Use int instead of Value for history related stats.
[stockfish] / src / search.cpp
1 /*
2   Stockfish, a UCI chess playing engine derived from Glaurung 2.1
3   Copyright (C) 2004-2008 Tord Romstad (Glaurung author)
4   Copyright (C) 2008-2015 Marco Costalba, Joona Kiiski, Tord Romstad
5   Copyright (C) 2015-2017 Marco Costalba, Joona Kiiski, Gary Linscott, Tord Romstad
6
7   Stockfish is free software: you can redistribute it and/or modify
8   it under the terms of the GNU General Public License as published by
9   the Free Software Foundation, either version 3 of the License, or
10   (at your option) any later version.
11
12   Stockfish is distributed in the hope that it will be useful,
13   but WITHOUT ANY WARRANTY; without even the implied warranty of
14   MERCHANTABILITY or FITNESS FOR A PARTICULAR PURPOSE.  See the
15   GNU General Public License for more details.
16
17   You should have received a copy of the GNU General Public License
18   along with this program.  If not, see <http://www.gnu.org/licenses/>.
19 */
20
21 #include <algorithm>
22 #include <cassert>
23 #include <cmath>
24 #include <cstring>   // For std::memset
25 #include <iostream>
26 #include <sstream>
27
28 #include "evaluate.h"
29 #include "misc.h"
30 #include "movegen.h"
31 #include "movepick.h"
32 #include "position.h"
33 #include "search.h"
34 #include "timeman.h"
35 #include "thread.h"
36 #include "tt.h"
37 #include "uci.h"
38 #include "syzygy/tbprobe.h"
39
40 namespace Search {
41
42   SignalsType Signals;
43   LimitsType Limits;
44 }
45
46 namespace Tablebases {
47
48   int Cardinality;
49   bool RootInTB;
50   bool UseRule50;
51   Depth ProbeDepth;
52   Value Score;
53 }
54
55 namespace TB = Tablebases;
56
57 using std::string;
58 using Eval::evaluate;
59 using namespace Search;
60
61 namespace {
62
63   // Different node types, used as a template parameter
64   enum NodeType { NonPV, PV };
65
66   // Sizes and phases of the skip-blocks, used for distributing search depths across the threads
67   const int skipSize[]  = { 1, 1, 2, 2, 2, 2, 3, 3, 3, 3, 3, 3, 4, 4, 4, 4, 4, 4, 4, 4 };
68   const int skipPhase[] = { 0, 1, 0, 1, 2, 3, 0, 1, 2, 3, 4, 5, 0, 1, 2, 3, 4, 5, 6, 7 };
69
70   // Razoring and futility margin based on depth
71   const int razor_margin[4] = { 483, 570, 603, 554 };
72   Value futility_margin(Depth d) { return Value(150 * d / ONE_PLY); }
73
74   // Futility and reductions lookup tables, initialized at startup
75   int FutilityMoveCounts[2][16]; // [improving][depth]
76   int Reductions[2][2][64][64];  // [pv][improving][depth][moveNumber]
77
78   // Threshold used for countermoves based pruning.
79   const int CounterMovePruneThreshold = 0;
80
81   template <bool PvNode> Depth reduction(bool i, Depth d, int mn) {
82     return Reductions[PvNode][i][std::min(d / ONE_PLY, 63)][std::min(mn, 63)] * ONE_PLY;
83   }
84
85   // History and stats update bonus, based on depth
86   int stat_bonus(Depth depth) {
87     int d = depth / ONE_PLY ;
88     return d > 17 ? 0 : d * d + 2 * d - 2;
89   }
90
91   // Skill structure is used to implement strength limit
92   struct Skill {
93     Skill(int l) : level(l) {}
94     bool enabled() const { return level < 20; }
95     bool time_to_pick(Depth depth) const { return depth / ONE_PLY == 1 + level; }
96     Move best_move(size_t multiPV) { return best ? best : pick_best(multiPV); }
97     Move pick_best(size_t multiPV);
98
99     int level;
100     Move best = MOVE_NONE;
101   };
102
103   // EasyMoveManager structure is used to detect an 'easy move'. When the PV is stable
104   // across multiple search iterations, we can quickly return the best move.
105   struct EasyMoveManager {
106
107     void clear() {
108       stableCnt = 0;
109       expectedPosKey = 0;
110       pv[0] = pv[1] = pv[2] = MOVE_NONE;
111     }
112
113     Move get(Key key) const {
114       return expectedPosKey == key ? pv[2] : MOVE_NONE;
115     }
116
117     void update(Position& pos, const std::vector<Move>& newPv) {
118
119       assert(newPv.size() >= 3);
120
121       // Keep track of how many times in a row the 3rd ply remains stable
122       stableCnt = (newPv[2] == pv[2]) ? stableCnt + 1 : 0;
123
124       if (!std::equal(newPv.begin(), newPv.begin() + 3, pv))
125       {
126           std::copy(newPv.begin(), newPv.begin() + 3, pv);
127
128           StateInfo st[2];
129           pos.do_move(newPv[0], st[0]);
130           pos.do_move(newPv[1], st[1]);
131           expectedPosKey = pos.key();
132           pos.undo_move(newPv[1]);
133           pos.undo_move(newPv[0]);
134       }
135     }
136
137     int stableCnt;
138     Key expectedPosKey;
139     Move pv[3];
140   };
141
142   EasyMoveManager EasyMove;
143   Value DrawValue[COLOR_NB];
144
145   template <NodeType NT>
146   Value search(Position& pos, Stack* ss, Value alpha, Value beta, Depth depth, bool cutNode, bool skipEarlyPruning);
147
148   template <NodeType NT, bool InCheck>
149   Value qsearch(Position& pos, Stack* ss, Value alpha, Value beta, Depth depth = DEPTH_ZERO);
150
151   Value value_to_tt(Value v, int ply);
152   Value value_from_tt(Value v, int ply);
153   void update_pv(Move* pv, Move move, Move* childPv);
154   void update_cm_stats(Stack* ss, Piece pc, Square s, int bonus);
155   void update_stats(const Position& pos, Stack* ss, Move move, Move* quiets, int quietsCnt, int bonus);
156   void check_time();
157
158 } // namespace
159
160
161 /// Search::init() is called during startup to initialize various lookup tables
162
163 void Search::init() {
164
165   for (int imp = 0; imp <= 1; ++imp)
166       for (int d = 1; d < 64; ++d)
167           for (int mc = 1; mc < 64; ++mc)
168           {
169               double r = log(d) * log(mc) / 1.95;
170
171               Reductions[NonPV][imp][d][mc] = int(std::round(r));
172               Reductions[PV][imp][d][mc] = std::max(Reductions[NonPV][imp][d][mc] - 1, 0);
173
174               // Increase reduction for non-PV nodes when eval is not improving
175               if (!imp && Reductions[NonPV][imp][d][mc] >= 2)
176                 Reductions[NonPV][imp][d][mc]++;
177           }
178
179   for (int d = 0; d < 16; ++d)
180   {
181       FutilityMoveCounts[0][d] = int(2.4 + 0.74 * pow(d, 1.78));
182       FutilityMoveCounts[1][d] = int(5.0 + 1.00 * pow(d, 2.00));
183   }
184 }
185
186
187 /// Search::clear() resets search state to zero, to obtain reproducible results
188
189 void Search::clear() {
190
191   TT.clear();
192
193   for (Thread* th : Threads)
194   {
195       th->counterMoves.clear();
196       th->history.clear();
197       th->counterMoveHistory.clear();
198       th->counterMoveHistory[NO_PIECE][0].fill(CounterMovePruneThreshold-1);
199       th->resetCalls = true;
200   }
201
202   Threads.main()->previousScore = VALUE_INFINITE;
203 }
204
205
206 /// Search::perft() is our utility to verify move generation. All the leaf nodes
207 /// up to the given depth are generated and counted, and the sum is returned.
208 template<bool Root>
209 uint64_t Search::perft(Position& pos, Depth depth) {
210
211   StateInfo st;
212   uint64_t cnt, nodes = 0;
213   const bool leaf = (depth == 2 * ONE_PLY);
214
215   for (const auto& m : MoveList<LEGAL>(pos))
216   {
217       if (Root && depth <= ONE_PLY)
218           cnt = 1, nodes++;
219       else
220       {
221           pos.do_move(m, st);
222           cnt = leaf ? MoveList<LEGAL>(pos).size() : perft<false>(pos, depth - ONE_PLY);
223           nodes += cnt;
224           pos.undo_move(m);
225       }
226       if (Root)
227           sync_cout << UCI::move(m, pos.is_chess960()) << ": " << cnt << sync_endl;
228   }
229   return nodes;
230 }
231
232 template uint64_t Search::perft<true>(Position&, Depth);
233
234
235 /// MainThread::search() is called by the main thread when the program receives
236 /// the UCI 'go' command. It searches from the root position and outputs the "bestmove".
237
238 void MainThread::search() {
239
240   Color us = rootPos.side_to_move();
241   Time.init(Limits, us, rootPos.game_ply());
242
243   int contempt = Options["Contempt"] * PawnValueEg / 100; // From centipawns
244   DrawValue[ us] = VALUE_DRAW - Value(contempt);
245   DrawValue[~us] = VALUE_DRAW + Value(contempt);
246
247   if (rootMoves.empty())
248   {
249       rootMoves.push_back(RootMove(MOVE_NONE));
250       sync_cout << "info depth 0 score "
251                 << UCI::value(rootPos.checkers() ? -VALUE_MATE : VALUE_DRAW)
252                 << sync_endl;
253   }
254   else
255   {
256       for (Thread* th : Threads)
257           if (th != this)
258               th->start_searching();
259
260       Thread::search(); // Let's start searching!
261   }
262
263   // When playing in 'nodes as time' mode, subtract the searched nodes from
264   // the available ones before exiting.
265   if (Limits.npmsec)
266       Time.availableNodes += Limits.inc[us] - Threads.nodes_searched();
267
268   // When we reach the maximum depth, we can arrive here without a raise of
269   // Signals.stop. However, if we are pondering or in an infinite search,
270   // the UCI protocol states that we shouldn't print the best move before the
271   // GUI sends a "stop" or "ponderhit" command. We therefore simply wait here
272   // until the GUI sends one of those commands (which also raises Signals.stop).
273   if (!Signals.stop && (Limits.ponder || Limits.infinite))
274   {
275       Signals.stopOnPonderhit = true;
276       wait(Signals.stop);
277   }
278
279   // Stop the threads if not already stopped
280   Signals.stop = true;
281
282   // Wait until all threads have finished
283   for (Thread* th : Threads)
284       if (th != this)
285           th->wait_for_search_finished();
286
287   // Check if there are threads with a better score than main thread
288   Thread* bestThread = this;
289   if (   !this->easyMovePlayed
290       &&  Options["MultiPV"] == 1
291       && !Limits.depth
292       && !Skill(Options["Skill Level"]).enabled()
293       &&  rootMoves[0].pv[0] != MOVE_NONE)
294   {
295       for (Thread* th : Threads)
296       {
297           Depth depthDiff = th->completedDepth - bestThread->completedDepth;
298           Value scoreDiff = th->rootMoves[0].score - bestThread->rootMoves[0].score;
299
300           if (scoreDiff > 0 && depthDiff >= 0)
301               bestThread = th;
302       }
303   }
304
305   previousScore = bestThread->rootMoves[0].score;
306
307   // Send new PV when needed
308   if (bestThread != this)
309       sync_cout << UCI::pv(bestThread->rootPos, bestThread->completedDepth, -VALUE_INFINITE, VALUE_INFINITE) << sync_endl;
310
311   sync_cout << "bestmove " << UCI::move(bestThread->rootMoves[0].pv[0], rootPos.is_chess960());
312
313   if (bestThread->rootMoves[0].pv.size() > 1 || bestThread->rootMoves[0].extract_ponder_from_tt(rootPos))
314       std::cout << " ponder " << UCI::move(bestThread->rootMoves[0].pv[1], rootPos.is_chess960());
315
316   std::cout << sync_endl;
317 }
318
319
320 /// Thread::search() is the main iterative deepening loop. It calls search()
321 /// repeatedly with increasing depth until the allocated thinking time has been
322 /// consumed, the user stops the search, or the maximum search depth is reached.
323
324 void Thread::search() {
325
326   Stack stack[MAX_PLY+7], *ss = stack+4; // To allow referencing (ss-4) and (ss+2)
327   Value bestValue, alpha, beta, delta;
328   Move easyMove = MOVE_NONE;
329   MainThread* mainThread = (this == Threads.main() ? Threads.main() : nullptr);
330
331   std::memset(ss-4, 0, 7 * sizeof(Stack));
332   for(int i = 4; i > 0; i--)
333      (ss-i)->counterMoves = &this->counterMoveHistory[NO_PIECE][0]; // Use as sentinel
334
335   bestValue = delta = alpha = -VALUE_INFINITE;
336   beta = VALUE_INFINITE;
337   completedDepth = DEPTH_ZERO;
338
339   if (mainThread)
340   {
341       easyMove = EasyMove.get(rootPos.key());
342       EasyMove.clear();
343       mainThread->easyMovePlayed = mainThread->failedLow = false;
344       mainThread->bestMoveChanges = 0;
345       TT.new_search();
346   }
347
348   size_t multiPV = Options["MultiPV"];
349   Skill skill(Options["Skill Level"]);
350
351   // When playing with strength handicap enable MultiPV search that we will
352   // use behind the scenes to retrieve a set of possible moves.
353   if (skill.enabled())
354       multiPV = std::max(multiPV, (size_t)4);
355
356   multiPV = std::min(multiPV, rootMoves.size());
357
358   // Iterative deepening loop until requested to stop or the target depth is reached
359   while (   (rootDepth += ONE_PLY) < DEPTH_MAX
360          && !Signals.stop
361          && (!Limits.depth || Threads.main()->rootDepth / ONE_PLY <= Limits.depth))
362   {
363       // Distribute search depths across the threads
364       if (idx)
365       {
366           int i = (idx - 1) % 20;
367           if (((rootDepth / ONE_PLY + rootPos.game_ply() + skipPhase[i]) / skipSize[i]) % 2)
368               continue;
369       }
370
371       // Age out PV variability metric
372       if (mainThread)
373           mainThread->bestMoveChanges *= 0.505, mainThread->failedLow = false;
374
375       // Save the last iteration's scores before first PV line is searched and
376       // all the move scores except the (new) PV are set to -VALUE_INFINITE.
377       for (RootMove& rm : rootMoves)
378           rm.previousScore = rm.score;
379
380       // MultiPV loop. We perform a full root search for each PV line
381       for (PVIdx = 0; PVIdx < multiPV && !Signals.stop; ++PVIdx)
382       {
383           // Reset aspiration window starting size
384           if (rootDepth >= 5 * ONE_PLY)
385           {
386               delta = Value(18);
387               alpha = std::max(rootMoves[PVIdx].previousScore - delta,-VALUE_INFINITE);
388               beta  = std::min(rootMoves[PVIdx].previousScore + delta, VALUE_INFINITE);
389           }
390
391           // Start with a small aspiration window and, in the case of a fail
392           // high/low, re-search with a bigger window until we're not failing
393           // high/low anymore.
394           while (true)
395           {
396               bestValue = ::search<PV>(rootPos, ss, alpha, beta, rootDepth, false, false);
397
398               // Bring the best move to the front. It is critical that sorting
399               // is done with a stable algorithm because all the values but the
400               // first and eventually the new best one are set to -VALUE_INFINITE
401               // and we want to keep the same order for all the moves except the
402               // new PV that goes to the front. Note that in case of MultiPV
403               // search the already searched PV lines are preserved.
404               std::stable_sort(rootMoves.begin() + PVIdx, rootMoves.end());
405
406               // If search has been stopped, we break immediately. Sorting and
407               // writing PV back to TT is safe because RootMoves is still
408               // valid, although it refers to the previous iteration.
409               if (Signals.stop)
410                   break;
411
412               // When failing high/low give some update (without cluttering
413               // the UI) before a re-search.
414               if (   mainThread
415                   && multiPV == 1
416                   && (bestValue <= alpha || bestValue >= beta)
417                   && Time.elapsed() > 3000)
418                   sync_cout << UCI::pv(rootPos, rootDepth, alpha, beta) << sync_endl;
419
420               // In case of failing low/high increase aspiration window and
421               // re-search, otherwise exit the loop.
422               if (bestValue <= alpha)
423               {
424                   beta = (alpha + beta) / 2;
425                   alpha = std::max(bestValue - delta, -VALUE_INFINITE);
426
427                   if (mainThread)
428                   {
429                       mainThread->failedLow = true;
430                       Signals.stopOnPonderhit = false;
431                   }
432               }
433               else if (bestValue >= beta)
434               {
435                   alpha = (alpha + beta) / 2;
436                   beta = std::min(bestValue + delta, VALUE_INFINITE);
437               }
438               else
439                   break;
440
441               delta += delta / 4 + 5;
442
443               assert(alpha >= -VALUE_INFINITE && beta <= VALUE_INFINITE);
444           }
445
446           // Sort the PV lines searched so far and update the GUI
447           std::stable_sort(rootMoves.begin(), rootMoves.begin() + PVIdx + 1);
448
449           if (!mainThread)
450               continue;
451
452           if (Signals.stop || PVIdx + 1 == multiPV || Time.elapsed() > 3000)
453               sync_cout << UCI::pv(rootPos, rootDepth, alpha, beta) << sync_endl;
454       }
455
456       if (!Signals.stop)
457           completedDepth = rootDepth;
458
459       if (!mainThread)
460           continue;
461
462       // If skill level is enabled and time is up, pick a sub-optimal best move
463       if (skill.enabled() && skill.time_to_pick(rootDepth))
464           skill.pick_best(multiPV);
465
466       // Have we found a "mate in x"?
467       if (   Limits.mate
468           && bestValue >= VALUE_MATE_IN_MAX_PLY
469           && VALUE_MATE - bestValue <= 2 * Limits.mate)
470           Signals.stop = true;
471
472       // Do we have time for the next iteration? Can we stop searching now?
473       if (Limits.use_time_management())
474       {
475           if (!Signals.stop && !Signals.stopOnPonderhit)
476           {
477               // Stop the search if only one legal move is available, or if all
478               // of the available time has been used, or if we matched an easyMove
479               // from the previous search and just did a fast verification.
480               const int F[] = { mainThread->failedLow,
481                                 bestValue - mainThread->previousScore };
482
483               int improvingFactor = std::max(229, std::min(715, 357 + 119 * F[0] - 6 * F[1]));
484               double unstablePvFactor = 1 + mainThread->bestMoveChanges;
485
486               bool doEasyMove =   rootMoves[0].pv[0] == easyMove
487                                && mainThread->bestMoveChanges < 0.03
488                                && Time.elapsed() > Time.optimum() * 5 / 44;
489
490               if (   rootMoves.size() == 1
491                   || Time.elapsed() > Time.optimum() * unstablePvFactor * improvingFactor / 628
492                   || (mainThread->easyMovePlayed = doEasyMove, doEasyMove))
493               {
494                   // If we are allowed to ponder do not stop the search now but
495                   // keep pondering until the GUI sends "ponderhit" or "stop".
496                   if (Limits.ponder)
497                       Signals.stopOnPonderhit = true;
498                   else
499                       Signals.stop = true;
500               }
501           }
502
503           if (rootMoves[0].pv.size() >= 3)
504               EasyMove.update(rootPos, rootMoves[0].pv);
505           else
506               EasyMove.clear();
507       }
508   }
509
510   if (!mainThread)
511       return;
512
513   // Clear any candidate easy move that wasn't stable for the last search
514   // iterations; the second condition prevents consecutive fast moves.
515   if (EasyMove.stableCnt < 6 || mainThread->easyMovePlayed)
516       EasyMove.clear();
517
518   // If skill level is enabled, swap best PV line with the sub-optimal one
519   if (skill.enabled())
520       std::swap(rootMoves[0], *std::find(rootMoves.begin(),
521                 rootMoves.end(), skill.best_move(multiPV)));
522 }
523
524
525 namespace {
526
527   // search<>() is the main search function for both PV and non-PV nodes
528
529   template <NodeType NT>
530   Value search(Position& pos, Stack* ss, Value alpha, Value beta, Depth depth, bool cutNode, bool skipEarlyPruning) {
531
532     const bool PvNode = NT == PV;
533     const bool rootNode = PvNode && (ss-1)->ply == 0;
534
535     assert(-VALUE_INFINITE <= alpha && alpha < beta && beta <= VALUE_INFINITE);
536     assert(PvNode || (alpha == beta - 1));
537     assert(DEPTH_ZERO < depth && depth < DEPTH_MAX);
538     assert(!(PvNode && cutNode));
539     assert(depth / ONE_PLY * ONE_PLY == depth);
540
541     Move pv[MAX_PLY+1], quietsSearched[64];
542     StateInfo st;
543     TTEntry* tte;
544     Key posKey;
545     Move ttMove, move, excludedMove, bestMove;
546     Depth extension, newDepth;
547     Value bestValue, value, ttValue, eval;
548     bool ttHit, inCheck, givesCheck, singularExtensionNode, improving;
549     bool captureOrPromotion, doFullDepthSearch, moveCountPruning, skipQuiets;
550     Piece moved_piece;
551     int moveCount, quietCount;
552
553     // Step 1. Initialize node
554     Thread* thisThread = pos.this_thread();
555     inCheck = pos.checkers();
556     moveCount = quietCount =  ss->moveCount = 0;
557     ss->history = 0;
558     bestValue = -VALUE_INFINITE;
559     ss->ply = (ss-1)->ply + 1;
560
561     // Check for the available remaining time
562     if (thisThread->resetCalls.load(std::memory_order_relaxed))
563     {
564         thisThread->resetCalls = false;
565         // At low node count increase the checking rate to about 0.1% of nodes
566         // otherwise use a default value.
567         thisThread->callsCnt = Limits.nodes ? std::min((int64_t)4096, Limits.nodes / 1024)
568                                             : 4096;
569     }
570
571     if (--thisThread->callsCnt <= 0)
572     {
573         for (Thread* th : Threads)
574             th->resetCalls = true;
575
576         check_time();
577     }
578
579     // Used to send selDepth info to GUI
580     if (PvNode && thisThread->maxPly < ss->ply)
581         thisThread->maxPly = ss->ply;
582
583     if (!rootNode)
584     {
585         // Step 2. Check for aborted search and immediate draw
586         if (Signals.stop.load(std::memory_order_relaxed) || pos.is_draw(ss->ply) || ss->ply >= MAX_PLY)
587             return ss->ply >= MAX_PLY && !inCheck ? evaluate(pos)
588                                                   : DrawValue[pos.side_to_move()];
589
590         // Step 3. Mate distance pruning. Even if we mate at the next move our score
591         // would be at best mate_in(ss->ply+1), but if alpha is already bigger because
592         // a shorter mate was found upward in the tree then there is no need to search
593         // because we will never beat the current alpha. Same logic but with reversed
594         // signs applies also in the opposite condition of being mated instead of giving
595         // mate. In this case return a fail-high score.
596         alpha = std::max(mated_in(ss->ply), alpha);
597         beta = std::min(mate_in(ss->ply+1), beta);
598         if (alpha >= beta)
599             return alpha;
600     }
601
602     assert(0 <= ss->ply && ss->ply < MAX_PLY);
603
604     ss->currentMove = (ss+1)->excludedMove = bestMove = MOVE_NONE;
605     ss->counterMoves = &thisThread->counterMoveHistory[NO_PIECE][0];
606     (ss+2)->killers[0] = (ss+2)->killers[1] = MOVE_NONE;
607     Square prevSq = to_sq((ss-1)->currentMove);
608
609     // Step 4. Transposition table lookup. We don't want the score of a partial
610     // search to overwrite a previous full search TT value, so we use a different
611     // position key in case of an excluded move.
612     excludedMove = ss->excludedMove;
613     posKey = pos.key() ^ Key(excludedMove);
614     tte = TT.probe(posKey, ttHit);
615     ttValue = ttHit ? value_from_tt(tte->value(), ss->ply) : VALUE_NONE;
616     ttMove =  rootNode ? thisThread->rootMoves[thisThread->PVIdx].pv[0]
617             : ttHit    ? tte->move() : MOVE_NONE;
618
619     // At non-PV nodes we check for an early TT cutoff
620     if (  !PvNode
621         && ttHit
622         && tte->depth() >= depth
623         && ttValue != VALUE_NONE // Possible in case of TT access race
624         && (ttValue >= beta ? (tte->bound() & BOUND_LOWER)
625                             : (tte->bound() & BOUND_UPPER)))
626     {
627         // If ttMove is quiet, update move sorting heuristics on TT hit
628         if (ttMove)
629         {
630             if (ttValue >= beta)
631             {
632                 if (!pos.capture_or_promotion(ttMove))
633                     update_stats(pos, ss, ttMove, nullptr, 0, stat_bonus(depth));
634
635                 // Extra penalty for a quiet TT move in previous ply when it gets refuted
636                 if ((ss-1)->moveCount == 1 && !pos.captured_piece())
637                     update_cm_stats(ss-1, pos.piece_on(prevSq), prevSq, -stat_bonus(depth + ONE_PLY));
638             }
639             // Penalty for a quiet ttMove that fails low
640             else if (!pos.capture_or_promotion(ttMove))
641             {
642                 int penalty = -stat_bonus(depth);
643                 thisThread->history.update(pos.side_to_move(), ttMove, penalty);
644                 update_cm_stats(ss, pos.moved_piece(ttMove), to_sq(ttMove), penalty);
645             }
646         }
647         return ttValue;
648     }
649
650     // Step 4a. Tablebase probe
651     if (!rootNode && TB::Cardinality)
652     {
653         int piecesCount = pos.count<ALL_PIECES>();
654
655         if (    piecesCount <= TB::Cardinality
656             && (piecesCount <  TB::Cardinality || depth >= TB::ProbeDepth)
657             &&  pos.rule50_count() == 0
658             && !pos.can_castle(ANY_CASTLING))
659         {
660             TB::ProbeState err;
661             TB::WDLScore v = Tablebases::probe_wdl(pos, &err);
662
663             if (err != TB::ProbeState::FAIL)
664             {
665                 thisThread->tbHits++;
666
667                 int drawScore = TB::UseRule50 ? 1 : 0;
668
669                 value =  v < -drawScore ? -VALUE_MATE + MAX_PLY + ss->ply
670                        : v >  drawScore ?  VALUE_MATE - MAX_PLY - ss->ply
671                                         :  VALUE_DRAW + 2 * v * drawScore;
672
673                 tte->save(posKey, value_to_tt(value, ss->ply), BOUND_EXACT,
674                           std::min(DEPTH_MAX - ONE_PLY, depth + 6 * ONE_PLY),
675                           MOVE_NONE, VALUE_NONE, TT.generation());
676
677                 return value;
678             }
679         }
680     }
681
682     // Step 5. Evaluate the position statically
683     if (inCheck)
684     {
685         ss->staticEval = eval = VALUE_NONE;
686         goto moves_loop;
687     }
688
689     else if (ttHit)
690     {
691         // Never assume anything on values stored in TT
692         if ((ss->staticEval = eval = tte->eval()) == VALUE_NONE)
693             eval = ss->staticEval = evaluate(pos);
694
695         // Can ttValue be used as a better position evaluation?
696         if (ttValue != VALUE_NONE)
697             if (tte->bound() & (ttValue > eval ? BOUND_LOWER : BOUND_UPPER))
698                 eval = ttValue;
699     }
700     else
701     {
702         eval = ss->staticEval =
703         (ss-1)->currentMove != MOVE_NULL ? evaluate(pos)
704                                          : -(ss-1)->staticEval + 2 * Eval::Tempo;
705
706         tte->save(posKey, VALUE_NONE, BOUND_NONE, DEPTH_NONE, MOVE_NONE,
707                   ss->staticEval, TT.generation());
708     }
709
710     if (skipEarlyPruning)
711         goto moves_loop;
712
713     // Step 6. Razoring (skipped when in check)
714     if (   !PvNode
715         &&  depth < 4 * ONE_PLY
716         &&  eval + razor_margin[depth / ONE_PLY] <= alpha)
717     {
718         if (depth <= ONE_PLY)
719             return qsearch<NonPV, false>(pos, ss, alpha, alpha+1);
720
721         Value ralpha = alpha - razor_margin[depth / ONE_PLY];
722         Value v = qsearch<NonPV, false>(pos, ss, ralpha, ralpha+1);
723         if (v <= ralpha)
724             return v;
725     }
726
727     // Step 7. Futility pruning: child node (skipped when in check)
728     if (   !rootNode
729         &&  depth < 7 * ONE_PLY
730         &&  eval - futility_margin(depth) >= beta
731         &&  eval < VALUE_KNOWN_WIN  // Do not return unproven wins
732         &&  pos.non_pawn_material(pos.side_to_move()))
733         return eval;
734
735     // Step 8. Null move search with verification search (is omitted in PV nodes)
736     if (   !PvNode
737         &&  eval >= beta
738         && (ss->staticEval >= beta - 35 * (depth / ONE_PLY - 6) || depth >= 13 * ONE_PLY)
739         &&  pos.non_pawn_material(pos.side_to_move()))
740     {
741
742         assert(eval - beta >= 0);
743
744         // Null move dynamic reduction based on depth and value
745         Depth R = ((823 + 67 * depth / ONE_PLY) / 256 + std::min((eval - beta) / PawnValueMg, 3)) * ONE_PLY;
746
747         ss->currentMove = MOVE_NULL;
748         ss->counterMoves = &thisThread->counterMoveHistory[NO_PIECE][0];
749
750         pos.do_null_move(st);
751         Value nullValue = depth-R < ONE_PLY ? -qsearch<NonPV, false>(pos, ss+1, -beta, -beta+1)
752                                             : - search<NonPV>(pos, ss+1, -beta, -beta+1, depth-R, !cutNode, true);
753         pos.undo_null_move();
754
755         if (nullValue >= beta)
756         {
757             // Do not return unproven mate scores
758             if (nullValue >= VALUE_MATE_IN_MAX_PLY)
759                 nullValue = beta;
760
761             if (depth < 12 * ONE_PLY && abs(beta) < VALUE_KNOWN_WIN)
762                 return nullValue;
763
764             // Do verification search at high depths
765             Value v = depth-R < ONE_PLY ? qsearch<NonPV, false>(pos, ss, beta-1, beta)
766                                         :  search<NonPV>(pos, ss, beta-1, beta, depth-R, false, true);
767
768             if (v >= beta)
769                 return nullValue;
770         }
771     }
772
773     // Step 9. ProbCut (skipped when in check)
774     // If we have a good enough capture and a reduced search returns a value
775     // much above beta, we can (almost) safely prune the previous move.
776     if (   !PvNode
777         &&  depth >= 5 * ONE_PLY
778         &&  abs(beta) < VALUE_MATE_IN_MAX_PLY)
779     {
780         Value rbeta = std::min(beta + 200, VALUE_INFINITE);
781         Depth rdepth = depth - 4 * ONE_PLY;
782
783         assert(rdepth >= ONE_PLY);
784         assert(is_ok((ss-1)->currentMove));
785
786         MovePicker mp(pos, ttMove, rbeta - ss->staticEval);
787
788         while ((move = mp.next_move()) != MOVE_NONE)
789             if (pos.legal(move))
790             {
791                 ss->currentMove = move;
792                 ss->counterMoves = &thisThread->counterMoveHistory[pos.moved_piece(move)][to_sq(move)];
793
794                 pos.do_move(move, st);
795                 value = -search<NonPV>(pos, ss+1, -rbeta, -rbeta+1, rdepth, !cutNode, false);
796                 pos.undo_move(move);
797                 if (value >= rbeta)
798                     return value;
799             }
800     }
801
802     // Step 10. Internal iterative deepening (skipped when in check)
803     if (    depth >= 6 * ONE_PLY
804         && !ttMove
805         && (PvNode || ss->staticEval + 256 >= beta))
806     {
807         Depth d = (3 * depth / (4 * ONE_PLY) - 2) * ONE_PLY;
808         search<NT>(pos, ss, alpha, beta, d, cutNode, true);
809
810         tte = TT.probe(posKey, ttHit);
811         ttMove = ttHit ? tte->move() : MOVE_NONE;
812     }
813
814 moves_loop: // When in check search starts from here
815
816     const CounterMoveStats& cmh = *(ss-1)->counterMoves;
817     const CounterMoveStats& fmh = *(ss-2)->counterMoves;
818     const CounterMoveStats& fm2 = *(ss-4)->counterMoves;
819
820     MovePicker mp(pos, ttMove, depth, ss);
821     value = bestValue; // Workaround a bogus 'uninitialized' warning under gcc
822     improving =   ss->staticEval >= (ss-2)->staticEval
823             /* || ss->staticEval == VALUE_NONE Already implicit in the previous condition */
824                ||(ss-2)->staticEval == VALUE_NONE;
825
826     singularExtensionNode =   !rootNode
827                            &&  depth >= 8 * ONE_PLY
828                            &&  ttMove != MOVE_NONE
829                            &&  ttValue != VALUE_NONE
830                            && !excludedMove // Recursive singular search is not allowed
831                            && (tte->bound() & BOUND_LOWER)
832                            &&  tte->depth() >= depth - 3 * ONE_PLY;
833     skipQuiets = false;
834
835     // Step 11. Loop through moves
836     // Loop through all pseudo-legal moves until no moves remain or a beta cutoff occurs
837     while ((move = mp.next_move(skipQuiets)) != MOVE_NONE)
838     {
839       assert(is_ok(move));
840
841       if (move == excludedMove)
842           continue;
843
844       // At root obey the "searchmoves" option and skip moves not listed in Root
845       // Move List. As a consequence any illegal move is also skipped. In MultiPV
846       // mode we also skip PV moves which have been already searched.
847       if (rootNode && !std::count(thisThread->rootMoves.begin() + thisThread->PVIdx,
848                                   thisThread->rootMoves.end(), move))
849           continue;
850
851       ss->moveCount = ++moveCount;
852
853       if (rootNode && thisThread == Threads.main() && Time.elapsed() > 3000)
854           sync_cout << "info depth " << depth / ONE_PLY
855                     << " currmove " << UCI::move(move, pos.is_chess960())
856                     << " currmovenumber " << moveCount + thisThread->PVIdx << sync_endl;
857
858       if (PvNode)
859           (ss+1)->pv = nullptr;
860
861       extension = DEPTH_ZERO;
862       captureOrPromotion = pos.capture_or_promotion(move);
863       moved_piece = pos.moved_piece(move);
864
865       givesCheck =  type_of(move) == NORMAL && !pos.discovered_check_candidates()
866                   ? pos.check_squares(type_of(pos.piece_on(from_sq(move)))) & to_sq(move)
867                   : pos.gives_check(move);
868
869       moveCountPruning =   depth < 16 * ONE_PLY
870                         && moveCount >= FutilityMoveCounts[improving][depth / ONE_PLY];
871
872       // Step 12. Singular and Gives Check Extensions
873
874       // Singular extension search. If all moves but one fail low on a search of
875       // (alpha-s, beta-s), and just one fails high on (alpha, beta), then that move
876       // is singular and should be extended. To verify this we do a reduced search
877       // on all the other moves but the ttMove and if the result is lower than
878       // ttValue minus a margin then we extend the ttMove.
879       if (    singularExtensionNode
880           &&  move == ttMove
881           &&  pos.legal(move))
882       {
883           Value rBeta = std::max(ttValue - 2 * depth / ONE_PLY, -VALUE_MATE);
884           Depth d = (depth / (2 * ONE_PLY)) * ONE_PLY;
885           ss->excludedMove = move;
886           value = search<NonPV>(pos, ss, rBeta - 1, rBeta, d, cutNode, true);
887           ss->excludedMove = MOVE_NONE;
888
889           if (value < rBeta)
890               extension = ONE_PLY;
891       }
892       else if (   givesCheck
893                && !moveCountPruning
894                &&  pos.see_ge(move, VALUE_ZERO))
895           extension = ONE_PLY;
896
897       // Calculate new depth for this move
898       newDepth = depth - ONE_PLY + extension;
899
900       // Step 13. Pruning at shallow depth
901       if (  !rootNode
902           && pos.non_pawn_material(pos.side_to_move())
903           && bestValue > VALUE_MATED_IN_MAX_PLY)
904       {
905           if (   !captureOrPromotion
906               && !givesCheck
907               && (!pos.advanced_pawn_push(move) || pos.non_pawn_material() >= 5000))
908           {
909               // Move count based pruning
910               if (moveCountPruning) {
911                   skipQuiets = true;
912                   continue;
913               }
914
915               // Reduced depth of the next LMR search
916               int lmrDepth = std::max(newDepth - reduction<PvNode>(improving, depth, moveCount), DEPTH_ZERO) / ONE_PLY;
917
918               // Countermoves based pruning
919               if (   lmrDepth < 3
920                   && (cmh[moved_piece][to_sq(move)] < CounterMovePruneThreshold)
921                   && (fmh[moved_piece][to_sq(move)] < CounterMovePruneThreshold))
922                   continue;
923
924               // Futility pruning: parent node
925               if (   lmrDepth < 7
926                   && !inCheck
927                   && ss->staticEval + 256 + 200 * lmrDepth <= alpha)
928                   continue;
929
930               // Prune moves with negative SEE
931               if (   lmrDepth < 8
932                   && !pos.see_ge(move, Value(-35 * lmrDepth * lmrDepth)))
933                   continue;
934           }
935           else if (    depth < 7 * ONE_PLY
936                    && !extension
937                    && !pos.see_ge(move, -PawnValueEg * (depth / ONE_PLY)))
938                   continue;
939       }
940
941       // Speculative prefetch as early as possible
942       prefetch(TT.first_entry(pos.key_after(move)));
943
944       // Check for legality just before making the move
945       if (!rootNode && !pos.legal(move))
946       {
947           ss->moveCount = --moveCount;
948           continue;
949       }
950
951       // Update the current move (this must be done after singular extension search)
952       ss->currentMove = move;
953       ss->counterMoves = &thisThread->counterMoveHistory[moved_piece][to_sq(move)];
954
955       // Step 14. Make the move
956       pos.do_move(move, st, givesCheck);
957
958       // Step 15. Reduced depth search (LMR). If the move fails high it will be
959       // re-searched at full depth.
960       if (    depth >= 3 * ONE_PLY
961           &&  moveCount > 1
962           && (!captureOrPromotion || moveCountPruning))
963       {
964           Depth r = reduction<PvNode>(improving, depth, moveCount);
965
966           if (captureOrPromotion)
967               r -= r ? ONE_PLY : DEPTH_ZERO;
968           else
969           {
970               // Increase reduction for cut nodes
971               if (cutNode)
972                   r += 2 * ONE_PLY;
973
974               // Decrease reduction for moves that escape a capture. Filter out
975               // castling moves, because they are coded as "king captures rook" and
976               // hence break make_move().
977               else if (   type_of(move) == NORMAL
978                        && !pos.see_ge(make_move(to_sq(move), from_sq(move)),  VALUE_ZERO))
979                   r -= 2 * ONE_PLY;
980
981               ss->history =  cmh[moved_piece][to_sq(move)]
982                            + fmh[moved_piece][to_sq(move)]
983                            + fm2[moved_piece][to_sq(move)]
984                            + thisThread->history.get(~pos.side_to_move(), move)
985                            - 4000; // Correction factor
986
987               // Decrease/increase reduction by comparing opponent's stat score
988               if (ss->history > 0 && (ss-1)->history < 0)
989                   r -= ONE_PLY;
990
991               else if (ss->history < 0 && (ss-1)->history > 0)
992                   r += ONE_PLY;
993
994               // Decrease/increase reduction for moves with a good/bad history
995               r = std::max(DEPTH_ZERO, (r / ONE_PLY - ss->history / 20000) * ONE_PLY);
996           }
997
998           Depth d = std::max(newDepth - r, ONE_PLY);
999
1000           value = -search<NonPV>(pos, ss+1, -(alpha+1), -alpha, d, true, false);
1001
1002           doFullDepthSearch = (value > alpha && d != newDepth);
1003       }
1004       else
1005           doFullDepthSearch = !PvNode || moveCount > 1;
1006
1007       // Step 16. Full depth search when LMR is skipped or fails high
1008       if (doFullDepthSearch)
1009           value = newDepth <   ONE_PLY ?
1010                             givesCheck ? -qsearch<NonPV,  true>(pos, ss+1, -(alpha+1), -alpha)
1011                                        : -qsearch<NonPV, false>(pos, ss+1, -(alpha+1), -alpha)
1012                                        : - search<NonPV>(pos, ss+1, -(alpha+1), -alpha, newDepth, !cutNode, false);
1013
1014       // For PV nodes only, do a full PV search on the first move or after a fail
1015       // high (in the latter case search only if value < beta), otherwise let the
1016       // parent node fail low with value <= alpha and try another move.
1017       if (PvNode && (moveCount == 1 || (value > alpha && (rootNode || value < beta))))
1018       {
1019           (ss+1)->pv = pv;
1020           (ss+1)->pv[0] = MOVE_NONE;
1021
1022           value = newDepth <   ONE_PLY ?
1023                             givesCheck ? -qsearch<PV,  true>(pos, ss+1, -beta, -alpha)
1024                                        : -qsearch<PV, false>(pos, ss+1, -beta, -alpha)
1025                                        : - search<PV>(pos, ss+1, -beta, -alpha, newDepth, false, false);
1026       }
1027
1028       // Step 17. Undo move
1029       pos.undo_move(move);
1030
1031       assert(value > -VALUE_INFINITE && value < VALUE_INFINITE);
1032
1033       // Step 18. Check for a new best move
1034       // Finished searching the move. If a stop occurred, the return value of
1035       // the search cannot be trusted, and we return immediately without
1036       // updating best move, PV and TT.
1037       if (Signals.stop.load(std::memory_order_relaxed))
1038           return VALUE_ZERO;
1039
1040       if (rootNode)
1041       {
1042           RootMove& rm = *std::find(thisThread->rootMoves.begin(),
1043                                     thisThread->rootMoves.end(), move);
1044
1045           // PV move or new best move ?
1046           if (moveCount == 1 || value > alpha)
1047           {
1048               rm.score = value;
1049               rm.pv.resize(1);
1050
1051               assert((ss+1)->pv);
1052
1053               for (Move* m = (ss+1)->pv; *m != MOVE_NONE; ++m)
1054                   rm.pv.push_back(*m);
1055
1056               // We record how often the best move has been changed in each
1057               // iteration. This information is used for time management: When
1058               // the best move changes frequently, we allocate some more time.
1059               if (moveCount > 1 && thisThread == Threads.main())
1060                   ++static_cast<MainThread*>(thisThread)->bestMoveChanges;
1061           }
1062           else
1063               // All other moves but the PV are set to the lowest value: this is
1064               // not a problem when sorting because the sort is stable and the
1065               // move position in the list is preserved - just the PV is pushed up.
1066               rm.score = -VALUE_INFINITE;
1067       }
1068
1069       if (value > bestValue)
1070       {
1071           bestValue = value;
1072
1073           if (value > alpha)
1074           {
1075               bestMove = move;
1076
1077               if (PvNode && !rootNode) // Update pv even in fail-high case
1078                   update_pv(ss->pv, move, (ss+1)->pv);
1079
1080               if (PvNode && value < beta) // Update alpha! Always alpha < beta
1081                   alpha = value;
1082               else
1083               {
1084                   assert(value >= beta); // Fail high
1085                   break;
1086               }
1087           }
1088       }
1089
1090       if (!captureOrPromotion && move != bestMove && quietCount < 64)
1091           quietsSearched[quietCount++] = move;
1092     }
1093
1094     // The following condition would detect a stop only after move loop has been
1095     // completed. But in this case bestValue is valid because we have fully
1096     // searched our subtree, and we can anyhow save the result in TT.
1097     /*
1098        if (Signals.stop)
1099         return VALUE_DRAW;
1100     */
1101
1102     // Step 20. Check for mate and stalemate
1103     // All legal moves have been searched and if there are no legal moves, it
1104     // must be a mate or a stalemate. If we are in a singular extension search then
1105     // return a fail low score.
1106
1107     assert(moveCount || !inCheck || excludedMove || !MoveList<LEGAL>(pos).size());
1108
1109     if (!moveCount)
1110         bestValue = excludedMove ? alpha
1111                    :     inCheck ? mated_in(ss->ply) : DrawValue[pos.side_to_move()];
1112     else if (bestMove)
1113     {
1114
1115         // Quiet best move: update move sorting heuristics
1116         if (!pos.capture_or_promotion(bestMove))
1117             update_stats(pos, ss, bestMove, quietsSearched, quietCount, stat_bonus(depth));
1118
1119         // Extra penalty for a quiet TT move in previous ply when it gets refuted
1120         if ((ss-1)->moveCount == 1 && !pos.captured_piece())
1121             update_cm_stats(ss-1, pos.piece_on(prevSq), prevSq, -stat_bonus(depth + ONE_PLY));
1122     }
1123     // Bonus for prior countermove that caused the fail low
1124     else if (    depth >= 3 * ONE_PLY
1125              && !pos.captured_piece()
1126              && is_ok((ss-1)->currentMove))
1127         update_cm_stats(ss-1, pos.piece_on(prevSq), prevSq, stat_bonus(depth));
1128
1129     if(!excludedMove)
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 with depth zero, or recursively with depth less than ONE_PLY.
1143
1144   template <NodeType NT, bool InCheck>
1145   Value qsearch(Position& pos, Stack* ss, Value alpha, Value beta, Depth depth) {
1146
1147     const bool PvNode = NT == PV;
1148
1149     assert(InCheck == !!pos.checkers());
1150     assert(alpha >= -VALUE_INFINITE && alpha < beta && beta <= VALUE_INFINITE);
1151     assert(PvNode || (alpha == beta - 1));
1152     assert(depth <= DEPTH_ZERO);
1153     assert(depth / ONE_PLY * ONE_PLY == depth);
1154
1155     Move pv[MAX_PLY+1];
1156     StateInfo st;
1157     TTEntry* tte;
1158     Key posKey;
1159     Move ttMove, move, bestMove;
1160     Value bestValue, value, ttValue, futilityValue, futilityBase, oldAlpha;
1161     bool ttHit, givesCheck, evasionPrunable;
1162     Depth ttDepth;
1163
1164     if (PvNode)
1165     {
1166         oldAlpha = alpha; // To flag BOUND_EXACT when eval above alpha and no available moves
1167         (ss+1)->pv = pv;
1168         ss->pv[0] = MOVE_NONE;
1169     }
1170
1171     ss->currentMove = bestMove = MOVE_NONE;
1172     ss->ply = (ss-1)->ply + 1;
1173
1174     // Check for an instant draw or if the maximum ply has been reached
1175     if (pos.is_draw(ss->ply) || ss->ply >= MAX_PLY)
1176         return ss->ply >= MAX_PLY && !InCheck ? evaluate(pos)
1177                                               : DrawValue[pos.side_to_move()];
1178
1179     assert(0 <= ss->ply && ss->ply < MAX_PLY);
1180
1181     // Decide whether or not to include checks: this fixes also the type of
1182     // TT entry depth that we are going to use. Note that in qsearch we use
1183     // only two types of depth in TT: DEPTH_QS_CHECKS or DEPTH_QS_NO_CHECKS.
1184     ttDepth = InCheck || depth >= DEPTH_QS_CHECKS ? DEPTH_QS_CHECKS
1185                                                   : DEPTH_QS_NO_CHECKS;
1186
1187     // Transposition table lookup
1188     posKey = pos.key();
1189     tte = TT.probe(posKey, ttHit);
1190     ttMove = ttHit ? tte->move() : MOVE_NONE;
1191     ttValue = ttHit ? value_from_tt(tte->value(), ss->ply) : VALUE_NONE;
1192
1193     if (  !PvNode
1194         && ttHit
1195         && tte->depth() >= ttDepth
1196         && ttValue != VALUE_NONE // Only in case of TT access race
1197         && (ttValue >= beta ? (tte->bound() &  BOUND_LOWER)
1198                             : (tte->bound() &  BOUND_UPPER)))
1199         return ttValue;
1200
1201     // Evaluate the position statically
1202     if (InCheck)
1203     {
1204         ss->staticEval = VALUE_NONE;
1205         bestValue = futilityBase = -VALUE_INFINITE;
1206     }
1207     else
1208     {
1209         if (ttHit)
1210         {
1211             // Never assume anything on values stored in TT
1212             if ((ss->staticEval = bestValue = tte->eval()) == VALUE_NONE)
1213                 ss->staticEval = bestValue = evaluate(pos);
1214
1215             // Can ttValue be used as a better position evaluation?
1216             if (ttValue != VALUE_NONE)
1217                 if (tte->bound() & (ttValue > bestValue ? BOUND_LOWER : BOUND_UPPER))
1218                     bestValue = ttValue;
1219         }
1220         else
1221             ss->staticEval = bestValue =
1222             (ss-1)->currentMove != MOVE_NULL ? evaluate(pos)
1223                                              : -(ss-1)->staticEval + 2 * Eval::Tempo;
1224
1225         // Stand pat. Return immediately if static value is at least beta
1226         if (bestValue >= beta)
1227         {
1228             if (!ttHit)
1229                 tte->save(pos.key(), value_to_tt(bestValue, ss->ply), BOUND_LOWER,
1230                           DEPTH_NONE, MOVE_NONE, ss->staticEval, TT.generation());
1231
1232             return bestValue;
1233         }
1234
1235         if (PvNode && bestValue > alpha)
1236             alpha = bestValue;
1237
1238         futilityBase = bestValue + 128;
1239     }
1240
1241     // Initialize a MovePicker object for the current position, and prepare
1242     // to search the moves. Because the depth is <= 0 here, only captures,
1243     // queen promotions and checks (only if depth >= DEPTH_QS_CHECKS) will
1244     // be generated.
1245     MovePicker mp(pos, ttMove, depth, to_sq((ss-1)->currentMove));
1246
1247     // Loop through the moves until no moves remain or a beta cutoff occurs
1248     while ((move = mp.next_move()) != MOVE_NONE)
1249     {
1250       assert(is_ok(move));
1251
1252       givesCheck =  type_of(move) == NORMAL && !pos.discovered_check_candidates()
1253                   ? pos.check_squares(type_of(pos.piece_on(from_sq(move)))) & to_sq(move)
1254                   : pos.gives_check(move);
1255
1256       // Futility pruning
1257       if (   !InCheck
1258           && !givesCheck
1259           &&  futilityBase > -VALUE_KNOWN_WIN
1260           && !pos.advanced_pawn_push(move))
1261       {
1262           assert(type_of(move) != ENPASSANT); // Due to !pos.advanced_pawn_push
1263
1264           futilityValue = futilityBase + PieceValue[EG][pos.piece_on(to_sq(move))];
1265
1266           if (futilityValue <= alpha)
1267           {
1268               bestValue = std::max(bestValue, futilityValue);
1269               continue;
1270           }
1271
1272           if (futilityBase <= alpha && !pos.see_ge(move, VALUE_ZERO + 1))
1273           {
1274               bestValue = std::max(bestValue, futilityBase);
1275               continue;
1276           }
1277       }
1278
1279       // Detect non-capture evasions that are candidates to be pruned
1280       evasionPrunable =    InCheck
1281                        &&  bestValue > VALUE_MATED_IN_MAX_PLY
1282                        && !pos.capture(move);
1283
1284       // Don't search moves with negative SEE values
1285       if (  (!InCheck || evasionPrunable)
1286           &&  type_of(move) != PROMOTION
1287           &&  !pos.see_ge(move, VALUE_ZERO))
1288           continue;
1289
1290       // Speculative prefetch as early as possible
1291       prefetch(TT.first_entry(pos.key_after(move)));
1292
1293       // Check for legality just before making the move
1294       if (!pos.legal(move))
1295           continue;
1296
1297       ss->currentMove = move;
1298
1299       // Make and search the move
1300       pos.do_move(move, st, givesCheck);
1301       value = givesCheck ? -qsearch<NT,  true>(pos, ss+1, -beta, -alpha, depth - ONE_PLY)
1302                          : -qsearch<NT, false>(pos, ss+1, -beta, -alpha, depth - ONE_PLY);
1303       pos.undo_move(move);
1304
1305       assert(value > -VALUE_INFINITE && value < VALUE_INFINITE);
1306
1307       // Check for a new best move
1308       if (value > bestValue)
1309       {
1310           bestValue = value;
1311
1312           if (value > alpha)
1313           {
1314               if (PvNode) // Update pv even in fail-high case
1315                   update_pv(ss->pv, move, (ss+1)->pv);
1316
1317               if (PvNode && value < beta) // Update alpha here!
1318               {
1319                   alpha = value;
1320                   bestMove = move;
1321               }
1322               else // Fail high
1323               {
1324                   tte->save(posKey, value_to_tt(value, ss->ply), BOUND_LOWER,
1325                             ttDepth, move, ss->staticEval, TT.generation());
1326
1327                   return value;
1328               }
1329           }
1330        }
1331     }
1332
1333     // All legal moves have been searched. A special case: If we're in check
1334     // and no legal moves were found, it is checkmate.
1335     if (InCheck && bestValue == -VALUE_INFINITE)
1336         return mated_in(ss->ply); // Plies to mate from the root
1337
1338     tte->save(posKey, value_to_tt(bestValue, ss->ply),
1339               PvNode && bestValue > oldAlpha ? BOUND_EXACT : BOUND_UPPER,
1340               ttDepth, bestMove, ss->staticEval, TT.generation());
1341
1342     assert(bestValue > -VALUE_INFINITE && bestValue < VALUE_INFINITE);
1343
1344     return bestValue;
1345   }
1346
1347
1348   // value_to_tt() adjusts a mate score from "plies to mate from the root" to
1349   // "plies to mate from the current position". Non-mate scores are unchanged.
1350   // The function is called before storing a value in the transposition table.
1351
1352   Value value_to_tt(Value v, int ply) {
1353
1354     assert(v != VALUE_NONE);
1355
1356     return  v >= VALUE_MATE_IN_MAX_PLY  ? v + ply
1357           : v <= VALUE_MATED_IN_MAX_PLY ? v - ply : v;
1358   }
1359
1360
1361   // value_from_tt() is the inverse of value_to_tt(): It adjusts a mate score
1362   // from the transposition table (which refers to the plies to mate/be mated
1363   // from current position) to "plies to mate/be mated from the root".
1364
1365   Value value_from_tt(Value v, int ply) {
1366
1367     return  v == VALUE_NONE             ? VALUE_NONE
1368           : v >= VALUE_MATE_IN_MAX_PLY  ? v - ply
1369           : v <= VALUE_MATED_IN_MAX_PLY ? v + ply : v;
1370   }
1371
1372
1373   // update_pv() adds current move and appends child pv[]
1374
1375   void update_pv(Move* pv, Move move, Move* childPv) {
1376
1377     for (*pv++ = move; childPv && *childPv != MOVE_NONE; )
1378         *pv++ = *childPv++;
1379     *pv = MOVE_NONE;
1380   }
1381
1382
1383   // update_cm_stats() updates countermove and follow-up move history
1384
1385   void update_cm_stats(Stack* ss, Piece pc, Square s, int bonus) {
1386
1387     for (int i : {1, 2, 4})
1388         if (is_ok((ss-i)->currentMove))
1389             (ss-i)->counterMoves->update(pc, s, bonus);
1390   }
1391
1392
1393   // update_stats() updates move sorting heuristics when a new quiet best move is found
1394
1395   void update_stats(const Position& pos, Stack* ss, Move move,
1396                     Move* quiets, int quietsCnt, int bonus) {
1397
1398     if (ss->killers[0] != move)
1399     {
1400         ss->killers[1] = ss->killers[0];
1401         ss->killers[0] = move;
1402     }
1403
1404     Color c = pos.side_to_move();
1405     Thread* thisThread = pos.this_thread();
1406     thisThread->history.update(c, move, bonus);
1407     update_cm_stats(ss, pos.moved_piece(move), to_sq(move), bonus);
1408
1409     if (is_ok((ss-1)->currentMove))
1410     {
1411         Square prevSq = to_sq((ss-1)->currentMove);
1412         thisThread->counterMoves.update(pos.piece_on(prevSq), prevSq, move);
1413     }
1414
1415     // Decrease all the other played quiet moves
1416     for (int i = 0; i < quietsCnt; ++i)
1417     {
1418         thisThread->history.update(c, quiets[i], -bonus);
1419         update_cm_stats(ss, pos.moved_piece(quiets[i]), to_sq(quiets[i]), -bonus);
1420     }
1421   }
1422
1423
1424   // When playing with strength handicap, choose best move among a set of RootMoves
1425   // using a statistical rule dependent on 'level'. Idea by Heinz van Saanen.
1426
1427   Move Skill::pick_best(size_t multiPV) {
1428
1429     const RootMoves& rootMoves = Threads.main()->rootMoves;
1430     static PRNG rng(now()); // PRNG sequence should be non-deterministic
1431
1432     // RootMoves are already sorted by score in descending order
1433     Value topScore = rootMoves[0].score;
1434     int delta = std::min(topScore - rootMoves[multiPV - 1].score, PawnValueMg);
1435     int weakness = 120 - 2 * level;
1436     int maxScore = -VALUE_INFINITE;
1437
1438     // Choose best move. For each move score we add two terms, both dependent on
1439     // weakness. One is deterministic and bigger for weaker levels, and one is
1440     // random. Then we choose the move with the resulting highest score.
1441     for (size_t i = 0; i < multiPV; ++i)
1442     {
1443         // This is our magic formula
1444         int push = (  weakness * int(topScore - rootMoves[i].score)
1445                     + delta * (rng.rand<unsigned>() % weakness)) / 128;
1446
1447         if (rootMoves[i].score + push > maxScore)
1448         {
1449             maxScore = rootMoves[i].score + push;
1450             best = rootMoves[i].pv[0];
1451         }
1452     }
1453
1454     return best;
1455   }
1456
1457
1458   // check_time() is used to print debug info and, more importantly, to detect
1459   // when we are out of available time and thus stop the search.
1460
1461   void check_time() {
1462
1463     static TimePoint lastInfoTime = now();
1464
1465     int elapsed = Time.elapsed();
1466     TimePoint tick = Limits.startTime + elapsed;
1467
1468     if (tick - lastInfoTime >= 1000)
1469     {
1470         lastInfoTime = tick;
1471         dbg_print();
1472     }
1473
1474     // An engine may not stop pondering until told so by the GUI
1475     if (Limits.ponder)
1476         return;
1477
1478     if (   (Limits.use_time_management() && elapsed > Time.maximum() - 10)
1479         || (Limits.movetime && elapsed >= Limits.movetime)
1480         || (Limits.nodes && Threads.nodes_searched() >= (uint64_t)Limits.nodes))
1481             Signals.stop = true;
1482   }
1483
1484 } // namespace
1485
1486
1487 /// UCI::pv() formats PV information according to the UCI protocol. UCI requires
1488 /// that all (if any) unsearched PV lines are sent using a previous search score.
1489
1490 string UCI::pv(const Position& pos, Depth depth, Value alpha, Value beta) {
1491
1492   std::stringstream ss;
1493   int elapsed = Time.elapsed() + 1;
1494   const RootMoves& rootMoves = pos.this_thread()->rootMoves;
1495   size_t PVIdx = pos.this_thread()->PVIdx;
1496   size_t multiPV = std::min((size_t)Options["MultiPV"], rootMoves.size());
1497   uint64_t nodesSearched = Threads.nodes_searched();
1498   uint64_t tbHits = Threads.tb_hits() + (TB::RootInTB ? rootMoves.size() : 0);
1499
1500   for (size_t i = 0; i < multiPV; ++i)
1501   {
1502       bool updated = (i <= PVIdx);
1503
1504       if (depth == ONE_PLY && !updated)
1505           continue;
1506
1507       Depth d = updated ? depth : depth - ONE_PLY;
1508       Value v = updated ? rootMoves[i].score : rootMoves[i].previousScore;
1509
1510       bool tb = TB::RootInTB && abs(v) < VALUE_MATE - MAX_PLY;
1511       v = tb ? TB::Score : v;
1512
1513       if (ss.rdbuf()->in_avail()) // Not at first line
1514           ss << "\n";
1515
1516       ss << "info"
1517          << " depth "    << d / ONE_PLY
1518          << " seldepth " << pos.this_thread()->maxPly
1519          << " multipv "  << i + 1
1520          << " score "    << UCI::value(v);
1521
1522       if (!tb && i == PVIdx)
1523           ss << (v >= beta ? " lowerbound" : v <= alpha ? " upperbound" : "");
1524
1525       ss << " nodes "    << nodesSearched
1526          << " nps "      << nodesSearched * 1000 / elapsed;
1527
1528       if (elapsed > 1000) // Earlier makes little sense
1529           ss << " hashfull " << TT.hashfull();
1530
1531       ss << " tbhits "   << tbHits
1532          << " time "     << elapsed
1533          << " pv";
1534
1535       for (Move m : rootMoves[i].pv)
1536           ss << " " << UCI::move(m, pos.is_chess960());
1537   }
1538
1539   return ss.str();
1540 }
1541
1542
1543 /// RootMove::extract_ponder_from_tt() is called in case we have no ponder move
1544 /// before exiting the search, for instance, in case we stop the search during a
1545 /// fail high at root. We try hard to have a ponder move to return to the GUI,
1546 /// otherwise in case of 'ponder on' we have nothing to think on.
1547
1548 bool RootMove::extract_ponder_from_tt(Position& pos) {
1549
1550     StateInfo st;
1551     bool ttHit;
1552
1553     assert(pv.size() == 1);
1554
1555     if (!pv[0])
1556         return false;
1557
1558     pos.do_move(pv[0], st);
1559     TTEntry* tte = TT.probe(pos.key(), ttHit);
1560
1561     if (ttHit)
1562     {
1563         Move m = tte->move(); // Local copy to be SMP safe
1564         if (MoveList<LEGAL>(pos).contains(m))
1565             pv.push_back(m);
1566     }
1567
1568     pos.undo_move(pv[0]);
1569     return pv.size() > 1;
1570 }
1571
1572 void Tablebases::filter_root_moves(Position& pos, Search::RootMoves& rootMoves) {
1573
1574     RootInTB = false;
1575     UseRule50 = Options["Syzygy50MoveRule"];
1576     ProbeDepth = Options["SyzygyProbeDepth"] * ONE_PLY;
1577     Cardinality = Options["SyzygyProbeLimit"];
1578
1579     // Skip TB probing when no TB found: !TBLargest -> !TB::Cardinality
1580     if (Cardinality > MaxCardinality)
1581     {
1582         Cardinality = MaxCardinality;
1583         ProbeDepth = DEPTH_ZERO;
1584     }
1585
1586     if (Cardinality < popcount(pos.pieces()) || pos.can_castle(ANY_CASTLING))
1587         return;
1588
1589     // If the current root position is in the tablebases, then RootMoves
1590     // contains only moves that preserve the draw or the win.
1591     RootInTB = root_probe(pos, rootMoves, TB::Score);
1592
1593     if (RootInTB)
1594         Cardinality = 0; // Do not probe tablebases during the search
1595
1596     else // If DTZ tables are missing, use WDL tables as a fallback
1597     {
1598         // Filter out moves that do not preserve the draw or the win.
1599         RootInTB = root_probe_wdl(pos, rootMoves, TB::Score);
1600
1601         // Only probe during search if winning
1602         if (RootInTB && TB::Score <= VALUE_DRAW)
1603             Cardinality = 0;
1604     }
1605
1606     if (RootInTB && !UseRule50)
1607         TB::Score =  TB::Score > VALUE_DRAW ?  VALUE_MATE - MAX_PLY - 1
1608                    : TB::Score < VALUE_DRAW ? -VALUE_MATE + MAX_PLY + 1
1609                                             :  VALUE_DRAW;
1610 }