Prune ttMove like any other
[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 "rkiss.h"
31 #include "search.h"
32 #include "timeman.h"
33 #include "thread.h"
34 #include "tt.h"
35 #include "uci.h"
36
37 namespace Search {
38
39   volatile SignalsType Signals;
40   LimitsType Limits;
41   std::vector<RootMove> RootMoves;
42   Position RootPos;
43   Time::point SearchTime;
44   StateStackPtr SetupStates;
45 }
46
47 using std::string;
48 using Eval::evaluate;
49 using namespace Search;
50
51 namespace {
52
53   // Different node types, used as template parameter
54   enum NodeType { Root, PV, NonPV };
55
56   // Dynamic razoring margin based on depth
57   inline Value razor_margin(Depth d) { return Value(512 + 32 * d); }
58
59   // Futility lookup tables (initialized at startup) and their access functions
60   int FutilityMoveCounts[2][32]; // [improving][depth]
61
62   inline Value futility_margin(Depth d) {
63     return Value(200 * d);
64   }
65
66   // Reduction lookup tables (initialized at startup) and their access function
67   int8_t Reductions[2][2][64][64]; // [pv][improving][depth][moveNumber]
68
69   template <bool PvNode> inline Depth reduction(bool i, Depth d, int mn) {
70     return (Depth) Reductions[PvNode][i][std::min(int(d), 63)][std::min(mn, 63)];
71   }
72
73   size_t PVIdx;
74   TimeManager TimeMgr;
75   double BestMoveChanges;
76   Value DrawValue[COLOR_NB];
77   HistoryStats History;
78   GainsStats Gains;
79   MovesStats Countermoves, Followupmoves;
80
81   template <NodeType NT, bool SpNode>
82   Value search(Position& pos, Stack* ss, Value alpha, Value beta, Depth depth, bool cutNode);
83
84   template <NodeType NT, bool InCheck>
85   Value qsearch(Position& pos, Stack* ss, Value alpha, Value beta, Depth depth);
86
87   void id_loop(Position& pos);
88   Value value_to_tt(Value v, int ply);
89   Value value_from_tt(Value v, int ply);
90   void update_stats(const Position& pos, Stack* ss, Move move, Depth depth, Move* quiets, int quietsCnt);
91   string uci_pv(const Position& pos, int depth, Value alpha, Value beta);
92
93   struct Skill {
94     Skill(int l, size_t rootSize) : level(l),
95                                     candidates(l < 20 ? std::min(4, (int)rootSize) : 0),
96                                     best(MOVE_NONE) {}
97    ~Skill() {
98       if (candidates) // Swap best PV line with the sub-optimal one
99           std::swap(RootMoves[0], *std::find(RootMoves.begin(),
100                     RootMoves.end(), best ? best : pick_move()));
101     }
102
103     size_t candidates_size() const { return candidates; }
104     bool time_to_pick(int depth) const { return depth == 1 + level; }
105     Move pick_move();
106
107     int level;
108     size_t candidates;
109     Move best;
110   };
111
112 } // namespace
113
114
115 /// Search::init() is called during startup to initialize various lookup tables
116
117 void Search::init() {
118
119   int d;  // depth (ONE_PLY == 2)
120   int hd; // half depth (ONE_PLY == 1)
121   int mc; // moveCount
122
123   // Init reductions array
124   for (hd = 1; hd < 64; ++hd) for (mc = 1; mc < 64; ++mc)
125   {
126       double    pvRed = 0.00 + log(double(hd)) * log(double(mc)) / 3.00;
127       double nonPVRed = 0.33 + log(double(hd)) * log(double(mc)) / 2.25;
128
129       Reductions[1][1][hd][mc] = int8_t(   pvRed >= 1.0 ?    pvRed + 0.5: 0);
130       Reductions[0][1][hd][mc] = int8_t(nonPVRed >= 1.0 ? nonPVRed + 0.5: 0);
131
132       Reductions[1][0][hd][mc] = Reductions[1][1][hd][mc];
133       Reductions[0][0][hd][mc] = Reductions[0][1][hd][mc];
134
135       if (Reductions[0][0][hd][mc] >= 2)
136           Reductions[0][0][hd][mc] += 1;
137   }
138
139   // Init futility move count array
140   for (d = 0; d < 32; ++d)
141   {
142       FutilityMoveCounts[0][d] = int(2.4 + 0.773 * pow(d + 0.00, 1.8));
143       FutilityMoveCounts[1][d] = int(2.9 + 1.045 * pow(d + 0.49, 1.8));
144   }
145 }
146
147
148 /// Search::perft() is our utility to verify move generation. All the leaf nodes
149 /// up to the given depth are generated and counted and the sum returned.
150 template<bool Root>
151 uint64_t Search::perft(Position& pos, Depth depth) {
152
153   StateInfo st;
154   uint64_t cnt, nodes = 0;
155   CheckInfo ci(pos);
156   const bool leaf = (depth == 2 * ONE_PLY);
157
158   for (MoveList<LEGAL> it(pos); *it; ++it)
159   {
160       if (Root && depth <= ONE_PLY)
161           cnt = 1, nodes++;
162       else
163       {
164           pos.do_move(*it, st, ci, pos.gives_check(*it, ci));
165           cnt = leaf ? MoveList<LEGAL>(pos).size() : perft<false>(pos, depth - ONE_PLY);
166           nodes += cnt;
167           pos.undo_move(*it);
168       }
169       if (Root)
170           sync_cout << UCI::format_move(*it, pos.is_chess960()) << ": " << cnt << sync_endl;
171   }
172   return nodes;
173 }
174
175 template uint64_t Search::perft<true>(Position& pos, Depth depth);
176
177
178 /// Search::think() is the external interface to Stockfish's search, and is
179 /// called by the main thread when the program receives the UCI 'go' command. It
180 /// searches from RootPos and at the end prints the "bestmove" to output.
181
182 void Search::think() {
183
184   TimeMgr.init(Limits, RootPos.game_ply(), RootPos.side_to_move());
185
186   int cf = Options["Contempt"] * PawnValueEg / 100; // From centipawns
187   DrawValue[ RootPos.side_to_move()] = VALUE_DRAW - Value(cf);
188   DrawValue[~RootPos.side_to_move()] = VALUE_DRAW + Value(cf);
189
190   if (RootMoves.empty())
191   {
192       RootMoves.push_back(MOVE_NONE);
193       sync_cout << "info depth 0 score "
194                 << UCI::format_value(RootPos.checkers() ? -VALUE_MATE : VALUE_DRAW)
195                 << sync_endl;
196
197       goto finalize;
198   }
199
200   // Reset the threads, still sleeping: will wake up at split time
201   for (size_t i = 0; i < Threads.size(); ++i)
202       Threads[i]->maxPly = 0;
203
204   Threads.timer->run = true;
205   Threads.timer->notify_one(); // Wake up the recurring timer
206
207   id_loop(RootPos); // Let's start searching !
208
209   Threads.timer->run = false; // Stop the timer
210
211 finalize:
212
213   // When search is stopped this info is not printed
214   sync_cout << "info nodes " << RootPos.nodes_searched()
215             << " time " << Time::now() - SearchTime + 1 << sync_endl;
216
217   // When we reach the maximum depth, we can arrive here without a raise of
218   // Signals.stop. However, if we are pondering or in an infinite search,
219   // the UCI protocol states that we shouldn't print the best move before the
220   // GUI sends a "stop" or "ponderhit" command. We therefore simply wait here
221   // until the GUI sends one of those commands (which also raises Signals.stop).
222   if (!Signals.stop && (Limits.ponder || Limits.infinite))
223   {
224       Signals.stopOnPonderhit = true;
225       RootPos.this_thread()->wait_for(Signals.stop);
226   }
227
228   // Best move could be MOVE_NONE when searching on a stalemate position
229   sync_cout << "bestmove " << UCI::format_move(RootMoves[0].pv[0], RootPos.is_chess960())
230             << " ponder "  << UCI::format_move(RootMoves[0].pv[1], RootPos.is_chess960())
231             << sync_endl;
232 }
233
234
235 namespace {
236
237   // id_loop() is the main iterative deepening loop. It calls search() repeatedly
238   // with increasing depth until the allocated thinking time has been consumed,
239   // user stops the search, or the maximum search depth is reached.
240
241   void id_loop(Position& pos) {
242
243     Stack stack[MAX_PLY+4], *ss = stack+2; // To allow referencing (ss-2) and (ss+2)
244     int depth;
245     Value bestValue, alpha, beta, delta;
246
247     std::memset(ss-2, 0, 5 * sizeof(Stack));
248
249     depth = 0;
250     BestMoveChanges = 0;
251     bestValue = delta = alpha = -VALUE_INFINITE;
252     beta = VALUE_INFINITE;
253
254     TT.new_search();
255     History.clear();
256     Gains.clear();
257     Countermoves.clear();
258     Followupmoves.clear();
259
260     size_t multiPV = Options["MultiPV"];
261     Skill skill(Options["Skill Level"], RootMoves.size());
262
263     // Do we have to play with skill handicap? In this case enable MultiPV search
264     // that we will use behind the scenes to retrieve a set of possible moves.
265     multiPV = std::max(multiPV, skill.candidates_size());
266
267     // Iterative deepening loop until requested to stop or target depth reached
268     while (++depth < MAX_PLY && !Signals.stop && (!Limits.depth || depth <= Limits.depth))
269     {
270         // Age out PV variability metric
271         BestMoveChanges *= 0.5;
272
273         // Save the last iteration's scores before first PV line is searched and
274         // all the move scores except the (new) PV are set to -VALUE_INFINITE.
275         for (size_t i = 0; i < RootMoves.size(); ++i)
276             RootMoves[i].prevScore = RootMoves[i].score;
277
278         // MultiPV loop. We perform a full root search for each PV line
279         for (PVIdx = 0; PVIdx < std::min(multiPV, RootMoves.size()) && !Signals.stop; ++PVIdx)
280         {
281             // Reset aspiration window starting size
282             if (depth >= 5)
283             {
284                 delta = Value(16);
285                 alpha = std::max(RootMoves[PVIdx].prevScore - delta,-VALUE_INFINITE);
286                 beta  = std::min(RootMoves[PVIdx].prevScore + delta, VALUE_INFINITE);
287             }
288
289             // Start with a small aspiration window and, in the case of a fail
290             // high/low, re-search with a bigger window until we're not failing
291             // high/low anymore.
292             while (true)
293             {
294                 bestValue = search<Root, false>(pos, ss, alpha, beta, depth * ONE_PLY, false);
295
296                 // Bring the best move to the front. It is critical that sorting
297                 // is done with a stable algorithm because all the values but the
298                 // first and eventually the new best one are set to -VALUE_INFINITE
299                 // and we want to keep the same order for all the moves except the
300                 // new PV that goes to the front. Note that in case of MultiPV
301                 // search the already searched PV lines are preserved.
302                 std::stable_sort(RootMoves.begin() + PVIdx, RootMoves.end());
303
304                 // Write PV back to transposition table in case the relevant
305                 // entries have been overwritten during the search.
306                 for (size_t i = 0; i <= PVIdx; ++i)
307                     RootMoves[i].insert_pv_in_tt(pos);
308
309                 // If search has been stopped break immediately. Sorting and
310                 // writing PV back to TT is safe because RootMoves is still
311                 // valid, although it refers to previous iteration.
312                 if (Signals.stop)
313                     break;
314
315                 // When failing high/low give some update (without cluttering
316                 // the UI) before a re-search.
317                 if (  (bestValue <= alpha || bestValue >= beta)
318                     && Time::now() - SearchTime > 3000)
319                     sync_cout << uci_pv(pos, depth, alpha, beta) << sync_endl;
320
321                 // In case of failing low/high increase aspiration window and
322                 // re-search, otherwise exit the loop.
323                 if (bestValue <= alpha)
324                 {
325                     alpha = std::max(bestValue - delta, -VALUE_INFINITE);
326
327                     Signals.failedLowAtRoot = true;
328                     Signals.stopOnPonderhit = false;
329                 }
330                 else if (bestValue >= beta)
331                     beta = std::min(bestValue + delta, VALUE_INFINITE);
332
333                 else
334                     break;
335
336                 delta += 3 * delta / 8;
337
338                 assert(alpha >= -VALUE_INFINITE && beta <= VALUE_INFINITE);
339             }
340
341             // Sort the PV lines searched so far and update the GUI
342             std::stable_sort(RootMoves.begin(), RootMoves.begin() + PVIdx + 1);
343
344             if (   !Signals.stop
345                 && (   PVIdx + 1 == std::min(multiPV, RootMoves.size())
346                     || Time::now() - SearchTime > 3000))
347                 sync_cout << uci_pv(pos, depth, alpha, beta) << sync_endl;
348         }
349
350         // If skill levels are enabled and time is up, pick a sub-optimal best move
351         if (skill.candidates_size() && skill.time_to_pick(depth))
352             skill.pick_move();
353
354         // Have we found a "mate in x"?
355         if (   Limits.mate
356             && bestValue >= VALUE_MATE_IN_MAX_PLY
357             && VALUE_MATE - bestValue <= 2 * Limits.mate)
358             Signals.stop = true;
359
360         // Do we have time for the next iteration? Can we stop searching now?
361         if (Limits.use_time_management() && !Signals.stop && !Signals.stopOnPonderhit)
362         {
363             // Take some extra time if the best move has changed
364             if (depth > 4 && multiPV == 1)
365                 TimeMgr.pv_instability(BestMoveChanges);
366
367             // Stop the search if only one legal move is available or all
368             // of the available time has been used.
369             if (   RootMoves.size() == 1
370                 || Time::now() - SearchTime > TimeMgr.available_time())
371             {
372                 // If we are allowed to ponder do not stop the search now but
373                 // keep pondering until the GUI sends "ponderhit" or "stop".
374                 if (Limits.ponder)
375                     Signals.stopOnPonderhit = true;
376                 else
377                     Signals.stop = true;
378             }
379         }
380     }
381   }
382
383
384   // search<>() is the main search function for both PV and non-PV nodes and for
385   // normal and SplitPoint nodes. When called just after a split point the search
386   // is simpler because we have already probed the hash table, done a null move
387   // search, and searched the first move before splitting, so we don't have to
388   // repeat all this work again. We also don't need to store anything to the hash
389   // table here: This is taken care of after we return from the split point.
390
391   template <NodeType NT, bool SpNode>
392   Value search(Position& pos, Stack* ss, Value alpha, Value beta, Depth depth, bool cutNode) {
393
394     const bool RootNode = NT == Root;
395     const bool PvNode   = NT == PV || NT == Root;
396
397     assert(-VALUE_INFINITE <= alpha && alpha < beta && beta <= VALUE_INFINITE);
398     assert(PvNode || (alpha == beta - 1));
399     assert(depth > DEPTH_ZERO);
400
401     Move quietsSearched[64];
402     StateInfo st;
403     const TTEntry *tte;
404     SplitPoint* splitPoint;
405     Key posKey;
406     Move ttMove, move, excludedMove, bestMove;
407     Depth ext, newDepth, predictedDepth;
408     Value bestValue, value, ttValue, eval, nullValue, futilityValue;
409     bool inCheck, givesCheck, pvMove, singularExtensionNode, improving;
410     bool captureOrPromotion, dangerous, doFullDepthSearch;
411     int moveCount, quietCount;
412
413     // Step 1. Initialize node
414     Thread* thisThread = pos.this_thread();
415     inCheck = pos.checkers();
416
417     if (SpNode)
418     {
419         splitPoint = ss->splitPoint;
420         bestMove   = splitPoint->bestMove;
421         bestValue  = splitPoint->bestValue;
422         tte = NULL;
423         ttMove = excludedMove = MOVE_NONE;
424         ttValue = VALUE_NONE;
425
426         assert(splitPoint->bestValue > -VALUE_INFINITE && splitPoint->moveCount > 0);
427
428         goto moves_loop;
429     }
430
431     moveCount = quietCount = 0;
432     bestValue = -VALUE_INFINITE;
433     ss->ply = (ss-1)->ply + 1;
434
435     // Used to send selDepth info to GUI
436     if (PvNode && thisThread->maxPly < ss->ply)
437         thisThread->maxPly = ss->ply;
438
439     if (!RootNode)
440     {
441         // Step 2. Check for aborted search and immediate draw
442         if (Signals.stop || pos.is_draw() || ss->ply >= MAX_PLY)
443             return ss->ply >= MAX_PLY && !inCheck ? evaluate(pos) : DrawValue[pos.side_to_move()];
444
445         // Step 3. Mate distance pruning. Even if we mate at the next move our score
446         // would be at best mate_in(ss->ply+1), but if alpha is already bigger because
447         // a shorter mate was found upward in the tree then there is no need to search
448         // because we will never beat the current alpha. Same logic but with reversed
449         // signs applies also in the opposite condition of being mated instead of giving
450         // mate. In this case return a fail-high score.
451         alpha = std::max(mated_in(ss->ply), alpha);
452         beta = std::min(mate_in(ss->ply+1), beta);
453         if (alpha >= beta)
454             return alpha;
455     }
456
457     assert(0 <= ss->ply && ss->ply < MAX_PLY);
458
459     ss->currentMove = ss->ttMove = (ss+1)->excludedMove = bestMove = MOVE_NONE;
460     (ss+1)->skipNullMove = false; (ss+1)->reduction = DEPTH_ZERO;
461     (ss+2)->killers[0] = (ss+2)->killers[1] = MOVE_NONE;
462
463     // Step 4. Transposition table lookup
464     // We don't want the score of a partial search to overwrite a previous full search
465     // TT value, so we use a different position key in case of an excluded move.
466     excludedMove = ss->excludedMove;
467     posKey = excludedMove ? pos.exclusion_key() : pos.key();
468     tte = TT.probe(posKey);
469     ss->ttMove = ttMove = RootNode ? RootMoves[PVIdx].pv[0] : tte ? tte->move() : MOVE_NONE;
470     ttValue = tte ? value_from_tt(tte->value(), ss->ply) : VALUE_NONE;
471
472     // At PV nodes we check for exact scores, whilst at non-PV nodes we check for
473     // a fail high/low. The biggest advantage to probing at PV nodes is to have a
474     // smooth experience in analysis mode. We don't probe at Root nodes otherwise
475     // we should also update RootMoveList to avoid bogus output.
476     if (   !RootNode
477         && tte
478         && tte->depth() >= depth
479         && ttValue != VALUE_NONE // Only in case of TT access race
480         && (           PvNode ?  tte->bound() == BOUND_EXACT
481             : ttValue >= beta ? (tte->bound() &  BOUND_LOWER)
482                               : (tte->bound() &  BOUND_UPPER)))
483     {
484         ss->currentMove = ttMove; // Can be MOVE_NONE
485
486         // If ttMove is quiet, update killers, history, counter move and followup move on TT hit
487         if (ttValue >= beta && ttMove && !pos.capture_or_promotion(ttMove) && !inCheck)
488             update_stats(pos, ss, ttMove, depth, NULL, 0);
489
490         return ttValue;
491     }
492
493     // Step 5. Evaluate the position statically and update parent's gain statistics
494     if (inCheck)
495     {
496         ss->staticEval = eval = VALUE_NONE;
497         goto moves_loop;
498     }
499
500     else if (tte)
501     {
502         // Never assume anything on values stored in TT
503         if ((ss->staticEval = eval = tte->eval_value()) == VALUE_NONE)
504             eval = ss->staticEval = evaluate(pos);
505
506         // Can ttValue be used as a better position evaluation?
507         if (ttValue != VALUE_NONE)
508             if (tte->bound() & (ttValue > eval ? BOUND_LOWER : BOUND_UPPER))
509                 eval = ttValue;
510     }
511     else
512     {
513         eval = ss->staticEval =
514         (ss-1)->currentMove != MOVE_NULL ? evaluate(pos) : -(ss-1)->staticEval + 2 * Eval::Tempo;
515
516         TT.store(posKey, VALUE_NONE, BOUND_NONE, DEPTH_NONE, MOVE_NONE, ss->staticEval);
517     }
518
519     if (   !pos.captured_piece_type()
520         &&  ss->staticEval != VALUE_NONE
521         && (ss-1)->staticEval != VALUE_NONE
522         && (move = (ss-1)->currentMove) != MOVE_NULL
523         &&  move != MOVE_NONE
524         &&  type_of(move) == NORMAL)
525     {
526         Square to = to_sq(move);
527         Gains.update(pos.piece_on(to), to, -(ss-1)->staticEval - ss->staticEval);
528     }
529
530     // Step 6. Razoring (skipped when in check)
531     if (   !PvNode
532         &&  depth < 4 * ONE_PLY
533         &&  eval + razor_margin(depth) <= alpha
534         &&  ttMove == MOVE_NONE
535         && !pos.pawn_on_7th(pos.side_to_move()))
536     {
537         if (   depth <= ONE_PLY
538             && eval + razor_margin(3 * ONE_PLY) <= alpha)
539             return qsearch<NonPV, false>(pos, ss, alpha, beta, DEPTH_ZERO);
540
541         Value ralpha = alpha - razor_margin(depth);
542         Value v = qsearch<NonPV, false>(pos, ss, ralpha, ralpha+1, DEPTH_ZERO);
543         if (v <= ralpha)
544             return v;
545     }
546
547     // Step 7. Futility pruning: child node (skipped when in check)
548     if (   !PvNode
549         && !ss->skipNullMove
550         &&  depth < 7 * ONE_PLY
551         &&  eval - futility_margin(depth) >= beta
552         &&  eval < VALUE_KNOWN_WIN  // Do not return unproven wins
553         &&  pos.non_pawn_material(pos.side_to_move()))
554         return eval - futility_margin(depth);
555
556     // Step 8. Null move search with verification search (is omitted in PV nodes)
557     if (   !PvNode
558         && !ss->skipNullMove
559         &&  depth >= 2 * ONE_PLY
560         &&  eval >= beta
561         &&  pos.non_pawn_material(pos.side_to_move()))
562     {
563         ss->currentMove = MOVE_NULL;
564
565         assert(eval - beta >= 0);
566
567         // Null move dynamic reduction based on depth and value
568         Depth R = (3 + depth / 4 + std::min(int(eval - beta) / PawnValueMg, 3)) * ONE_PLY;
569
570         pos.do_null_move(st);
571         (ss+1)->skipNullMove = true;
572         nullValue = depth-R < ONE_PLY ? -qsearch<NonPV, false>(pos, ss+1, -beta, -beta+1, DEPTH_ZERO)
573                                       : - search<NonPV, false>(pos, ss+1, -beta, -beta+1, depth-R, !cutNode);
574         (ss+1)->skipNullMove = false;
575         pos.undo_null_move();
576
577         if (nullValue >= beta)
578         {
579             // Do not return unproven mate scores
580             if (nullValue >= VALUE_MATE_IN_MAX_PLY)
581                 nullValue = beta;
582
583             if (depth < 12 * ONE_PLY && abs(beta) < VALUE_KNOWN_WIN)
584                 return nullValue;
585
586             // Do verification search at high depths
587             ss->skipNullMove = true;
588             Value v = depth-R < ONE_PLY ? qsearch<NonPV, false>(pos, ss, beta-1, beta, DEPTH_ZERO)
589                                         :  search<NonPV, false>(pos, ss, beta-1, beta, depth-R, false);
590             ss->skipNullMove = false;
591
592             if (v >= beta)
593                 return nullValue;
594         }
595     }
596
597     // Step 9. ProbCut (skipped when in check)
598     // If we have a very good capture (i.e. SEE > seeValues[captured_piece_type])
599     // and a reduced search returns a value much above beta, we can (almost) safely
600     // prune the previous move.
601     if (   !PvNode
602         &&  depth >= 5 * ONE_PLY
603         && !ss->skipNullMove
604         &&  abs(beta) < VALUE_MATE_IN_MAX_PLY)
605     {
606         Value rbeta = std::min(beta + 200, VALUE_INFINITE);
607         Depth rdepth = depth - 4 * ONE_PLY;
608
609         assert(rdepth >= ONE_PLY);
610         assert((ss-1)->currentMove != MOVE_NONE);
611         assert((ss-1)->currentMove != MOVE_NULL);
612
613         MovePicker mp(pos, ttMove, History, pos.captured_piece_type());
614         CheckInfo ci(pos);
615
616         while ((move = mp.next_move<false>()) != MOVE_NONE)
617             if (pos.legal(move, ci.pinned))
618             {
619                 ss->currentMove = move;
620                 pos.do_move(move, st, ci, pos.gives_check(move, ci));
621                 value = -search<NonPV, false>(pos, ss+1, -rbeta, -rbeta+1, rdepth, !cutNode);
622                 pos.undo_move(move);
623                 if (value >= rbeta)
624                     return value;
625             }
626     }
627
628     // Step 10. Internal iterative deepening (skipped when in check)
629     if (    depth >= (PvNode ? 5 * ONE_PLY : 8 * ONE_PLY)
630         && !ttMove
631         && (PvNode || ss->staticEval + 256 >= beta))
632     {
633         Depth d = 2 * (depth - 2 * ONE_PLY) - (PvNode ? DEPTH_ZERO : depth / 2);
634         ss->skipNullMove = true;
635         search<PvNode ? PV : NonPV, false>(pos, ss, alpha, beta, d / 2, true);
636         ss->skipNullMove = false;
637
638         tte = TT.probe(posKey);
639         ttMove = tte ? tte->move() : MOVE_NONE;
640     }
641
642 moves_loop: // When in check and at SpNode search starts from here
643
644     Square prevMoveSq = to_sq((ss-1)->currentMove);
645     Move countermoves[] = { Countermoves[pos.piece_on(prevMoveSq)][prevMoveSq].first,
646                             Countermoves[pos.piece_on(prevMoveSq)][prevMoveSq].second };
647
648     Square prevOwnMoveSq = to_sq((ss-2)->currentMove);
649     Move followupmoves[] = { Followupmoves[pos.piece_on(prevOwnMoveSq)][prevOwnMoveSq].first,
650                              Followupmoves[pos.piece_on(prevOwnMoveSq)][prevOwnMoveSq].second };
651
652     MovePicker mp(pos, ttMove, depth, History, countermoves, followupmoves, ss);
653     CheckInfo ci(pos);
654     value = bestValue; // Workaround a bogus 'uninitialized' warning under gcc
655     improving =   ss->staticEval >= (ss-2)->staticEval
656                || ss->staticEval == VALUE_NONE
657                ||(ss-2)->staticEval == VALUE_NONE;
658
659     singularExtensionNode =   !RootNode
660                            && !SpNode
661                            &&  depth >= 8 * ONE_PLY
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
702                         << " currmove " << UCI::format_move(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(2 * depth);
732           ss->excludedMove = move;
733           ss->skipNullMove = true;
734           value = search<NonPV, false>(pos, ss, rBeta - 1, rBeta, depth / 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           &&  bestValue > VALUE_MATED_IN_MAX_PLY)
751       {
752           // Move count based pruning
753           if (   depth < 16 * ONE_PLY
754               && moveCount >= FutilityMoveCounts[improving][depth])
755           {
756               if (SpNode)
757                   splitPoint->mutex.lock();
758
759               continue;
760           }
761
762           predictedDepth = newDepth - reduction<PvNode>(improving, depth, moveCount);
763
764           // Futility pruning: parent node
765           if (predictedDepth < 7 * ONE_PLY)
766           {
767               futilityValue =  ss->staticEval + futility_margin(predictedDepth)
768                              + 128 + Gains[pos.moved_piece(move)][to_sq(move)];
769
770               if (futilityValue <= alpha)
771               {
772                   bestValue = std::max(bestValue, futilityValue);
773
774                   if (SpNode)
775                   {
776                       splitPoint->mutex.lock();
777                       if (bestValue > splitPoint->bestValue)
778                           splitPoint->bestValue = bestValue;
779                   }
780                   continue;
781               }
782           }
783
784           // Prune moves with negative SEE at low depths
785           if (predictedDepth < 4 * ONE_PLY && pos.see_sign(move) < VALUE_ZERO)
786           {
787               if (SpNode)
788                   splitPoint->mutex.lock();
789
790               continue;
791           }
792       }
793
794       // Speculative prefetch as early as possible
795       prefetch((char*)TT.first_entry(pos.key_after(move)));
796
797       // Check for legality just before making the move
798       if (!RootNode && !SpNode && !pos.legal(move, ci.pinned))
799       {
800           moveCount--;
801           continue;
802       }
803
804       pvMove = PvNode && moveCount == 1;
805       ss->currentMove = move;
806       if (!SpNode && !captureOrPromotion && quietCount < 64)
807           quietsSearched[quietCount++] = move;
808
809       // Step 14. Make the move
810       pos.do_move(move, st, ci, givesCheck);
811
812       // Step 15. Reduced depth search (LMR). If the move fails high it will be
813       // re-searched at full depth.
814       if (    depth >= 3 * ONE_PLY
815           &&  moveCount > 1
816           && !captureOrPromotion
817           &&  move != ss->killers[0]
818           &&  move != ss->killers[1])
819       {
820           ss->reduction = reduction<PvNode>(improving, depth, moveCount);
821
822           if (   (!PvNode && cutNode)
823               ||  History[pos.piece_on(to_sq(move))][to_sq(move)] < 0)
824               ss->reduction += ONE_PLY;
825
826           if (move == countermoves[0] || move == countermoves[1])
827               ss->reduction = std::max(DEPTH_ZERO, ss->reduction - ONE_PLY);
828
829           // Decrease reduction for moves that escape a capture
830           if (   ss->reduction
831               && type_of(move) == NORMAL
832               && type_of(pos.piece_on(to_sq(move))) != PAWN
833               && pos.see(make_move(to_sq(move), from_sq(move))) < 0)
834               ss->reduction = std::max(DEPTH_ZERO, ss->reduction - ONE_PLY);
835
836           Depth d = std::max(newDepth - ss->reduction, ONE_PLY);
837           if (SpNode)
838               alpha = splitPoint->alpha;
839
840           value = -search<NonPV, false>(pos, ss+1, -(alpha+1), -alpha, d, true);
841
842           // Re-search at intermediate depth if reduction is very high
843           if (value > alpha && ss->reduction >= 4 * ONE_PLY)
844           {
845               Depth d2 = std::max(newDepth - 2 * ONE_PLY, ONE_PLY);
846               value = -search<NonPV, false>(pos, ss+1, -(alpha+1), -alpha, d2, true);
847           }
848
849           doFullDepthSearch = (value > alpha && ss->reduction != DEPTH_ZERO);
850           ss->reduction = DEPTH_ZERO;
851       }
852       else
853           doFullDepthSearch = !pvMove;
854
855       // Step 16. Full depth search, when LMR is skipped or fails high
856       if (doFullDepthSearch)
857       {
858           if (SpNode)
859               alpha = splitPoint->alpha;
860
861           value = newDepth <   ONE_PLY ?
862                             givesCheck ? -qsearch<NonPV,  true>(pos, ss+1, -(alpha+1), -alpha, DEPTH_ZERO)
863                                        : -qsearch<NonPV, false>(pos, ss+1, -(alpha+1), -alpha, DEPTH_ZERO)
864                                        : - search<NonPV, false>(pos, ss+1, -(alpha+1), -alpha, newDepth, !cutNode);
865       }
866
867       // For PV nodes only, do a full PV search on the first move or after a fail
868       // high (in the latter case search only if value < beta), otherwise let the
869       // parent node fail low with value <= alpha and to try another move.
870       if (PvNode && (pvMove || (value > alpha && (RootNode || value < beta))))
871           value = newDepth <   ONE_PLY ?
872                             givesCheck ? -qsearch<PV,  true>(pos, ss+1, -beta, -alpha, DEPTH_ZERO)
873                                        : -qsearch<PV, false>(pos, ss+1, -beta, -alpha, DEPTH_ZERO)
874                                        : - search<PV, false>(pos, ss+1, -beta, -alpha, newDepth, false);
875       // Step 17. Undo move
876       pos.undo_move(move);
877
878       assert(value > -VALUE_INFINITE && value < VALUE_INFINITE);
879
880       // Step 18. Check for new best move
881       if (SpNode)
882       {
883           splitPoint->mutex.lock();
884           bestValue = splitPoint->bestValue;
885           alpha = splitPoint->alpha;
886       }
887
888       // Finished searching the move. If a stop or a cutoff occurred, the return
889       // value of the search cannot be trusted, and we return immediately without
890       // updating best move, PV and TT.
891       if (Signals.stop || thisThread->cutoff_occurred())
892           return VALUE_ZERO;
893
894       if (RootNode)
895       {
896           RootMove& rm = *std::find(RootMoves.begin(), RootMoves.end(), move);
897
898           // PV move or new best move ?
899           if (pvMove || value > alpha)
900           {
901               rm.score = value;
902               rm.extract_pv_from_tt(pos);
903
904               // We record how often the best move has been changed in each
905               // iteration. This information is used for time management: When
906               // the best move changes frequently, we allocate some more time.
907               if (!pvMove)
908                   ++BestMoveChanges;
909           }
910           else
911               // All other moves but the PV are set to the lowest value: this is
912               // not a problem when sorting because the sort is stable and the
913               // move position in the list is preserved - just the PV is pushed up.
914               rm.score = -VALUE_INFINITE;
915       }
916
917       if (value > bestValue)
918       {
919           bestValue = SpNode ? splitPoint->bestValue = value : value;
920
921           if (value > alpha)
922           {
923               bestMove = SpNode ? splitPoint->bestMove = move : move;
924
925               if (PvNode && value < beta) // Update alpha! Always alpha < beta
926                   alpha = SpNode ? splitPoint->alpha = value : value;
927               else
928               {
929                   assert(value >= beta); // Fail high
930
931                   if (SpNode)
932                       splitPoint->cutoff = true;
933
934                   break;
935               }
936           }
937       }
938
939       // Step 19. Check for splitting the search
940       if (   !SpNode
941           &&  Threads.size() >= 2
942           &&  depth >= Threads.minimumSplitDepth
943           &&  (   !thisThread->activeSplitPoint
944                || !thisThread->activeSplitPoint->allSlavesSearching)
945           &&  thisThread->splitPointsSize < MAX_SPLITPOINTS_PER_THREAD)
946       {
947           assert(bestValue > -VALUE_INFINITE && bestValue < beta);
948
949           thisThread->split(pos, ss, alpha, beta, &bestValue, &bestMove,
950                             depth, moveCount, &mp, NT, cutNode);
951
952           if (Signals.stop || thisThread->cutoff_occurred())
953               return VALUE_ZERO;
954
955           if (bestValue >= beta)
956               break;
957       }
958     }
959
960     if (SpNode)
961         return bestValue;
962
963     // Following condition would detect a stop or a cutoff set only after move
964     // loop has been completed. But in this case bestValue is valid because we
965     // have fully searched our subtree, and we can anyhow save the result in TT.
966     /*
967        if (Signals.stop || thisThread->cutoff_occurred())
968         return VALUE_DRAW;
969     */
970
971     // Step 20. Check for mate and stalemate
972     // All legal moves have been searched and if there are no legal moves, it
973     // must be mate or stalemate. If we are in a singular extension search then
974     // return a fail low score.
975     if (!moveCount)
976         bestValue = excludedMove ? alpha
977                    :     inCheck ? mated_in(ss->ply) : DrawValue[pos.side_to_move()];
978
979     // Quiet best move: update killers, history, countermoves and followupmoves
980     else if (bestValue >= beta && !pos.capture_or_promotion(bestMove) && !inCheck)
981         update_stats(pos, ss, bestMove, depth, quietsSearched, quietCount - 1);
982
983     TT.store(posKey, value_to_tt(bestValue, ss->ply),
984              bestValue >= beta  ? BOUND_LOWER :
985              PvNode && bestMove ? BOUND_EXACT : BOUND_UPPER,
986              depth, bestMove, ss->staticEval);
987
988     assert(bestValue > -VALUE_INFINITE && bestValue < VALUE_INFINITE);
989
990     return bestValue;
991   }
992
993
994   // qsearch() is the quiescence search function, which is called by the main
995   // search function when the remaining depth is zero (or, to be more precise,
996   // less than ONE_PLY).
997
998   template <NodeType NT, bool InCheck>
999   Value qsearch(Position& pos, Stack* ss, Value alpha, Value beta, Depth depth) {
1000
1001     const bool PvNode = NT == PV;
1002
1003     assert(NT == PV || NT == NonPV);
1004     assert(InCheck == !!pos.checkers());
1005     assert(alpha >= -VALUE_INFINITE && alpha < beta && beta <= VALUE_INFINITE);
1006     assert(PvNode || (alpha == beta - 1));
1007     assert(depth <= DEPTH_ZERO);
1008
1009     StateInfo st;
1010     const TTEntry* tte;
1011     Key posKey;
1012     Move ttMove, move, bestMove;
1013     Value bestValue, value, ttValue, futilityValue, futilityBase, oldAlpha;
1014     bool givesCheck, evasionPrunable;
1015     Depth ttDepth;
1016
1017     // To flag BOUND_EXACT a node with eval above alpha and no available moves
1018     if (PvNode)
1019         oldAlpha = alpha;
1020
1021     ss->currentMove = bestMove = MOVE_NONE;
1022     ss->ply = (ss-1)->ply + 1;
1023
1024     // Check for an instant draw or if the maximum ply has been reached
1025     if (pos.is_draw() || ss->ply >= MAX_PLY)
1026         return ss->ply >= MAX_PLY && !InCheck ? evaluate(pos) : DrawValue[pos.side_to_move()];
1027
1028     assert(0 <= ss->ply && ss->ply < MAX_PLY);
1029
1030     // Decide whether or not to include checks: this fixes also the type of
1031     // TT entry depth that we are going to use. Note that in qsearch we use
1032     // only two types of depth in TT: DEPTH_QS_CHECKS or DEPTH_QS_NO_CHECKS.
1033     ttDepth = InCheck || depth >= DEPTH_QS_CHECKS ? DEPTH_QS_CHECKS
1034                                                   : DEPTH_QS_NO_CHECKS;
1035
1036     // Transposition table lookup
1037     posKey = pos.key();
1038     tte = TT.probe(posKey);
1039     ttMove = tte ? tte->move() : MOVE_NONE;
1040     ttValue = tte ? value_from_tt(tte->value(),ss->ply) : VALUE_NONE;
1041
1042     if (   tte
1043         && tte->depth() >= ttDepth
1044         && ttValue != VALUE_NONE // Only in case of TT access race
1045         && (           PvNode ?  tte->bound() == BOUND_EXACT
1046             : ttValue >= beta ? (tte->bound() &  BOUND_LOWER)
1047                               : (tte->bound() &  BOUND_UPPER)))
1048     {
1049         ss->currentMove = ttMove; // Can be MOVE_NONE
1050         return ttValue;
1051     }
1052
1053     // Evaluate the position statically
1054     if (InCheck)
1055     {
1056         ss->staticEval = VALUE_NONE;
1057         bestValue = futilityBase = -VALUE_INFINITE;
1058     }
1059     else
1060     {
1061         if (tte)
1062         {
1063             // Never assume anything on values stored in TT
1064             if ((ss->staticEval = bestValue = tte->eval_value()) == VALUE_NONE)
1065                 ss->staticEval = bestValue = evaluate(pos);
1066
1067             // Can ttValue be used as a better position evaluation?
1068             if (ttValue != VALUE_NONE)
1069                 if (tte->bound() & (ttValue > bestValue ? BOUND_LOWER : BOUND_UPPER))
1070                     bestValue = ttValue;
1071         }
1072         else
1073             ss->staticEval = bestValue =
1074             (ss-1)->currentMove != MOVE_NULL ? evaluate(pos) : -(ss-1)->staticEval + 2 * Eval::Tempo;
1075
1076         // Stand pat. Return immediately if static value is at least beta
1077         if (bestValue >= beta)
1078         {
1079             if (!tte)
1080                 TT.store(pos.key(), value_to_tt(bestValue, ss->ply), BOUND_LOWER,
1081                          DEPTH_NONE, MOVE_NONE, ss->staticEval);
1082
1083             return bestValue;
1084         }
1085
1086         if (PvNode && bestValue > alpha)
1087             alpha = bestValue;
1088
1089         futilityBase = bestValue + 128;
1090     }
1091
1092     // Initialize a MovePicker object for the current position, and prepare
1093     // to search the moves. Because the depth is <= 0 here, only captures,
1094     // queen promotions and checks (only if depth >= DEPTH_QS_CHECKS) will
1095     // be generated.
1096     MovePicker mp(pos, ttMove, depth, History, to_sq((ss-1)->currentMove));
1097     CheckInfo ci(pos);
1098
1099     // Loop through the moves until no moves remain or a beta cutoff occurs
1100     while ((move = mp.next_move<false>()) != MOVE_NONE)
1101     {
1102       assert(is_ok(move));
1103
1104       givesCheck =  type_of(move) == NORMAL && !ci.dcCandidates
1105                   ? ci.checkSq[type_of(pos.piece_on(from_sq(move)))] & to_sq(move)
1106                   : pos.gives_check(move, ci);
1107
1108       // Futility pruning
1109       if (   !PvNode
1110           && !InCheck
1111           && !givesCheck
1112           &&  futilityBase > -VALUE_KNOWN_WIN
1113           && !pos.advanced_pawn_push(move))
1114       {
1115           assert(type_of(move) != ENPASSANT); // Due to !pos.advanced_pawn_push
1116
1117           futilityValue = futilityBase + PieceValue[EG][pos.piece_on(to_sq(move))];
1118
1119           if (futilityValue < beta)
1120           {
1121               bestValue = std::max(bestValue, futilityValue);
1122               continue;
1123           }
1124
1125           if (futilityBase < beta && pos.see(move) <= VALUE_ZERO)
1126           {
1127               bestValue = std::max(bestValue, futilityBase);
1128               continue;
1129           }
1130       }
1131
1132       // Detect non-capture evasions that are candidates to be pruned
1133       evasionPrunable =    InCheck
1134                        &&  bestValue > VALUE_MATED_IN_MAX_PLY
1135                        && !pos.capture(move)
1136                        && !pos.can_castle(pos.side_to_move());
1137
1138       // Don't search moves with negative SEE values
1139       if (   !PvNode
1140           && (!InCheck || evasionPrunable)
1141           &&  type_of(move) != PROMOTION
1142           &&  pos.see_sign(move) < VALUE_ZERO)
1143           continue;
1144
1145       // Speculative prefetch as early as possible
1146       prefetch((char*)TT.first_entry(pos.key_after(move)));
1147
1148       // Check for legality just before making the move
1149       if (!pos.legal(move, ci.pinned))
1150           continue;
1151
1152       ss->currentMove = move;
1153
1154       // Make and search the move
1155       pos.do_move(move, st, ci, givesCheck);
1156       value = givesCheck ? -qsearch<NT,  true>(pos, ss+1, -beta, -alpha, depth - ONE_PLY)
1157                          : -qsearch<NT, false>(pos, ss+1, -beta, -alpha, depth - ONE_PLY);
1158       pos.undo_move(move);
1159
1160       assert(value > -VALUE_INFINITE && value < VALUE_INFINITE);
1161
1162       // Check for new best move
1163       if (value > bestValue)
1164       {
1165           bestValue = value;
1166
1167           if (value > alpha)
1168           {
1169               if (PvNode && value < beta) // Update alpha here! Always alpha < beta
1170               {
1171                   alpha = value;
1172                   bestMove = move;
1173               }
1174               else // Fail high
1175               {
1176                   TT.store(posKey, value_to_tt(value, ss->ply), BOUND_LOWER,
1177                            ttDepth, move, ss->staticEval);
1178
1179                   return value;
1180               }
1181           }
1182        }
1183     }
1184
1185     // All legal moves have been searched. A special case: If we're in check
1186     // and no legal moves were found, it is checkmate.
1187     if (InCheck && bestValue == -VALUE_INFINITE)
1188         return mated_in(ss->ply); // Plies to mate from the root
1189
1190     TT.store(posKey, value_to_tt(bestValue, ss->ply),
1191              PvNode && bestValue > oldAlpha ? BOUND_EXACT : BOUND_UPPER,
1192              ttDepth, bestMove, ss->staticEval);
1193
1194     assert(bestValue > -VALUE_INFINITE && bestValue < VALUE_INFINITE);
1195
1196     return bestValue;
1197   }
1198
1199
1200   // value_to_tt() adjusts a mate score from "plies to mate from the root" to
1201   // "plies to mate from the current position". Non-mate scores are unchanged.
1202   // The function is called before storing a value in the transposition table.
1203
1204   Value value_to_tt(Value v, int ply) {
1205
1206     assert(v != VALUE_NONE);
1207
1208     return  v >= VALUE_MATE_IN_MAX_PLY  ? v + ply
1209           : v <= VALUE_MATED_IN_MAX_PLY ? v - ply : v;
1210   }
1211
1212
1213   // value_from_tt() is the inverse of value_to_tt(): It adjusts a mate score
1214   // from the transposition table (which refers to the plies to mate/be mated
1215   // from current position) to "plies to mate/be mated from the root".
1216
1217   Value value_from_tt(Value v, int ply) {
1218
1219     return  v == VALUE_NONE             ? VALUE_NONE
1220           : v >= VALUE_MATE_IN_MAX_PLY  ? v - ply
1221           : v <= VALUE_MATED_IN_MAX_PLY ? v + ply : v;
1222   }
1223
1224
1225   // update_stats() updates killers, history, countermoves and followupmoves stats after a fail-high
1226   // of a quiet move.
1227
1228   void update_stats(const Position& pos, Stack* ss, Move move, Depth depth, Move* quiets, int quietsCnt) {
1229
1230     if (ss->killers[0] != move)
1231     {
1232         ss->killers[1] = ss->killers[0];
1233         ss->killers[0] = move;
1234     }
1235
1236     // Increase history value of the cut-off move and decrease all the other
1237     // played quiet moves.
1238     Value bonus = Value(4 * int(depth) * int(depth));
1239     History.update(pos.moved_piece(move), to_sq(move), bonus);
1240     for (int i = 0; i < quietsCnt; ++i)
1241     {
1242         Move m = quiets[i];
1243         History.update(pos.moved_piece(m), to_sq(m), -bonus);
1244     }
1245
1246     if (is_ok((ss-1)->currentMove))
1247     {
1248         Square prevMoveSq = to_sq((ss-1)->currentMove);
1249         Countermoves.update(pos.piece_on(prevMoveSq), prevMoveSq, move);
1250     }
1251
1252     if (is_ok((ss-2)->currentMove) && (ss-1)->currentMove == (ss-1)->ttMove)
1253     {
1254         Square prevOwnMoveSq = to_sq((ss-2)->currentMove);
1255         Followupmoves.update(pos.piece_on(prevOwnMoveSq), prevOwnMoveSq, move);
1256     }
1257   }
1258
1259
1260   // When playing with a strength handicap, choose best move among the first 'candidates'
1261   // RootMoves using a statistical rule dependent on 'level'. Idea by Heinz van Saanen.
1262
1263   Move Skill::pick_move() {
1264
1265     static RKISS rk;
1266
1267     // PRNG sequence should be not deterministic
1268     for (int i = Time::now() % 50; i > 0; --i)
1269         rk.rand<unsigned>();
1270
1271     // RootMoves are already sorted by score in descending order
1272     int variance = std::min(RootMoves[0].score - RootMoves[candidates - 1].score, PawnValueMg);
1273     int weakness = 120 - 2 * level;
1274     int max_s = -VALUE_INFINITE;
1275     best = MOVE_NONE;
1276
1277     // Choose best move. For each move score we add two terms both dependent on
1278     // weakness. One deterministic and bigger for weaker moves, and one random,
1279     // then we choose the move with the resulting highest score.
1280     for (size_t i = 0; i < candidates; ++i)
1281     {
1282         int s = RootMoves[i].score;
1283
1284         // Don't allow crazy blunders even at very low skills
1285         if (i > 0 && RootMoves[i - 1].score > s + 2 * PawnValueMg)
1286             break;
1287
1288         // This is our magic formula
1289         s += (  weakness * int(RootMoves[0].score - s)
1290               + variance * (rk.rand<unsigned>() % weakness)) / 128;
1291
1292         if (s > max_s)
1293         {
1294             max_s = s;
1295             best = RootMoves[i].pv[0];
1296         }
1297     }
1298     return best;
1299   }
1300
1301
1302   // uci_pv() formats PV information according to the UCI protocol. UCI
1303   // requires that all (if any) unsearched PV lines are sent using a previous
1304   // search score.
1305
1306   string uci_pv(const Position& pos, int depth, Value alpha, Value beta) {
1307
1308     std::stringstream ss;
1309     Time::point elapsed = Time::now() - SearchTime + 1;
1310     size_t uciPVSize = std::min((size_t)Options["MultiPV"], RootMoves.size());
1311     int selDepth = 0;
1312
1313     for (size_t i = 0; i < Threads.size(); ++i)
1314         if (Threads[i]->maxPly > selDepth)
1315             selDepth = Threads[i]->maxPly;
1316
1317     for (size_t i = 0; i < uciPVSize; ++i)
1318     {
1319         bool updated = (i <= PVIdx);
1320
1321         if (depth == 1 && !updated)
1322             continue;
1323
1324         int d   = updated ? depth : depth - 1;
1325         Value v = updated ? RootMoves[i].score : RootMoves[i].prevScore;
1326
1327         if (ss.rdbuf()->in_avail()) // Not at first line
1328             ss << "\n";
1329
1330         ss << "info depth " << d
1331            << " seldepth "  << selDepth
1332            << " multipv "   << i + 1
1333            << " score "     << (i == PVIdx ? UCI::format_value(v, alpha, beta) : UCI::format_value(v))
1334            << " nodes "     << pos.nodes_searched()
1335            << " nps "       << pos.nodes_searched() * 1000 / elapsed
1336            << " time "      << elapsed
1337            << " pv";
1338
1339         for (size_t j = 0; RootMoves[i].pv[j] != MOVE_NONE; ++j)
1340             ss << " " << UCI::format_move(RootMoves[i].pv[j], pos.is_chess960());
1341     }
1342
1343     return ss.str();
1344   }
1345
1346 } // namespace
1347
1348
1349 /// RootMove::extract_pv_from_tt() builds a PV by adding moves from the TT table.
1350 /// We also consider both failing high nodes and BOUND_EXACT nodes here to
1351 /// ensure that we have a ponder move even when we fail high at root. This
1352 /// results in a long PV to print that is important for position analysis.
1353
1354 void RootMove::extract_pv_from_tt(Position& pos) {
1355
1356   StateInfo state[MAX_PLY], *st = state;
1357   const TTEntry* tte;
1358   int ply = 1;    // At root ply is 1...
1359   Move m = pv[0]; // ...instead pv[] array starts from 0
1360   Value expectedScore = score;
1361
1362   pv.clear();
1363
1364   do {
1365       pv.push_back(m);
1366
1367       assert(MoveList<LEGAL>(pos).contains(pv[ply - 1]));
1368
1369       pos.do_move(pv[ply++ - 1], *st++);
1370       tte = TT.probe(pos.key());
1371       expectedScore = -expectedScore;
1372
1373   } while (   tte
1374            && expectedScore == value_from_tt(tte->value(), ply)
1375            && pos.pseudo_legal(m = tte->move()) // Local copy, TT could change
1376            && pos.legal(m, pos.pinned_pieces(pos.side_to_move()))
1377            && ply < MAX_PLY
1378            && (!pos.is_draw() || ply <= 2));
1379
1380   pv.push_back(MOVE_NONE); // Must be zero-terminating
1381
1382   while (--ply) pos.undo_move(pv[ply - 1]);
1383 }
1384
1385
1386 /// RootMove::insert_pv_in_tt() is called at the end of a search iteration, and
1387 /// inserts the PV back into the TT. This makes sure the old PV moves are searched
1388 /// first, even if the old TT entries have been overwritten.
1389
1390 void RootMove::insert_pv_in_tt(Position& pos) {
1391
1392   StateInfo state[MAX_PLY], *st = state;
1393   const TTEntry* tte;
1394   int idx = 0; // Ply starts from 1, we need to start from 0
1395
1396   do {
1397       tte = TT.probe(pos.key());
1398
1399       if (!tte || tte->move() != pv[idx]) // Don't overwrite correct entries
1400           TT.store(pos.key(), VALUE_NONE, BOUND_NONE, DEPTH_NONE, pv[idx], VALUE_NONE);
1401
1402       assert(MoveList<LEGAL>(pos).contains(pv[idx]));
1403
1404       pos.do_move(pv[idx++], *st++);
1405
1406   } while (pv[idx] != MOVE_NONE);
1407
1408   while (idx) pos.undo_move(pv[--idx]);
1409 }
1410
1411
1412 /// Thread::idle_loop() is where the thread is parked when it has no work to do
1413
1414 void Thread::idle_loop() {
1415
1416   // Pointer 'this_sp' is not null only if we are called from split(), and not
1417   // at the thread creation. This means we are the split point's master.
1418   SplitPoint* this_sp = splitPointsSize ? activeSplitPoint : NULL;
1419
1420   assert(!this_sp || (this_sp->masterThread == this && searching));
1421
1422   while (!exit)
1423   {
1424       // If this thread has been assigned work, launch a search
1425       while (searching)
1426       {
1427           Threads.mutex.lock();
1428
1429           assert(activeSplitPoint);
1430           SplitPoint* sp = activeSplitPoint;
1431
1432           Threads.mutex.unlock();
1433
1434           Stack stack[MAX_PLY+4], *ss = stack+2; // To allow referencing (ss-2) and (ss+2)
1435           Position pos(*sp->pos, this);
1436
1437           std::memcpy(ss-2, sp->ss-2, 5 * sizeof(Stack));
1438           ss->splitPoint = sp;
1439
1440           sp->mutex.lock();
1441
1442           assert(activePosition == NULL);
1443
1444           activePosition = &pos;
1445
1446           if (sp->nodeType == NonPV)
1447               search<NonPV, true>(pos, ss, sp->alpha, sp->beta, sp->depth, sp->cutNode);
1448
1449           else if (sp->nodeType == PV)
1450               search<PV, true>(pos, ss, sp->alpha, sp->beta, sp->depth, sp->cutNode);
1451
1452           else if (sp->nodeType == Root)
1453               search<Root, true>(pos, ss, sp->alpha, sp->beta, sp->depth, sp->cutNode);
1454
1455           else
1456               assert(false);
1457
1458           assert(searching);
1459
1460           searching = false;
1461           activePosition = NULL;
1462           sp->slavesMask.reset(idx);
1463           sp->allSlavesSearching = false;
1464           sp->nodes += pos.nodes_searched();
1465
1466           // Wake up the master thread so to allow it to return from the idle
1467           // loop in case we are the last slave of the split point.
1468           if (    this != sp->masterThread
1469               &&  sp->slavesMask.none())
1470           {
1471               assert(!sp->masterThread->searching);
1472               sp->masterThread->notify_one();
1473           }
1474
1475           // After releasing the lock we can't access any SplitPoint related data
1476           // in a safe way because it could have been released under our feet by
1477           // the sp master.
1478           sp->mutex.unlock();
1479
1480           // Try to late join to another split point if none of its slaves has
1481           // already finished.
1482           if (Threads.size() > 2)
1483               for (size_t i = 0; i < Threads.size(); ++i)
1484               {
1485                   const int size = Threads[i]->splitPointsSize; // Local copy
1486                   sp = size ? &Threads[i]->splitPoints[size - 1] : NULL;
1487
1488                   if (   sp
1489                       && sp->allSlavesSearching
1490                       && available_to(Threads[i]))
1491                   {
1492                       // Recheck the conditions under lock protection
1493                       Threads.mutex.lock();
1494                       sp->mutex.lock();
1495
1496                       if (   sp->allSlavesSearching
1497                           && available_to(Threads[i]))
1498                       {
1499                            sp->slavesMask.set(idx);
1500                            activeSplitPoint = sp;
1501                            searching = true;
1502                       }
1503
1504                       sp->mutex.unlock();
1505                       Threads.mutex.unlock();
1506
1507                       break; // Just a single attempt
1508                   }
1509               }
1510       }
1511
1512       // Grab the lock to avoid races with Thread::notify_one()
1513       mutex.lock();
1514
1515       // If we are master and all slaves have finished then exit idle_loop
1516       if (this_sp && this_sp->slavesMask.none())
1517       {
1518           assert(!searching);
1519           mutex.unlock();
1520           break;
1521       }
1522
1523       // If we are not searching, wait for a condition to be signaled instead of
1524       // wasting CPU time polling for work.
1525       if (!searching && !exit)
1526           sleepCondition.wait(mutex);
1527
1528       mutex.unlock();
1529   }
1530 }
1531
1532
1533 /// check_time() is called by the timer thread when the timer triggers. It is
1534 /// used to print debug info and, more importantly, to detect when we are out of
1535 /// available time and thus stop the search.
1536
1537 void check_time() {
1538
1539   static Time::point lastInfoTime = Time::now();
1540   Time::point elapsed = Time::now() - SearchTime;
1541
1542   if (Time::now() - lastInfoTime >= 1000)
1543   {
1544       lastInfoTime = Time::now();
1545       dbg_print();
1546   }
1547
1548   if (Limits.use_time_management() && !Limits.ponder)
1549   {
1550       bool stillAtFirstMove =    Signals.firstRootMove
1551                              && !Signals.failedLowAtRoot
1552                              &&  elapsed > TimeMgr.available_time() * 75 / 100;
1553
1554       if (   stillAtFirstMove
1555           || elapsed > TimeMgr.maximum_time() - 2 * TimerThread::Resolution)
1556           Signals.stop = true;
1557   }
1558   else if (Limits.movetime && elapsed >= Limits.movetime)
1559       Signals.stop = true;
1560
1561   else if (Limits.nodes)
1562   {
1563       Threads.mutex.lock();
1564
1565       int64_t nodes = RootPos.nodes_searched();
1566
1567       // Loop across all split points and sum accumulated SplitPoint nodes plus
1568       // all the currently active positions nodes.
1569       for (size_t i = 0; i < Threads.size(); ++i)
1570           for (int j = 0; j < Threads[i]->splitPointsSize; ++j)
1571           {
1572               SplitPoint& sp = Threads[i]->splitPoints[j];
1573
1574               sp.mutex.lock();
1575
1576               nodes += sp.nodes;
1577
1578               for (size_t idx = 0; idx < Threads.size(); ++idx)
1579                   if (sp.slavesMask.test(idx) && Threads[idx]->activePosition)
1580                       nodes += Threads[idx]->activePosition->nodes_searched();
1581
1582               sp.mutex.unlock();
1583           }
1584
1585       Threads.mutex.unlock();
1586
1587       if (nodes >= Limits.nodes)
1588           Signals.stop = true;
1589   }
1590 }