Depth dependant aspiration window delta
[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) 2008-2014 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 <cfloat>
23 #include <cmath>
24 #include <cstring>
25 #include <iostream>
26 #include <sstream>
27
28 #include "book.h"
29 #include "evaluate.h"
30 #include "movegen.h"
31 #include "movepick.h"
32 #include "notation.h"
33 #include "search.h"
34 #include "timeman.h"
35 #include "thread.h"
36 #include "tt.h"
37 #include "ucioption.h"
38
39 namespace Search {
40
41   volatile SignalsType Signals;
42   LimitsType Limits;
43   std::vector<RootMove> RootMoves;
44   Position RootPos;
45   Color RootColor;
46   Time::point SearchTime;
47   StateStackPtr SetupStates;
48 }
49
50 using std::string;
51 using Eval::evaluate;
52 using namespace Search;
53
54 namespace {
55
56   // Set to true to force running with one thread. Used for debugging
57   const bool FakeSplit = false;
58
59   // Different node types, used as template parameter
60   enum NodeType { Root, PV, NonPV, SplitPointRoot, SplitPointPV, SplitPointNonPV };
61
62   // Dynamic razoring margin based on depth
63   inline Value razor_margin(Depth d) { return Value(512 + 16 * int(d)); }
64
65   // Futility lookup tables (initialized at startup) and their access functions
66   int FutilityMoveCounts[2][32]; // [improving][depth]
67
68   inline Value futility_margin(Depth d) {
69     return Value(100 * int(d));
70   }
71
72   // Reduction lookup tables (initialized at startup) and their access function
73   int8_t Reductions[2][2][64][64]; // [pv][improving][depth][moveNumber]
74
75   template <bool PvNode> inline Depth reduction(bool i, Depth d, int mn) {
76
77     return (Depth) Reductions[PvNode][i][std::min(int(d) / ONE_PLY, 63)][std::min(mn, 63)];
78   }
79
80   size_t MultiPV, PVIdx;
81   TimeManager TimeMgr;
82   double BestMoveChanges;
83   Value DrawValue[COLOR_NB];
84   HistoryStats History;
85   GainsStats Gains;
86   MovesStats Countermoves, Followupmoves;
87
88   template <NodeType NT>
89   Value search(Position& pos, Stack* ss, Value alpha, Value beta, Depth depth, bool cutNode);
90
91   template <NodeType NT, bool InCheck>
92   Value qsearch(Position& pos, Stack* ss, Value alpha, Value beta, Depth depth);
93
94   void id_loop(Position& pos);
95   Value value_to_tt(Value v, int ply);
96   Value value_from_tt(Value v, int ply);
97   void update_stats(Position& pos, Stack* ss, Move move, Depth depth, Move* quiets, int quietsCnt);
98   string uci_pv(const Position& pos, int depth, Value alpha, Value beta);
99
100   struct Skill {
101     Skill(int l) : level(l), best(MOVE_NONE) {}
102    ~Skill() {
103       if (enabled()) // Swap best PV line with the sub-optimal one
104           std::swap(RootMoves[0], *std::find(RootMoves.begin(),
105                     RootMoves.end(), best ? best : pick_move()));
106     }
107
108     bool enabled() const { return level < 20; }
109     bool time_to_pick(int depth) const { return depth == 1 + level; }
110     Move pick_move();
111
112     int level;
113     Move best;
114   };
115
116 } // namespace
117
118
119 /// Search::init() is called during startup to initialize various lookup tables
120
121 void Search::init() {
122
123   int d;  // depth (ONE_PLY == 2)
124   int hd; // half depth (ONE_PLY == 1)
125   int mc; // moveCount
126
127   // Init reductions array
128   for (hd = 1; hd < 64; ++hd) for (mc = 1; mc < 64; ++mc)
129   {
130       double    pvRed = 0.00 + log(double(hd)) * log(double(mc)) / 3.00;
131       double nonPVRed = 0.33 + log(double(hd)) * log(double(mc)) / 2.25;
132       Reductions[1][1][hd][mc] = (int8_t) (   pvRed >= 1.0 ? floor(   pvRed * int(ONE_PLY)) : 0);
133       Reductions[0][1][hd][mc] = (int8_t) (nonPVRed >= 1.0 ? floor(nonPVRed * int(ONE_PLY)) : 0);
134
135       Reductions[1][0][hd][mc] = Reductions[1][1][hd][mc];
136       Reductions[0][0][hd][mc] = Reductions[0][1][hd][mc];
137
138       if (Reductions[0][0][hd][mc] > 2 * ONE_PLY)
139           Reductions[0][0][hd][mc] += ONE_PLY;
140
141       else if (Reductions[0][0][hd][mc] > 1 * ONE_PLY)
142           Reductions[0][0][hd][mc] += ONE_PLY / 2;
143   }
144
145   // Init futility move count array
146   for (d = 0; d < 32; ++d)
147   {
148       FutilityMoveCounts[0][d] = int(2.4 + 0.222 * pow(d + 0.00, 1.8));
149       FutilityMoveCounts[1][d] = int(3.0 + 0.300 * pow(d + 0.98, 1.8));
150   }
151 }
152
153
154 /// Search::perft() is our utility to verify move generation. All the leaf nodes
155 /// up to the given depth are generated and counted and the sum returned.
156
157 static uint64_t perft(Position& pos, Depth depth) {
158
159   StateInfo st;
160   uint64_t cnt = 0;
161   CheckInfo ci(pos);
162   const bool leaf = depth == 2 * ONE_PLY;
163
164   for (MoveList<LEGAL> it(pos); *it; ++it)
165   {
166       pos.do_move(*it, st, ci, pos.gives_check(*it, ci));
167       cnt += leaf ? MoveList<LEGAL>(pos).size() : ::perft(pos, depth - ONE_PLY);
168       pos.undo_move(*it);
169   }
170   return cnt;
171 }
172
173 uint64_t Search::perft(Position& pos, Depth depth) {
174   return depth > ONE_PLY ? ::perft(pos, depth) : MoveList<LEGAL>(pos).size();
175 }
176
177 /// Search::think() is the external interface to Stockfish's search, and is
178 /// called by the main thread when the program receives the UCI 'go' command. It
179 /// searches from RootPos and at the end prints the "bestmove" to output.
180
181 void Search::think() {
182
183   static PolyglotBook book; // Defined static to initialize the PRNG only once
184
185   RootColor = RootPos.side_to_move();
186   TimeMgr.init(Limits, RootPos.game_ply(), RootColor);
187
188   int cf = Options["Contempt Factor"] * PawnValueMg / 100; // From centipawns
189   DrawValue[ RootColor] = VALUE_DRAW - Value(cf);
190   DrawValue[~RootColor] = VALUE_DRAW + Value(cf);
191
192   if (RootMoves.empty())
193   {
194       RootMoves.push_back(MOVE_NONE);
195       sync_cout << "info depth 0 score "
196                 << score_to_uci(RootPos.checkers() ? -VALUE_MATE : VALUE_DRAW)
197                 << sync_endl;
198
199       goto finalize;
200   }
201
202   if (Options["OwnBook"] && !Limits.infinite && !Limits.mate)
203   {
204       Move bookMove = book.probe(RootPos, Options["Book File"], Options["Best Book Move"]);
205
206       if (bookMove && std::count(RootMoves.begin(), RootMoves.end(), bookMove))
207       {
208           std::swap(RootMoves[0], *std::find(RootMoves.begin(), RootMoves.end(), bookMove));
209           goto finalize;
210       }
211   }
212
213   if (Options["Write Search Log"])
214   {
215       Log log(Options["Search Log Filename"]);
216       log << "\nSearching: "  << RootPos.fen()
217           << "\ninfinite: "   << Limits.infinite
218           << " ponder: "      << Limits.ponder
219           << " time: "        << Limits.time[RootColor]
220           << " increment: "   << Limits.inc[RootColor]
221           << " moves to go: " << Limits.movestogo
222           << std::endl;
223   }
224
225   // Reset the threads, still sleeping: will wake up at split time
226   for (size_t i = 0; i < Threads.size(); ++i)
227       Threads[i]->maxPly = 0;
228
229   Threads.sleepWhileIdle = Options["Idle Threads Sleep"];
230   Threads.timer->run = true;
231   Threads.timer->notify_one(); // Wake up the recurring timer
232
233   id_loop(RootPos); // Let's start searching !
234
235   Threads.timer->run = false; // Stop the timer
236   Threads.sleepWhileIdle = true; // Send idle threads to sleep
237
238   if (Options["Write Search Log"])
239   {
240       Time::point elapsed = Time::now() - SearchTime + 1;
241
242       Log log(Options["Search Log Filename"]);
243       log << "Nodes: "          << RootPos.nodes_searched()
244           << "\nNodes/second: " << RootPos.nodes_searched() * 1000 / elapsed
245           << "\nBest move: "    << move_to_san(RootPos, RootMoves[0].pv[0]);
246
247       StateInfo st;
248       RootPos.do_move(RootMoves[0].pv[0], st);
249       log << "\nPonder move: " << move_to_san(RootPos, RootMoves[0].pv[1]) << std::endl;
250       RootPos.undo_move(RootMoves[0].pv[0]);
251   }
252
253 finalize:
254
255   // When search is stopped this info is not printed
256   sync_cout << "info nodes " << RootPos.nodes_searched()
257             << " time " << Time::now() - SearchTime + 1 << sync_endl;
258
259   // When we reach the maximum depth, we can arrive here without a raise of
260   // Signals.stop. However, if we are pondering or in an infinite search,
261   // the UCI protocol states that we shouldn't print the best move before the
262   // GUI sends a "stop" or "ponderhit" command. We therefore simply wait here
263   // until the GUI sends one of those commands (which also raises Signals.stop).
264   if (!Signals.stop && (Limits.ponder || Limits.infinite))
265   {
266       Signals.stopOnPonderhit = true;
267       RootPos.this_thread()->wait_for(Signals.stop);
268   }
269
270   // Best move could be MOVE_NONE when searching on a stalemate position
271   sync_cout << "bestmove " << move_to_uci(RootMoves[0].pv[0], RootPos.is_chess960())
272             << " ponder "  << move_to_uci(RootMoves[0].pv[1], RootPos.is_chess960())
273             << sync_endl;
274 }
275
276
277 namespace {
278
279   // id_loop() is the main iterative deepening loop. It calls search() repeatedly
280   // with increasing depth until the allocated thinking time has been consumed,
281   // user stops the search, or the maximum search depth is reached.
282
283   void id_loop(Position& pos) {
284
285     Stack stack[MAX_PLY_PLUS_6], *ss = stack+2; // To allow referencing (ss-2)
286     int depth;
287     Value bestValue, alpha, beta, delta;
288
289     std::memset(ss-2, 0, 5 * sizeof(Stack));
290     (ss-1)->currentMove = MOVE_NULL; // Hack to skip update gains
291
292     depth = 0;
293     BestMoveChanges = 0;
294     bestValue = delta = alpha = -VALUE_INFINITE;
295     beta = VALUE_INFINITE;
296
297     TT.new_search();
298     History.clear();
299     Gains.clear();
300     Countermoves.clear();
301     Followupmoves.clear();
302
303     MultiPV = Options["MultiPV"];
304     Skill skill(Options["Skill Level"]);
305
306     // Do we have to play with skill handicap? In this case enable MultiPV search
307     // that we will use behind the scenes to retrieve a set of possible moves.
308     if (skill.enabled() && MultiPV < 4)
309         MultiPV = 4;
310
311     MultiPV = std::min(MultiPV, RootMoves.size());
312
313     // Iterative deepening loop until requested to stop or target depth reached
314     while (++depth <= MAX_PLY && !Signals.stop && (!Limits.depth || depth <= Limits.depth))
315     {
316         // Age out PV variability metric
317         BestMoveChanges *= 0.5;
318
319         // Save the last iteration's scores before first PV line is searched and
320         // all the move scores except the (new) PV are set to -VALUE_INFINITE.
321         for (size_t i = 0; i < RootMoves.size(); ++i)
322             RootMoves[i].prevScore = RootMoves[i].score;
323
324         // MultiPV loop. We perform a full root search for each PV line
325         for (PVIdx = 0; PVIdx < MultiPV && !Signals.stop; ++PVIdx)
326         {
327             // Reset aspiration window starting size
328             if (depth >= 5)
329             {
330                 delta = Value(depth > 23 ? 16 : 12);
331                 alpha = std::max(RootMoves[PVIdx].prevScore - delta,-VALUE_INFINITE);
332                 beta  = std::min(RootMoves[PVIdx].prevScore + delta, VALUE_INFINITE);
333             }
334
335             // Start with a small aspiration window and, in the case of a fail
336             // high/low, re-search with a bigger window until we're not failing
337             // high/low anymore.
338             while (true)
339             {
340                 bestValue = search<Root>(pos, ss, alpha, beta, depth * ONE_PLY, false);
341
342                 // Bring the best move to the front. It is critical that sorting
343                 // is done with a stable algorithm because all the values but the
344                 // first and eventually the new best one are set to -VALUE_INFINITE
345                 // and we want to keep the same order for all the moves except the
346                 // new PV that goes to the front. Note that in case of MultiPV
347                 // search the already searched PV lines are preserved.
348                 std::stable_sort(RootMoves.begin() + PVIdx, RootMoves.end());
349
350                 // Write PV back to transposition table in case the relevant
351                 // entries have been overwritten during the search.
352                 for (size_t i = 0; i <= PVIdx; ++i)
353                     RootMoves[i].insert_pv_in_tt(pos);
354
355                 // If search has been stopped break immediately. Sorting and
356                 // writing PV back to TT is safe because RootMoves is still
357                 // valid, although it refers to previous iteration.
358                 if (Signals.stop)
359                     break;
360
361                 // When failing high/low give some update (without cluttering
362                 // the UI) before a re-search.
363                 if (  (bestValue <= alpha || bestValue >= beta)
364                     && Time::now() - SearchTime > 3000)
365                     sync_cout << uci_pv(pos, depth, alpha, beta) << sync_endl;
366
367                 // In case of failing low/high increase aspiration window and
368                 // re-search, otherwise exit the loop.
369                 if (bestValue <= alpha)
370                 {
371                     alpha = std::max(bestValue - delta, -VALUE_INFINITE);
372
373                     Signals.failedLowAtRoot = true;
374                     Signals.stopOnPonderhit = false;
375                 }
376                 else if (bestValue >= beta)
377                     beta = std::min(bestValue + delta, VALUE_INFINITE);
378
379                 else
380                     break;
381
382                 delta += delta / 2;
383
384                 assert(alpha >= -VALUE_INFINITE && beta <= VALUE_INFINITE);
385             }
386
387             // Sort the PV lines searched so far and update the GUI
388             std::stable_sort(RootMoves.begin(), RootMoves.begin() + PVIdx + 1);
389
390             if (PVIdx + 1 == MultiPV || Time::now() - SearchTime > 3000)
391                 sync_cout << uci_pv(pos, depth, alpha, beta) << sync_endl;
392         }
393
394         // If skill levels are enabled and time is up, pick a sub-optimal best move
395         if (skill.enabled() && skill.time_to_pick(depth))
396             skill.pick_move();
397
398         if (Options["Write Search Log"])
399         {
400             RootMove& rm = RootMoves[0];
401             if (skill.best != MOVE_NONE)
402                 rm = *std::find(RootMoves.begin(), RootMoves.end(), skill.best);
403
404             Log log(Options["Search Log Filename"]);
405             log << pretty_pv(pos, depth, rm.score, Time::now() - SearchTime, &rm.pv[0])
406                 << std::endl;
407         }
408
409         // Have we found a "mate in x"?
410         if (   Limits.mate
411             && bestValue >= VALUE_MATE_IN_MAX_PLY
412             && VALUE_MATE - bestValue <= 2 * Limits.mate)
413             Signals.stop = true;
414
415         // Do we have time for the next iteration? Can we stop searching now?
416         if (Limits.use_time_management() && !Signals.stop && !Signals.stopOnPonderhit)
417         {
418             // Take some extra time if the best move has changed
419             if (depth > 4 && depth < 50 &&  MultiPV == 1)
420                 TimeMgr.pv_instability(BestMoveChanges);
421
422             // Stop the search if only one legal move is available or all
423             // of the available time has been used.
424             if (   RootMoves.size() == 1
425                 || Time::now() - SearchTime > TimeMgr.available_time())
426             {
427                 // If we are allowed to ponder do not stop the search now but
428                 // keep pondering until the GUI sends "ponderhit" or "stop".
429                 if (Limits.ponder)
430                     Signals.stopOnPonderhit = true;
431                 else
432                     Signals.stop = true;
433             }
434         }
435     }
436   }
437
438
439   // search<>() is the main search function for both PV and non-PV nodes and for
440   // normal and SplitPoint nodes. When called just after a split point the search
441   // is simpler because we have already probed the hash table, done a null move
442   // search, and searched the first move before splitting, so we don't have to
443   // repeat all this work again. We also don't need to store anything to the hash
444   // table here: This is taken care of after we return from the split point.
445
446   template <NodeType NT>
447   Value search(Position& pos, Stack* ss, Value alpha, Value beta, Depth depth, bool cutNode) {
448
449     const bool PvNode   = (NT == PV || NT == Root || NT == SplitPointPV || NT == SplitPointRoot);
450     const bool SpNode   = (NT == SplitPointPV || NT == SplitPointNonPV || NT == SplitPointRoot);
451     const bool RootNode = (NT == Root || NT == SplitPointRoot);
452
453     assert(-VALUE_INFINITE <= alpha && alpha < beta && beta <= VALUE_INFINITE);
454     assert(PvNode || (alpha == beta - 1));
455     assert(depth > DEPTH_ZERO);
456
457     Move quietsSearched[64];
458     StateInfo st;
459     const TTEntry *tte;
460     SplitPoint* splitPoint;
461     Key posKey;
462     Move ttMove, move, excludedMove, bestMove;
463     Depth ext, newDepth, predictedDepth;
464     Value bestValue, value, ttValue, eval, nullValue, futilityValue;
465     bool inCheck, givesCheck, pvMove, singularExtensionNode, improving;
466     bool captureOrPromotion, dangerous, doFullDepthSearch;
467     int moveCount, quietCount;
468
469     // Step 1. Initialize node
470     Thread* thisThread = pos.this_thread();
471     inCheck = pos.checkers();
472
473     if (SpNode)
474     {
475         splitPoint = ss->splitPoint;
476         bestMove   = splitPoint->bestMove;
477         bestValue  = splitPoint->bestValue;
478         tte = NULL;
479         ttMove = excludedMove = MOVE_NONE;
480         ttValue = VALUE_NONE;
481
482         assert(splitPoint->bestValue > -VALUE_INFINITE && splitPoint->moveCount > 0);
483
484         goto moves_loop;
485     }
486
487     moveCount = quietCount = 0;
488     bestValue = -VALUE_INFINITE;
489     ss->currentMove = ss->ttMove = (ss+1)->excludedMove = bestMove = MOVE_NONE;
490     ss->ply = (ss-1)->ply + 1;
491     (ss+1)->skipNullMove = false; (ss+1)->reduction = DEPTH_ZERO;
492     (ss+2)->killers[0] = (ss+2)->killers[1] = MOVE_NONE;
493
494     // Used to send selDepth info to GUI
495     if (PvNode && thisThread->maxPly < ss->ply)
496         thisThread->maxPly = ss->ply;
497
498     if (!RootNode)
499     {
500         // Step 2. Check for aborted search and immediate draw
501         if (Signals.stop || pos.is_draw() || ss->ply > MAX_PLY)
502             return ss->ply > MAX_PLY && !inCheck ? evaluate(pos) : DrawValue[pos.side_to_move()];
503
504         // Step 3. Mate distance pruning. Even if we mate at the next move our score
505         // would be at best mate_in(ss->ply+1), but if alpha is already bigger because
506         // a shorter mate was found upward in the tree then there is no need to search
507         // because we will never beat the current alpha. Same logic but with reversed
508         // signs applies also in the opposite condition of being mated instead of giving
509         // mate. In this case return a fail-high score.
510         alpha = std::max(mated_in(ss->ply), alpha);
511         beta = std::min(mate_in(ss->ply+1), beta);
512         if (alpha >= beta)
513             return alpha;
514     }
515
516     // Step 4. Transposition table lookup
517     // We don't want the score of a partial search to overwrite a previous full search
518     // TT value, so we use a different position key in case of an excluded move.
519     excludedMove = ss->excludedMove;
520     posKey = excludedMove ? pos.exclusion_key() : pos.key();
521     tte = TT.probe(posKey);
522     ss->ttMove = ttMove = RootNode ? RootMoves[PVIdx].pv[0] : tte ? tte->move() : MOVE_NONE;
523     ttValue = tte ? value_from_tt(tte->value(), ss->ply) : VALUE_NONE;
524
525     // At PV nodes we check for exact scores, whilst at non-PV nodes we check for
526     // a fail high/low. The biggest advantage to probing at PV nodes is to have a
527     // smooth experience in analysis mode. We don't probe at Root nodes otherwise
528     // we should also update RootMoveList to avoid bogus output.
529     if (   !RootNode
530         && tte
531         && tte->depth() >= depth
532         && ttValue != VALUE_NONE // Only in case of TT access race
533         && (           PvNode ?  tte->bound() == BOUND_EXACT
534             : ttValue >= beta ? (tte->bound() &  BOUND_LOWER)
535                               : (tte->bound() &  BOUND_UPPER)))
536     {
537         TT.refresh(tte);
538         ss->currentMove = ttMove; // Can be MOVE_NONE
539
540         // If ttMove is quiet, update killers, history, counter move and followup move on TT hit
541         if (ttValue >= beta && ttMove && !pos.capture_or_promotion(ttMove) && !inCheck)
542             update_stats(pos, ss, ttMove, depth, NULL, 0);
543
544         return ttValue;
545     }
546
547     // Step 5. Evaluate the position statically and update parent's gain statistics
548     if (inCheck)
549     {
550         ss->staticEval = eval = VALUE_NONE;
551         goto moves_loop;
552     }
553
554     else if (tte)
555     {
556         // Never assume anything on values stored in TT
557         if ((ss->staticEval = eval = tte->eval_value()) == VALUE_NONE)
558             eval = ss->staticEval = evaluate(pos);
559
560         // Can ttValue be used as a better position evaluation?
561         if (ttValue != VALUE_NONE)
562             if (tte->bound() & (ttValue > eval ? BOUND_LOWER : BOUND_UPPER))
563                 eval = ttValue;
564     }
565     else
566     {
567         eval = ss->staticEval = evaluate(pos);
568         TT.store(posKey, VALUE_NONE, BOUND_NONE, DEPTH_NONE, MOVE_NONE, ss->staticEval);
569     }
570
571     if (   !pos.captured_piece_type()
572         &&  ss->staticEval != VALUE_NONE
573         && (ss-1)->staticEval != VALUE_NONE
574         && (move = (ss-1)->currentMove) != MOVE_NULL
575         &&  type_of(move) == NORMAL)
576     {
577         Square to = to_sq(move);
578         Gains.update(pos.piece_on(to), to, -(ss-1)->staticEval - ss->staticEval);
579     }
580
581     // Step 6. Razoring (skipped when in check)
582     if (   !PvNode
583         &&  depth < 4 * ONE_PLY
584         &&  eval + razor_margin(depth) <= alpha
585         &&  ttMove == MOVE_NONE
586         &&  abs(beta) < VALUE_MATE_IN_MAX_PLY
587         && !pos.pawn_on_7th(pos.side_to_move()))
588     {
589         Value ralpha = alpha - razor_margin(depth);
590         Value v = qsearch<NonPV, false>(pos, ss, ralpha, ralpha+1, DEPTH_ZERO);
591         if (v <= ralpha)
592             return v;
593     }
594
595     // Step 7. Futility pruning: child node (skipped when in check)
596     if (   !PvNode
597         && !ss->skipNullMove
598         &&  depth < 7 * ONE_PLY
599         &&  eval - futility_margin(depth) >= beta
600         &&  abs(beta) < VALUE_MATE_IN_MAX_PLY
601         &&  abs(eval) < VALUE_KNOWN_WIN
602         &&  pos.non_pawn_material(pos.side_to_move()))
603         return eval - futility_margin(depth);
604
605     // Step 8. Null move search with verification search (is omitted in PV nodes)
606     if (   !PvNode
607         && !ss->skipNullMove
608         &&  depth >= 2 * ONE_PLY
609         &&  eval >= beta
610         &&  abs(beta) < VALUE_MATE_IN_MAX_PLY
611         &&  pos.non_pawn_material(pos.side_to_move()))
612     {
613         ss->currentMove = MOVE_NULL;
614
615         assert(eval - beta >= 0);
616
617         // Null move dynamic reduction based on depth and value
618         Depth R =  3 * ONE_PLY
619                  + depth / 4
620                  + int(eval - beta) / PawnValueMg * ONE_PLY;
621
622         pos.do_null_move(st);
623         (ss+1)->skipNullMove = true;
624         nullValue = depth-R < ONE_PLY ? -qsearch<NonPV, false>(pos, ss+1, -beta, -beta+1, DEPTH_ZERO)
625                                       : - search<NonPV>(pos, ss+1, -beta, -beta+1, depth-R, !cutNode);
626         (ss+1)->skipNullMove = false;
627         pos.undo_null_move();
628
629         if (nullValue >= beta)
630         {
631             // Do not return unproven mate scores
632             if (nullValue >= VALUE_MATE_IN_MAX_PLY)
633                 nullValue = beta;
634
635             if (depth < 12 * ONE_PLY)
636                 return nullValue;
637
638             // Do verification search at high depths
639             ss->skipNullMove = true;
640             Value v = depth-R < ONE_PLY ? qsearch<NonPV, false>(pos, ss, beta-1, beta, DEPTH_ZERO)
641                                         :  search<NonPV>(pos, ss, beta-1, beta, depth-R, false);
642             ss->skipNullMove = false;
643
644             if (v >= beta)
645                 return nullValue;
646         }
647     }
648
649     // Step 9. ProbCut (skipped when in check)
650     // If we have a very good capture (i.e. SEE > seeValues[captured_piece_type])
651     // and a reduced search returns a value much above beta, we can (almost) safely
652     // prune the previous move.
653     if (   !PvNode
654         &&  depth >= 5 * ONE_PLY
655         && !ss->skipNullMove
656         &&  abs(beta) < VALUE_MATE_IN_MAX_PLY)
657     {
658         Value rbeta = std::min(beta + 200, VALUE_INFINITE);
659         Depth rdepth = depth - 4 * ONE_PLY;
660
661         assert(rdepth >= ONE_PLY);
662         assert((ss-1)->currentMove != MOVE_NONE);
663         assert((ss-1)->currentMove != MOVE_NULL);
664
665         MovePicker mp(pos, ttMove, History, pos.captured_piece_type());
666         CheckInfo ci(pos);
667
668         while ((move = mp.next_move<false>()) != MOVE_NONE)
669             if (pos.legal(move, ci.pinned))
670             {
671                 ss->currentMove = move;
672                 pos.do_move(move, st, ci, pos.gives_check(move, ci));
673                 value = -search<NonPV>(pos, ss+1, -rbeta, -rbeta+1, rdepth, !cutNode);
674                 pos.undo_move(move);
675                 if (value >= rbeta)
676                     return value;
677             }
678     }
679
680     // Step 10. Internal iterative deepening (skipped when in check)
681     if (    depth >= (PvNode ? 5 * ONE_PLY : 8 * ONE_PLY)
682         && !ttMove
683         && (PvNode || ss->staticEval + Value(256) >= beta))
684     {
685         Depth d = depth - 2 * ONE_PLY - (PvNode ? DEPTH_ZERO : depth / 4);
686
687         ss->skipNullMove = true;
688         search<PvNode ? PV : NonPV>(pos, ss, alpha, beta, d, true);
689         ss->skipNullMove = false;
690
691         tte = TT.probe(posKey);
692         ttMove = tte ? tte->move() : MOVE_NONE;
693     }
694
695 moves_loop: // When in check and at SpNode search starts from here
696
697     Square prevMoveSq = to_sq((ss-1)->currentMove);
698     Move countermoves[] = { Countermoves[pos.piece_on(prevMoveSq)][prevMoveSq].first,
699                             Countermoves[pos.piece_on(prevMoveSq)][prevMoveSq].second };
700
701     Square prevOwnMoveSq = to_sq((ss-2)->currentMove);
702     Move followupmoves[] = { Followupmoves[pos.piece_on(prevOwnMoveSq)][prevOwnMoveSq].first,
703                              Followupmoves[pos.piece_on(prevOwnMoveSq)][prevOwnMoveSq].second };
704
705     MovePicker mp(pos, ttMove, depth, History, countermoves, followupmoves, ss);
706     CheckInfo ci(pos);
707     value = bestValue; // Workaround a bogus 'uninitialized' warning under gcc
708     improving =   ss->staticEval >= (ss-2)->staticEval
709                || ss->staticEval == VALUE_NONE
710                ||(ss-2)->staticEval == VALUE_NONE;
711
712     singularExtensionNode =   !RootNode
713                            && !SpNode
714                            &&  depth >= 8 * ONE_PLY
715                            &&  ttMove != MOVE_NONE
716                            && !excludedMove // Recursive singular search is not allowed
717                            && (tte->bound() & BOUND_LOWER)
718                            &&  tte->depth() >= depth - 3 * ONE_PLY;
719
720     // Step 11. Loop through moves
721     // Loop through all pseudo-legal moves until no moves remain or a beta cutoff occurs
722     while ((move = mp.next_move<SpNode>()) != MOVE_NONE)
723     {
724       assert(is_ok(move));
725
726       if (move == excludedMove)
727           continue;
728
729       // At root obey the "searchmoves" option and skip moves not listed in Root
730       // Move List. As a consequence any illegal move is also skipped. In MultiPV
731       // mode we also skip PV moves which have been already searched.
732       if (RootNode && !std::count(RootMoves.begin() + PVIdx, RootMoves.end(), move))
733           continue;
734
735       if (SpNode)
736       {
737           // Shared counter cannot be decremented later if the move turns out to be illegal
738           if (!pos.legal(move, ci.pinned))
739               continue;
740
741           moveCount = ++splitPoint->moveCount;
742           splitPoint->mutex.unlock();
743       }
744       else
745           ++moveCount;
746
747       if (RootNode)
748       {
749           Signals.firstRootMove = (moveCount == 1);
750
751           if (thisThread == Threads.main() && Time::now() - SearchTime > 3000)
752               sync_cout << "info depth " << depth / ONE_PLY
753                         << " currmove " << move_to_uci(move, pos.is_chess960())
754                         << " currmovenumber " << moveCount + PVIdx << sync_endl;
755       }
756
757       ext = DEPTH_ZERO;
758       captureOrPromotion = pos.capture_or_promotion(move);
759
760       givesCheck =  type_of(move) == NORMAL && !ci.dcCandidates
761                   ? ci.checkSq[type_of(pos.piece_on(from_sq(move)))] & to_sq(move)
762                   : pos.gives_check(move, ci);
763
764       dangerous =   givesCheck
765                  || type_of(move) != NORMAL
766                  || pos.advanced_pawn_push(move);
767
768       // Step 12. Extend checks
769       if (givesCheck && pos.see_sign(move) >= VALUE_ZERO)
770           ext = ONE_PLY;
771
772       // Singular extension search. If all moves but one fail low on a search of
773       // (alpha-s, beta-s), and just one fails high on (alpha, beta), then that move
774       // is singular and should be extended. To verify this we do a reduced search
775       // on all the other moves but the ttMove and if the result is lower than
776       // ttValue minus a margin then we extend the ttMove.
777       if (    singularExtensionNode
778           &&  move == ttMove
779           && !ext
780           &&  pos.legal(move, ci.pinned)
781           &&  abs(ttValue) < VALUE_KNOWN_WIN)
782       {
783           assert(ttValue != VALUE_NONE);
784
785           Value rBeta = ttValue - int(depth);
786           ss->excludedMove = move;
787           ss->skipNullMove = true;
788           value = search<NonPV>(pos, ss, rBeta - 1, rBeta, depth / 2, cutNode);
789           ss->skipNullMove = false;
790           ss->excludedMove = MOVE_NONE;
791
792           if (value < rBeta)
793               ext = ONE_PLY;
794       }
795
796       // Update the current move (this must be done after singular extension search)
797       newDepth = depth - ONE_PLY + ext;
798
799       // Step 13. Pruning at shallow depth (exclude PV nodes)
800       if (   !PvNode
801           && !captureOrPromotion
802           && !inCheck
803           && !dangerous
804        /* &&  move != ttMove Already implicit in the next condition */
805           &&  bestValue > VALUE_MATED_IN_MAX_PLY)
806       {
807           // Move count based pruning
808           if (   depth < 16 * ONE_PLY
809               && moveCount >= FutilityMoveCounts[improving][depth] )
810           {
811               if (SpNode)
812                   splitPoint->mutex.lock();
813
814               continue;
815           }
816
817           predictedDepth = newDepth - reduction<PvNode>(improving, depth, moveCount);
818
819           // Futility pruning: parent node
820           if (predictedDepth < 7 * ONE_PLY)
821           {
822               futilityValue = ss->staticEval + futility_margin(predictedDepth)
823                             + Value(128) + Gains[pos.moved_piece(move)][to_sq(move)];
824
825               if (futilityValue <= alpha)
826               {
827                   bestValue = std::max(bestValue, futilityValue);
828
829                   if (SpNode)
830                   {
831                       splitPoint->mutex.lock();
832                       if (bestValue > splitPoint->bestValue)
833                           splitPoint->bestValue = bestValue;
834                   }
835                   continue;
836               }
837           }
838
839           // Prune moves with negative SEE at low depths
840           if (predictedDepth < 4 * ONE_PLY && pos.see_sign(move) < VALUE_ZERO)
841           {
842               if (SpNode)
843                   splitPoint->mutex.lock();
844
845               continue;
846           }
847       }
848
849       // Check for legality just before making the move
850       if (!RootNode && !SpNode && !pos.legal(move, ci.pinned))
851       {
852           moveCount--;
853           continue;
854       }
855
856       pvMove = PvNode && moveCount == 1;
857       ss->currentMove = move;
858       if (!SpNode && !captureOrPromotion && quietCount < 64)
859           quietsSearched[quietCount++] = move;
860
861       // Step 14. Make the move
862       pos.do_move(move, st, ci, givesCheck);
863
864       // Step 15. Reduced depth search (LMR). If the move fails high it will be
865       // re-searched at full depth.
866       if (    depth >= 3 * ONE_PLY
867           && !pvMove
868           && !captureOrPromotion
869           &&  move != ttMove
870           &&  move != ss->killers[0]
871           &&  move != ss->killers[1])
872       {
873           ss->reduction = reduction<PvNode>(improving, depth, moveCount);
874
875           if (!PvNode && cutNode)
876               ss->reduction += ONE_PLY;
877
878           else if (History[pos.piece_on(to_sq(move))][to_sq(move)] < 0)
879               ss->reduction += ONE_PLY / 2;
880
881           if (move == countermoves[0] || move == countermoves[1])
882               ss->reduction = std::max(DEPTH_ZERO, ss->reduction - ONE_PLY);
883
884           Depth d = std::max(newDepth - ss->reduction, ONE_PLY);
885           if (SpNode)
886               alpha = splitPoint->alpha;
887
888           value = -search<NonPV>(pos, ss+1, -(alpha+1), -alpha, d, true);
889
890           // Research at intermediate depth if reduction is very high
891           if (value > alpha && ss->reduction >= 4 * ONE_PLY)
892           {
893               Depth d2 = std::max(newDepth - 2 * ONE_PLY, ONE_PLY);
894               value = -search<NonPV>(pos, ss+1, -(alpha+1), -alpha, d2, true);
895           }
896
897           doFullDepthSearch = (value > alpha && ss->reduction != DEPTH_ZERO);
898           ss->reduction = DEPTH_ZERO;
899       }
900       else
901           doFullDepthSearch = !pvMove;
902
903       // Step 16. Full depth search, when LMR is skipped or fails high
904       if (doFullDepthSearch)
905       {
906           if (SpNode)
907               alpha = splitPoint->alpha;
908
909           value = newDepth < ONE_PLY ?
910                           givesCheck ? -qsearch<NonPV,  true>(pos, ss+1, -(alpha+1), -alpha, DEPTH_ZERO)
911                                      : -qsearch<NonPV, false>(pos, ss+1, -(alpha+1), -alpha, DEPTH_ZERO)
912                                      : - search<NonPV>(pos, ss+1, -(alpha+1), -alpha, newDepth, !cutNode);
913       }
914
915       // For PV nodes only, do a full PV search on the first move or after a fail
916       // high (in the latter case search only if value < beta), otherwise let the
917       // parent node fail low with value <= alpha and to try another move.
918       if (PvNode && (pvMove || (value > alpha && (RootNode || value < beta))))
919           value = newDepth < ONE_PLY ?
920                           givesCheck ? -qsearch<PV,  true>(pos, ss+1, -beta, -alpha, DEPTH_ZERO)
921                                      : -qsearch<PV, false>(pos, ss+1, -beta, -alpha, DEPTH_ZERO)
922                                      : - search<PV>(pos, ss+1, -beta, -alpha, newDepth, false);
923       // Step 17. Undo move
924       pos.undo_move(move);
925
926       assert(value > -VALUE_INFINITE && value < VALUE_INFINITE);
927
928       // Step 18. Check for new best move
929       if (SpNode)
930       {
931           splitPoint->mutex.lock();
932           bestValue = splitPoint->bestValue;
933           alpha = splitPoint->alpha;
934       }
935
936       // Finished searching the move. If Signals.stop is true, the search
937       // was aborted because the user interrupted the search or because we
938       // ran out of time. In this case, the return value of the search cannot
939       // be trusted, and we don't update the best move and/or PV.
940       if (Signals.stop || thisThread->cutoff_occurred())
941           return value; // To avoid returning VALUE_INFINITE
942
943       if (RootNode)
944       {
945           RootMove& rm = *std::find(RootMoves.begin(), RootMoves.end(), move);
946
947           // PV move or new best move ?
948           if (pvMove || value > alpha)
949           {
950               rm.score = value;
951               rm.extract_pv_from_tt(pos);
952
953               // We record how often the best move has been changed in each
954               // iteration. This information is used for time management: When
955               // the best move changes frequently, we allocate some more time.
956               if (!pvMove)
957                   ++BestMoveChanges;
958           }
959           else
960               // All other moves but the PV are set to the lowest value: this is
961               // not a problem when sorting because the sort is stable and the
962               // move position in the list is preserved - just the PV is pushed up.
963               rm.score = -VALUE_INFINITE;
964       }
965
966       if (value > bestValue)
967       {
968           bestValue = SpNode ? splitPoint->bestValue = value : value;
969
970           if (value > alpha)
971           {
972               bestMove = SpNode ? splitPoint->bestMove = move : move;
973
974               if (PvNode && value < beta) // Update alpha! Always alpha < beta
975                   alpha = SpNode ? splitPoint->alpha = value : value;
976               else
977               {
978                   assert(value >= beta); // Fail high
979
980                   if (SpNode)
981                       splitPoint->cutoff = true;
982
983                   break;
984               }
985           }
986       }
987
988       // Step 19. Check for splitting the search
989       if (   !SpNode
990           &&  depth >= Threads.minimumSplitDepth
991           &&  Threads.available_slave(thisThread)
992           &&  thisThread->splitPointsSize < MAX_SPLITPOINTS_PER_THREAD)
993       {
994           assert(bestValue < beta);
995
996           thisThread->split<FakeSplit>(pos, ss, alpha, beta, &bestValue, &bestMove,
997                                        depth, moveCount, &mp, NT, cutNode);
998           if (bestValue >= beta)
999               break;
1000       }
1001     }
1002
1003     if (SpNode)
1004         return bestValue;
1005
1006     // Step 20. Check for mate and stalemate
1007     // All legal moves have been searched and if there are no legal moves, it
1008     // must be mate or stalemate. Note that we can have a false positive in
1009     // case of Signals.stop or thread.cutoff_occurred() are set, but this is
1010     // harmless because return value is discarded anyhow in the parent nodes.
1011     // If we are in a singular extension search then return a fail low score.
1012     // A split node has at least one move - the one tried before to be split.
1013     if (!moveCount)
1014         return  excludedMove ? alpha
1015               : inCheck ? mated_in(ss->ply) : DrawValue[pos.side_to_move()];
1016
1017     // If we have pruned all the moves without searching return a fail-low score
1018     if (bestValue == -VALUE_INFINITE)
1019         bestValue = alpha;
1020
1021     TT.store(posKey, value_to_tt(bestValue, ss->ply),
1022              bestValue >= beta  ? BOUND_LOWER :
1023              PvNode && bestMove ? BOUND_EXACT : BOUND_UPPER,
1024              depth, bestMove, ss->staticEval);
1025
1026     // Quiet best move: update killers, history, countermoves and followupmoves
1027     if (bestValue >= beta && !pos.capture_or_promotion(bestMove) && !inCheck)
1028         update_stats(pos, ss, bestMove, depth, quietsSearched, quietCount - 1);
1029
1030     assert(bestValue > -VALUE_INFINITE && bestValue < VALUE_INFINITE);
1031
1032     return bestValue;
1033   }
1034
1035
1036   // qsearch() is the quiescence search function, which is called by the main
1037   // search function when the remaining depth is zero (or, to be more precise,
1038   // less than ONE_PLY).
1039
1040   template <NodeType NT, bool InCheck>
1041   Value qsearch(Position& pos, Stack* ss, Value alpha, Value beta, Depth depth) {
1042
1043     const bool PvNode = (NT == PV);
1044
1045     assert(NT == PV || NT == NonPV);
1046     assert(InCheck == !!pos.checkers());
1047     assert(alpha >= -VALUE_INFINITE && alpha < beta && beta <= VALUE_INFINITE);
1048     assert(PvNode || (alpha == beta - 1));
1049     assert(depth <= DEPTH_ZERO);
1050
1051     StateInfo st;
1052     const TTEntry* tte;
1053     Key posKey;
1054     Move ttMove, move, bestMove;
1055     Value bestValue, value, ttValue, futilityValue, futilityBase, oldAlpha;
1056     bool givesCheck, evasionPrunable;
1057     Depth ttDepth;
1058
1059     // To flag BOUND_EXACT a node with eval above alpha and no available moves
1060     if (PvNode)
1061         oldAlpha = alpha;
1062
1063     ss->currentMove = bestMove = MOVE_NONE;
1064     ss->ply = (ss-1)->ply + 1;
1065
1066     // Check for an instant draw or if the maximum ply has been reached
1067     if (pos.is_draw() || ss->ply > MAX_PLY)
1068         return ss->ply > MAX_PLY && !InCheck ? evaluate(pos) : DrawValue[pos.side_to_move()];
1069
1070     // Decide whether or not to include checks: this fixes also the type of
1071     // TT entry depth that we are going to use. Note that in qsearch we use
1072     // only two types of depth in TT: DEPTH_QS_CHECKS or DEPTH_QS_NO_CHECKS.
1073     ttDepth = InCheck || depth >= DEPTH_QS_CHECKS ? DEPTH_QS_CHECKS
1074                                                   : DEPTH_QS_NO_CHECKS;
1075
1076     // Transposition table lookup
1077     posKey = pos.key();
1078     tte = TT.probe(posKey);
1079     ttMove = tte ? tte->move() : MOVE_NONE;
1080     ttValue = tte ? value_from_tt(tte->value(),ss->ply) : VALUE_NONE;
1081
1082     if (   tte
1083         && tte->depth() >= ttDepth
1084         && ttValue != VALUE_NONE // Only in case of TT access race
1085         && (           PvNode ?  tte->bound() == BOUND_EXACT
1086             : ttValue >= beta ? (tte->bound() &  BOUND_LOWER)
1087                               : (tte->bound() &  BOUND_UPPER)))
1088     {
1089         ss->currentMove = ttMove; // Can be MOVE_NONE
1090         return ttValue;
1091     }
1092
1093     // Evaluate the position statically
1094     if (InCheck)
1095     {
1096         ss->staticEval = VALUE_NONE;
1097         bestValue = futilityBase = -VALUE_INFINITE;
1098     }
1099     else
1100     {
1101         if (tte)
1102         {
1103             // Never assume anything on values stored in TT
1104             if ((ss->staticEval = bestValue = tte->eval_value()) == VALUE_NONE)
1105                 ss->staticEval = bestValue = evaluate(pos);
1106
1107             // Can ttValue be used as a better position evaluation?
1108             if (ttValue != VALUE_NONE)
1109                 if (tte->bound() & (ttValue > bestValue ? BOUND_LOWER : BOUND_UPPER))
1110                     bestValue = ttValue;
1111         }
1112         else
1113             ss->staticEval = bestValue = evaluate(pos);
1114
1115         // Stand pat. Return immediately if static value is at least beta
1116         if (bestValue >= beta)
1117         {
1118             if (!tte)
1119                 TT.store(pos.key(), value_to_tt(bestValue, ss->ply), BOUND_LOWER,
1120                          DEPTH_NONE, MOVE_NONE, ss->staticEval);
1121
1122             return bestValue;
1123         }
1124
1125         if (PvNode && bestValue > alpha)
1126             alpha = bestValue;
1127
1128         futilityBase = bestValue + Value(128);
1129     }
1130
1131     // Initialize a MovePicker object for the current position, and prepare
1132     // to search the moves. Because the depth is <= 0 here, only captures,
1133     // queen promotions and checks (only if depth >= DEPTH_QS_CHECKS) will
1134     // be generated.
1135     MovePicker mp(pos, ttMove, depth, History, to_sq((ss-1)->currentMove));
1136     CheckInfo ci(pos);
1137
1138     // Loop through the moves until no moves remain or a beta cutoff occurs
1139     while ((move = mp.next_move<false>()) != MOVE_NONE)
1140     {
1141       assert(is_ok(move));
1142
1143       givesCheck =  type_of(move) == NORMAL && !ci.dcCandidates
1144                   ? ci.checkSq[type_of(pos.piece_on(from_sq(move)))] & to_sq(move)
1145                   : pos.gives_check(move, ci);
1146
1147       // Futility pruning
1148       if (   !PvNode
1149           && !InCheck
1150           && !givesCheck
1151           &&  move != ttMove
1152           &&  futilityBase > -VALUE_KNOWN_WIN
1153           && !pos.advanced_pawn_push(move))
1154       {
1155           assert(type_of(move) != ENPASSANT); // Due to !pos.advanced_pawn_push
1156
1157           futilityValue = futilityBase + PieceValue[EG][pos.piece_on(to_sq(move))];
1158
1159           if (futilityValue < beta)
1160           {
1161               bestValue = std::max(bestValue, futilityValue);
1162               continue;
1163           }
1164
1165           if (futilityBase < beta && pos.see(move) <= VALUE_ZERO)
1166           {
1167               bestValue = std::max(bestValue, futilityBase);
1168               continue;
1169           }
1170       }
1171
1172       // Detect non-capture evasions that are candidates to be pruned
1173       evasionPrunable =    InCheck
1174                        &&  bestValue > VALUE_MATED_IN_MAX_PLY
1175                        && !pos.capture(move)
1176                        && !pos.can_castle(pos.side_to_move());
1177
1178       // Don't search moves with negative SEE values
1179       if (   !PvNode
1180           && (!InCheck || evasionPrunable)
1181           &&  move != ttMove
1182           &&  type_of(move) != PROMOTION
1183           &&  pos.see_sign(move) < VALUE_ZERO)
1184           continue;
1185
1186       // Check for legality just before making the move
1187       if (!pos.legal(move, ci.pinned))
1188           continue;
1189
1190       ss->currentMove = move;
1191
1192       // Make and search the move
1193       pos.do_move(move, st, ci, givesCheck);
1194       value = givesCheck ? -qsearch<NT,  true>(pos, ss+1, -beta, -alpha, depth - ONE_PLY)
1195                          : -qsearch<NT, false>(pos, ss+1, -beta, -alpha, depth - ONE_PLY);
1196       pos.undo_move(move);
1197
1198       assert(value > -VALUE_INFINITE && value < VALUE_INFINITE);
1199
1200       // Check for new best move
1201       if (value > bestValue)
1202       {
1203           bestValue = value;
1204
1205           if (value > alpha)
1206           {
1207               if (PvNode && value < beta) // Update alpha here! Always alpha < beta
1208               {
1209                   alpha = value;
1210                   bestMove = move;
1211               }
1212               else // Fail high
1213               {
1214                   TT.store(posKey, value_to_tt(value, ss->ply), BOUND_LOWER,
1215                            ttDepth, move, ss->staticEval);
1216
1217                   return value;
1218               }
1219           }
1220        }
1221     }
1222
1223     // All legal moves have been searched. A special case: If we're in check
1224     // and no legal moves were found, it is checkmate.
1225     if (InCheck && bestValue == -VALUE_INFINITE)
1226         return mated_in(ss->ply); // Plies to mate from the root
1227
1228     TT.store(posKey, value_to_tt(bestValue, ss->ply),
1229              PvNode && bestValue > oldAlpha ? BOUND_EXACT : BOUND_UPPER,
1230              ttDepth, bestMove, ss->staticEval);
1231
1232     assert(bestValue > -VALUE_INFINITE && bestValue < VALUE_INFINITE);
1233
1234     return bestValue;
1235   }
1236
1237
1238   // value_to_tt() adjusts a mate score from "plies to mate from the root" to
1239   // "plies to mate from the current position". Non-mate scores are unchanged.
1240   // The function is called before storing a value in the transposition table.
1241
1242   Value value_to_tt(Value v, int ply) {
1243
1244     assert(v != VALUE_NONE);
1245
1246     return  v >= VALUE_MATE_IN_MAX_PLY  ? v + ply
1247           : v <= VALUE_MATED_IN_MAX_PLY ? v - ply : v;
1248   }
1249
1250
1251   // value_from_tt() is the inverse of value_to_tt(): It adjusts a mate score
1252   // from the transposition table (which refers to the plies to mate/be mated
1253   // from current position) to "plies to mate/be mated from the root".
1254
1255   Value value_from_tt(Value v, int ply) {
1256
1257     return  v == VALUE_NONE             ? VALUE_NONE
1258           : v >= VALUE_MATE_IN_MAX_PLY  ? v - ply
1259           : v <= VALUE_MATED_IN_MAX_PLY ? v + ply : v;
1260   }
1261
1262
1263   // update_stats() updates killers, history, countermoves and followupmoves stats after a fail-high
1264   // of a quiet move.
1265
1266   void update_stats(Position& pos, Stack* ss, Move move, Depth depth, Move* quiets, int quietsCnt) {
1267
1268     if (ss->killers[0] != move)
1269     {
1270         ss->killers[1] = ss->killers[0];
1271         ss->killers[0] = move;
1272     }
1273
1274     // Increase history value of the cut-off move and decrease all the other
1275     // played quiet moves.
1276     Value bonus = Value(int(depth) * int(depth));
1277     History.update(pos.moved_piece(move), to_sq(move), bonus);
1278     for (int i = 0; i < quietsCnt; ++i)
1279     {
1280         Move m = quiets[i];
1281         History.update(pos.moved_piece(m), to_sq(m), -bonus);
1282     }
1283
1284     if (is_ok((ss-1)->currentMove))
1285     {
1286         Square prevMoveSq = to_sq((ss-1)->currentMove);
1287         Countermoves.update(pos.piece_on(prevMoveSq), prevMoveSq, move);
1288     }
1289
1290     if (is_ok((ss-2)->currentMove) && (ss-1)->currentMove == (ss-1)->ttMove)
1291     {
1292         Square prevOwnMoveSq = to_sq((ss-2)->currentMove);
1293         Followupmoves.update(pos.piece_on(prevOwnMoveSq), prevOwnMoveSq, move);
1294     }
1295   }
1296
1297
1298   // When playing with a strength handicap, choose best move among the MultiPV
1299   // set using a statistical rule dependent on 'level'. Idea by Heinz van Saanen.
1300
1301   Move Skill::pick_move() {
1302
1303     static RKISS rk;
1304
1305     // PRNG sequence should be not deterministic
1306     for (int i = Time::now() % 50; i > 0; --i)
1307         rk.rand<unsigned>();
1308
1309     // RootMoves are already sorted by score in descending order
1310     int variance = std::min(RootMoves[0].score - RootMoves[MultiPV - 1].score, PawnValueMg);
1311     int weakness = 120 - 2 * level;
1312     int max_s = -VALUE_INFINITE;
1313     best = MOVE_NONE;
1314
1315     // Choose best move. For each move score we add two terms both dependent on
1316     // weakness. One deterministic and bigger for weaker moves, and one random,
1317     // then we choose the move with the resulting highest score.
1318     for (size_t i = 0; i < MultiPV; ++i)
1319     {
1320         int s = RootMoves[i].score;
1321
1322         // Don't allow crazy blunders even at very low skills
1323         if (i > 0 && RootMoves[i-1].score > s + 2 * PawnValueMg)
1324             break;
1325
1326         // This is our magic formula
1327         s += (  weakness * int(RootMoves[0].score - s)
1328               + variance * (rk.rand<unsigned>() % weakness)) / 128;
1329
1330         if (s > max_s)
1331         {
1332             max_s = s;
1333             best = RootMoves[i].pv[0];
1334         }
1335     }
1336     return best;
1337   }
1338
1339
1340   // uci_pv() formats PV information according to the UCI protocol. UCI
1341   // requires that all (if any) unsearched PV lines are sent using a previous
1342   // search score.
1343
1344   string uci_pv(const Position& pos, int depth, Value alpha, Value beta) {
1345
1346     std::stringstream s;
1347     Time::point elapsed = Time::now() - SearchTime + 1;
1348     size_t uciPVSize = std::min((size_t)Options["MultiPV"], RootMoves.size());
1349     int selDepth = 0;
1350
1351     for (size_t i = 0; i < Threads.size(); ++i)
1352         if (Threads[i]->maxPly > selDepth)
1353             selDepth = Threads[i]->maxPly;
1354
1355     for (size_t i = 0; i < uciPVSize; ++i)
1356     {
1357         bool updated = (i <= PVIdx);
1358
1359         if (depth == 1 && !updated)
1360             continue;
1361
1362         int d   = updated ? depth : depth - 1;
1363         Value v = updated ? RootMoves[i].score : RootMoves[i].prevScore;
1364
1365         if (s.rdbuf()->in_avail()) // Not at first line
1366             s << "\n";
1367
1368         s << "info depth " << d
1369           << " seldepth "  << selDepth
1370           << " score "     << (i == PVIdx ? score_to_uci(v, alpha, beta) : score_to_uci(v))
1371           << " nodes "     << pos.nodes_searched()
1372           << " nps "       << pos.nodes_searched() * 1000 / elapsed
1373           << " time "      << elapsed
1374           << " multipv "   << i + 1
1375           << " pv";
1376
1377         for (size_t j = 0; RootMoves[i].pv[j] != MOVE_NONE; ++j)
1378             s <<  " " << move_to_uci(RootMoves[i].pv[j], pos.is_chess960());
1379     }
1380
1381     return s.str();
1382   }
1383
1384 } // namespace
1385
1386
1387 /// RootMove::extract_pv_from_tt() builds a PV by adding moves from the TT table.
1388 /// We also consider both failing high nodes and BOUND_EXACT nodes here to
1389 /// ensure that we have a ponder move even when we fail high at root. This
1390 /// results in a long PV to print that is important for position analysis.
1391
1392 void RootMove::extract_pv_from_tt(Position& pos) {
1393
1394   StateInfo state[MAX_PLY_PLUS_6], *st = state;
1395   const TTEntry* tte;
1396   int ply = 0;
1397   Move m = pv[0];
1398
1399   pv.clear();
1400
1401   do {
1402       pv.push_back(m);
1403
1404       assert(MoveList<LEGAL>(pos).contains(pv[ply]));
1405
1406       pos.do_move(pv[ply++], *st++);
1407       tte = TT.probe(pos.key());
1408
1409   } while (   tte
1410            && pos.pseudo_legal(m = tte->move()) // Local copy, TT could change
1411            && pos.legal(m, pos.pinned_pieces(pos.side_to_move()))
1412            && ply < MAX_PLY
1413            && (!pos.is_draw() || ply < 2));
1414
1415   pv.push_back(MOVE_NONE); // Must be zero-terminating
1416
1417   while (ply) pos.undo_move(pv[--ply]);
1418 }
1419
1420
1421 /// RootMove::insert_pv_in_tt() is called at the end of a search iteration, and
1422 /// inserts the PV back into the TT. This makes sure the old PV moves are searched
1423 /// first, even if the old TT entries have been overwritten.
1424
1425 void RootMove::insert_pv_in_tt(Position& pos) {
1426
1427   StateInfo state[MAX_PLY_PLUS_6], *st = state;
1428   const TTEntry* tte;
1429   int ply = 0;
1430
1431   do {
1432       tte = TT.probe(pos.key());
1433
1434       if (!tte || tte->move() != pv[ply]) // Don't overwrite correct entries
1435           TT.store(pos.key(), VALUE_NONE, BOUND_NONE, DEPTH_NONE, pv[ply], VALUE_NONE);
1436
1437       assert(MoveList<LEGAL>(pos).contains(pv[ply]));
1438
1439       pos.do_move(pv[ply++], *st++);
1440
1441   } while (pv[ply] != MOVE_NONE);
1442
1443   while (ply) pos.undo_move(pv[--ply]);
1444 }
1445
1446
1447 /// Thread::idle_loop() is where the thread is parked when it has no work to do
1448
1449 void Thread::idle_loop() {
1450
1451   // Pointer 'this_sp' is not null only if we are called from split(), and not
1452   // at the thread creation. This means we are the split point's master.
1453   SplitPoint* this_sp = splitPointsSize ? activeSplitPoint : NULL;
1454
1455   assert(!this_sp || (this_sp->masterThread == this && searching));
1456
1457   while (true)
1458   {
1459       // If we are not searching, wait for a condition to be signaled instead of
1460       // wasting CPU time polling for work.
1461       while ((!searching && Threads.sleepWhileIdle) || exit)
1462       {
1463           if (exit)
1464           {
1465               assert(!this_sp);
1466               return;
1467           }
1468
1469           // Grab the lock to avoid races with Thread::notify_one()
1470           mutex.lock();
1471
1472           // If we are master and all slaves have finished then exit idle_loop
1473           if (this_sp && !this_sp->slavesMask)
1474           {
1475               mutex.unlock();
1476               break;
1477           }
1478
1479           // Do sleep after retesting sleep conditions under lock protection. In
1480           // particular we need to avoid a deadlock in case a master thread has,
1481           // in the meanwhile, allocated us and sent the notify_one() call before
1482           // we had the chance to grab the lock.
1483           if (!searching && !exit)
1484               sleepCondition.wait(mutex);
1485
1486           mutex.unlock();
1487       }
1488
1489       // If this thread has been assigned work, launch a search
1490       if (searching)
1491       {
1492           assert(!exit);
1493
1494           Threads.mutex.lock();
1495
1496           assert(searching);
1497           assert(activeSplitPoint);
1498           SplitPoint* sp = activeSplitPoint;
1499
1500           Threads.mutex.unlock();
1501
1502           Stack stack[MAX_PLY_PLUS_6], *ss = stack+2; // To allow referencing (ss-2)
1503           Position pos(*sp->pos, this);
1504
1505           std::memcpy(ss-2, sp->ss-2, 5 * sizeof(Stack));
1506           ss->splitPoint = sp;
1507
1508           sp->mutex.lock();
1509
1510           assert(activePosition == NULL);
1511
1512           activePosition = &pos;
1513
1514           switch (sp->nodeType) {
1515           case Root:
1516               search<SplitPointRoot>(pos, ss, sp->alpha, sp->beta, sp->depth, sp->cutNode);
1517               break;
1518           case PV:
1519               search<SplitPointPV>(pos, ss, sp->alpha, sp->beta, sp->depth, sp->cutNode);
1520               break;
1521           case NonPV:
1522               search<SplitPointNonPV>(pos, ss, sp->alpha, sp->beta, sp->depth, sp->cutNode);
1523               break;
1524           default:
1525               assert(false);
1526           }
1527
1528           assert(searching);
1529
1530           searching = false;
1531           activePosition = NULL;
1532           sp->slavesMask &= ~(1ULL << idx);
1533           sp->nodes += pos.nodes_searched();
1534
1535           // Wake up the master thread so to allow it to return from the idle
1536           // loop in case we are the last slave of the split point.
1537           if (    Threads.sleepWhileIdle
1538               &&  this != sp->masterThread
1539               && !sp->slavesMask)
1540           {
1541               assert(!sp->masterThread->searching);
1542               sp->masterThread->notify_one();
1543           }
1544
1545           // After releasing the lock we can't access any SplitPoint related data
1546           // in a safe way because it could have been released under our feet by
1547           // the sp master. Also accessing other Thread objects is unsafe because
1548           // if we are exiting there is a chance that they are already freed.
1549           sp->mutex.unlock();
1550       }
1551
1552       // If this thread is the master of a split point and all slaves have finished
1553       // their work at this split point, return from the idle loop.
1554       if (this_sp && !this_sp->slavesMask)
1555       {
1556           this_sp->mutex.lock();
1557           bool finished = !this_sp->slavesMask; // Retest under lock protection
1558           this_sp->mutex.unlock();
1559           if (finished)
1560               return;
1561       }
1562   }
1563 }
1564
1565
1566 /// check_time() is called by the timer thread when the timer triggers. It is
1567 /// used to print debug info and, more importantly, to detect when we are out of
1568 /// available time and thus stop the search.
1569
1570 void check_time() {
1571
1572   static Time::point lastInfoTime = Time::now();
1573   int64_t nodes = 0; // Workaround silly 'uninitialized' gcc warning
1574
1575   if (Time::now() - lastInfoTime >= 1000)
1576   {
1577       lastInfoTime = Time::now();
1578       dbg_print();
1579   }
1580
1581   if (Limits.ponder)
1582       return;
1583
1584   if (Limits.nodes)
1585   {
1586       Threads.mutex.lock();
1587
1588       nodes = RootPos.nodes_searched();
1589
1590       // Loop across all split points and sum accumulated SplitPoint nodes plus
1591       // all the currently active positions nodes.
1592       for (size_t i = 0; i < Threads.size(); ++i)
1593           for (int j = 0; j < Threads[i]->splitPointsSize; ++j)
1594           {
1595               SplitPoint& sp = Threads[i]->splitPoints[j];
1596
1597               sp.mutex.lock();
1598
1599               nodes += sp.nodes;
1600               Bitboard sm = sp.slavesMask;
1601               while (sm)
1602               {
1603                   Position* pos = Threads[pop_lsb(&sm)]->activePosition;
1604                   if (pos)
1605                       nodes += pos->nodes_searched();
1606               }
1607
1608               sp.mutex.unlock();
1609           }
1610
1611       Threads.mutex.unlock();
1612   }
1613
1614   Time::point elapsed = Time::now() - SearchTime;
1615   bool stillAtFirstMove =    Signals.firstRootMove
1616                          && !Signals.failedLowAtRoot
1617                          &&  elapsed > TimeMgr.available_time() * 75 / 100;
1618
1619   bool noMoreTime =   elapsed > TimeMgr.maximum_time() - 2 * TimerThread::Resolution
1620                    || stillAtFirstMove;
1621
1622   if (   (Limits.use_time_management() && noMoreTime)
1623       || (Limits.movetime && elapsed >= Limits.movetime)
1624       || (Limits.nodes && nodes >= Limits.nodes))
1625       Signals.stop = true;
1626 }