Simplified shuffle extension version (#2121)
[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) 2015-2019 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 <cassert>
22 #include <cmath>
23 #include <cstring>   // For std::memset
24 #include <iostream>
25 #include <sstream>
26
27 #include "evaluate.h"
28 #include "misc.h"
29 #include "movegen.h"
30 #include "movepick.h"
31 #include "position.h"
32 #include "search.h"
33 #include "thread.h"
34 #include "timeman.h"
35 #include "tt.h"
36 #include "uci.h"
37 #include "syzygy/tbprobe.h"
38
39 namespace Search {
40
41   LimitsType Limits;
42 }
43
44 namespace Tablebases {
45
46   int Cardinality;
47   bool RootInTB;
48   bool UseRule50;
49   Depth ProbeDepth;
50 }
51
52 namespace TB = Tablebases;
53
54 using std::string;
55 using Eval::evaluate;
56 using namespace Search;
57
58 namespace {
59
60   // Different node types, used as a template parameter
61   enum NodeType { NonPV, PV };
62
63   // Razor and futility margins
64   constexpr int RazorMargin = 600;
65   Value futility_margin(Depth d, bool improving) {
66     return Value((175 - 50 * improving) * d / ONE_PLY);
67   }
68
69   // Reductions lookup table, initialized at startup
70   int Reductions[MAX_MOVES]; // [depth or moveNumber]
71
72   template <bool PvNode> Depth reduction(bool i, Depth d, int mn) {
73     int r = Reductions[d / ONE_PLY] * Reductions[mn] / 1024;
74     return ((r + 512) / 1024 + (!i && r > 1024) - PvNode) * ONE_PLY;
75   }
76
77   constexpr int futility_move_count(bool improving, int depth) {
78     return (5 + depth * depth) * (1 + improving) / 2;
79   }
80
81   // History and stats update bonus, based on depth
82   int stat_bonus(Depth depth) {
83     int d = depth / ONE_PLY;
84     return d > 17 ? 0 : 29 * d * d + 138 * d - 134;
85   }
86
87   // Add a small random component to draw evaluations to avoid 3fold-blindness
88   Value value_draw(Depth depth, Thread* thisThread) {
89     return depth < 4 * ONE_PLY ? VALUE_DRAW
90                                : VALUE_DRAW + Value(2 * (thisThread->nodes & 1) - 1);
91   }
92
93   // Skill structure is used to implement strength limit
94   struct Skill {
95     explicit Skill(int l) : level(l) {}
96     bool enabled() const { return level < 20; }
97     bool time_to_pick(Depth depth) const { return depth / ONE_PLY == 1 + level; }
98     Move pick_best(size_t multiPV);
99
100     int level;
101     Move best = MOVE_NONE;
102   };
103
104   template <NodeType NT>
105   Value search(Position& pos, Stack* ss, Value alpha, Value beta, Depth depth, bool cutNode);
106
107   template <NodeType NT>
108   Value qsearch(Position& pos, Stack* ss, Value alpha, Value beta, Depth depth = DEPTH_ZERO);
109
110   Value value_to_tt(Value v, int ply);
111   Value value_from_tt(Value v, int ply);
112   void update_pv(Move* pv, Move move, Move* childPv);
113   void update_continuation_histories(Stack* ss, Piece pc, Square to, int bonus);
114   void update_quiet_stats(const Position& pos, Stack* ss, Move move, Move* quiets, int quietCount, int bonus);
115   void update_capture_stats(const Position& pos, Move move, Move* captures, int captureCount, int bonus);
116
117   // perft() is our utility to verify move generation. All the leaf nodes up
118   // to the given depth are generated and counted, and the sum is returned.
119   template<bool Root>
120   uint64_t perft(Position& pos, Depth depth) {
121
122     StateInfo st;
123     uint64_t cnt, nodes = 0;
124     const bool leaf = (depth == 2 * ONE_PLY);
125
126     for (const auto& m : MoveList<LEGAL>(pos))
127     {
128         if (Root && depth <= ONE_PLY)
129             cnt = 1, nodes++;
130         else
131         {
132             pos.do_move(m, st);
133             cnt = leaf ? MoveList<LEGAL>(pos).size() : perft<false>(pos, depth - ONE_PLY);
134             nodes += cnt;
135             pos.undo_move(m);
136         }
137         if (Root)
138             sync_cout << UCI::move(m, pos.is_chess960()) << ": " << cnt << sync_endl;
139     }
140     return nodes;
141   }
142
143 } // namespace
144
145
146 /// Search::init() is called at startup to initialize various lookup tables
147
148 void Search::init() {
149
150   for (int i = 1; i < MAX_MOVES; ++i)
151       Reductions[i] = int(1024 * std::log(i) / std::sqrt(1.95));
152 }
153
154
155 /// Search::clear() resets search state to its initial value
156
157 void Search::clear() {
158
159   Threads.main()->wait_for_search_finished();
160
161   Time.availableNodes = 0;
162   TT.clear();
163   Threads.clear();
164   Tablebases::init(Options["SyzygyPath"]); // Free mapped files
165 }
166
167
168 /// MainThread::search() is started when the program receives the UCI 'go'
169 /// command. It searches from the root position and outputs the "bestmove".
170
171 void MainThread::search() {
172
173   if (Limits.perft)
174   {
175       nodes = perft<true>(rootPos, Limits.perft * ONE_PLY);
176       sync_cout << "\nNodes searched: " << nodes << "\n" << sync_endl;
177       return;
178   }
179
180   Color us = rootPos.side_to_move();
181   Time.init(Limits, us, rootPos.game_ply());
182   TT.new_search();
183
184   if (rootMoves.empty())
185   {
186       rootMoves.emplace_back(MOVE_NONE);
187       sync_cout << "info depth 0 score "
188                 << UCI::value(rootPos.checkers() ? -VALUE_MATE : VALUE_DRAW)
189                 << sync_endl;
190   }
191   else
192   {
193       for (Thread* th : Threads)
194       {
195           th->bestMoveChanges = 0;
196           if (th != this)
197               th->start_searching();
198       }
199
200       Thread::search(); // Let's start searching!
201   }
202
203   // When we reach the maximum depth, we can arrive here without a raise of
204   // Threads.stop. However, if we are pondering or in an infinite search,
205   // the UCI protocol states that we shouldn't print the best move before the
206   // GUI sends a "stop" or "ponderhit" command. We therefore simply wait here
207   // until the GUI sends one of those commands.
208
209   while (!Threads.stop && (ponder || Limits.infinite))
210   {} // Busy wait for a stop or a ponder reset
211
212   // Stop the threads if not already stopped (also raise the stop if
213   // "ponderhit" just reset Threads.ponder).
214   Threads.stop = true;
215
216   // Wait until all threads have finished
217   for (Thread* th : Threads)
218       if (th != this)
219           th->wait_for_search_finished();
220
221   // When playing in 'nodes as time' mode, subtract the searched nodes from
222   // the available ones before exiting.
223   if (Limits.npmsec)
224       Time.availableNodes += Limits.inc[us] - Threads.nodes_searched();
225
226   Thread* bestThread = this;
227
228   // Check if there are threads with a better score than main thread
229   if (    Options["MultiPV"] == 1
230       && !Limits.depth
231       && !Skill(Options["Skill Level"]).enabled()
232       &&  rootMoves[0].pv[0] != MOVE_NONE)
233   {
234       std::map<Move, int64_t> votes;
235       Value minScore = this->rootMoves[0].score;
236
237       // Find out minimum score and reset votes for moves which can be voted
238       for (Thread* th: Threads)
239           minScore = std::min(minScore, th->rootMoves[0].score);
240
241       // Vote according to score and depth
242       for (Thread* th : Threads)
243       {
244           int64_t s = th->rootMoves[0].score - minScore + 1;
245           votes[th->rootMoves[0].pv[0]] += 200 + s * s * int(th->completedDepth);
246       }
247
248       // Select best thread
249       auto bestVote = votes[this->rootMoves[0].pv[0]];
250       for (Thread* th : Threads)
251           if (votes[th->rootMoves[0].pv[0]] > bestVote)
252           {
253               bestVote = votes[th->rootMoves[0].pv[0]];
254               bestThread = th;
255           }
256   }
257
258   previousScore = bestThread->rootMoves[0].score;
259
260   // Send again PV info if we have a new best thread
261   if (bestThread != this)
262       sync_cout << UCI::pv(bestThread->rootPos, bestThread->completedDepth, -VALUE_INFINITE, VALUE_INFINITE) << sync_endl;
263
264   sync_cout << "bestmove " << UCI::move(bestThread->rootMoves[0].pv[0], rootPos.is_chess960());
265
266   if (bestThread->rootMoves[0].pv.size() > 1 || bestThread->rootMoves[0].extract_ponder_from_tt(rootPos))
267       std::cout << " ponder " << UCI::move(bestThread->rootMoves[0].pv[1], rootPos.is_chess960());
268
269   std::cout << sync_endl;
270 }
271
272
273 /// Thread::search() is the main iterative deepening loop. It calls search()
274 /// repeatedly with increasing depth until the allocated thinking time has been
275 /// consumed, the user stops the search, or the maximum search depth is reached.
276
277 void Thread::search() {
278
279   // To allow access to (ss-7) up to (ss+2), the stack must be oversized.
280   // The former is needed to allow update_continuation_histories(ss-1, ...),
281   // which accesses its argument at ss-6, also near the root.
282   // The latter is needed for statScores and killer initialization.
283   Stack stack[MAX_PLY+10], *ss = stack+7;
284   Move  pv[MAX_PLY+1];
285   Value bestValue, alpha, beta, delta;
286   Move  lastBestMove = MOVE_NONE;
287   Depth lastBestMoveDepth = DEPTH_ZERO;
288   MainThread* mainThread = (this == Threads.main() ? Threads.main() : nullptr);
289   double timeReduction = 1, totBestMoveChanges = 0;
290   Color us = rootPos.side_to_move();
291
292   std::memset(ss-7, 0, 10 * sizeof(Stack));
293   for (int i = 7; i > 0; i--)
294      (ss-i)->continuationHistory = &this->continuationHistory[NO_PIECE][0]; // Use as sentinel
295   ss->pv = pv;
296
297   bestValue = delta = alpha = -VALUE_INFINITE;
298   beta = VALUE_INFINITE;
299
300   size_t multiPV = Options["MultiPV"];
301   Skill skill(Options["Skill Level"]);
302
303   // When playing with strength handicap enable MultiPV search that we will
304   // use behind the scenes to retrieve a set of possible moves.
305   if (skill.enabled())
306       multiPV = std::max(multiPV, (size_t)4);
307
308   multiPV = std::min(multiPV, rootMoves.size());
309
310   int ct = int(Options["Contempt"]) * PawnValueEg / 100; // From centipawns
311
312   // In analysis mode, adjust contempt in accordance with user preference
313   if (Limits.infinite || Options["UCI_AnalyseMode"])
314       ct =  Options["Analysis Contempt"] == "Off"  ? 0
315           : Options["Analysis Contempt"] == "Both" ? ct
316           : Options["Analysis Contempt"] == "White" && us == BLACK ? -ct
317           : Options["Analysis Contempt"] == "Black" && us == WHITE ? -ct
318           : ct;
319
320   // Evaluation score is from the white point of view
321   contempt = (us == WHITE ?  make_score(ct, ct / 2)
322                           : -make_score(ct, ct / 2));
323
324   // Iterative deepening loop until requested to stop or the target depth is reached
325   while (   (rootDepth += ONE_PLY) < DEPTH_MAX
326          && !Threads.stop
327          && !(Limits.depth && mainThread && rootDepth / ONE_PLY > Limits.depth))
328   {
329       // Age out PV variability metric
330       if (mainThread)
331           totBestMoveChanges /= 2;
332
333       // Save the last iteration's scores before first PV line is searched and
334       // all the move scores except the (new) PV are set to -VALUE_INFINITE.
335       for (RootMove& rm : rootMoves)
336           rm.previousScore = rm.score;
337
338       size_t pvFirst = 0;
339       pvLast = 0;
340
341       // MultiPV loop. We perform a full root search for each PV line
342       for (pvIdx = 0; pvIdx < multiPV && !Threads.stop; ++pvIdx)
343       {
344           if (pvIdx == pvLast)
345           {
346               pvFirst = pvLast;
347               for (pvLast++; pvLast < rootMoves.size(); pvLast++)
348                   if (rootMoves[pvLast].tbRank != rootMoves[pvFirst].tbRank)
349                       break;
350           }
351
352           // Reset UCI info selDepth for each depth and each PV line
353           selDepth = 0;
354
355           // Reset aspiration window starting size
356           if (rootDepth >= 5 * ONE_PLY)
357           {
358               Value previousScore = rootMoves[pvIdx].previousScore;
359               delta = Value(20);
360               alpha = std::max(previousScore - delta,-VALUE_INFINITE);
361               beta  = std::min(previousScore + delta, VALUE_INFINITE);
362
363               // Adjust contempt based on root move's previousScore (dynamic contempt)
364               int dct = ct + 88 * previousScore / (abs(previousScore) + 200);
365
366               contempt = (us == WHITE ?  make_score(dct, dct / 2)
367                                       : -make_score(dct, dct / 2));
368           }
369
370           // Start with a small aspiration window and, in the case of a fail
371           // high/low, re-search with a bigger window until we don't fail
372           // high/low anymore.
373           int failedHighCnt = 0;
374           while (true)
375           {
376               Depth adjustedDepth = std::max(ONE_PLY, rootDepth - failedHighCnt * ONE_PLY);
377               bestValue = ::search<PV>(rootPos, ss, alpha, beta, adjustedDepth, false);
378
379               // Bring the best move to the front. It is critical that sorting
380               // is done with a stable algorithm because all the values but the
381               // first and eventually the new best one are set to -VALUE_INFINITE
382               // and we want to keep the same order for all the moves except the
383               // new PV that goes to the front. Note that in case of MultiPV
384               // search the already searched PV lines are preserved.
385               std::stable_sort(rootMoves.begin() + pvIdx, rootMoves.begin() + pvLast);
386
387               // If search has been stopped, we break immediately. Sorting is
388               // safe because RootMoves is still valid, although it refers to
389               // the previous iteration.
390               if (Threads.stop)
391                   break;
392
393               // When failing high/low give some update (without cluttering
394               // the UI) before a re-search.
395               if (   mainThread
396                   && multiPV == 1
397                   && (bestValue <= alpha || bestValue >= beta)
398                   && Time.elapsed() > 3000)
399                   sync_cout << UCI::pv(rootPos, rootDepth, alpha, beta) << sync_endl;
400
401               // In case of failing low/high increase aspiration window and
402               // re-search, otherwise exit the loop.
403               if (bestValue <= alpha)
404               {
405                   beta = (alpha + beta) / 2;
406                   alpha = std::max(bestValue - delta, -VALUE_INFINITE);
407
408                   if (mainThread)
409                   {
410                       failedHighCnt = 0;
411                       mainThread->stopOnPonderhit = false;
412                   }
413               }
414               else if (bestValue >= beta)
415               {
416                   beta = std::min(bestValue + delta, VALUE_INFINITE);
417                   if (mainThread)
418                       ++failedHighCnt;
419               }
420               else
421                   break;
422
423               delta += delta / 4 + 5;
424
425               assert(alpha >= -VALUE_INFINITE && beta <= VALUE_INFINITE);
426           }
427
428           // Sort the PV lines searched so far and update the GUI
429           std::stable_sort(rootMoves.begin() + pvFirst, rootMoves.begin() + pvIdx + 1);
430
431           if (    mainThread
432               && (Threads.stop || pvIdx + 1 == multiPV || Time.elapsed() > 3000))
433               sync_cout << UCI::pv(rootPos, rootDepth, alpha, beta) << sync_endl;
434       }
435
436       if (!Threads.stop)
437           completedDepth = rootDepth;
438
439       if (rootMoves[0].pv[0] != lastBestMove) {
440          lastBestMove = rootMoves[0].pv[0];
441          lastBestMoveDepth = rootDepth;
442       }
443
444       // Have we found a "mate in x"?
445       if (   Limits.mate
446           && bestValue >= VALUE_MATE_IN_MAX_PLY
447           && VALUE_MATE - bestValue <= 2 * Limits.mate)
448           Threads.stop = true;
449
450       if (!mainThread)
451           continue;
452
453       // If skill level is enabled and time is up, pick a sub-optimal best move
454       if (skill.enabled() && skill.time_to_pick(rootDepth))
455           skill.pick_best(multiPV);
456
457       // Do we have time for the next iteration? Can we stop searching now?
458       if (    Limits.use_time_management()
459           && !Threads.stop
460           && !mainThread->stopOnPonderhit)
461       {
462           double fallingEval = (314 + 9 * (mainThread->previousScore - bestValue)) / 581.0;
463           fallingEval = clamp(fallingEval, 0.5, 1.5);
464
465           // If the bestMove is stable over several iterations, reduce time accordingly
466           timeReduction = lastBestMoveDepth + 10 * ONE_PLY < completedDepth ? 1.95 : 1.0;
467           double reduction = std::pow(mainThread->previousTimeReduction, 0.528) / timeReduction;
468
469           // Use part of the gained time from a previous stable move for the current move
470           for (Thread* th : Threads)
471           {
472               totBestMoveChanges += th->bestMoveChanges;
473               th->bestMoveChanges = 0;
474           }
475           double bestMoveInstability = 1 + totBestMoveChanges / Threads.size();
476
477           // Stop the search if we have only one legal move, or if available time elapsed
478           if (   rootMoves.size() == 1
479               || Time.elapsed() > Time.optimum() * fallingEval * reduction * bestMoveInstability)
480           {
481               // If we are allowed to ponder do not stop the search now but
482               // keep pondering until the GUI sends "ponderhit" or "stop".
483               if (mainThread->ponder)
484                   mainThread->stopOnPonderhit = true;
485               else
486                   Threads.stop = true;
487           }
488       }
489   }
490
491   if (!mainThread)
492       return;
493
494   mainThread->previousTimeReduction = timeReduction;
495
496   // If skill level is enabled, swap best PV line with the sub-optimal one
497   if (skill.enabled())
498       std::swap(rootMoves[0], *std::find(rootMoves.begin(), rootMoves.end(),
499                 skill.best ? skill.best : skill.pick_best(multiPV)));
500 }
501
502
503 namespace {
504
505   // search<>() is the main search function for both PV and non-PV nodes
506
507   template <NodeType NT>
508   Value search(Position& pos, Stack* ss, Value alpha, Value beta, Depth depth, bool cutNode) {
509
510     constexpr bool PvNode = NT == PV;
511     const bool rootNode = PvNode && ss->ply == 0;
512
513     // Check if we have an upcoming move which draws by repetition, or
514     // if the opponent had an alternative move earlier to this position.
515     if (   pos.rule50_count() >= 3
516         && alpha < VALUE_DRAW
517         && !rootNode
518         && pos.has_game_cycle(ss->ply))
519     {
520         alpha = value_draw(depth, pos.this_thread());
521         if (alpha >= beta)
522             return alpha;
523     }
524
525     // Dive into quiescence search when the depth reaches zero
526     if (depth < ONE_PLY)
527         return qsearch<NT>(pos, ss, alpha, beta);
528
529     assert(-VALUE_INFINITE <= alpha && alpha < beta && beta <= VALUE_INFINITE);
530     assert(PvNode || (alpha == beta - 1));
531     assert(DEPTH_ZERO < depth && depth < DEPTH_MAX);
532     assert(!(PvNode && cutNode));
533     assert(depth / ONE_PLY * ONE_PLY == depth);
534
535     Move pv[MAX_PLY+1], capturesSearched[32], quietsSearched[64];
536     StateInfo st;
537     TTEntry* tte;
538     Key posKey;
539     Move ttMove, move, excludedMove, bestMove;
540     Depth extension, newDepth;
541     Value bestValue, value, ttValue, eval, maxValue;
542     bool ttHit, ttPv, inCheck, givesCheck, improving;
543     bool captureOrPromotion, doFullDepthSearch, moveCountPruning, ttCapture;
544     Piece movedPiece;
545     int moveCount, captureCount, quietCount;
546
547     // Step 1. Initialize node
548     Thread* thisThread = pos.this_thread();
549     inCheck = pos.checkers();
550     Color us = pos.side_to_move();
551     moveCount = captureCount = quietCount = ss->moveCount = 0;
552     bestValue = -VALUE_INFINITE;
553     maxValue = VALUE_INFINITE;
554
555     // Check for the available remaining time
556     if (thisThread == Threads.main())
557         static_cast<MainThread*>(thisThread)->check_time();
558
559     // Used to send selDepth info to GUI (selDepth counts from 1, ply from 0)
560     if (PvNode && thisThread->selDepth < ss->ply + 1)
561         thisThread->selDepth = ss->ply + 1;
562
563     if (!rootNode)
564     {
565         // Step 2. Check for aborted search and immediate draw
566         if (   Threads.stop.load(std::memory_order_relaxed)
567             || pos.is_draw(ss->ply)
568             || ss->ply >= MAX_PLY)
569             return (ss->ply >= MAX_PLY && !inCheck) ? evaluate(pos)
570                                                     : value_draw(depth, pos.this_thread());
571
572         // Step 3. Mate distance pruning. Even if we mate at the next move our score
573         // would be at best mate_in(ss->ply+1), but if alpha is already bigger because
574         // a shorter mate was found upward in the tree then there is no need to search
575         // because we will never beat the current alpha. Same logic but with reversed
576         // signs applies also in the opposite condition of being mated instead of giving
577         // mate. In this case return a fail-high score.
578         alpha = std::max(mated_in(ss->ply), alpha);
579         beta = std::min(mate_in(ss->ply+1), beta);
580         if (alpha >= beta)
581             return alpha;
582     }
583
584     assert(0 <= ss->ply && ss->ply < MAX_PLY);
585
586     (ss+1)->ply = ss->ply + 1;
587     (ss+1)->excludedMove = bestMove = MOVE_NONE;
588     (ss+2)->killers[0] = (ss+2)->killers[1] = MOVE_NONE;
589     Square prevSq = to_sq((ss-1)->currentMove);
590
591     // Initialize statScore to zero for the grandchildren of the current position.
592     // So statScore is shared between all grandchildren and only the first grandchild
593     // starts with statScore = 0. Later grandchildren start with the last calculated
594     // statScore of the previous grandchild. This influences the reduction rules in
595     // LMR which are based on the statScore of parent position.
596     (ss+2)->statScore = 0;
597
598     // Step 4. Transposition table lookup. We don't want the score of a partial
599     // search to overwrite a previous full search TT value, so we use a different
600     // position key in case of an excluded move.
601     excludedMove = ss->excludedMove;
602     posKey = pos.key() ^ Key(excludedMove << 16); // Isn't a very good hash
603     tte = TT.probe(posKey, ttHit);
604     ttValue = ttHit ? value_from_tt(tte->value(), ss->ply) : VALUE_NONE;
605     ttMove =  rootNode ? thisThread->rootMoves[thisThread->pvIdx].pv[0]
606             : ttHit    ? tte->move() : MOVE_NONE;
607     ttPv = (ttHit && tte->is_pv()) || (PvNode && depth > 4 * ONE_PLY);
608
609     // At non-PV nodes we check for an early TT cutoff
610     if (  !PvNode
611         && ttHit
612         && tte->depth() >= depth
613         && ttValue != VALUE_NONE // Possible in case of TT access race
614         && (ttValue >= beta ? (tte->bound() & BOUND_LOWER)
615                             : (tte->bound() & BOUND_UPPER)))
616     {
617         // If ttMove is quiet, update move sorting heuristics on TT hit
618         if (ttMove)
619         {
620             if (ttValue >= beta)
621             {
622                 if (!pos.capture_or_promotion(ttMove))
623                     update_quiet_stats(pos, ss, ttMove, nullptr, 0, stat_bonus(depth));
624
625                 // Extra penalty for early quiet moves of the previous ply
626                 if ((ss-1)->moveCount <= 2 && !pos.captured_piece())
627                         update_continuation_histories(ss-1, pos.piece_on(prevSq), prevSq, -stat_bonus(depth + ONE_PLY));
628             }
629             // Penalty for a quiet ttMove that fails low
630             else if (!pos.capture_or_promotion(ttMove))
631             {
632                 int penalty = -stat_bonus(depth);
633                 thisThread->mainHistory[us][from_to(ttMove)] << penalty;
634                 update_continuation_histories(ss, pos.moved_piece(ttMove), to_sq(ttMove), penalty);
635             }
636         }
637         return ttValue;
638     }
639
640     // Step 5. Tablebases probe
641     if (!rootNode && TB::Cardinality)
642     {
643         int piecesCount = pos.count<ALL_PIECES>();
644
645         if (    piecesCount <= TB::Cardinality
646             && (piecesCount <  TB::Cardinality || depth >= TB::ProbeDepth)
647             &&  pos.rule50_count() == 0
648             && !pos.can_castle(ANY_CASTLING))
649         {
650             TB::ProbeState err;
651             TB::WDLScore wdl = Tablebases::probe_wdl(pos, &err);
652
653             // Force check of time on the next occasion
654             if (thisThread == Threads.main())
655                 static_cast<MainThread*>(thisThread)->callsCnt = 0;
656
657             if (err != TB::ProbeState::FAIL)
658             {
659                 thisThread->tbHits.fetch_add(1, std::memory_order_relaxed);
660
661                 int drawScore = TB::UseRule50 ? 1 : 0;
662
663                 value =  wdl < -drawScore ? -VALUE_MATE + MAX_PLY + ss->ply + 1
664                        : wdl >  drawScore ?  VALUE_MATE - MAX_PLY - ss->ply - 1
665                                           :  VALUE_DRAW + 2 * wdl * drawScore;
666
667                 Bound b =  wdl < -drawScore ? BOUND_UPPER
668                          : wdl >  drawScore ? BOUND_LOWER : BOUND_EXACT;
669
670                 if (    b == BOUND_EXACT
671                     || (b == BOUND_LOWER ? value >= beta : value <= alpha))
672                 {
673                     tte->save(posKey, value_to_tt(value, ss->ply), ttPv, b,
674                               std::min(DEPTH_MAX - ONE_PLY, depth + 6 * ONE_PLY),
675                               MOVE_NONE, VALUE_NONE);
676
677                     return value;
678                 }
679
680                 if (PvNode)
681                 {
682                     if (b == BOUND_LOWER)
683                         bestValue = value, alpha = std::max(alpha, bestValue);
684                     else
685                         maxValue = value;
686                 }
687             }
688         }
689     }
690
691     // Step 6. Static evaluation of the position
692     if (inCheck)
693     {
694         ss->staticEval = eval = VALUE_NONE;
695         improving = false;
696         goto moves_loop;  // Skip early pruning when in check
697     }
698     else if (ttHit)
699     {
700         // Never assume anything on values stored in TT
701         ss->staticEval = eval = tte->eval();
702         if (eval == VALUE_NONE)
703             ss->staticEval = eval = evaluate(pos);
704
705         // Can ttValue be used as a better position evaluation?
706         if (    ttValue != VALUE_NONE
707             && (tte->bound() & (ttValue > eval ? BOUND_LOWER : BOUND_UPPER)))
708             eval = ttValue;
709     }
710     else
711     {
712         if ((ss-1)->currentMove != MOVE_NULL)
713         {
714             int bonus = -(ss-1)->statScore / 512;
715
716             ss->staticEval = eval = evaluate(pos) + bonus;
717         }
718         else
719             ss->staticEval = eval = -(ss-1)->staticEval + 2 * Eval::Tempo;
720
721         tte->save(posKey, VALUE_NONE, ttPv, BOUND_NONE, DEPTH_NONE, MOVE_NONE, eval);
722     }
723
724     // Step 7. Razoring (~2 Elo)
725     if (   !rootNode // The required rootNode PV handling is not available in qsearch
726         &&  depth < 2 * ONE_PLY
727         &&  eval <= alpha - RazorMargin)
728         return qsearch<NT>(pos, ss, alpha, beta);
729
730     improving =   ss->staticEval >= (ss-2)->staticEval
731                || (ss-2)->staticEval == VALUE_NONE;
732
733     // Step 8. Futility pruning: child node (~30 Elo)
734     if (   !PvNode
735         &&  depth < 7 * ONE_PLY
736         &&  eval - futility_margin(depth, improving) >= beta
737         &&  eval < VALUE_KNOWN_WIN) // Do not return unproven wins
738         return eval;
739
740     // Step 9. Null move search with verification search (~40 Elo)
741     if (   !PvNode
742         && (ss-1)->currentMove != MOVE_NULL
743         && (ss-1)->statScore < 23200
744         &&  eval >= beta
745         &&  ss->staticEval >= beta - 36 * depth / ONE_PLY + 225
746         && !excludedMove
747         &&  pos.non_pawn_material(us)
748         && (ss->ply >= thisThread->nmpMinPly || us != thisThread->nmpColor))
749     {
750         assert(eval - beta >= 0);
751
752         // Null move dynamic reduction based on depth and value
753         Depth R = ((823 + 67 * depth / ONE_PLY) / 256 + std::min(int(eval - beta) / 200, 3)) * ONE_PLY;
754
755         ss->currentMove = MOVE_NULL;
756         ss->continuationHistory = &thisThread->continuationHistory[NO_PIECE][0];
757
758         pos.do_null_move(st);
759
760         Value nullValue = -search<NonPV>(pos, ss+1, -beta, -beta+1, depth-R, !cutNode);
761
762         pos.undo_null_move();
763
764         if (nullValue >= beta)
765         {
766             // Do not return unproven mate scores
767             if (nullValue >= VALUE_MATE_IN_MAX_PLY)
768                 nullValue = beta;
769
770             if (thisThread->nmpMinPly || (abs(beta) < VALUE_KNOWN_WIN && depth < 12 * ONE_PLY))
771                 return nullValue;
772
773             assert(!thisThread->nmpMinPly); // Recursive verification is not allowed
774
775             // Do verification search at high depths, with null move pruning disabled
776             // for us, until ply exceeds nmpMinPly.
777             thisThread->nmpMinPly = ss->ply + 3 * (depth-R) / (4 * ONE_PLY);
778             thisThread->nmpColor = us;
779
780             Value v = search<NonPV>(pos, ss, beta-1, beta, depth-R, false);
781
782             thisThread->nmpMinPly = 0;
783
784             if (v >= beta)
785                 return nullValue;
786         }
787     }
788
789     // Step 10. ProbCut (~10 Elo)
790     // If we have a good enough capture and a reduced search returns a value
791     // much above beta, we can (almost) safely prune the previous move.
792     if (   !PvNode
793         &&  depth >= 5 * ONE_PLY
794         &&  abs(beta) < VALUE_MATE_IN_MAX_PLY)
795     {
796         Value raisedBeta = std::min(beta + 216 - 48 * improving, VALUE_INFINITE);
797         MovePicker mp(pos, ttMove, raisedBeta - ss->staticEval, &thisThread->captureHistory);
798         int probCutCount = 0;
799
800         while (  (move = mp.next_move()) != MOVE_NONE
801                && probCutCount < 2 + 2 * cutNode)
802             if (move != excludedMove && pos.legal(move))
803             {
804                 probCutCount++;
805
806                 ss->currentMove = move;
807                 ss->continuationHistory = &thisThread->continuationHistory[pos.moved_piece(move)][to_sq(move)];
808
809                 assert(depth >= 5 * ONE_PLY);
810
811                 pos.do_move(move, st);
812
813                 // Perform a preliminary qsearch to verify that the move holds
814                 value = -qsearch<NonPV>(pos, ss+1, -raisedBeta, -raisedBeta+1);
815
816                 // If the qsearch held, perform the regular search
817                 if (value >= raisedBeta)
818                     value = -search<NonPV>(pos, ss+1, -raisedBeta, -raisedBeta+1, depth - 4 * ONE_PLY, !cutNode);
819
820                 pos.undo_move(move);
821
822                 if (value >= raisedBeta)
823                     return value;
824             }
825     }
826
827     // Step 11. Internal iterative deepening (~2 Elo)
828     if (depth >= 8 * ONE_PLY && !ttMove)
829     {
830         search<NT>(pos, ss, alpha, beta, depth - 7 * ONE_PLY, cutNode);
831
832         tte = TT.probe(posKey, ttHit);
833         ttValue = ttHit ? value_from_tt(tte->value(), ss->ply) : VALUE_NONE;
834         ttMove = ttHit ? tte->move() : MOVE_NONE;
835     }
836
837 moves_loop: // When in check, search starts from here
838
839     const PieceToHistory* contHist[] = { (ss-1)->continuationHistory, (ss-2)->continuationHistory,
840                                           nullptr, (ss-4)->continuationHistory,
841                                           nullptr, (ss-6)->continuationHistory };
842
843     Move countermove = thisThread->counterMoves[pos.piece_on(prevSq)][prevSq];
844
845     MovePicker mp(pos, ttMove, depth, &thisThread->mainHistory,
846                                       &thisThread->captureHistory,
847                                       contHist,
848                                       countermove,
849                                       ss->killers);
850
851     value = bestValue; // Workaround a bogus 'uninitialized' warning under gcc
852     moveCountPruning = false;
853     ttCapture = ttMove && pos.capture_or_promotion(ttMove);
854
855     // Step 12. Loop through all pseudo-legal moves until no moves remain
856     // or a beta cutoff occurs.
857     while ((move = mp.next_move(moveCountPruning)) != MOVE_NONE)
858     {
859       assert(is_ok(move));
860
861       if (move == excludedMove)
862           continue;
863
864       // At root obey the "searchmoves" option and skip moves not listed in Root
865       // Move List. As a consequence any illegal move is also skipped. In MultiPV
866       // mode we also skip PV moves which have been already searched and those
867       // of lower "TB rank" if we are in a TB root position.
868       if (rootNode && !std::count(thisThread->rootMoves.begin() + thisThread->pvIdx,
869                                   thisThread->rootMoves.begin() + thisThread->pvLast, move))
870           continue;
871
872       ss->moveCount = ++moveCount;
873
874       if (rootNode && thisThread == Threads.main() && Time.elapsed() > 3000)
875           sync_cout << "info depth " << depth / ONE_PLY
876                     << " currmove " << UCI::move(move, pos.is_chess960())
877                     << " currmovenumber " << moveCount + thisThread->pvIdx << sync_endl;
878       if (PvNode)
879           (ss+1)->pv = nullptr;
880
881       extension = DEPTH_ZERO;
882       captureOrPromotion = pos.capture_or_promotion(move);
883       movedPiece = pos.moved_piece(move);
884       givesCheck = pos.gives_check(move);
885
886       // Step 13. Extensions (~70 Elo)
887
888       // Singular extension search (~60 Elo). If all moves but one fail low on a
889       // search of (alpha-s, beta-s), and just one fails high on (alpha, beta),
890       // then that move is singular and should be extended. To verify this we do
891       // a reduced search on all the other moves but the ttMove and if the
892       // result is lower than ttValue minus a margin then we will extend the ttMove.
893       if (    depth >= 8 * ONE_PLY
894           &&  move == ttMove
895           && !rootNode
896           && !excludedMove // Avoid recursive singular search
897       /*  &&  ttValue != VALUE_NONE Already implicit in the next condition */
898           &&  abs(ttValue) < VALUE_KNOWN_WIN
899           && (tte->bound() & BOUND_LOWER)
900           &&  tte->depth() >= depth - 3 * ONE_PLY
901           &&  pos.legal(move))
902       {
903           Value singularBeta = ttValue - 2 * depth / ONE_PLY;
904           Depth halfDepth = depth / (2 * ONE_PLY) * ONE_PLY; // ONE_PLY invariant
905           ss->excludedMove = move;
906           value = search<NonPV>(pos, ss, singularBeta - 1, singularBeta, halfDepth, cutNode);
907           ss->excludedMove = MOVE_NONE;
908
909           if (value < singularBeta)
910               extension = ONE_PLY;
911
912           // Multi-cut pruning
913           // Our ttMove is assumed to fail high, and now we failed high also on a reduced
914           // search without the ttMove. So we assume this expected Cut-node is not singular,
915           // that is multiple moves fail high, and we can prune the whole subtree by returning
916           // the hard beta bound.
917           else if (cutNode && singularBeta > beta)
918               return beta;
919       }
920
921       // Check extension (~2 Elo)
922       else if (    givesCheck
923                && (pos.blockers_for_king(~us) & from_sq(move) || pos.see_ge(move)))
924           extension = ONE_PLY;
925
926       // Castling extension
927       else if (type_of(move) == CASTLING)
928           extension = ONE_PLY;
929
930       // Shuffle extension
931       else if (   PvNode
932                && pos.rule50_count() > 18
933                && depth < 3 * ONE_PLY
934                && ss->ply < 3 * thisThread->rootDepth / ONE_PLY) // To avoid too deep searches
935           extension = ONE_PLY;
936
937       // Passed pawn extension
938       else if (   move == ss->killers[0]
939                && pos.advanced_pawn_push(move)
940                && pos.pawn_passed(us, to_sq(move)))
941           extension = ONE_PLY;
942
943       // Calculate new depth for this move
944       newDepth = depth - ONE_PLY + extension;
945
946       // Step 14. Pruning at shallow depth (~170 Elo)
947       if (  !rootNode
948           && pos.non_pawn_material(us)
949           && bestValue > VALUE_MATED_IN_MAX_PLY)
950       {
951           // Skip quiet moves if movecount exceeds our FutilityMoveCount threshold
952           moveCountPruning = moveCount >= futility_move_count(improving, depth / ONE_PLY);
953
954           if (   !captureOrPromotion
955               && !givesCheck
956               && !pos.advanced_pawn_push(move))
957           {
958               // Move count based pruning (~30 Elo)
959               if (moveCountPruning)
960                   continue;
961
962               // Reduced depth of the next LMR search
963               int lmrDepth = std::max(newDepth - reduction<PvNode>(improving, depth, moveCount), DEPTH_ZERO);
964               lmrDepth /= ONE_PLY;
965
966               // Countermoves based pruning (~20 Elo)
967               if (   lmrDepth < 3 + ((ss-1)->statScore > 0 || (ss-1)->moveCount == 1)
968                   && (*contHist[0])[movedPiece][to_sq(move)] < CounterMovePruneThreshold
969                   && (*contHist[1])[movedPiece][to_sq(move)] < CounterMovePruneThreshold)
970                   continue;
971
972               // Futility pruning: parent node (~2 Elo)
973               if (   lmrDepth < 7
974                   && !inCheck
975                   && ss->staticEval + 256 + 200 * lmrDepth <= alpha)
976                   continue;
977
978               // Prune moves with negative SEE (~10 Elo)
979               if (!pos.see_ge(move, Value(-29 * lmrDepth * lmrDepth)))
980                   continue;
981           }
982           else if (!pos.see_ge(move, -PawnValueEg * (depth / ONE_PLY))) // (~20 Elo)
983                   continue;
984       }
985
986       // Speculative prefetch as early as possible
987       prefetch(TT.first_entry(pos.key_after(move)));
988
989       // Check for legality just before making the move
990       if (!rootNode && !pos.legal(move))
991       {
992           ss->moveCount = --moveCount;
993           continue;
994       }
995
996       // Update the current move (this must be done after singular extension search)
997       ss->currentMove = move;
998       ss->continuationHistory = &thisThread->continuationHistory[movedPiece][to_sq(move)];
999
1000       // Step 15. Make the move
1001       pos.do_move(move, st, givesCheck);
1002
1003       // Step 16. Reduced depth search (LMR). If the move fails high it will be
1004       // re-searched at full depth.
1005       if (    depth >= 3 * ONE_PLY
1006           &&  moveCount > 1
1007           && (!captureOrPromotion || moveCountPruning))
1008       {
1009           Depth r = reduction<PvNode>(improving, depth, moveCount);
1010
1011           // Decrease reduction if position is or has been on the PV
1012           if (ttPv)
1013               r -= ONE_PLY;
1014
1015           // Decrease reduction if opponent's move count is high (~10 Elo)
1016           if ((ss-1)->moveCount > 15)
1017               r -= ONE_PLY;
1018
1019           if (!captureOrPromotion)
1020           {
1021               // Increase reduction if ttMove is a capture (~0 Elo)
1022               if (ttCapture)
1023                   r += ONE_PLY;
1024
1025               // Increase reduction for cut nodes (~5 Elo)
1026               if (cutNode)
1027                   r += 2 * ONE_PLY;
1028
1029               // Decrease reduction for moves that escape a capture. Filter out
1030               // castling moves, because they are coded as "king captures rook" and
1031               // hence break make_move(). (~5 Elo)
1032               else if (    type_of(move) == NORMAL
1033                        && !pos.see_ge(make_move(to_sq(move), from_sq(move))))
1034                   r -= 2 * ONE_PLY;
1035
1036               ss->statScore =  thisThread->mainHistory[us][from_to(move)]
1037                              + (*contHist[0])[movedPiece][to_sq(move)]
1038                              + (*contHist[1])[movedPiece][to_sq(move)]
1039                              + (*contHist[3])[movedPiece][to_sq(move)]
1040                              - 4000;
1041
1042               // Decrease/increase reduction by comparing opponent's stat score (~10 Elo)
1043               if (ss->statScore >= 0 && (ss-1)->statScore < 0)
1044                   r -= ONE_PLY;
1045
1046               else if ((ss-1)->statScore >= 0 && ss->statScore < 0)
1047                   r += ONE_PLY;
1048
1049               // Decrease/increase reduction for moves with a good/bad history (~30 Elo)
1050               r -= ss->statScore / 20000 * ONE_PLY;
1051           }
1052
1053           Depth d = std::max(newDepth - std::max(r, DEPTH_ZERO), ONE_PLY);
1054
1055           value = -search<NonPV>(pos, ss+1, -(alpha+1), -alpha, d, true);
1056
1057           doFullDepthSearch = (value > alpha && d != newDepth);
1058       }
1059       else
1060           doFullDepthSearch = !PvNode || moveCount > 1;
1061
1062       // Step 17. Full depth search when LMR is skipped or fails high
1063       if (doFullDepthSearch)
1064           value = -search<NonPV>(pos, ss+1, -(alpha+1), -alpha, newDepth, !cutNode);
1065
1066       // For PV nodes only, do a full PV search on the first move or after a fail
1067       // high (in the latter case search only if value < beta), otherwise let the
1068       // parent node fail low with value <= alpha and try another move.
1069       if (PvNode && (moveCount == 1 || (value > alpha && (rootNode || value < beta))))
1070       {
1071           (ss+1)->pv = pv;
1072           (ss+1)->pv[0] = MOVE_NONE;
1073
1074           value = -search<PV>(pos, ss+1, -beta, -alpha, newDepth, false);
1075       }
1076
1077       // Step 18. Undo move
1078       pos.undo_move(move);
1079
1080       assert(value > -VALUE_INFINITE && value < VALUE_INFINITE);
1081
1082       // Step 19. Check for a new best move
1083       // Finished searching the move. If a stop occurred, the return value of
1084       // the search cannot be trusted, and we return immediately without
1085       // updating best move, PV and TT.
1086       if (Threads.stop.load(std::memory_order_relaxed))
1087           return VALUE_ZERO;
1088
1089       if (rootNode)
1090       {
1091           RootMove& rm = *std::find(thisThread->rootMoves.begin(),
1092                                     thisThread->rootMoves.end(), move);
1093
1094           // PV move or new best move?
1095           if (moveCount == 1 || value > alpha)
1096           {
1097               rm.score = value;
1098               rm.selDepth = thisThread->selDepth;
1099               rm.pv.resize(1);
1100
1101               assert((ss+1)->pv);
1102
1103               for (Move* m = (ss+1)->pv; *m != MOVE_NONE; ++m)
1104                   rm.pv.push_back(*m);
1105
1106               // We record how often the best move has been changed in each
1107               // iteration. This information is used for time management: When
1108               // the best move changes frequently, we allocate some more time.
1109               if (moveCount > 1)
1110                   ++thisThread->bestMoveChanges;
1111           }
1112           else
1113               // All other moves but the PV are set to the lowest value: this
1114               // is not a problem when sorting because the sort is stable and the
1115               // move position in the list is preserved - just the PV is pushed up.
1116               rm.score = -VALUE_INFINITE;
1117       }
1118
1119       if (value > bestValue)
1120       {
1121           bestValue = value;
1122
1123           if (value > alpha)
1124           {
1125               bestMove = move;
1126
1127               if (PvNode && !rootNode) // Update pv even in fail-high case
1128                   update_pv(ss->pv, move, (ss+1)->pv);
1129
1130               if (PvNode && value < beta) // Update alpha! Always alpha < beta
1131                   alpha = value;
1132               else
1133               {
1134                   assert(value >= beta); // Fail high
1135                   ss->statScore = 0;
1136                   break;
1137               }
1138           }
1139       }
1140
1141       if (move != bestMove)
1142       {
1143           if (captureOrPromotion && captureCount < 32)
1144               capturesSearched[captureCount++] = move;
1145
1146           else if (!captureOrPromotion && quietCount < 64)
1147               quietsSearched[quietCount++] = move;
1148       }
1149     }
1150
1151     // The following condition would detect a stop only after move loop has been
1152     // completed. But in this case bestValue is valid because we have fully
1153     // searched our subtree, and we can anyhow save the result in TT.
1154     /*
1155        if (Threads.stop)
1156         return VALUE_DRAW;
1157     */
1158
1159     // Step 20. Check for mate and stalemate
1160     // All legal moves have been searched and if there are no legal moves, it
1161     // must be a mate or a stalemate. If we are in a singular extension search then
1162     // return a fail low score.
1163
1164     assert(moveCount || !inCheck || excludedMove || !MoveList<LEGAL>(pos).size());
1165
1166     if (!moveCount)
1167         bestValue = excludedMove ? alpha
1168                    :     inCheck ? mated_in(ss->ply) : VALUE_DRAW;
1169     else if (bestMove)
1170     {
1171         // Quiet best move: update move sorting heuristics
1172         if (!pos.capture_or_promotion(bestMove))
1173             update_quiet_stats(pos, ss, bestMove, quietsSearched, quietCount,
1174                                stat_bonus(depth + (bestValue > beta + PawnValueMg ? ONE_PLY : DEPTH_ZERO)));
1175
1176         update_capture_stats(pos, bestMove, capturesSearched, captureCount, stat_bonus(depth + ONE_PLY));
1177
1178         // Extra penalty for a quiet TT or main killer move in previous ply when it gets refuted
1179         if (   ((ss-1)->moveCount == 1 || ((ss-1)->currentMove == (ss-1)->killers[0]))
1180             && !pos.captured_piece())
1181                 update_continuation_histories(ss-1, pos.piece_on(prevSq), prevSq, -stat_bonus(depth + ONE_PLY));
1182
1183     }
1184     // Bonus for prior countermove that caused the fail low
1185     else if (   (depth >= 3 * ONE_PLY || PvNode)
1186              && !pos.captured_piece())
1187         update_continuation_histories(ss-1, pos.piece_on(prevSq), prevSq, stat_bonus(depth));
1188
1189     if (PvNode)
1190         bestValue = std::min(bestValue, maxValue);
1191
1192     if (!excludedMove)
1193         tte->save(posKey, value_to_tt(bestValue, ss->ply), ttPv,
1194                   bestValue >= beta ? BOUND_LOWER :
1195                   PvNode && bestMove ? BOUND_EXACT : BOUND_UPPER,
1196                   depth, bestMove, ss->staticEval);
1197
1198     assert(bestValue > -VALUE_INFINITE && bestValue < VALUE_INFINITE);
1199
1200     return bestValue;
1201   }
1202
1203
1204   // qsearch() is the quiescence search function, which is called by the main
1205   // search function with depth zero, or recursively with depth less than ONE_PLY.
1206   template <NodeType NT>
1207   Value qsearch(Position& pos, Stack* ss, Value alpha, Value beta, Depth depth) {
1208
1209     constexpr bool PvNode = NT == PV;
1210
1211     assert(alpha >= -VALUE_INFINITE && alpha < beta && beta <= VALUE_INFINITE);
1212     assert(PvNode || (alpha == beta - 1));
1213     assert(depth <= DEPTH_ZERO);
1214     assert(depth / ONE_PLY * ONE_PLY == depth);
1215
1216     Move pv[MAX_PLY+1];
1217     StateInfo st;
1218     TTEntry* tte;
1219     Key posKey;
1220     Move ttMove, move, bestMove;
1221     Depth ttDepth;
1222     Value bestValue, value, ttValue, futilityValue, futilityBase, oldAlpha;
1223     bool ttHit, pvHit, inCheck, givesCheck, evasionPrunable;
1224     int moveCount;
1225
1226     if (PvNode)
1227     {
1228         oldAlpha = alpha; // To flag BOUND_EXACT when eval above alpha and no available moves
1229         (ss+1)->pv = pv;
1230         ss->pv[0] = MOVE_NONE;
1231     }
1232
1233     Thread* thisThread = pos.this_thread();
1234     (ss+1)->ply = ss->ply + 1;
1235     bestMove = MOVE_NONE;
1236     inCheck = pos.checkers();
1237     moveCount = 0;
1238
1239     // Check for an immediate draw or maximum ply reached
1240     if (   pos.is_draw(ss->ply)
1241         || ss->ply >= MAX_PLY)
1242         return (ss->ply >= MAX_PLY && !inCheck) ? evaluate(pos) : VALUE_DRAW;
1243
1244     assert(0 <= ss->ply && ss->ply < MAX_PLY);
1245
1246     // Decide whether or not to include checks: this fixes also the type of
1247     // TT entry depth that we are going to use. Note that in qsearch we use
1248     // only two types of depth in TT: DEPTH_QS_CHECKS or DEPTH_QS_NO_CHECKS.
1249     ttDepth = inCheck || depth >= DEPTH_QS_CHECKS ? DEPTH_QS_CHECKS
1250                                                   : DEPTH_QS_NO_CHECKS;
1251     // Transposition table lookup
1252     posKey = pos.key();
1253     tte = TT.probe(posKey, ttHit);
1254     ttValue = ttHit ? value_from_tt(tte->value(), ss->ply) : VALUE_NONE;
1255     ttMove = ttHit ? tte->move() : MOVE_NONE;
1256     pvHit = ttHit && tte->is_pv();
1257
1258     if (  !PvNode
1259         && ttHit
1260         && tte->depth() >= ttDepth
1261         && ttValue != VALUE_NONE // Only in case of TT access race
1262         && (ttValue >= beta ? (tte->bound() & BOUND_LOWER)
1263                             : (tte->bound() & BOUND_UPPER)))
1264         return ttValue;
1265
1266     // Evaluate the position statically
1267     if (inCheck)
1268     {
1269         ss->staticEval = VALUE_NONE;
1270         bestValue = futilityBase = -VALUE_INFINITE;
1271     }
1272     else
1273     {
1274         if (ttHit)
1275         {
1276             // Never assume anything on values stored in TT
1277             if ((ss->staticEval = bestValue = tte->eval()) == VALUE_NONE)
1278                 ss->staticEval = bestValue = evaluate(pos);
1279
1280             // Can ttValue be used as a better position evaluation?
1281             if (    ttValue != VALUE_NONE
1282                 && (tte->bound() & (ttValue > bestValue ? BOUND_LOWER : BOUND_UPPER)))
1283                 bestValue = ttValue;
1284         }
1285         else
1286             ss->staticEval = bestValue =
1287             (ss-1)->currentMove != MOVE_NULL ? evaluate(pos)
1288                                              : -(ss-1)->staticEval + 2 * Eval::Tempo;
1289
1290         // Stand pat. Return immediately if static value is at least beta
1291         if (bestValue >= beta)
1292         {
1293             if (!ttHit)
1294                 tte->save(posKey, value_to_tt(bestValue, ss->ply), pvHit, BOUND_LOWER,
1295                           DEPTH_NONE, MOVE_NONE, ss->staticEval);
1296
1297             return bestValue;
1298         }
1299
1300         if (PvNode && bestValue > alpha)
1301             alpha = bestValue;
1302
1303         futilityBase = bestValue + 128;
1304     }
1305
1306     const PieceToHistory* contHist[] = { (ss-1)->continuationHistory, (ss-2)->continuationHistory,
1307                                           nullptr, (ss-4)->continuationHistory,
1308                                           nullptr, (ss-6)->continuationHistory };
1309
1310     // Initialize a MovePicker object for the current position, and prepare
1311     // to search the moves. Because the depth is <= 0 here, only captures,
1312     // queen promotions and checks (only if depth >= DEPTH_QS_CHECKS) will
1313     // be generated.
1314     MovePicker mp(pos, ttMove, depth, &thisThread->mainHistory,
1315                                       &thisThread->captureHistory,
1316                                       contHist,
1317                                       to_sq((ss-1)->currentMove));
1318
1319     // Loop through the moves until no moves remain or a beta cutoff occurs
1320     while ((move = mp.next_move()) != MOVE_NONE)
1321     {
1322       assert(is_ok(move));
1323
1324       givesCheck = pos.gives_check(move);
1325
1326       moveCount++;
1327
1328       // Futility pruning
1329       if (   !inCheck
1330           && !givesCheck
1331           &&  futilityBase > -VALUE_KNOWN_WIN
1332           && !pos.advanced_pawn_push(move))
1333       {
1334           assert(type_of(move) != ENPASSANT); // Due to !pos.advanced_pawn_push
1335
1336           futilityValue = futilityBase + PieceValue[EG][pos.piece_on(to_sq(move))];
1337
1338           if (futilityValue <= alpha)
1339           {
1340               bestValue = std::max(bestValue, futilityValue);
1341               continue;
1342           }
1343
1344           if (futilityBase <= alpha && !pos.see_ge(move, VALUE_ZERO + 1))
1345           {
1346               bestValue = std::max(bestValue, futilityBase);
1347               continue;
1348           }
1349       }
1350
1351       // Detect non-capture evasions that are candidates to be pruned
1352       evasionPrunable =    inCheck
1353                        &&  (depth != DEPTH_ZERO || moveCount > 2)
1354                        &&  bestValue > VALUE_MATED_IN_MAX_PLY
1355                        && !pos.capture(move);
1356
1357       // Don't search moves with negative SEE values
1358       if (  (!inCheck || evasionPrunable)
1359           && !pos.see_ge(move))
1360           continue;
1361
1362       // Speculative prefetch as early as possible
1363       prefetch(TT.first_entry(pos.key_after(move)));
1364
1365       // Check for legality just before making the move
1366       if (!pos.legal(move))
1367       {
1368           moveCount--;
1369           continue;
1370       }
1371
1372       ss->currentMove = move;
1373       ss->continuationHistory = &thisThread->continuationHistory[pos.moved_piece(move)][to_sq(move)];
1374
1375       // Make and search the move
1376       pos.do_move(move, st, givesCheck);
1377       value = -qsearch<NT>(pos, ss+1, -beta, -alpha, depth - ONE_PLY);
1378       pos.undo_move(move);
1379
1380       assert(value > -VALUE_INFINITE && value < VALUE_INFINITE);
1381
1382       // Check for a new best move
1383       if (value > bestValue)
1384       {
1385           bestValue = value;
1386
1387           if (value > alpha)
1388           {
1389               bestMove = move;
1390
1391               if (PvNode) // Update pv even in fail-high case
1392                   update_pv(ss->pv, move, (ss+1)->pv);
1393
1394               if (PvNode && value < beta) // Update alpha here!
1395                   alpha = value;
1396               else
1397                   break; // Fail high
1398           }
1399        }
1400     }
1401
1402     // All legal moves have been searched. A special case: If we're in check
1403     // and no legal moves were found, it is checkmate.
1404     if (inCheck && bestValue == -VALUE_INFINITE)
1405         return mated_in(ss->ply); // Plies to mate from the root
1406
1407     tte->save(posKey, value_to_tt(bestValue, ss->ply), pvHit,
1408               bestValue >= beta ? BOUND_LOWER :
1409               PvNode && bestValue > oldAlpha  ? BOUND_EXACT : BOUND_UPPER,
1410               ttDepth, bestMove, ss->staticEval);
1411
1412     assert(bestValue > -VALUE_INFINITE && bestValue < VALUE_INFINITE);
1413
1414     return bestValue;
1415   }
1416
1417
1418   // value_to_tt() adjusts a mate score from "plies to mate from the root" to
1419   // "plies to mate from the current position". Non-mate scores are unchanged.
1420   // The function is called before storing a value in the transposition table.
1421
1422   Value value_to_tt(Value v, int ply) {
1423
1424     assert(v != VALUE_NONE);
1425
1426     return  v >= VALUE_MATE_IN_MAX_PLY  ? v + ply
1427           : v <= VALUE_MATED_IN_MAX_PLY ? v - ply : v;
1428   }
1429
1430
1431   // value_from_tt() is the inverse of value_to_tt(): It adjusts a mate score
1432   // from the transposition table (which refers to the plies to mate/be mated
1433   // from current position) to "plies to mate/be mated from the root".
1434
1435   Value value_from_tt(Value v, int ply) {
1436
1437     return  v == VALUE_NONE             ? VALUE_NONE
1438           : v >= VALUE_MATE_IN_MAX_PLY  ? v - ply
1439           : v <= VALUE_MATED_IN_MAX_PLY ? v + ply : v;
1440   }
1441
1442
1443   // update_pv() adds current move and appends child pv[]
1444
1445   void update_pv(Move* pv, Move move, Move* childPv) {
1446
1447     for (*pv++ = move; childPv && *childPv != MOVE_NONE; )
1448         *pv++ = *childPv++;
1449     *pv = MOVE_NONE;
1450   }
1451
1452
1453   // update_continuation_histories() updates histories of the move pairs formed
1454   // by moves at ply -1, -2, and -4 with current move.
1455
1456   void update_continuation_histories(Stack* ss, Piece pc, Square to, int bonus) {
1457
1458     for (int i : {1, 2, 4, 6})
1459         if (is_ok((ss-i)->currentMove))
1460             (*(ss-i)->continuationHistory)[pc][to] << bonus;
1461   }
1462
1463
1464   // update_capture_stats() updates move sorting heuristics when a new capture best move is found
1465
1466   void update_capture_stats(const Position& pos, Move move,
1467                             Move* captures, int captureCount, int bonus) {
1468
1469       CapturePieceToHistory& captureHistory =  pos.this_thread()->captureHistory;
1470       Piece moved_piece = pos.moved_piece(move);
1471       PieceType captured = type_of(pos.piece_on(to_sq(move)));
1472
1473       if (pos.capture_or_promotion(move))
1474           captureHistory[moved_piece][to_sq(move)][captured] << bonus;
1475
1476       // Decrease all the other played capture moves
1477       for (int i = 0; i < captureCount; ++i)
1478       {
1479           moved_piece = pos.moved_piece(captures[i]);
1480           captured = type_of(pos.piece_on(to_sq(captures[i])));
1481           captureHistory[moved_piece][to_sq(captures[i])][captured] << -bonus;
1482       }
1483   }
1484
1485
1486   // update_quiet_stats() updates move sorting heuristics when a new quiet best move is found
1487
1488   void update_quiet_stats(const Position& pos, Stack* ss, Move move,
1489                           Move* quiets, int quietCount, int bonus) {
1490
1491     if (ss->killers[0] != move)
1492     {
1493         ss->killers[1] = ss->killers[0];
1494         ss->killers[0] = move;
1495     }
1496
1497     Color us = pos.side_to_move();
1498     Thread* thisThread = pos.this_thread();
1499     thisThread->mainHistory[us][from_to(move)] << bonus;
1500     update_continuation_histories(ss, pos.moved_piece(move), to_sq(move), bonus);
1501
1502     if (is_ok((ss-1)->currentMove))
1503     {
1504         Square prevSq = to_sq((ss-1)->currentMove);
1505         thisThread->counterMoves[pos.piece_on(prevSq)][prevSq] = move;
1506     }
1507
1508     // Decrease all the other played quiet moves
1509     for (int i = 0; i < quietCount; ++i)
1510     {
1511         thisThread->mainHistory[us][from_to(quiets[i])] << -bonus;
1512         update_continuation_histories(ss, pos.moved_piece(quiets[i]), to_sq(quiets[i]), -bonus);
1513     }
1514   }
1515
1516   // When playing with strength handicap, choose best move among a set of RootMoves
1517   // using a statistical rule dependent on 'level'. Idea by Heinz van Saanen.
1518
1519   Move Skill::pick_best(size_t multiPV) {
1520
1521     const RootMoves& rootMoves = Threads.main()->rootMoves;
1522     static PRNG rng(now()); // PRNG sequence should be non-deterministic
1523
1524     // RootMoves are already sorted by score in descending order
1525     Value topScore = rootMoves[0].score;
1526     int delta = std::min(topScore - rootMoves[multiPV - 1].score, PawnValueMg);
1527     int weakness = 120 - 2 * level;
1528     int maxScore = -VALUE_INFINITE;
1529
1530     // Choose best move. For each move score we add two terms, both dependent on
1531     // weakness. One is deterministic and bigger for weaker levels, and one is
1532     // random. Then we choose the move with the resulting highest score.
1533     for (size_t i = 0; i < multiPV; ++i)
1534     {
1535         // This is our magic formula
1536         int push = (  weakness * int(topScore - rootMoves[i].score)
1537                     + delta * (rng.rand<unsigned>() % weakness)) / 128;
1538
1539         if (rootMoves[i].score + push >= maxScore)
1540         {
1541             maxScore = rootMoves[i].score + push;
1542             best = rootMoves[i].pv[0];
1543         }
1544     }
1545
1546     return best;
1547   }
1548
1549 } // namespace
1550
1551 /// MainThread::check_time() is used to print debug info and, more importantly,
1552 /// to detect when we are out of available time and thus stop the search.
1553
1554 void MainThread::check_time() {
1555
1556   if (--callsCnt > 0)
1557       return;
1558
1559   // When using nodes, ensure checking rate is not lower than 0.1% of nodes
1560   callsCnt = Limits.nodes ? std::min(1024, int(Limits.nodes / 1024)) : 1024;
1561
1562   static TimePoint lastInfoTime = now();
1563
1564   TimePoint elapsed = Time.elapsed();
1565   TimePoint tick = Limits.startTime + elapsed;
1566
1567   if (tick - lastInfoTime >= 1000)
1568   {
1569       lastInfoTime = tick;
1570       dbg_print();
1571   }
1572
1573   // We should not stop pondering until told so by the GUI
1574   if (ponder)
1575       return;
1576
1577   if (   (Limits.use_time_management() && (elapsed > Time.maximum() - 10 || stopOnPonderhit))
1578       || (Limits.movetime && elapsed >= Limits.movetime)
1579       || (Limits.nodes && Threads.nodes_searched() >= (uint64_t)Limits.nodes))
1580       Threads.stop = true;
1581 }
1582
1583
1584 /// UCI::pv() formats PV information according to the UCI protocol. UCI requires
1585 /// that all (if any) unsearched PV lines are sent using a previous search score.
1586
1587 string UCI::pv(const Position& pos, Depth depth, Value alpha, Value beta) {
1588
1589   std::stringstream ss;
1590   TimePoint elapsed = Time.elapsed() + 1;
1591   const RootMoves& rootMoves = pos.this_thread()->rootMoves;
1592   size_t pvIdx = pos.this_thread()->pvIdx;
1593   size_t multiPV = std::min((size_t)Options["MultiPV"], rootMoves.size());
1594   uint64_t nodesSearched = Threads.nodes_searched();
1595   uint64_t tbHits = Threads.tb_hits() + (TB::RootInTB ? rootMoves.size() : 0);
1596
1597   for (size_t i = 0; i < multiPV; ++i)
1598   {
1599       bool updated = (i <= pvIdx && rootMoves[i].score != -VALUE_INFINITE);
1600
1601       if (depth == ONE_PLY && !updated)
1602           continue;
1603
1604       Depth d = updated ? depth : depth - ONE_PLY;
1605       Value v = updated ? rootMoves[i].score : rootMoves[i].previousScore;
1606
1607       bool tb = TB::RootInTB && abs(v) < VALUE_MATE - MAX_PLY;
1608       v = tb ? rootMoves[i].tbScore : v;
1609
1610       if (ss.rdbuf()->in_avail()) // Not at first line
1611           ss << "\n";
1612
1613       ss << "info"
1614          << " depth "    << d / ONE_PLY
1615          << " seldepth " << rootMoves[i].selDepth
1616          << " multipv "  << i + 1
1617          << " score "    << UCI::value(v);
1618
1619       if (!tb && i == pvIdx)
1620           ss << (v >= beta ? " lowerbound" : v <= alpha ? " upperbound" : "");
1621
1622       ss << " nodes "    << nodesSearched
1623          << " nps "      << nodesSearched * 1000 / elapsed;
1624
1625       if (elapsed > 1000) // Earlier makes little sense
1626           ss << " hashfull " << TT.hashfull();
1627
1628       ss << " tbhits "   << tbHits
1629          << " time "     << elapsed
1630          << " pv";
1631
1632       for (Move m : rootMoves[i].pv)
1633           ss << " " << UCI::move(m, pos.is_chess960());
1634   }
1635
1636   return ss.str();
1637 }
1638
1639
1640 /// RootMove::extract_ponder_from_tt() is called in case we have no ponder move
1641 /// before exiting the search, for instance, in case we stop the search during a
1642 /// fail high at root. We try hard to have a ponder move to return to the GUI,
1643 /// otherwise in case of 'ponder on' we have nothing to think on.
1644
1645 bool RootMove::extract_ponder_from_tt(Position& pos) {
1646
1647     StateInfo st;
1648     bool ttHit;
1649
1650     assert(pv.size() == 1);
1651
1652     if (pv[0] == MOVE_NONE)
1653         return false;
1654
1655     pos.do_move(pv[0], st);
1656     TTEntry* tte = TT.probe(pos.key(), ttHit);
1657
1658     if (ttHit)
1659     {
1660         Move m = tte->move(); // Local copy to be SMP safe
1661         if (MoveList<LEGAL>(pos).contains(m))
1662             pv.push_back(m);
1663     }
1664
1665     pos.undo_move(pv[0]);
1666     return pv.size() > 1;
1667 }
1668
1669 void Tablebases::rank_root_moves(Position& pos, Search::RootMoves& rootMoves) {
1670
1671     RootInTB = false;
1672     UseRule50 = bool(Options["Syzygy50MoveRule"]);
1673     ProbeDepth = int(Options["SyzygyProbeDepth"]) * ONE_PLY;
1674     Cardinality = int(Options["SyzygyProbeLimit"]);
1675     bool dtz_available = true;
1676
1677     // Tables with fewer pieces than SyzygyProbeLimit are searched with
1678     // ProbeDepth == DEPTH_ZERO
1679     if (Cardinality > MaxCardinality)
1680     {
1681         Cardinality = MaxCardinality;
1682         ProbeDepth = DEPTH_ZERO;
1683     }
1684
1685     if (Cardinality >= popcount(pos.pieces()) && !pos.can_castle(ANY_CASTLING))
1686     {
1687         // Rank moves using DTZ tables
1688         RootInTB = root_probe(pos, rootMoves);
1689
1690         if (!RootInTB)
1691         {
1692             // DTZ tables are missing; try to rank moves using WDL tables
1693             dtz_available = false;
1694             RootInTB = root_probe_wdl(pos, rootMoves);
1695         }
1696     }
1697
1698     if (RootInTB)
1699     {
1700         // Sort moves according to TB rank
1701         std::sort(rootMoves.begin(), rootMoves.end(),
1702                   [](const RootMove &a, const RootMove &b) { return a.tbRank > b.tbRank; } );
1703
1704         // Probe during search only if DTZ is not available and we are winning
1705         if (dtz_available || rootMoves[0].tbScore <= VALUE_DRAW)
1706             Cardinality = 0;
1707     }
1708     else
1709     {
1710         // Assign the same rank to all moves
1711         for (auto& m : rootMoves)
1712             m.tbRank = 0;
1713     }
1714 }