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