       if (   !RootNode
912           && !captureOrPromotion
913           && !inCheck
914           && !givesCheck
915           && !pos.advanced_pawn_push(move)
916           &&  bestValue > VALUE_MATED_IN_MAX_PLY)
917       {
918           // Move count based pruning
919           if (   depth < 16 * ONE_PLY
920               && moveCount >= FutilityMoveCounts[improving][depth])
921               continue;
922
923           // History based pruning
924           if (   depth <= 4 * ONE_PLY
925               && move != ss->killers[0]
926               && thisThread->history[pos.moved_piece(move)][to_sq(move)] < VALUE_ZERO
927               && cmh[pos.moved_piece(move)][to_sq(move)] < VALUE_ZERO)
928               continue;
929
930           predictedDepth = newDepth - reduction<PvNode>(improving, depth, moveCount);
931
932           // Futility pruning: parent node
933           if (predictedDepth < 7 * ONE_PLY)
934           {
935               futilityValue = ss->staticEval + futility_margin(predictedDepth) + 256;
936
937               if (futilityValue <= alpha)
938               {
939                   bestValue = std::max(bestValue, futilityValue);
940                   continue;
941               }
942           }
943
944           // Prune moves with negative SEE at low depths
945           if (predictedDepth < 4 * ONE_PLY && pos.see_sign(move) < VALUE_ZERO)
946               continue;
947       }
948
949       // Speculative prefetch as early as possible
950       prefetch(TT.first_entry(pos.key_after(move)));
951
952       // Check for legality just before making the move
953       if (!RootNode && !pos.legal(move, ci.pinned))
954       {
955           ss->moveCount = --moveCount;
956           continue;
957       }
958
959       ss->currentMove = move;
960
961       // Step 14. Make the move
962       pos.do_move(move, st, givesCheck);
963
964       // Step 15. Reduced depth search (LMR). If the move fails high it will be
965       // re-searched at full depth.
966       if (    depth >= 3 * ONE_PLY
967           &&  moveCount > 1
968           && !captureOrPromotion
969           &&  move != ss->killers[0]
970           &&  move != ss->killers[1])
971       {
972           ss->reduction = reduction<PvNode>(improving, depth, moveCount);
973
974           // Increase reduction for cut nodes and moves with a bad history
975           if (   (!PvNode && cutNode)
976               || (   thisThread->history[pos.piece_on(to_sq(move))][to_sq(move)] < VALUE_ZERO
977                   && cmh[pos.piece_on(to_sq(move))][to_sq(move)] <= VALUE_ZERO))
978               ss->reduction += ONE_PLY;
979
980           // Decrease reduction for moves with a good history
981           if (   thisThread->history[pos.piece_on(to_sq(move))][to_sq(move)] > VALUE_ZERO
982               && cmh[pos.piece_on(to_sq(move))][to_sq(move)] > VALUE_ZERO)
983               ss->reduction = std::max(DEPTH_ZERO, ss->reduction - ONE_PLY);
984
985           // Decrease reduction for moves that escape a capture
986           if (   ss->reduction
987               && type_of(move) == NORMAL
988               && type_of(pos.piece_on(to_sq(move))) != PAWN
989               && pos.see(make_move(to_sq(move), from_sq(move))) < VALUE_ZERO)
990               ss->reduction = std::max(DEPTH_ZERO, ss->reduction - ONE_PLY);
991
992           Depth d = std::max(newDepth - ss->reduction, ONE_PLY);
993
994           value = -search<NonPV>(pos, ss+1, -(alpha+1), -alpha, d, true);
995
996           doFullDepthSearch = (value > alpha && ss->reduction != DEPTH_ZERO);
997           ss->reduction = DEPTH_ZERO;
998       }
999       else
1000           doFullDepthSearch = !PvNode || moveCount > 1;
1001
1002       // Step 16. Full depth search, when LMR is skipped or fails high
1003       if (doFullDepthSearch)
1004           value = newDepth <   ONE_PLY ?
1005                             givesCheck ? -qsearch<NonPV,  true>(pos, ss+1, -(alpha+1), -alpha, DEPTH_ZERO)
1006                                        : -qsearch<NonPV, false>(pos, ss+1, -(alpha+1), -alpha, DEPTH_ZERO)
1007                                        : - search<NonPV>(pos, ss+1, -(alpha+1), -alpha, newDepth, !cutNode);
1008
1009       // For PV nodes only, do a full PV search on the first move or after a fail
1010       // high (in the latter case search only if value < beta), otherwise let the
1011       // parent node fail low with value <= alpha and to try another move.
1012       if (PvNode && (moveCount == 1 || (value > alpha && (RootNode || value < beta))))
1013       {
1014           (ss+1)->pv = pv;
1015           (ss+1)->pv[0] = MOVE_NONE;
1016
1017           value = newDepth <   ONE_PLY ?
1018                             givesCheck ? -qsearch<PV,  true>(pos, ss+1, -beta, -alpha, DEPTH_ZERO)
1019                                        : -qsearch<PV, false>(pos, ss+1, -beta, -alpha, DEPTH_ZERO)
1020                                        : - search<PV>(pos, ss+1, -beta, -alpha, newDepth, false);
1021       }
1022
1023       // Step 17. Undo move
1024       pos.undo_move(move);
1025
1026       assert(value > -VALUE_INFINITE && value < VALUE_INFINITE);
1027
1028       // Step 18. Check for new best move
1029       // Finished searching the move. If a stop occurred, the return value of
1030       // the search cannot be trusted, and we return immediately without
1031       // updating best move, PV and TT.
1032       if (Signals.stop.load(std::memory_order_relaxed))
1033           return VALUE_ZERO;
1034
1035       if (RootNode)
1036       {
1037           RootMove& rm = *std::find(thisThread->rootMoves.begin(),
1038                                     thisThread->rootMoves.end(), move);
1039
1040           // PV move or new best move ?
1041           if (moveCount == 1 || value > alpha)
1042           {
1043               rm.score = value;
1044               rm.pv.resize(1);
1045
1046               assert((ss+1)->pv);
1047
1048               for (Move* m = (ss+1)->pv; *m != MOVE_NONE; ++m)
1049                   rm.pv.push_back(*m);
1050
1051               // We record how often the best move has been changed in each
1052               // iteration. This information is used for time management: When
1053               // the best move changes frequently, we allocate some more time.
1054               if (moveCount > 1 && thisThread == Threads.main())
1055                   ++BestMoveChanges;
1056           }
1057           else
1058               // All other moves but the PV are set to the lowest value: this is
1059               // not a problem when sorting because the sort is stable and the
1060               // move position in the list is preserved - just the PV is pushed up.
1061               rm.score = -VALUE_INFINITE;
1062       }
1063
1064       if (value > bestValue)
1065       {
1066           bestValue = value;
1067
1068           if (value > alpha)
1069           {
1070               // If there is an easy move for this position, clear it if unstable
1071               if (    PvNode
1072                   &&  thisThread == Threads.main()
1073                   &&  EasyMove.get(pos.key())
1074                   && (move != EasyMove.get(pos.key()) || moveCount > 1))
1075                   EasyMove.clear();
1076
1077               bestMove = move;
1078
1079               if (PvNode && !RootNode) // Update pv even in fail-high case
1080                   update_pv(ss->pv, move, (ss+1)->pv);
1081
1082               if (PvNode && value < beta) // Update alpha! Always alpha < beta
1083                   alpha = value;
1084               else
1085               {
1086                   assert(value >= beta); // Fail high
1087                   break;
1088               }
1089           }
1090       }
1091
1092       if (!captureOrPromotion && move != bestMove && quietCount < 64)
1093           quietsSearched[quietCount++] = move;
1094     }
1095
1096     // Following condition would detect a stop only after move loop has been
1097     // completed. But in this case bestValue is valid because we have fully
1098     // searched our subtree, and we can anyhow save the result in TT.
1099     /*
1100        if (Signals.stop)
1101         return VALUE_DRAW;
1102     */
1103
1104     // Step 20. Check for mate and stalemate
1105     // All legal moves have been searched and if there are no legal moves, it
1106     // must be mate or stalemate. If we are in a singular extension search then
1107     // return a fail low score.
1108     if (!moveCount)
1109         bestValue = excludedMove ? alpha
1110                    :     inCheck ? mated_in(ss->ply) : DrawValue[pos.side_to_move()];
1111
1112     // Quiet best move: update killers, history and countermoves
1113     else if (bestMove && !pos.capture_or_promotion(bestMove))
1114         update_stats(pos, ss, bestMove, depth, quietsSearched, quietCount);
1115
1116     // Bonus for prior countermove that caused the fail low
1117     else if (    depth >= 3 * ONE_PLY
1118              && !bestMove
1119              && !inCheck
1120              && !pos.captured_piece_type()
1121              && is_ok((ss - 1)->currentMove)
1122              && is_ok((ss - 2)->currentMove))
1123     {
1124         Value bonus = Value((depth / ONE_PLY) * (depth / ONE_PLY) + depth / ONE_PLY - 1);
1125         Square prevPrevSq = to_sq((ss - 2)->currentMove);
1126         CounterMovesStats& prevCmh = CounterMovesHistory[pos.piece_on(prevPrevSq)][prevPrevSq];
1127         prevCmh.update(pos.piece_on(prevSq), prevSq, bonus);
1128     }
1129
1130     tte->save(posKey, value_to_tt(bestValue, ss->ply),
1131               bestValue >= beta ? BOUND_LOWER :
1132               PvNode && bestMove ? BOUND_EXACT : BOUND_UPPER,
1133               depth, bestMove, ss->staticEval, TT.generation());
1134
1135     assert(bestValue > -VALUE_INFINITE && bestValue < VALUE_INFINITE);
1136
1137     return bestValue;
1138   }
1139
1140
1141   // qsearch() is the quiescence search function, which is called by the main
1142   // search function when the remaining depth is zero (or, to be more precise,
1143   // less than ONE_PLY).
1144
1145   template <NodeType NT, bool InCheck>
1146   Value qsearch(Position& pos, Stack* ss, Value alpha, Value beta, Depth depth) {
1147
1148     const bool PvNode = NT == PV;
1149
1150     assert(NT == PV || NT == NonPV);
1151     assert(InCheck == !!pos.checkers());
1152     assert(alpha >= -VALUE_INFINITE && alpha < beta && beta <= VALUE_INFINITE);
1153     assert(PvNode || (alpha == beta - 1));
1154     assert(depth <= DEPTH_ZERO);
1155
1156     Move pv[MAX_PLY+1];
1157     StateInfo st;
1158     TTEntry* tte;
1159     Key posKey;
1160     Move ttMove, move, bestMove;
1161     Value bestValue, value, ttValue, futilityValue, futilityBase, oldAlpha;
1162     bool ttHit, givesCheck, evasionPrunable;
1163     Depth ttDepth;
1164
1165     if (PvNode)
1166     {
1167         oldAlpha = alpha; // To flag BOUND_EXACT when eval above alpha and no available moves
1168         (ss+1)->pv = pv;
1169         ss->pv[0] = MOVE_NONE;
1170     }
1171
1172     ss->currentMove = bestMove = MOVE_NONE;
1173     ss->ply = (ss-1)->ply + 1;
1174
1175     // Check for an instant draw or if the maximum ply has been reached
1176     if (pos.is_draw() || ss->ply >= MAX_PLY)
1177         return ss->ply >= MAX_PLY && !InCheck ? evaluate(pos)
1178                                               : DrawValue[pos.side_to_move()];
1179
1180     assert(0 <= ss->ply && ss->ply < MAX_PLY);
1181
1182     // Decide whether or not to include checks: this fixes also the type of
1183     // TT entry depth that we are going to use. Note that in qsearch we use
1184     // only two types of depth in TT: DEPTH_QS_CHECKS or DEPTH_QS_NO_CHECKS.
1185     ttDepth = InCheck || depth >= DEPTH_QS_CHECKS ? DEPTH_QS_CHECKS
1186                                                   : DEPTH_QS_NO_CHECKS;
1187
1188     // Transposition table lookup
1189     posKey = pos.key();
1190     tte = TT.probe(posKey, ttHit);
1191     ttMove = ttHit ? tte->move() : MOVE_NONE;
1192     ttValue = ttHit ? value_from_tt(tte->value(), ss->ply) : VALUE_NONE;
1193
1194     if (  !PvNode
1195         && ttHit
1196         && tte->depth() >= ttDepth
1197         && ttValue != VALUE_NONE // Only in case of TT access race
1198         && (ttValue >= beta ? (tte->bound() &  BOUND_LOWER)
1199                             : (tte->bound() &  BOUND_UPPER)))
1200     {
1201         ss->currentMove = ttMove; // Can be MOVE_NONE
1202         return ttValue;
1203     }
1204
1205     // Evaluate the position statically
1206     if (InCheck)
1207     {
1208         ss->staticEval = VALUE_NONE;
1209         bestValue = futilityBase = -VALUE_INFINITE;
1210     }
1211     else
1212     {
1213         if (ttHit)
1214         {
1215             // Never assume anything on values stored in TT
1216             if ((ss->staticEval = bestValue = tte->eval()) == VALUE_NONE)
1217                 ss->staticEval = bestValue = evaluate(pos);
1218
1219             // Can ttValue be used as a better position evaluation?
1220             if (ttValue != VALUE_NONE)
1221                 if (tte->bound() & (ttValue > bestValue ? BOUND_LOWER : BOUND_UPPER))
1222                     bestValue = ttValue;
1223         }
1224         else
1225             ss->staticEval = bestValue =
1226             (ss-1)->currentMove != MOVE_NULL ? evaluate(pos)
1227                                              : -(ss-1)->staticEval + 2 * Eval::Tempo;
1228
1229         // Stand pat. Return immediately if static value is at least beta
1230         if (bestValue >= beta)
1231         {
1232             if (!ttHit)
1233                 tte->save(pos.key(), value_to_tt(bestValue, ss->ply), BOUND_LOWER,
1234                           DEPTH_NONE, MOVE_NONE, ss->staticEval, TT.generation());
1235
1236             return bestValue;
1237         }
1238
1239         if (PvNode && bestValue > alpha)
1240             alpha = bestValue;
1241
1242         futilityBase = bestValue + 128;
1243     }
1244
1245     // Initialize a MovePicker object for the current position, and prepare
1246     // to search the moves. Because the depth is <= 0 here, only captures,
1247     // queen promotions and checks (only if depth >= DEPTH_QS_CHECKS) will
1248     // be generated.
1249     MovePicker mp(pos, ttMove, depth, pos.this_thread()->history, to_sq((ss-1)->currentMove));
1250     CheckInfo ci(pos);
1251
1252     // Loop through the moves until no moves remain or a beta cutoff occurs
1253     while ((move = mp.next_move()) != MOVE_NONE)
1254     {
1255       assert(is_ok(move));
1256
1257       givesCheck =  type_of(move) == NORMAL && !ci.dcCandidates
1258                   ? ci.checkSquares[type_of(pos.piece_on(from_sq(move)))] & to_sq(move)
1259                   : pos.gives_check(move, ci);
1260
1261       // Futility pruning
1262       if (   !InCheck
1263           && !givesCheck
1264           &&  futilityBase > -VALUE_KNOWN_WIN
1265           && !pos.advanced_pawn_push(move))
1266       {
1267           assert(type_of(move) != ENPASSANT); // Due to !pos.advanced_pawn_push
1268
1269           futilityValue = futilityBase + PieceValue[EG][pos.piece_on(to_sq(move))];
1270
1271           if (futilityValue <= alpha)
1272           {
1273               bestValue = std::max(bestValue, futilityValue);
1274               continue;
1275           }
1276
1277           if (futilityBase <= alpha && pos.see(move) <= VALUE_ZERO)
1278           {
1279               bestValue = std::max(bestValue, futilityBase);
1280               continue;
1281           }
1282       }
1283
1284       // Detect non-capture evasions that are candidates to be pruned
1285       evasionPrunable =    InCheck
1286                        &&  bestValue > VALUE_MATED_IN_MAX_PLY
1287                        && !pos.capture(move);
1288
1289       // Don't search moves with negative SEE values
1290       if (  (!InCheck || evasionPrunable)
1291           &&  type_of(move) != PROMOTION
1292           &&  pos.see_sign(move) < VALUE_ZERO)
1293           continue;
1294
1295       // Speculative prefetch as early as possible
1296       prefetch(TT.first_entry(pos.key_after(move)));
1297
1298       // Check for legality just before making the move
1299       if (!pos.legal(move, ci.pinned))
1300           continue;
1301
1302       ss->currentMove = move;
1303
1304       // Make and search the move
1305       pos.do_move(move, st, givesCheck);
1306       value = givesCheck ? -qsearch<NT,  true>(pos, ss+1, -beta, -alpha, depth - ONE_PLY)
1307                          : -qsearch<NT, false>(pos, ss+1, -beta, -alpha, depth - ONE_PLY);
1308       pos.undo_move(move);
1309
1310       assert(value > -VALUE_INFINITE && value < VALUE_INFINITE);
1311
1312       // Check for new best move
1313       if (value > bestValue)
1314       {
1315           bestValue = value;
1316
1317           if (value > alpha)
1318           {
1319               if (PvNode) // Update pv even in fail-high case
1320                   update_pv(ss->pv, move, (ss+1)->pv);
1321
1322               if (PvNode && value < beta) // Update alpha here!
1323               {
1324                   alpha = value;
1325                   bestMove = move;
1326               }
1327               else // Fail high
1328               {
1329                   tte->save(posKey, value_to_tt(value, ss->ply), BOUND_LOWER,
1330                             ttDepth, move, ss->staticEval, TT.generation());
1331
1332                   return value;
1333               }
1334           }
1335        }
1336     }
1337
1338     // All legal moves have been searched. A special case: If we're in check
1339     // and no legal moves were found, it is checkmate.
1340     if (InCheck && bestValue == -VALUE_INFINITE)
1341         return mated_in(ss->ply); // Plies to mate from the root
1342
1343     tte->save(posKey, value_to_tt(bestValue, ss->ply),
1344               PvNode && bestValue > oldAlpha ? BOUND_EXACT : BOUND_UPPER,
1345               ttDepth, bestMove, ss->staticEval, TT.generation());
1346
1347     assert(bestValue > -VALUE_INFINITE && bestValue < VALUE_INFINITE);
1348
1349     return bestValue;
1350   }
1351
1352
1353   // value_to_tt() adjusts a mate score from "plies to mate from the root" to
1354   // "plies to mate from the current position". Non-mate scores are unchanged.
1355   // The function is called before storing a value in the transposition table.
1356
1357   Value value_to_tt(Value v, int ply) {
1358
1359     assert(v != VALUE_NONE);
1360
1361     return  v >= VALUE_MATE_IN_MAX_PLY  ? v + ply
1362           : v <= VALUE_MATED_IN_MAX_PLY ? v - ply : v;
1363   }
1364
1365
1366   // value_from_tt() is the inverse of value_to_tt(): It adjusts a mate score
1367   // from the transposition table (which refers to the plies to mate/be mated
1368   // from current position) to "plies to mate/be mated from the root".
1369
1370   Value value_from_tt(Value v, int ply) {
1371
1372     return  v == VALUE_NONE             ? VALUE_NONE
1373           : v >= VALUE_MATE_IN_MAX_PLY  ? v - ply
1374           : v <= VALUE_MATED_IN_MAX_PLY ? v + ply : v;
1375   }
1376
1377
1378   // update_pv() adds current move and appends child pv[]
1379
1380   void update_pv(Move* pv, Move move, Move* childPv) {
1381
1382     for (*pv++ = move; childPv && *childPv != MOVE_NONE; )
1383         *pv++ = *childPv++;
1384     *pv = MOVE_NONE;
1385   }
1386
1387
1388   // update_stats() updates killers, history, countermove and countermove
1389   // history when a new quiet best move is found.
1390
1391   void update_stats(const Position& pos, Stack* ss, Move move,
1392                     Depth depth, Move* quiets, int quietsCnt) {
1393
1394     if (ss->killers[0] != move)
1395     {
1396         ss->killers[1] = ss->killers[0];
1397         ss->killers[0] = move;
1398     }
1399
1400     Value bonus = Value((depth / ONE_PLY) * (depth / ONE_PLY) + depth / ONE_PLY - 1);
1401
1402     Square prevSq = to_sq((ss-1)->currentMove);
1403     CounterMovesStats& cmh = CounterMovesHistory[pos.piece_on(prevSq)][prevSq];
1404     Thread* thisThread = pos.this_thread();
1405
1406     thisThread->history.update(pos.moved_piece(move), to_sq(move), bonus);
1407
1408     if (is_ok((ss-1)->currentMove))
1409     {
1410         thisThread->counterMoves.update(pos.piece_on(prevSq), prevSq, move);
1411         cmh.update(pos.moved_piece(move), to_sq(move), bonus);
1412     }
1413
1414     // Decrease all the other played quiet moves
1415     for (int i = 0; i < quietsCnt; ++i)
1416     {
1417         thisThread->history.update(pos.moved_piece(quiets[i]), to_sq(quiets[i]), -bonus);
1418
1419         if (is_ok((ss-1)->currentMove))
1420             cmh.update(pos.moved_piece(quiets[i]), to_sq(quiets[i]), -bonus);
1421     }
1422
1423     // Extra penalty for a quiet TT move in previous ply when it gets refuted
1424     if (   (ss-1)->moveCount == 1
1425         && !pos.captured_piece_type()
1426         && is_ok((ss-2)->currentMove))
1427     {
1428         Square prevPrevSq = to_sq((ss-2)->currentMove);
1429         CounterMovesStats& prevCmh = CounterMovesHistory[pos.piece_on(prevPrevSq)][prevPrevSq];
1430         prevCmh.update(pos.piece_on(prevSq), prevSq, -bonus - 2 * (depth + 1) / ONE_PLY);
1431     }
1432   }
1433
1434
1435   // When playing with strength handicap, choose best move among a set of RootMoves
1436   // using a statistical rule dependent on 'level'. Idea by Heinz van Saanen.
1437
1438   Move Skill::pick_best(size_t multiPV) {
1439
1440     const Search::RootMoveVector& rootMoves = Threads.main()->rootMoves;
1441     static PRNG rng(now()); // PRNG sequence should be non-deterministic
1442
1443     // RootMoves are already sorted by score in descending order
1444     Value topScore = rootMoves[0].score;
1445     int delta = std::min(topScore - rootMoves[multiPV - 1].score, PawnValueMg);
1446     int weakness = 120 - 2 * level;
1447     int maxScore = -VALUE_INFINITE;
1448
1449     // Choose best move. For each move score we add two terms, both dependent on
1450     // weakness. One deterministic and bigger for weaker levels, and one random,
1451     // then we choose the move with the resulting highest score.
1452     for (size_t i = 0; i < multiPV; ++i)
1453     {
1454         // This is our magic formula
1455         int push = (  weakness * int(topScore - rootMoves[i].score)
1456                     + delta * (rng.rand<unsigned>() % weakness)) / 128;
1457
1458         if (rootMoves[i].score + push > maxScore)
1459         {
1460             maxScore = rootMoves[i].score + push;
1461             best = rootMoves[i].pv[0];
1462         }
1463     }
1464
1465     return best;
1466   }
1467
1468
1469   // check_time() is used to print debug info and, more importantly, to detect
1470   // when we are out of available time and thus stop the search.
1471
1472   void check_time() {
1473
1474     static TimePoint lastInfoTime = now();
1475
1476     int elapsed = Time.elapsed();
1477     TimePoint tick = Limits.startTime + elapsed;
1478
1479     if (tick - lastInfoTime >= 1000)
1480     {
1481         lastInfoTime = tick;
1482         dbg_print();
1483     }
1484
1485     // An engine may not stop pondering until told so by the GUI
1486     if (Limits.ponder)
1487         return;
1488
1489     if (Limits.use_time_management())
1490     {
1491         bool stillAtFirstMove =    Signals.firstRootMove.load(std::memory_order_relaxed)
1492                                && !Signals.failedLowAtRoot.load(std::memory_order_relaxed)
1493                                &&  elapsed > Time.available() * 3 / 4;
1494
1495         if (stillAtFirstMove || elapsed > Time.maximum() - 10)
1496             Signals.stop = true;
1497     }
1498     else if (Limits.movetime && elapsed >= Limits.movetime)
1499         Signals.stop = true;
1500
1501     else if (Limits.nodes && Threads.nodes_searched() >= Limits.nodes)
1502             Signals.stop = true;
1503   }
1504
1505 } // namespace
1506
1507
1508 /// UCI::pv() formats PV information according to the UCI protocol. UCI requires
1509 /// that all (if any) unsearched PV lines are sent using a previous search score.
1510
1511 string UCI::pv(const Position& pos, Depth depth, Value alpha, Value beta) {
1512
1513   std::stringstream ss;
1514   int elapsed = Time.elapsed() + 1;
1515   const Search::RootMoveVector& rootMoves = pos.this_thread()->rootMoves;
1516   size_t PVIdx = pos.this_thread()->PVIdx;
1517   size_t multiPV = std::min((size_t)Options["MultiPV"], rootMoves.size());
1518   uint64_t nodes_searched = Threads.nodes_searched();
1519
1520   for (size_t i = 0; i < multiPV; ++i)
1521   {
1522       bool updated = (i <= PVIdx);
1523
1524       if (depth == ONE_PLY && !updated)
1525           continue;
1526
1527       Depth d = updated ? depth : depth - ONE_PLY;
1528       Value v = updated ? rootMoves[i].score : rootMoves[i].previousScore;
1529
1530       bool tb = TB::RootInTB && abs(v) < VALUE_MATE - MAX_PLY;
1531       v = tb ? TB::Score : v;
1532
1533       if (ss.rdbuf()->in_avail()) // Not at first line
1534           ss << "\n";
1535
1536       ss << "info"
1537          << " depth "    << d / ONE_PLY
1538          << " seldepth " << pos.this_thread()->maxPly
1539          << " multipv "  << i + 1
1540          << " score "    << UCI::value(v);
1541
1542       if (!tb && i == PVIdx)
1543           ss << (v >= beta ? " lowerbound" : v <= alpha ? " upperbound" : "");
1544
1545       ss << " nodes "    << nodes_searched
1546          << " nps "      << nodes_searched * 1000 / elapsed;
1547
1548       if (elapsed > 1000) // Earlier makes little sense
1549           ss << " hashfull " << TT.hashfull();
1550
1551       ss << " tbhits "   << TB::Hits
1552          << " time "     << elapsed
1553          << " pv";
1554
1555       for (Move m : rootMoves[i].pv)
1556           ss << " " << UCI::move(m, pos.is_chess960());
1557   }
1558
1559   return ss.str();
1560 }
1561
1562
1563 /// RootMove::insert_pv_in_tt() is called at the end of a search iteration, and
1564 /// inserts the PV back into the TT. This makes sure the old PV moves are searched
1565 /// first, even if the old TT entries have been overwritten.
1566
1567 void RootMove::insert_pv_in_tt(Position& pos) {
1568
1569   StateInfo state[MAX_PLY], *st = state;
1570   bool ttHit;
1571
1572   for (Move m : pv)
1573   {
1574       assert(MoveList<LEGAL>(pos).contains(m));
1575
1576       TTEntry* tte = TT.probe(pos.key(), ttHit);
1577
1578       if (!ttHit || tte->move() != m) // Don't overwrite correct entries
1579           tte->save(pos.key(), VALUE_NONE, BOUND_NONE, DEPTH_NONE,
1580                     m, VALUE_NONE, TT.generation());
1581
1582       pos.do_move(m, *st++, pos.gives_check(m, CheckInfo(pos)));
1583   }
1584
1585   for (size_t i = pv.size(); i > 0; )
1586       pos.undo_move(pv[--i]);
1587 }
1588
1589
1590 /// RootMove::extract_ponder_from_tt() is called in case we have no ponder move
1591 /// before exiting the search, for instance in case we stop the search during a
1592 /// fail high at root. We try hard to have a ponder move to return to the GUI,
1593 /// otherwise in case of 'ponder on' we have nothing to think on.
1594
1595 bool RootMove::extract_ponder_from_tt(Position& pos)
1596 {
1597     StateInfo st;
1598     bool ttHit;
1599
1600     assert(pv.size() == 1);
1601
1602     pos.do_move(pv[0], st, pos.gives_check(pv[0], CheckInfo(pos)));
1603     TTEntry* tte = TT.probe(pos.key(), ttHit);
1604     pos.undo_move(pv[0]);
1605
1606     if (ttHit)
1607     {
1608         Move m = tte->move(); // Local copy to be SMP safe
1609         if (MoveList<LEGAL>(pos).contains(m))
1610            return pv.push_back(m), true;
1611     }
1612
1613     return false;
1614 }