Always have counterMoves associated
[stockfish] / src / search.cpp
1 /*
2   Stockfish, a UCI chess playing engine derived from Glaurung 2.1
3   Copyright (C) 2004-2008 Tord Romstad (Glaurung author)
4   Copyright (C) 2008-2015 Marco Costalba, Joona Kiiski, Tord Romstad
5   Copyright (C) 2015-2017 Marco Costalba, Joona Kiiski, Gary Linscott, Tord Romstad
6
7   Stockfish is free software: you can redistribute it and/or modify
8   it under the terms of the GNU General Public License as published by
9   the Free Software Foundation, either version 3 of the License, or
10   (at your option) any later version.
11
12   Stockfish is distributed in the hope that it will be useful,
13   but WITHOUT ANY WARRANTY; without even the implied warranty of
14   MERCHANTABILITY or FITNESS FOR A PARTICULAR PURPOSE.  See the
15   GNU General Public License for more details.
16
17   You should have received a copy of the GNU General Public License
18   along with this program.  If not, see <http://www.gnu.org/licenses/>.
19 */
20
21 #include <algorithm>
22 #include <cassert>
23 #include <cmath>
24 #include <cstring>   // For std::memset
25 #include <iostream>
26 #include <sstream>
27
28 #include "evaluate.h"
29 #include "misc.h"
30 #include "movegen.h"
31 #include "movepick.h"
32 #include "position.h"
33 #include "search.h"
34 #include "timeman.h"
35 #include "thread.h"
36 #include "tt.h"
37 #include "uci.h"
38 #include "syzygy/tbprobe.h"
39
40 namespace Search {
41
42   SignalsType Signals;
43   LimitsType Limits;
44 }
45
46 namespace Tablebases {
47
48   int Cardinality;
49   bool RootInTB;
50   bool UseRule50;
51   Depth ProbeDepth;
52   Value Score;
53 }
54
55 namespace TB = Tablebases;
56
57 using std::string;
58 using Eval::evaluate;
59 using namespace Search;
60
61 namespace {
62
63   // Different node types, used as a template parameter
64   enum NodeType { NonPV, PV };
65
66   // Razoring and futility margin based on depth
67   const int razor_margin[4] = { 483, 570, 603, 554 };
68   Value futility_margin(Depth d) { return Value(150 * d / ONE_PLY); }
69
70   // Futility and reductions lookup tables, initialized at startup
71   int FutilityMoveCounts[2][16]; // [improving][depth]
72   int Reductions[2][2][64][64];  // [pv][improving][depth][moveNumber]
73
74   template <bool PvNode> Depth reduction(bool i, Depth d, int mn) {
75     return Reductions[PvNode][i][std::min(d / ONE_PLY, 63)][std::min(mn, 63)] * ONE_PLY;
76   }
77
78   // History and stats update bonus, based on depth
79   Value stat_bonus(Depth depth) {
80     int d = depth / ONE_PLY ;
81     return Value(d * d + 2 * d - 2);
82   }
83
84   // Skill structure is used to implement strength limit
85   struct Skill {
86     Skill(int l) : level(l) {}
87     bool enabled() const { return level < 20; }
88     bool time_to_pick(Depth depth) const { return depth / ONE_PLY == 1 + level; }
89     Move best_move(size_t multiPV) { return best ? best : pick_best(multiPV); }
90     Move pick_best(size_t multiPV);
91
92     int level;
93     Move best = MOVE_NONE;
94   };
95
96   // EasyMoveManager structure is used to detect an 'easy move'. When the PV is
97   // stable across multiple search iterations, we can quickly return the best move.
98   struct EasyMoveManager {
99
100     void clear() {
101       stableCnt = 0;
102       expectedPosKey = 0;
103       pv[0] = pv[1] = pv[2] = MOVE_NONE;
104     }
105
106     Move get(Key key) const {
107       return expectedPosKey == key ? pv[2] : MOVE_NONE;
108     }
109
110     void update(Position& pos, const std::vector<Move>& newPv) {
111
112       assert(newPv.size() >= 3);
113
114       // Keep track of how many times in a row the 3rd ply remains stable
115       stableCnt = (newPv[2] == pv[2]) ? stableCnt + 1 : 0;
116
117       if (!std::equal(newPv.begin(), newPv.begin() + 3, pv))
118       {
119           std::copy(newPv.begin(), newPv.begin() + 3, pv);
120
121           StateInfo st[2];
122           pos.do_move(newPv[0], st[0]);
123           pos.do_move(newPv[1], st[1]);
124           expectedPosKey = pos.key();
125           pos.undo_move(newPv[1]);
126           pos.undo_move(newPv[0]);
127       }
128     }
129
130     int stableCnt;
131     Key expectedPosKey;
132     Move pv[3];
133   };
134
135   EasyMoveManager EasyMove;
136   Value DrawValue[COLOR_NB];
137
138   template <NodeType NT>
139   Value search(Position& pos, Stack* ss, Value alpha, Value beta, Depth depth, bool cutNode, bool skipEarlyPruning);
140
141   template <NodeType NT, bool InCheck>
142   Value qsearch(Position& pos, Stack* ss, Value alpha, Value beta, Depth depth = DEPTH_ZERO);
143
144   Value value_to_tt(Value v, int ply);
145   Value value_from_tt(Value v, int ply);
146   void update_pv(Move* pv, Move move, Move* childPv);
147   void update_cm_stats(Stack* ss, Piece pc, Square s, Value bonus);
148   void update_stats(const Position& pos, Stack* ss, Move move, Move* quiets, int quietsCnt, Value bonus);
149   void check_time();
150
151 } // namespace
152
153
154 /// Search::init() is called during startup to initialize various lookup tables
155
156 void Search::init() {
157
158   for (int imp = 0; imp <= 1; ++imp)
159       for (int d = 1; d < 64; ++d)
160           for (int mc = 1; mc < 64; ++mc)
161           {
162               double r = log(d) * log(mc) / 2;
163
164               Reductions[NonPV][imp][d][mc] = int(std::round(r));
165               Reductions[PV][imp][d][mc] = std::max(Reductions[NonPV][imp][d][mc] - 1, 0);
166
167               // Increase reduction for non-PV nodes when eval is not improving
168               if (!imp && Reductions[NonPV][imp][d][mc] >= 2)
169                 Reductions[NonPV][imp][d][mc]++;
170           }
171
172   for (int d = 0; d < 16; ++d)
173   {
174       FutilityMoveCounts[0][d] = int(2.4 + 0.773 * pow(d + 0.00, 1.8));
175       FutilityMoveCounts[1][d] = int(2.9 + 1.045 * pow(d + 0.49, 1.8));
176   }
177 }
178
179
180 /// Search::clear() resets search state to zero, to obtain reproducible results
181
182 void Search::clear() {
183
184   TT.clear();
185
186   for (Thread* th : Threads)
187   {
188       th->counterMoves.clear();
189       th->history.clear();
190       th->counterMoveHistory.clear();
191       th->resetCalls = true;
192   }
193
194   Threads.main()->previousScore = VALUE_INFINITE;
195 }
196
197
198 /// Search::perft() is our utility to verify move generation. All the leaf nodes
199 /// up to the given depth are generated and counted, and the sum is returned.
200 template<bool Root>
201 uint64_t Search::perft(Position& pos, Depth depth) {
202
203   StateInfo st;
204   uint64_t cnt, nodes = 0;
205   const bool leaf = (depth == 2 * ONE_PLY);
206
207   for (const auto& m : MoveList<LEGAL>(pos))
208   {
209       if (Root && depth <= ONE_PLY)
210           cnt = 1, nodes++;
211       else
212       {
213           pos.do_move(m, st);
214           cnt = leaf ? MoveList<LEGAL>(pos).size() : perft<false>(pos, depth - ONE_PLY);
215           nodes += cnt;
216           pos.undo_move(m);
217       }
218       if (Root)
219           sync_cout << UCI::move(m, pos.is_chess960()) << ": " << cnt << sync_endl;
220   }
221   return nodes;
222 }
223
224 template uint64_t Search::perft<true>(Position&, Depth);
225
226
227 /// MainThread::search() is called by the main thread when the program receives
228 /// the UCI 'go' command. It searches from the root position and outputs the "bestmove".
229
230 void MainThread::search() {
231
232   Color us = rootPos.side_to_move();
233   Time.init(Limits, us, rootPos.game_ply());
234
235   int contempt = Options["Contempt"] * PawnValueEg / 100; // From centipawns
236   DrawValue[ us] = VALUE_DRAW - Value(contempt);
237   DrawValue[~us] = VALUE_DRAW + Value(contempt);
238
239   if (rootMoves.empty())
240   {
241       rootMoves.push_back(RootMove(MOVE_NONE));
242       sync_cout << "info depth 0 score "
243                 << UCI::value(rootPos.checkers() ? -VALUE_MATE : VALUE_DRAW)
244                 << sync_endl;
245   }
246   else
247   {
248       for (Thread* th : Threads)
249           if (th != this)
250               th->start_searching();
251
252       Thread::search(); // Let's start searching!
253   }
254
255   // When playing in 'nodes as time' mode, subtract the searched nodes from
256   // the available ones before exiting.
257   if (Limits.npmsec)
258       Time.availableNodes += Limits.inc[us] - Threads.nodes_searched();
259
260   // When we reach the maximum depth, we can arrive here without a raise of
261   // Signals.stop. However, if we are pondering or in an infinite search,
262   // the UCI protocol states that we shouldn't print the best move before the
263   // GUI sends a "stop" or "ponderhit" command. We therefore simply wait here
264   // until the GUI sends one of those commands (which also raises Signals.stop).
265   if (!Signals.stop && (Limits.ponder || Limits.infinite))
266   {
267       Signals.stopOnPonderhit = true;
268       wait(Signals.stop);
269   }
270
271   // Stop the threads if not already stopped
272   Signals.stop = true;
273
274   // Wait until all threads have finished
275   for (Thread* th : Threads)
276       if (th != this)
277           th->wait_for_search_finished();
278
279   // Check if there are threads with a better score than main thread
280   Thread* bestThread = this;
281   if (   !this->easyMovePlayed
282       &&  Options["MultiPV"] == 1
283       && !Limits.depth
284       && !Skill(Options["Skill Level"]).enabled()
285       &&  rootMoves[0].pv[0] != MOVE_NONE)
286   {
287       for (Thread* th : Threads)
288       {
289           Depth depthDiff = th->completedDepth - bestThread->completedDepth;
290           Value scoreDiff = th->rootMoves[0].score - bestThread->rootMoves[0].score;
291
292           if (scoreDiff > 0 && depthDiff >= 0)
293               bestThread = th;
294       }
295   }
296
297   previousScore = bestThread->rootMoves[0].score;
298
299   // Send new PV when needed
300   if (bestThread != this)
301       sync_cout << UCI::pv(bestThread->rootPos, bestThread->completedDepth, -VALUE_INFINITE, VALUE_INFINITE) << sync_endl;
302
303   sync_cout << "bestmove " << UCI::move(bestThread->rootMoves[0].pv[0], rootPos.is_chess960());
304
305   if (bestThread->rootMoves[0].pv.size() > 1 || bestThread->rootMoves[0].extract_ponder_from_tt(rootPos))
306       std::cout << " ponder " << UCI::move(bestThread->rootMoves[0].pv[1], rootPos.is_chess960());
307
308   std::cout << sync_endl;
309 }
310
311 // Sizes and phases of the skip-blocks, used for distributing search depths across the threads.
312 static int skipsize[20] = {1, 1, 2, 2, 2, 2, 3, 3, 3, 3, 3, 3, 4, 4, 4, 4, 4, 4, 4, 4};
313 static int phase   [20] = {0, 1, 0, 1, 2, 3, 0, 1, 2, 3, 4, 5, 0, 1, 2, 3, 4, 5, 6, 7};
314
315 // Thread::search() is the main iterative deepening loop. It calls search()
316 // repeatedly with increasing depth until the allocated thinking time has been
317 // consumed, the user stops the search, or the maximum search depth is reached.
318
319 void Thread::search() {
320
321   Stack stack[MAX_PLY+7], *ss = stack+4; // To allow referencing (ss-4) and (ss+2)
322   Value bestValue, alpha, beta, delta;
323   Move easyMove = MOVE_NONE;
324   MainThread* mainThread = (this == Threads.main() ? Threads.main() : nullptr);
325
326   std::memset(ss-4, 0, 7 * sizeof(Stack));
327   for(int i = -4; i < 0; i++) 
328      (ss+i)->counterMoves = &this->counterMoveHistory[NO_PIECE][0]; // use as sentinel.
329
330   bestValue = delta = alpha = -VALUE_INFINITE;
331   beta = VALUE_INFINITE;
332   completedDepth = DEPTH_ZERO;
333
334   if (mainThread)
335   {
336       easyMove = EasyMove.get(rootPos.key());
337       EasyMove.clear();
338       mainThread->easyMovePlayed = mainThread->failedLow = false;
339       mainThread->bestMoveChanges = 0;
340       TT.new_search();
341   }
342
343   size_t multiPV = Options["MultiPV"];
344   Skill skill(Options["Skill Level"]);
345
346   // When playing with strength handicap enable MultiPV search that we will
347   // use behind the scenes to retrieve a set of possible moves.
348   if (skill.enabled())
349       multiPV = std::max(multiPV, (size_t)4);
350
351   multiPV = std::min(multiPV, rootMoves.size());
352
353   int hIdx = (idx - 1) % 20; // helper index, cycle after 20 threads
354
355   // Iterative deepening loop until requested to stop or the target depth is reached
356   while (   (rootDepth += ONE_PLY) < DEPTH_MAX
357          && !Signals.stop
358          && (!Limits.depth || Threads.main()->rootDepth / ONE_PLY <= Limits.depth))
359   {
360       // skip half of the plies in blocks depending on game ply and helper index.
361       if (idx && ((rootDepth / ONE_PLY + rootPos.game_ply() + phase[hIdx]) / skipsize[hIdx]) % 2)
362           continue;
363
364       // Age out PV variability metric
365       if (mainThread)
366           mainThread->bestMoveChanges *= 0.505, mainThread->failedLow = false;
367
368       // Save the last iteration's scores before first PV line is searched and
369       // all the move scores except the (new) PV are set to -VALUE_INFINITE.
370       for (RootMove& rm : rootMoves)
371           rm.previousScore = rm.score;
372
373       // MultiPV loop. We perform a full root search for each PV line
374       for (PVIdx = 0; PVIdx < multiPV && !Signals.stop; ++PVIdx)
375       {
376           // Reset aspiration window starting size
377           if (rootDepth >= 5 * ONE_PLY)
378           {
379               delta = Value(18);
380               alpha = std::max(rootMoves[PVIdx].previousScore - delta,-VALUE_INFINITE);
381               beta  = std::min(rootMoves[PVIdx].previousScore + delta, VALUE_INFINITE);
382           }
383
384           // Start with a small aspiration window and, in the case of a fail
385           // high/low, re-search with a bigger window until we're not failing
386           // high/low anymore.
387           while (true)
388           {
389               bestValue = ::search<PV>(rootPos, ss, alpha, beta, rootDepth, false, false);
390
391               // Bring the best move to the front. It is critical that sorting
392               // is done with a stable algorithm because all the values but the
393               // first and eventually the new best one are set to -VALUE_INFINITE
394               // and we want to keep the same order for all the moves except the
395               // new PV that goes to the front. Note that in case of MultiPV
396               // search the already searched PV lines are preserved.
397               std::stable_sort(rootMoves.begin() + PVIdx, rootMoves.end());
398
399               // If search has been stopped, we break immediately. Sorting and
400               // writing PV back to TT is safe because RootMoves is still
401               // valid, although it refers to the previous iteration.
402               if (Signals.stop)
403                   break;
404
405               // When failing high/low give some update (without cluttering
406               // the UI) before a re-search.
407               if (   mainThread
408                   && multiPV == 1
409                   && (bestValue <= alpha || bestValue >= beta)
410                   && Time.elapsed() > 3000)
411                   sync_cout << UCI::pv(rootPos, rootDepth, alpha, beta) << sync_endl;
412
413               // In case of failing low/high increase aspiration window and
414               // re-search, otherwise exit the loop.
415               if (bestValue <= alpha)
416               {
417                   beta = (alpha + beta) / 2;
418                   alpha = std::max(bestValue - delta, -VALUE_INFINITE);
419
420                   if (mainThread)
421                   {
422                       mainThread->failedLow = true;
423                       Signals.stopOnPonderhit = false;
424                   }
425               }
426               else if (bestValue >= beta)
427               {
428                   alpha = (alpha + beta) / 2;
429                   beta = std::min(bestValue + delta, VALUE_INFINITE);
430               }
431               else
432                   break;
433
434               delta += delta / 4 + 5;
435
436               assert(alpha >= -VALUE_INFINITE && beta <= VALUE_INFINITE);
437           }
438
439           // Sort the PV lines searched so far and update the GUI
440           std::stable_sort(rootMoves.begin(), rootMoves.begin() + PVIdx + 1);
441
442           if (!mainThread)
443               continue;
444
445           if (Signals.stop || PVIdx + 1 == multiPV || Time.elapsed() > 3000)
446               sync_cout << UCI::pv(rootPos, rootDepth, alpha, beta) << sync_endl;
447       }
448
449       if (!Signals.stop)
450           completedDepth = rootDepth;
451
452       if (!mainThread)
453           continue;
454
455       // If skill level is enabled and time is up, pick a sub-optimal best move
456       if (skill.enabled() && skill.time_to_pick(rootDepth))
457           skill.pick_best(multiPV);
458
459       // Have we found a "mate in x"?
460       if (   Limits.mate
461           && bestValue >= VALUE_MATE_IN_MAX_PLY
462           && VALUE_MATE - bestValue <= 2 * Limits.mate)
463           Signals.stop = true;
464
465       // Do we have time for the next iteration? Can we stop searching now?
466       if (Limits.use_time_management())
467       {
468           if (!Signals.stop && !Signals.stopOnPonderhit)
469           {
470               // Stop the search if only one legal move is available, or if all
471               // of the available time has been used, or if we matched an easyMove
472               // from the previous search and just did a fast verification.
473               const int F[] = { mainThread->failedLow,
474                                 bestValue - mainThread->previousScore };
475
476               int improvingFactor = std::max(229, std::min(715, 357 + 119 * F[0] - 6 * F[1]));
477               double unstablePvFactor = 1 + mainThread->bestMoveChanges;
478
479               bool doEasyMove =   rootMoves[0].pv[0] == easyMove
480                                && mainThread->bestMoveChanges < 0.03
481                                && Time.elapsed() > Time.optimum() * 5 / 44;
482
483               if (   rootMoves.size() == 1
484                   || Time.elapsed() > Time.optimum() * unstablePvFactor * improvingFactor / 628
485                   || (mainThread->easyMovePlayed = doEasyMove, doEasyMove))
486               {
487                   // If we are allowed to ponder do not stop the search now but
488                   // keep pondering until the GUI sends "ponderhit" or "stop".
489                   if (Limits.ponder)
490                       Signals.stopOnPonderhit = true;
491                   else
492                       Signals.stop = true;
493               }
494           }
495
496           if (rootMoves[0].pv.size() >= 3)
497               EasyMove.update(rootPos, rootMoves[0].pv);
498           else
499               EasyMove.clear();
500       }
501   }
502
503   if (!mainThread)
504       return;
505
506   // Clear any candidate easy move that wasn't stable for the last search
507   // iterations; the second condition prevents consecutive fast moves.
508   if (EasyMove.stableCnt < 6 || mainThread->easyMovePlayed)
509       EasyMove.clear();
510
511   // If skill level is enabled, swap best PV line with the sub-optimal one
512   if (skill.enabled())
513       std::swap(rootMoves[0], *std::find(rootMoves.begin(),
514                 rootMoves.end(), skill.best_move(multiPV)));
515 }
516
517
518 namespace {
519
520   // search<>() is the main search function for both PV and non-PV nodes
521
522   template <NodeType NT>
523   Value search(Position& pos, Stack* ss, Value alpha, Value beta, Depth depth, bool cutNode, bool skipEarlyPruning) {
524
525     const bool PvNode = NT == PV;
526     const bool rootNode = PvNode && (ss-1)->ply == 0;
527
528     assert(-VALUE_INFINITE <= alpha && alpha < beta && beta <= VALUE_INFINITE);
529     assert(PvNode || (alpha == beta - 1));
530     assert(DEPTH_ZERO < depth && depth < DEPTH_MAX);
531     assert(!(PvNode && cutNode));
532     assert(depth / ONE_PLY * ONE_PLY == depth);
533
534     Move pv[MAX_PLY+1], quietsSearched[64];
535     StateInfo st;
536     TTEntry* tte;
537     Key posKey;
538     Move ttMove, move, excludedMove, bestMove;
539     Depth extension, newDepth;
540     Value bestValue, value, ttValue, eval;
541     bool ttHit, inCheck, givesCheck, singularExtensionNode, improving;
542     bool captureOrPromotion, doFullDepthSearch, moveCountPruning;
543     Piece moved_piece;
544     int moveCount, quietCount;
545
546     // Step 1. Initialize node
547     Thread* thisThread = pos.this_thread();
548     inCheck = pos.checkers();
549     moveCount = quietCount =  ss->moveCount = 0;
550     ss->history = VALUE_ZERO;
551     bestValue = -VALUE_INFINITE;
552     ss->ply = (ss-1)->ply + 1;
553
554     // Check for the available remaining time
555     if (thisThread->resetCalls.load(std::memory_order_relaxed))
556     {
557         thisThread->resetCalls = false;
558         // At low node count increase the checking rate to about 0.1% of nodes
559         // otherwise use a default value.
560         thisThread->callsCnt = Limits.nodes ? std::min((int64_t)4096, Limits.nodes / 1024)
561                                             : 4096;
562     }
563
564     if (--thisThread->callsCnt <= 0)
565     {
566         for (Thread* th : Threads)
567             th->resetCalls = true;
568
569         check_time();
570     }
571
572     // Used to send selDepth info to GUI
573     if (PvNode && thisThread->maxPly < ss->ply)
574         thisThread->maxPly = ss->ply;
575
576     if (!rootNode)
577     {
578         // Step 2. Check for aborted search and immediate draw
579         if (Signals.stop.load(std::memory_order_relaxed) || pos.is_draw(ss->ply) || ss->ply >= MAX_PLY)
580             return ss->ply >= MAX_PLY && !inCheck ? evaluate(pos)
581                                                   : DrawValue[pos.side_to_move()];
582
583         // Step 3. Mate distance pruning. Even if we mate at the next move our score
584         // would be at best mate_in(ss->ply+1), but if alpha is already bigger because
585         // a shorter mate was found upward in the tree then there is no need to search
586         // because we will never beat the current alpha. Same logic but with reversed
587         // signs applies also in the opposite condition of being mated instead of giving
588         // mate. In this case return a fail-high score.
589         alpha = std::max(mated_in(ss->ply), alpha);
590         beta = std::min(mate_in(ss->ply+1), beta);
591         if (alpha >= beta)
592             return alpha;
593     }
594
595     assert(0 <= ss->ply && ss->ply < MAX_PLY);
596
597     ss->currentMove = (ss+1)->excludedMove = bestMove = MOVE_NONE;
598     ss->counterMoves = &thisThread->counterMoveHistory[NO_PIECE][0];
599     (ss+2)->killers[0] = (ss+2)->killers[1] = MOVE_NONE;
600     Square prevSq = to_sq((ss-1)->currentMove);
601
602     // Step 4. Transposition table lookup. We don't want the score of a partial
603     // search to overwrite a previous full search TT value, so we use a different
604     // position key in case of an excluded move.
605     excludedMove = ss->excludedMove;
606     posKey = pos.key() ^ Key(excludedMove);
607     tte = TT.probe(posKey, ttHit);
608     ttValue = ttHit ? value_from_tt(tte->value(), ss->ply) : VALUE_NONE;
609     ttMove =  rootNode ? thisThread->rootMoves[thisThread->PVIdx].pv[0]
610             : ttHit    ? tte->move() : MOVE_NONE;
611
612     // At non-PV nodes we check for an early TT cutoff
613     if (  !PvNode
614         && ttHit
615         && tte->depth() >= depth
616         && ttValue != VALUE_NONE // Possible in case of TT access race
617         && (ttValue >= beta ? (tte->bound() & BOUND_LOWER)
618                             : (tte->bound() & BOUND_UPPER)))
619     {
620         // If ttMove is quiet, update move sorting heuristics on TT hit
621         if (ttMove)
622         {
623             if (ttValue >= beta)
624             {
625                 if (!pos.capture_or_promotion(ttMove))
626                     update_stats(pos, ss, ttMove, nullptr, 0, stat_bonus(depth));
627
628                 // Extra penalty for a quiet TT move in previous ply when it gets refuted
629                 if ((ss-1)->moveCount == 1 && !pos.captured_piece())
630                     update_cm_stats(ss-1, pos.piece_on(prevSq), prevSq, -stat_bonus(depth + ONE_PLY));
631             }
632             // Penalty for a quiet ttMove that fails low
633             else if (!pos.capture_or_promotion(ttMove))
634             {
635                 Value penalty = -stat_bonus(depth + ONE_PLY);
636                 thisThread->history.update(pos.side_to_move(), ttMove, penalty);
637                 update_cm_stats(ss, pos.moved_piece(ttMove), to_sq(ttMove), penalty);
638             }
639         }
640         return ttValue;
641     }
642
643     // Step 4a. Tablebase probe
644     if (!rootNode && TB::Cardinality)
645     {
646         int piecesCount = pos.count<ALL_PIECES>(WHITE) + pos.count<ALL_PIECES>(BLACK);
647
648         if (    piecesCount <= TB::Cardinality
649             && (piecesCount <  TB::Cardinality || depth >= TB::ProbeDepth)
650             &&  pos.rule50_count() == 0
651             && !pos.can_castle(ANY_CASTLING))
652         {
653             TB::ProbeState err;
654             TB::WDLScore v = Tablebases::probe_wdl(pos, &err);
655
656             if (err != TB::ProbeState::FAIL)
657             {
658                 thisThread->tbHits++;
659
660                 int drawScore = TB::UseRule50 ? 1 : 0;
661
662                 value =  v < -drawScore ? -VALUE_MATE + MAX_PLY + ss->ply
663                        : v >  drawScore ?  VALUE_MATE - MAX_PLY - ss->ply
664                                         :  VALUE_DRAW + 2 * v * drawScore;
665
666                 tte->save(posKey, value_to_tt(value, ss->ply), BOUND_EXACT,
667                           std::min(DEPTH_MAX - ONE_PLY, depth + 6 * ONE_PLY),
668                           MOVE_NONE, VALUE_NONE, TT.generation());
669
670                 return value;
671             }
672         }
673     }
674
675     // Step 5. Evaluate the position statically
676     if (inCheck)
677     {
678         ss->staticEval = eval = VALUE_NONE;
679         goto moves_loop;
680     }
681
682     else if (ttHit)
683     {
684         // Never assume anything on values stored in TT
685         if ((ss->staticEval = eval = tte->eval()) == VALUE_NONE)
686             eval = ss->staticEval = evaluate(pos);
687
688         // Can ttValue be used as a better position evaluation?
689         if (ttValue != VALUE_NONE)
690             if (tte->bound() & (ttValue > eval ? BOUND_LOWER : BOUND_UPPER))
691                 eval = ttValue;
692     }
693     else
694     {
695         eval = ss->staticEval =
696         (ss-1)->currentMove != MOVE_NULL ? evaluate(pos)
697                                          : -(ss-1)->staticEval + 2 * Eval::Tempo;
698
699         tte->save(posKey, VALUE_NONE, BOUND_NONE, DEPTH_NONE, MOVE_NONE,
700                   ss->staticEval, TT.generation());
701     }
702
703     if (skipEarlyPruning)
704         goto moves_loop;
705
706     // Step 6. Razoring (skipped when in check)
707     if (   !PvNode
708         &&  depth < 4 * ONE_PLY
709         &&  eval + razor_margin[depth / ONE_PLY] <= alpha)
710     {
711         if (depth <= ONE_PLY)
712             return qsearch<NonPV, false>(pos, ss, alpha, alpha+1);
713
714         Value ralpha = alpha - razor_margin[depth / ONE_PLY];
715         Value v = qsearch<NonPV, false>(pos, ss, ralpha, ralpha+1);
716         if (v <= ralpha)
717             return v;
718     }
719
720     // Step 7. Futility pruning: child node (skipped when in check)
721     if (   !rootNode
722         &&  depth < 7 * ONE_PLY
723         &&  eval - futility_margin(depth) >= beta
724         &&  eval < VALUE_KNOWN_WIN  // Do not return unproven wins
725         &&  pos.non_pawn_material(pos.side_to_move()))
726         return eval;
727
728     // Step 8. Null move search with verification search (is omitted in PV nodes)
729     if (   !PvNode
730         &&  eval >= beta
731         && (ss->staticEval >= beta - 35 * (depth / ONE_PLY - 6) || depth >= 13 * ONE_PLY)
732         &&  pos.non_pawn_material(pos.side_to_move()))
733     {
734
735         assert(eval - beta >= 0);
736
737         // Null move dynamic reduction based on depth and value
738         Depth R = ((823 + 67 * depth / ONE_PLY) / 256 + std::min((eval - beta) / PawnValueMg, 3)) * ONE_PLY;
739
740         ss->currentMove = MOVE_NULL;
741         ss->counterMoves = &thisThread->counterMoveHistory[NO_PIECE][0];
742
743         pos.do_null_move(st);
744         Value nullValue = depth-R < ONE_PLY ? -qsearch<NonPV, false>(pos, ss+1, -beta, -beta+1)
745                                             : - search<NonPV>(pos, ss+1, -beta, -beta+1, depth-R, !cutNode, true);
746         pos.undo_null_move();
747
748         if (nullValue >= beta)
749         {
750             // Do not return unproven mate scores
751             if (nullValue >= VALUE_MATE_IN_MAX_PLY)
752                 nullValue = beta;
753
754             if (depth < 12 * ONE_PLY && abs(beta) < VALUE_KNOWN_WIN)
755                 return nullValue;
756
757             // Do verification search at high depths
758             Value v = depth-R < ONE_PLY ? qsearch<NonPV, false>(pos, ss, beta-1, beta)
759                                         :  search<NonPV>(pos, ss, beta-1, beta, depth-R, false, true);
760
761             if (v >= beta)
762                 return nullValue;
763         }
764     }
765
766     // Step 9. ProbCut (skipped when in check)
767     // If we have a good enough capture and a reduced search returns a value
768     // much above beta, we can (almost) safely prune the previous move.
769     if (   !PvNode
770         &&  depth >= 5 * ONE_PLY
771         &&  abs(beta) < VALUE_MATE_IN_MAX_PLY)
772     {
773         Value rbeta = std::min(beta + 200, VALUE_INFINITE);
774         Depth rdepth = depth - 4 * ONE_PLY;
775
776         assert(rdepth >= ONE_PLY);
777         assert(is_ok((ss-1)->currentMove));
778
779         MovePicker mp(pos, ttMove, rbeta - ss->staticEval);
780
781         while ((move = mp.next_move()) != MOVE_NONE)
782             if (pos.legal(move))
783             {
784                 ss->currentMove = move;
785                 ss->counterMoves = &thisThread->counterMoveHistory[pos.moved_piece(move)][to_sq(move)];
786
787                 pos.do_move(move, st);
788                 value = -search<NonPV>(pos, ss+1, -rbeta, -rbeta+1, rdepth, !cutNode, false);
789                 pos.undo_move(move);
790                 if (value >= rbeta)
791                     return value;
792             }
793     }
794
795     // Step 10. Internal iterative deepening (skipped when in check)
796     if (    depth >= 6 * ONE_PLY
797         && !ttMove
798         && (PvNode || ss->staticEval + 256 >= beta))
799     {
800         Depth d = (3 * depth / (4 * ONE_PLY) - 2) * ONE_PLY;
801         search<NT>(pos, ss, alpha, beta, d, cutNode, true);
802
803         tte = TT.probe(posKey, ttHit);
804         ttMove = ttHit ? tte->move() : MOVE_NONE;
805     }
806
807 moves_loop: // When in check search starts from here
808
809     const CounterMoveStats* cmh  = (ss-1)->counterMoves;
810     const CounterMoveStats* fmh  = (ss-2)->counterMoves;
811     const CounterMoveStats* fmh2 = (ss-4)->counterMoves;
812     const bool cm_ok = is_ok((ss-1)->currentMove);
813     const bool fm_ok = is_ok((ss-2)->currentMove);
814     const bool fm2_ok = is_ok((ss-4)->currentMove);
815
816     MovePicker mp(pos, ttMove, depth, ss);
817     value = bestValue; // Workaround a bogus 'uninitialized' warning under gcc
818     improving =   ss->staticEval >= (ss-2)->staticEval
819             /* || ss->staticEval == VALUE_NONE Already implicit in the previous condition */
820                ||(ss-2)->staticEval == VALUE_NONE;
821
822     singularExtensionNode =   !rootNode
823                            &&  depth >= 8 * ONE_PLY
824                            &&  ttMove != MOVE_NONE
825                            &&  ttValue != VALUE_NONE
826                            && !excludedMove // Recursive singular search is not allowed
827                            && (tte->bound() & BOUND_LOWER)
828                            &&  tte->depth() >= depth - 3 * ONE_PLY;
829
830     // Step 11. Loop through moves
831     // Loop through all pseudo-legal moves until no moves remain or a beta cutoff occurs
832     while ((move = mp.next_move()) != MOVE_NONE)
833     {
834       assert(is_ok(move));
835
836       if (move == excludedMove)
837           continue;
838
839       // At root obey the "searchmoves" option and skip moves not listed in Root
840       // Move List. As a consequence any illegal move is also skipped. In MultiPV
841       // mode we also skip PV moves which have been already searched.
842       if (rootNode && !std::count(thisThread->rootMoves.begin() + thisThread->PVIdx,
843                                   thisThread->rootMoves.end(), move))
844           continue;
845
846       ss->moveCount = ++moveCount;
847
848       if (rootNode && thisThread == Threads.main() && Time.elapsed() > 3000)
849           sync_cout << "info depth " << depth / ONE_PLY
850                     << " currmove " << UCI::move(move, pos.is_chess960())
851                     << " currmovenumber " << moveCount + thisThread->PVIdx << sync_endl;
852
853       if (PvNode)
854           (ss+1)->pv = nullptr;
855
856       extension = DEPTH_ZERO;
857       captureOrPromotion = pos.capture_or_promotion(move);
858       moved_piece = pos.moved_piece(move);
859
860       givesCheck =  type_of(move) == NORMAL && !pos.discovered_check_candidates()
861                   ? pos.check_squares(type_of(pos.piece_on(from_sq(move)))) & to_sq(move)
862                   : pos.gives_check(move);
863
864       moveCountPruning =   depth < 16 * ONE_PLY
865                         && moveCount >= FutilityMoveCounts[improving][depth / ONE_PLY];
866
867       // Step 12. Extensions
868       // Extend checks
869       if (    givesCheck
870           && !moveCountPruning
871           &&  pos.see_ge(move, VALUE_ZERO))
872           extension = ONE_PLY;
873
874       // Singular extension search. If all moves but one fail low on a search of
875       // (alpha-s, beta-s), and just one fails high on (alpha, beta), then that move
876       // is singular and should be extended. To verify this we do a reduced search
877       // on all the other moves but the ttMove and if the result is lower than
878       // ttValue minus a margin then we extend the ttMove.
879       if (    singularExtensionNode
880           &&  move == ttMove
881           && !extension
882           &&  pos.legal(move))
883       {
884           Value rBeta = std::max(ttValue - 2 * depth / ONE_PLY, -VALUE_MATE);
885           Depth d = (depth / (2 * ONE_PLY)) * ONE_PLY;
886           ss->excludedMove = move;
887           value = search<NonPV>(pos, ss, rBeta - 1, rBeta, d, cutNode, true);
888           ss->excludedMove = MOVE_NONE;
889
890           if (value < rBeta)
891               extension = ONE_PLY;
892       }
893
894       // Calculate new depth for this move
895       newDepth = depth - ONE_PLY + extension;
896
897       // Step 13. Pruning at shallow depth
898       if (  !rootNode
899           && bestValue > VALUE_MATED_IN_MAX_PLY)
900       {
901           if (   !captureOrPromotion
902               && !givesCheck
903               && (!pos.advanced_pawn_push(move) || pos.non_pawn_material(WHITE) + pos.non_pawn_material(BLACK) >= 5000))
904           {
905               // Move count based pruning
906               if (moveCountPruning)
907                   continue;
908
909               // Reduced depth of the next LMR search
910               int lmrDepth = std::max(newDepth - reduction<PvNode>(improving, depth, moveCount), DEPTH_ZERO) / ONE_PLY;
911
912               // Countermoves based pruning
913               if (   lmrDepth < 3
914                   && (((*cmh )[moved_piece][to_sq(move)] < VALUE_ZERO) || !cm_ok)
915                   && (((*fmh )[moved_piece][to_sq(move)] < VALUE_ZERO) || !fm_ok)
916                   && (((*fmh2)[moved_piece][to_sq(move)] < VALUE_ZERO) || !fm2_ok || (cm_ok && fm_ok)))
917                   continue;
918
919               // Futility pruning: parent node
920               if (   lmrDepth < 7
921                   && !inCheck
922                   && ss->staticEval + 256 + 200 * lmrDepth <= alpha)
923                   continue;
924
925               // Prune moves with negative SEE
926               if (   lmrDepth < 8
927                   && !pos.see_ge(move, Value(-35 * lmrDepth * lmrDepth)))
928                   continue;
929           }
930           else if (    depth < 7 * ONE_PLY
931                    && !extension
932                    && !pos.see_ge(move, -PawnValueEg * (depth / ONE_PLY)))
933                   continue;
934       }
935
936       // Speculative prefetch as early as possible
937       prefetch(TT.first_entry(pos.key_after(move)));
938
939       // Check for legality just before making the move
940       if (!rootNode && !pos.legal(move))
941       {
942           ss->moveCount = --moveCount;
943           continue;
944       }
945
946       // Update the current move (this must be done after singular extension search)
947       ss->currentMove = move;
948       ss->counterMoves = &thisThread->counterMoveHistory[moved_piece][to_sq(move)];
949
950       // Step 14. Make the move
951       pos.do_move(move, st, givesCheck);
952
953       // Step 15. Reduced depth search (LMR). If the move fails high it will be
954       // re-searched at full depth.
955       if (    depth >= 3 * ONE_PLY
956           &&  moveCount > 1
957           && (!captureOrPromotion || moveCountPruning))
958       {
959           Depth r = reduction<PvNode>(improving, depth, moveCount);
960
961           if (captureOrPromotion)
962               r -= r ? ONE_PLY : DEPTH_ZERO;
963           else
964           {
965               // Increase reduction for cut nodes
966               if (cutNode)
967                   r += 2 * ONE_PLY;
968
969               // Decrease reduction for moves that escape a capture. Filter out
970               // castling moves, because they are coded as "king captures rook" and
971               // hence break make_move().
972               else if (   type_of(move) == NORMAL
973                        && !pos.see_ge(make_move(to_sq(move), from_sq(move)),  VALUE_ZERO))
974                   r -= 2 * ONE_PLY;
975
976               ss->history =  (*cmh )[moved_piece][to_sq(move)]
977                            + (*fmh )[moved_piece][to_sq(move)]
978                            + (*fmh2)[moved_piece][to_sq(move)]
979                            + thisThread->history.get(~pos.side_to_move(), move)
980                            - 4000; // Correction factor
981
982               // Decrease/increase reduction by comparing opponent's stat score
983               if (ss->history > VALUE_ZERO && (ss-1)->history < VALUE_ZERO)
984                   r -= ONE_PLY;
985
986               else if (ss->history < VALUE_ZERO && (ss-1)->history > VALUE_ZERO)
987                   r += ONE_PLY;
988
989               // Decrease/increase reduction for moves with a good/bad history
990               r = std::max(DEPTH_ZERO, (r / ONE_PLY - ss->history / 20000) * ONE_PLY);
991           }
992
993           Depth d = std::max(newDepth - r, ONE_PLY);
994
995           value = -search<NonPV>(pos, ss+1, -(alpha+1), -alpha, d, true, false);
996
997           doFullDepthSearch = (value > alpha && d != newDepth);
998       }
999       else
1000           doFullDepthSearch = !PvNode || moveCount > 1;
1001
1002       // Step 16. Full depth search when LMR is skipped or fails high
1003       if (doFullDepthSearch)
1004           value = newDepth <   ONE_PLY ?
1005                             givesCheck ? -qsearch<NonPV,  true>(pos, ss+1, -(alpha+1), -alpha)
1006                                        : -qsearch<NonPV, false>(pos, ss+1, -(alpha+1), -alpha)
1007                                        : - search<NonPV>(pos, ss+1, -(alpha+1), -alpha, newDepth, !cutNode, false);
1008
1009       // For PV nodes only, do a full PV search on the first move or after a fail
1010       // high (in the latter case search only if value < beta), otherwise let the
1011       // parent node fail low with value <= alpha and try another move.
1012       if (PvNode && (moveCount == 1 || (value > alpha && (rootNode || value < beta))))
1013       {
1014           (ss+1)->pv = pv;
1015           (ss+1)->pv[0] = MOVE_NONE;
1016
1017           value = newDepth <   ONE_PLY ?
1018                             givesCheck ? -qsearch<PV,  true>(pos, ss+1, -beta, -alpha)
1019                                        : -qsearch<PV, false>(pos, ss+1, -beta, -alpha)
1020                                        : - search<PV>(pos, ss+1, -beta, -alpha, newDepth, false, false);
1021       }
1022
1023       // Step 17. Undo move
1024       pos.undo_move(move);
1025
1026       assert(value > -VALUE_INFINITE && value < VALUE_INFINITE);
1027
1028       // Step 18. Check for a new best move
1029       // Finished searching the move. If a stop occurred, the return value of
1030       // the search cannot be trusted, and we return immediately without
1031       // updating best move, PV and TT.
1032       if (Signals.stop.load(std::memory_order_relaxed))
1033           return VALUE_ZERO;
1034
1035       if (rootNode)
1036       {
1037           RootMove& rm = *std::find(thisThread->rootMoves.begin(),
1038                                     thisThread->rootMoves.end(), move);
1039
1040           // PV move or new best move ?
1041           if (moveCount == 1 || value > alpha)
1042           {
1043               rm.score = value;
1044               rm.pv.resize(1);
1045
1046               assert((ss+1)->pv);
1047
1048               for (Move* m = (ss+1)->pv; *m != MOVE_NONE; ++m)
1049                   rm.pv.push_back(*m);
1050
1051               // We record how often the best move has been changed in each
1052               // iteration. This information is used for time management: When
1053               // the best move changes frequently, we allocate some more time.
1054               if (moveCount > 1 && thisThread == Threads.main())
1055                   ++static_cast<MainThread*>(thisThread)->bestMoveChanges;
1056           }
1057           else
1058               // All other moves but the PV are set to the lowest value: this is
1059               // not a problem when sorting because the sort is stable and the
1060               // move position in the list is preserved - just the PV is pushed up.
1061               rm.score = -VALUE_INFINITE;
1062       }
1063
1064       if (value > bestValue)
1065       {
1066           bestValue = value;
1067
1068           if (value > alpha)
1069           {
1070               bestMove = move;
1071
1072               if (PvNode && !rootNode) // Update pv even in fail-high case
1073                   update_pv(ss->pv, move, (ss+1)->pv);
1074
1075               if (PvNode && value < beta) // Update alpha! Always alpha < beta
1076                   alpha = value;
1077               else
1078               {
1079                   assert(value >= beta); // Fail high
1080                   break;
1081               }
1082           }
1083       }
1084
1085       if (!captureOrPromotion && move != bestMove && quietCount < 64)
1086           quietsSearched[quietCount++] = move;
1087     }
1088
1089     // The following condition would detect a stop only after move loop has been
1090     // completed. But in this case bestValue is valid because we have fully
1091     // searched our subtree, and we can anyhow save the result in TT.
1092     /*
1093        if (Signals.stop)
1094         return VALUE_DRAW;
1095     */
1096
1097     // Step 20. Check for mate and stalemate
1098     // All legal moves have been searched and if there are no legal moves, it
1099     // must be a mate or a stalemate. If we are in a singular extension search then
1100     // return a fail low score.
1101
1102     assert(moveCount || !inCheck || excludedMove || !MoveList<LEGAL>(pos).size());
1103
1104     if (!moveCount)
1105         bestValue = excludedMove ? alpha
1106                    :     inCheck ? mated_in(ss->ply) : DrawValue[pos.side_to_move()];
1107     else if (bestMove)
1108     {
1109
1110         // Quiet best move: update move sorting heuristics
1111         if (!pos.capture_or_promotion(bestMove))
1112             update_stats(pos, ss, bestMove, quietsSearched, quietCount, stat_bonus(depth));
1113
1114         // Extra penalty for a quiet TT move in previous ply when it gets refuted
1115         if ((ss-1)->moveCount == 1 && !pos.captured_piece())
1116             update_cm_stats(ss-1, pos.piece_on(prevSq), prevSq, -stat_bonus(depth + ONE_PLY));
1117     }
1118     // Bonus for prior countermove that caused the fail low
1119     else if (    depth >= 3 * ONE_PLY
1120              && !pos.captured_piece()
1121              && cm_ok)
1122         update_cm_stats(ss-1, pos.piece_on(prevSq), prevSq, stat_bonus(depth));
1123
1124     tte->save(posKey, value_to_tt(bestValue, ss->ply),
1125               bestValue >= beta ? BOUND_LOWER :
1126               PvNode && bestMove ? BOUND_EXACT : BOUND_UPPER,
1127               depth, bestMove, ss->staticEval, TT.generation());
1128
1129     assert(bestValue > -VALUE_INFINITE && bestValue < VALUE_INFINITE);
1130
1131     return bestValue;
1132   }
1133
1134
1135   // qsearch() is the quiescence search function, which is called by the main
1136   // search function with depth zero, or recursively with depth less than ONE_PLY.
1137
1138   template <NodeType NT, bool InCheck>
1139   Value qsearch(Position& pos, Stack* ss, Value alpha, Value beta, Depth depth) {
1140
1141     const bool PvNode = NT == PV;
1142
1143     assert(InCheck == !!pos.checkers());
1144     assert(alpha >= -VALUE_INFINITE && alpha < beta && beta <= VALUE_INFINITE);
1145     assert(PvNode || (alpha == beta - 1));
1146     assert(depth <= DEPTH_ZERO);
1147     assert(depth / ONE_PLY * ONE_PLY == depth);
1148
1149     Move pv[MAX_PLY+1];
1150     StateInfo st;
1151     TTEntry* tte;
1152     Key posKey;
1153     Move ttMove, move, bestMove;
1154     Value bestValue, value, ttValue, futilityValue, futilityBase, oldAlpha;
1155     bool ttHit, givesCheck, evasionPrunable;
1156     Depth ttDepth;
1157
1158     if (PvNode)
1159     {
1160         oldAlpha = alpha; // To flag BOUND_EXACT when eval above alpha and no available moves
1161         (ss+1)->pv = pv;
1162         ss->pv[0] = MOVE_NONE;
1163     }
1164
1165     ss->currentMove = bestMove = MOVE_NONE;
1166     ss->ply = (ss-1)->ply + 1;
1167
1168     // Check for an instant draw or if the maximum ply has been reached
1169     if (pos.is_draw(ss->ply) || ss->ply >= MAX_PLY)
1170         return ss->ply >= MAX_PLY && !InCheck ? evaluate(pos)
1171                                               : DrawValue[pos.side_to_move()];
1172
1173     assert(0 <= ss->ply && ss->ply < MAX_PLY);
1174
1175     // Decide whether or not to include checks: this fixes also the type of
1176     // TT entry depth that we are going to use. Note that in qsearch we use
1177     // only two types of depth in TT: DEPTH_QS_CHECKS or DEPTH_QS_NO_CHECKS.
1178     ttDepth = InCheck || depth >= DEPTH_QS_CHECKS ? DEPTH_QS_CHECKS
1179                                                   : DEPTH_QS_NO_CHECKS;
1180
1181     // Transposition table lookup
1182     posKey = pos.key();
1183     tte = TT.probe(posKey, ttHit);
1184     ttMove = ttHit ? tte->move() : MOVE_NONE;
1185     ttValue = ttHit ? value_from_tt(tte->value(), ss->ply) : VALUE_NONE;
1186
1187     if (  !PvNode
1188         && ttHit
1189         && tte->depth() >= ttDepth
1190         && ttValue != VALUE_NONE // Only in case of TT access race
1191         && (ttValue >= beta ? (tte->bound() &  BOUND_LOWER)
1192                             : (tte->bound() &  BOUND_UPPER)))
1193         return ttValue;
1194
1195     // Evaluate the position statically
1196     if (InCheck)
1197     {
1198         ss->staticEval = VALUE_NONE;
1199         bestValue = futilityBase = -VALUE_INFINITE;
1200     }
1201     else
1202     {
1203         if (ttHit)
1204         {
1205             // Never assume anything on values stored in TT
1206             if ((ss->staticEval = bestValue = tte->eval()) == VALUE_NONE)
1207                 ss->staticEval = bestValue = evaluate(pos);
1208
1209             // Can ttValue be used as a better position evaluation?
1210             if (ttValue != VALUE_NONE)
1211                 if (tte->bound() & (ttValue > bestValue ? BOUND_LOWER : BOUND_UPPER))
1212                     bestValue = ttValue;
1213         }
1214         else
1215             ss->staticEval = bestValue =
1216             (ss-1)->currentMove != MOVE_NULL ? evaluate(pos)
1217                                              : -(ss-1)->staticEval + 2 * Eval::Tempo;
1218
1219         // Stand pat. Return immediately if static value is at least beta
1220         if (bestValue >= beta)
1221         {
1222             if (!ttHit)
1223                 tte->save(pos.key(), value_to_tt(bestValue, ss->ply), BOUND_LOWER,
1224                           DEPTH_NONE, MOVE_NONE, ss->staticEval, TT.generation());
1225
1226             return bestValue;
1227         }
1228
1229         if (PvNode && bestValue > alpha)
1230             alpha = bestValue;
1231
1232         futilityBase = bestValue + 128;
1233     }
1234
1235     // Initialize a MovePicker object for the current position, and prepare
1236     // to search the moves. Because the depth is <= 0 here, only captures,
1237     // queen promotions and checks (only if depth >= DEPTH_QS_CHECKS) will
1238     // be generated.
1239     MovePicker mp(pos, ttMove, depth, to_sq((ss-1)->currentMove));
1240
1241     // Loop through the moves until no moves remain or a beta cutoff occurs
1242     while ((move = mp.next_move()) != MOVE_NONE)
1243     {
1244       assert(is_ok(move));
1245
1246       givesCheck =  type_of(move) == NORMAL && !pos.discovered_check_candidates()
1247                   ? pos.check_squares(type_of(pos.piece_on(from_sq(move)))) & to_sq(move)
1248                   : pos.gives_check(move);
1249
1250       // Futility pruning
1251       if (   !InCheck
1252           && !givesCheck
1253           &&  futilityBase > -VALUE_KNOWN_WIN
1254           && !pos.advanced_pawn_push(move))
1255       {
1256           assert(type_of(move) != ENPASSANT); // Due to !pos.advanced_pawn_push
1257
1258           futilityValue = futilityBase + PieceValue[EG][pos.piece_on(to_sq(move))];
1259
1260           if (futilityValue <= alpha)
1261           {
1262               bestValue = std::max(bestValue, futilityValue);
1263               continue;
1264           }
1265
1266           if (futilityBase <= alpha && !pos.see_ge(move, VALUE_ZERO + 1))
1267           {
1268               bestValue = std::max(bestValue, futilityBase);
1269               continue;
1270           }
1271       }
1272
1273       // Detect non-capture evasions that are candidates to be pruned
1274       evasionPrunable =    InCheck
1275                        &&  bestValue > VALUE_MATED_IN_MAX_PLY
1276                        && !pos.capture(move);
1277
1278       // Don't search moves with negative SEE values
1279       if (  (!InCheck || evasionPrunable)
1280           &&  type_of(move) != PROMOTION
1281           &&  !pos.see_ge(move, VALUE_ZERO))
1282           continue;
1283
1284       // Speculative prefetch as early as possible
1285       prefetch(TT.first_entry(pos.key_after(move)));
1286
1287       // Check for legality just before making the move
1288       if (!pos.legal(move))
1289           continue;
1290
1291       ss->currentMove = move;
1292
1293       // Make and search the move
1294       pos.do_move(move, st, givesCheck);
1295       value = givesCheck ? -qsearch<NT,  true>(pos, ss+1, -beta, -alpha, depth - ONE_PLY)
1296                          : -qsearch<NT, false>(pos, ss+1, -beta, -alpha, depth - ONE_PLY);
1297       pos.undo_move(move);
1298
1299       assert(value > -VALUE_INFINITE && value < VALUE_INFINITE);
1300
1301       // Check for a new best move
1302       if (value > bestValue)
1303       {
1304           bestValue = value;
1305
1306           if (value > alpha)
1307           {
1308               if (PvNode) // Update pv even in fail-high case
1309                   update_pv(ss->pv, move, (ss+1)->pv);
1310
1311               if (PvNode && value < beta) // Update alpha here!
1312               {
1313                   alpha = value;
1314                   bestMove = move;
1315               }
1316               else // Fail high
1317               {
1318                   tte->save(posKey, value_to_tt(value, ss->ply), BOUND_LOWER,
1319                             ttDepth, move, ss->staticEval, TT.generation());
1320
1321                   return value;
1322               }
1323           }
1324        }
1325     }
1326
1327     // All legal moves have been searched. A special case: If we're in check
1328     // and no legal moves were found, it is checkmate.
1329     if (InCheck && bestValue == -VALUE_INFINITE)
1330         return mated_in(ss->ply); // Plies to mate from the root
1331
1332     tte->save(posKey, value_to_tt(bestValue, ss->ply),
1333               PvNode && bestValue > oldAlpha ? BOUND_EXACT : BOUND_UPPER,
1334               ttDepth, bestMove, ss->staticEval, TT.generation());
1335
1336     assert(bestValue > -VALUE_INFINITE && bestValue < VALUE_INFINITE);
1337
1338     return bestValue;
1339   }
1340
1341
1342   // value_to_tt() adjusts a mate score from "plies to mate from the root" to
1343   // "plies to mate from the current position". Non-mate scores are unchanged.
1344   // The function is called before storing a value in the transposition table.
1345
1346   Value value_to_tt(Value v, int ply) {
1347
1348     assert(v != VALUE_NONE);
1349
1350     return  v >= VALUE_MATE_IN_MAX_PLY  ? v + ply
1351           : v <= VALUE_MATED_IN_MAX_PLY ? v - ply : v;
1352   }
1353
1354
1355   // value_from_tt() is the inverse of value_to_tt(): It adjusts a mate score
1356   // from the transposition table (which refers to the plies to mate/be mated
1357   // from current position) to "plies to mate/be mated from the root".
1358
1359   Value value_from_tt(Value v, int ply) {
1360
1361     return  v == VALUE_NONE             ? VALUE_NONE
1362           : v >= VALUE_MATE_IN_MAX_PLY  ? v - ply
1363           : v <= VALUE_MATED_IN_MAX_PLY ? v + ply : v;
1364   }
1365
1366
1367   // update_pv() adds current move and appends child pv[]
1368
1369   void update_pv(Move* pv, Move move, Move* childPv) {
1370
1371     for (*pv++ = move; childPv && *childPv != MOVE_NONE; )
1372         *pv++ = *childPv++;
1373     *pv = MOVE_NONE;
1374   }
1375
1376
1377   // update_cm_stats() updates countermove and follow-up move history
1378
1379   void update_cm_stats(Stack* ss, Piece pc, Square s, Value bonus) {
1380
1381     for (int i : {1, 2, 4})
1382          if (is_ok((ss-i)->currentMove))
1383              (ss-i)->counterMoves->update(pc, s, bonus);
1384   }
1385
1386
1387   // update_stats() updates move sorting heuristics when a new quiet best move is found
1388
1389   void update_stats(const Position& pos, Stack* ss, Move move,
1390                     Move* quiets, int quietsCnt, Value bonus) {
1391
1392     if (ss->killers[0] != move)
1393     {
1394         ss->killers[1] = ss->killers[0];
1395         ss->killers[0] = move;
1396     }
1397
1398     Color c = pos.side_to_move();
1399     Thread* thisThread = pos.this_thread();
1400     thisThread->history.update(c, move, bonus);
1401     update_cm_stats(ss, pos.moved_piece(move), to_sq(move), bonus);
1402
1403     if (is_ok((ss-1)->currentMove))
1404     {
1405         Square prevSq = to_sq((ss-1)->currentMove);
1406         thisThread->counterMoves.update(pos.piece_on(prevSq), prevSq, move);
1407     }
1408
1409     // Decrease all the other played quiet moves
1410     for (int i = 0; i < quietsCnt; ++i)
1411     {
1412         thisThread->history.update(c, quiets[i], -bonus);
1413         update_cm_stats(ss, pos.moved_piece(quiets[i]), to_sq(quiets[i]), -bonus);
1414     }
1415   }
1416
1417
1418   // When playing with strength handicap, choose best move among a set of RootMoves
1419   // using a statistical rule dependent on 'level'. Idea by Heinz van Saanen.
1420
1421   Move Skill::pick_best(size_t multiPV) {
1422
1423     const RootMoves& rootMoves = Threads.main()->rootMoves;
1424     static PRNG rng(now()); // PRNG sequence should be non-deterministic
1425
1426     // RootMoves are already sorted by score in descending order
1427     Value topScore = rootMoves[0].score;
1428     int delta = std::min(topScore - rootMoves[multiPV - 1].score, PawnValueMg);
1429     int weakness = 120 - 2 * level;
1430     int maxScore = -VALUE_INFINITE;
1431
1432     // Choose best move. For each move score we add two terms, both dependent on
1433     // weakness. One is deterministic and bigger for weaker levels, and one is
1434     // random. Then we choose the move with the resulting highest score.
1435     for (size_t i = 0; i < multiPV; ++i)
1436     {
1437         // This is our magic formula
1438         int push = (  weakness * int(topScore - rootMoves[i].score)
1439                     + delta * (rng.rand<unsigned>() % weakness)) / 128;
1440
1441         if (rootMoves[i].score + push > maxScore)
1442         {
1443             maxScore = rootMoves[i].score + push;
1444             best = rootMoves[i].pv[0];
1445         }
1446     }
1447
1448     return best;
1449   }
1450
1451
1452   // check_time() is used to print debug info and, more importantly, to detect
1453   // when we are out of available time and thus stop the search.
1454
1455   void check_time() {
1456
1457     static TimePoint lastInfoTime = now();
1458
1459     int elapsed = Time.elapsed();
1460     TimePoint tick = Limits.startTime + elapsed;
1461
1462     if (tick - lastInfoTime >= 1000)
1463     {
1464         lastInfoTime = tick;
1465         dbg_print();
1466     }
1467
1468     // An engine may not stop pondering until told so by the GUI
1469     if (Limits.ponder)
1470         return;
1471
1472     if (   (Limits.use_time_management() && elapsed > Time.maximum() - 10)
1473         || (Limits.movetime && elapsed >= Limits.movetime)
1474         || (Limits.nodes && Threads.nodes_searched() >= (uint64_t)Limits.nodes))
1475             Signals.stop = true;
1476   }
1477
1478 } // namespace
1479
1480
1481 /// UCI::pv() formats PV information according to the UCI protocol. UCI requires
1482 /// that all (if any) unsearched PV lines are sent using a previous search score.
1483
1484 string UCI::pv(const Position& pos, Depth depth, Value alpha, Value beta) {
1485
1486   std::stringstream ss;
1487   int elapsed = Time.elapsed() + 1;
1488   const RootMoves& rootMoves = pos.this_thread()->rootMoves;
1489   size_t PVIdx = pos.this_thread()->PVIdx;
1490   size_t multiPV = std::min((size_t)Options["MultiPV"], rootMoves.size());
1491   uint64_t nodesSearched = Threads.nodes_searched();
1492   uint64_t tbHits = Threads.tb_hits() + (TB::RootInTB ? rootMoves.size() : 0);
1493
1494   for (size_t i = 0; i < multiPV; ++i)
1495   {
1496       bool updated = (i <= PVIdx);
1497
1498       if (depth == ONE_PLY && !updated)
1499           continue;
1500
1501       Depth d = updated ? depth : depth - ONE_PLY;
1502       Value v = updated ? rootMoves[i].score : rootMoves[i].previousScore;
1503
1504       bool tb = TB::RootInTB && abs(v) < VALUE_MATE - MAX_PLY;
1505       v = tb ? TB::Score : v;
1506
1507       if (ss.rdbuf()->in_avail()) // Not at first line
1508           ss << "\n";
1509
1510       ss << "info"
1511          << " depth "    << d / ONE_PLY
1512          << " seldepth " << pos.this_thread()->maxPly
1513          << " multipv "  << i + 1
1514          << " score "    << UCI::value(v);
1515
1516       if (!tb && i == PVIdx)
1517           ss << (v >= beta ? " lowerbound" : v <= alpha ? " upperbound" : "");
1518
1519       ss << " nodes "    << nodesSearched
1520          << " nps "      << nodesSearched * 1000 / elapsed;
1521
1522       if (elapsed > 1000) // Earlier makes little sense
1523           ss << " hashfull " << TT.hashfull();
1524
1525       ss << " tbhits "   << tbHits
1526          << " time "     << elapsed
1527          << " pv";
1528
1529       for (Move m : rootMoves[i].pv)
1530           ss << " " << UCI::move(m, pos.is_chess960());
1531   }
1532
1533   return ss.str();
1534 }
1535
1536
1537 /// RootMove::extract_ponder_from_tt() is called in case we have no ponder move
1538 /// before exiting the search, for instance, in case we stop the search during a
1539 /// fail high at root. We try hard to have a ponder move to return to the GUI,
1540 /// otherwise in case of 'ponder on' we have nothing to think on.
1541
1542 bool RootMove::extract_ponder_from_tt(Position& pos) {
1543
1544     StateInfo st;
1545     bool ttHit;
1546
1547     assert(pv.size() == 1);
1548
1549     if (!pv[0])
1550         return false;
1551
1552     pos.do_move(pv[0], st);
1553     TTEntry* tte = TT.probe(pos.key(), ttHit);
1554
1555     if (ttHit)
1556     {
1557         Move m = tte->move(); // Local copy to be SMP safe
1558         if (MoveList<LEGAL>(pos).contains(m))
1559             pv.push_back(m);
1560     }
1561
1562     pos.undo_move(pv[0]);
1563     return pv.size() > 1;
1564 }
1565
1566 void Tablebases::filter_root_moves(Position& pos, Search::RootMoves& rootMoves) {
1567
1568     RootInTB = false;
1569     UseRule50 = Options["Syzygy50MoveRule"];
1570     ProbeDepth = Options["SyzygyProbeDepth"] * ONE_PLY;
1571     Cardinality = Options["SyzygyProbeLimit"];
1572
1573     // Skip TB probing when no TB found: !TBLargest -> !TB::Cardinality
1574     if (Cardinality > MaxCardinality)
1575     {
1576         Cardinality = MaxCardinality;
1577         ProbeDepth = DEPTH_ZERO;
1578     }
1579
1580     if (Cardinality < popcount(pos.pieces()) || pos.can_castle(ANY_CASTLING))
1581         return;
1582
1583     // If the current root position is in the tablebases, then RootMoves
1584     // contains only moves that preserve the draw or the win.
1585     RootInTB = root_probe(pos, rootMoves, TB::Score);
1586
1587     if (RootInTB)
1588         Cardinality = 0; // Do not probe tablebases during the search
1589
1590     else // If DTZ tables are missing, use WDL tables as a fallback
1591     {
1592         // Filter out moves that do not preserve the draw or the win.
1593         RootInTB = root_probe_wdl(pos, rootMoves, TB::Score);
1594
1595         // Only probe during search if winning
1596         if (RootInTB && TB::Score <= VALUE_DRAW)
1597             Cardinality = 0;
1598     }
1599
1600     if (RootInTB && !UseRule50)
1601         TB::Score =  TB::Score > VALUE_DRAW ?  VALUE_MATE - MAX_PLY - 1
1602                    : TB::Score < VALUE_DRAW ? -VALUE_MATE + MAX_PLY + 1
1603                                             :  VALUE_DRAW;
1604 }