Pawn endgames directly skip early pruning.
[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   LimitsType Limits;
43 }
44
45 namespace Tablebases {
46
47   int Cardinality;
48   bool RootInTB;
49   bool UseRule50;
50   Depth ProbeDepth;
51   Value Score;
52 }
53
54 namespace TB = Tablebases;
55
56 using std::string;
57 using Eval::evaluate;
58 using namespace Search;
59
60 namespace {
61
62   // Different node types, used as a template parameter
63   enum NodeType { NonPV, PV };
64
65   // Sizes and phases of the skip-blocks, used for distributing search depths across the threads
66   const int skipSize[]  = { 1, 1, 2, 2, 2, 2, 3, 3, 3, 3, 3, 3, 4, 4, 4, 4, 4, 4, 4, 4 };
67   const int skipPhase[] = { 0, 1, 0, 1, 2, 3, 0, 1, 2, 3, 4, 5, 0, 1, 2, 3, 4, 5, 6, 7 };
68
69   // Razoring and futility margin based on depth
70   // razor_margin[0] is unused as long as depth >= ONE_PLY in search
71   const int razor_margin[] = { 0, 570, 603, 554 };
72   Value futility_margin(Depth d) { return Value(150 * d / ONE_PLY); }
73
74   // Futility and reductions lookup tables, initialized at startup
75   int FutilityMoveCounts[2][16]; // [improving][depth]
76   int Reductions[2][2][64][64];  // [pv][improving][depth][moveNumber]
77
78   template <bool PvNode> Depth reduction(bool i, Depth d, int mn) {
79     return Reductions[PvNode][i][std::min(d / ONE_PLY, 63)][std::min(mn, 63)] * ONE_PLY;
80   }
81
82   // History and stats update bonus, based on depth
83   int stat_bonus(Depth depth) {
84     int d = depth / ONE_PLY;
85     return d > 17 ? 0 : d * d + 2 * d - 2;
86   }
87
88   // Skill structure is used to implement strength limit
89   struct Skill {
90     explicit Skill(int l) : level(l) {}
91     bool enabled() const { return level < 20; }
92     bool time_to_pick(Depth depth) const { return depth / ONE_PLY == 1 + level; }
93     Move pick_best(size_t multiPV);
94
95     int level;
96     Move best = MOVE_NONE;
97   };
98
99   Value DrawValue[COLOR_NB];
100
101   template <NodeType NT>
102   Value search(Position& pos, Stack* ss, Value alpha, Value beta, Depth depth, bool cutNode, bool skipEarlyPruning);
103
104   template <NodeType NT, bool InCheck>
105   Value qsearch(Position& pos, Stack* ss, Value alpha, Value beta, Depth depth = DEPTH_ZERO);
106
107   Value value_to_tt(Value v, int ply);
108   Value value_from_tt(Value v, int ply);
109   void update_pv(Move* pv, Move move, Move* childPv);
110   void update_continuation_histories(Stack* ss, Piece pc, Square to, int bonus);
111   void update_stats(const Position& pos, Stack* ss, Move move, Move* quiets, int quietsCnt, int bonus);
112   void update_capture_stats(const Position& pos, Move move, Move* captures, int captureCnt, int bonus);
113   bool pv_is_draw(Position& pos);
114
115   // perft() is our utility to verify move generation. All the leaf nodes up
116   // to the given depth are generated and counted, and the sum is returned.
117   template<bool Root>
118   uint64_t perft(Position& pos, Depth depth) {
119
120     StateInfo st;
121     uint64_t cnt, nodes = 0;
122     const bool leaf = (depth == 2 * ONE_PLY);
123
124     for (const auto& m : MoveList<LEGAL>(pos))
125     {
126         if (Root && depth <= ONE_PLY)
127             cnt = 1, nodes++;
128         else
129         {
130             pos.do_move(m, st);
131             cnt = leaf ? MoveList<LEGAL>(pos).size() : perft<false>(pos, depth - ONE_PLY);
132             nodes += cnt;
133             pos.undo_move(m);
134         }
135         if (Root)
136             sync_cout << UCI::move(m, pos.is_chess960()) << ": " << cnt << sync_endl;
137     }
138     return nodes;
139   }
140
141 } // namespace
142
143
144 /// Search::init() is called during startup to initialize various lookup tables
145
146 void Search::init() {
147
148   for (int imp = 0; imp <= 1; ++imp)
149       for (int d = 1; d < 64; ++d)
150           for (int mc = 1; mc < 64; ++mc)
151           {
152               double r = log(d) * log(mc) / 1.95;
153
154               Reductions[NonPV][imp][d][mc] = int(std::round(r));
155               Reductions[PV][imp][d][mc] = std::max(Reductions[NonPV][imp][d][mc] - 1, 0);
156
157               // Increase reduction for non-PV nodes when eval is not improving
158               if (!imp && Reductions[NonPV][imp][d][mc] >= 2)
159                 Reductions[NonPV][imp][d][mc]++;
160           }
161
162   for (int d = 0; d < 16; ++d)
163   {
164       FutilityMoveCounts[0][d] = int(2.4 + 0.74 * pow(d, 1.78));
165       FutilityMoveCounts[1][d] = int(5.0 + 1.00 * pow(d, 2.00));
166   }
167 }
168
169
170 /// Search::clear() resets search state to its initial value
171
172 void Search::clear() {
173
174   Threads.main()->wait_for_search_finished();
175
176   Time.availableNodes = 0;
177   TT.clear();
178
179   for (Thread* th : Threads)
180       th->clear();
181
182   Threads.main()->callsCnt = 0;
183   Threads.main()->previousScore = VALUE_INFINITE;
184   Threads.main()->previousTimeReduction = 1;
185 }
186
187
188 /// MainThread::search() is called by the main thread when the program receives
189 /// the UCI 'go' command. It searches from the root position and outputs the "bestmove".
190
191 void MainThread::search() {
192
193   if (Limits.perft)
194   {
195       nodes = perft<true>(rootPos, Limits.perft * ONE_PLY);
196       sync_cout << "\nNodes searched: " << nodes << "\n" << sync_endl;
197       return;
198   }
199
200   Color us = rootPos.side_to_move();
201   Time.init(Limits, us, rootPos.game_ply());
202   TT.new_search();
203
204   int contempt = Options["Contempt"] * PawnValueEg / 100; // From centipawns
205   DrawValue[ us] = VALUE_DRAW - Value(contempt);
206   DrawValue[~us] = VALUE_DRAW + Value(contempt);
207
208   if (rootMoves.empty())
209   {
210       rootMoves.emplace_back(MOVE_NONE);
211       sync_cout << "info depth 0 score "
212                 << UCI::value(rootPos.checkers() ? -VALUE_MATE : VALUE_DRAW)
213                 << sync_endl;
214   }
215   else
216   {
217       for (Thread* th : Threads)
218           if (th != this)
219               th->start_searching();
220
221       Thread::search(); // Let's start searching!
222   }
223
224   // When we reach the maximum depth, we can arrive here without a raise of
225   // Threads.stop. However, if we are pondering or in an infinite search,
226   // the UCI protocol states that we shouldn't print the best move before the
227   // GUI sends a "stop" or "ponderhit" command. We therefore simply wait here
228   // until the GUI sends one of those commands (which also raises Threads.stop).
229   Threads.stopOnPonderhit = true;
230
231   while (!Threads.stop && (Threads.ponder || Limits.infinite))
232   {} // Busy wait for a stop or a ponder reset
233
234   // Stop the threads if not already stopped (also raise the stop if
235   // "ponderhit" just reset Threads.ponder).
236   Threads.stop = true;
237
238   // Wait until all threads have finished
239   for (Thread* th : Threads)
240       if (th != this)
241           th->wait_for_search_finished();
242
243   // When playing in 'nodes as time' mode, subtract the searched nodes from
244   // the available ones before exiting.
245   if (Limits.npmsec)
246       Time.availableNodes += Limits.inc[us] - Threads.nodes_searched();
247
248   // Check if there are threads with a better score than main thread
249   Thread* bestThread = this;
250   if (    Options["MultiPV"] == 1
251       && !Limits.depth
252       && !Skill(Options["Skill Level"]).enabled()
253       &&  rootMoves[0].pv[0] != MOVE_NONE)
254   {
255       for (Thread* th : Threads)
256       {
257           Depth depthDiff = th->completedDepth - bestThread->completedDepth;
258           Value scoreDiff = th->rootMoves[0].score - bestThread->rootMoves[0].score;
259
260           // Select the thread with the best score, always if it is a mate
261           if (    scoreDiff > 0
262               && (depthDiff >= 0 || th->rootMoves[0].score >= VALUE_MATE_IN_MAX_PLY))
263               bestThread = th;
264       }
265   }
266
267   previousScore = bestThread->rootMoves[0].score;
268
269   // Send new PV when needed
270   if (bestThread != this)
271       sync_cout << UCI::pv(bestThread->rootPos, bestThread->completedDepth, -VALUE_INFINITE, VALUE_INFINITE) << sync_endl;
272
273   sync_cout << "bestmove " << UCI::move(bestThread->rootMoves[0].pv[0], rootPos.is_chess960());
274
275   if (bestThread->rootMoves[0].pv.size() > 1 || bestThread->rootMoves[0].extract_ponder_from_tt(rootPos))
276       std::cout << " ponder " << UCI::move(bestThread->rootMoves[0].pv[1], rootPos.is_chess960());
277
278   std::cout << sync_endl;
279 }
280
281
282 /// Thread::search() is the main iterative deepening loop. It calls search()
283 /// repeatedly with increasing depth until the allocated thinking time has been
284 /// consumed, the user stops the search, or the maximum search depth is reached.
285
286 void Thread::search() {
287
288   Stack stack[MAX_PLY+7], *ss = stack+4; // To reference from (ss-4) to (ss+2)
289   Value bestValue, alpha, beta, delta;
290   Move  lastBestMove = MOVE_NONE;
291   Depth lastBestMoveDepth = DEPTH_ZERO;
292   MainThread* mainThread = (this == Threads.main() ? Threads.main() : nullptr);
293   double timeReduction = 1.0;
294
295   std::memset(ss-4, 0, 7 * sizeof(Stack));
296   for (int i = 4; i > 0; i--)
297      (ss-i)->contHistory = &this->contHistory[NO_PIECE][0]; // Use as sentinel
298
299   bestValue = delta = alpha = -VALUE_INFINITE;
300   beta = VALUE_INFINITE;
301
302   if (mainThread)
303   {
304       mainThread->failedLow = false;
305       mainThread->bestMoveChanges = 0;
306   }
307
308   size_t multiPV = Options["MultiPV"];
309   Skill skill(Options["Skill Level"]);
310
311   // When playing with strength handicap enable MultiPV search that we will
312   // use behind the scenes to retrieve a set of possible moves.
313   if (skill.enabled())
314       multiPV = std::max(multiPV, (size_t)4);
315
316   multiPV = std::min(multiPV, rootMoves.size());
317
318   // Iterative deepening loop until requested to stop or the target depth is reached
319   while (   (rootDepth += ONE_PLY) < DEPTH_MAX
320          && !Threads.stop
321          && !(Limits.depth && mainThread && rootDepth / ONE_PLY > Limits.depth))
322   {
323       // Distribute search depths across the threads
324       if (idx)
325       {
326           int i = (idx - 1) % 20;
327           if (((rootDepth / ONE_PLY + rootPos.game_ply() + skipPhase[i]) / skipSize[i]) % 2)
328               continue;
329       }
330
331       // Age out PV variability metric
332       if (mainThread)
333           mainThread->bestMoveChanges *= 0.505, mainThread->failedLow = false;
334
335       // Save the last iteration's scores before first PV line is searched and
336       // all the move scores except the (new) PV are set to -VALUE_INFINITE.
337       for (RootMove& rm : rootMoves)
338           rm.previousScore = rm.score;
339
340       // MultiPV loop. We perform a full root search for each PV line
341       for (PVIdx = 0; PVIdx < multiPV && !Threads.stop; ++PVIdx)
342       {
343           // Reset UCI info selDepth for each depth and each PV line
344           selDepth = 0;
345
346           // Reset aspiration window starting size
347           if (rootDepth >= 5 * ONE_PLY)
348           {
349               delta = Value(18);
350               alpha = std::max(rootMoves[PVIdx].previousScore - delta,-VALUE_INFINITE);
351               beta  = std::min(rootMoves[PVIdx].previousScore + delta, VALUE_INFINITE);
352           }
353
354           // Start with a small aspiration window and, in the case of a fail
355           // high/low, re-search with a bigger window until we're not failing
356           // high/low anymore.
357           while (true)
358           {
359               bestValue = ::search<PV>(rootPos, ss, alpha, beta, rootDepth, false, false);
360
361               // Bring the best move to the front. It is critical that sorting
362               // is done with a stable algorithm because all the values but the
363               // first and eventually the new best one are set to -VALUE_INFINITE
364               // and we want to keep the same order for all the moves except the
365               // new PV that goes to the front. Note that in case of MultiPV
366               // search the already searched PV lines are preserved.
367               std::stable_sort(rootMoves.begin() + PVIdx, rootMoves.end());
368
369               // If search has been stopped, we break immediately. Sorting and
370               // writing PV back to TT is safe because RootMoves is still
371               // valid, although it refers to the previous iteration.
372               if (Threads.stop)
373                   break;
374
375               // When failing high/low give some update (without cluttering
376               // the UI) before a re-search.
377               if (   mainThread
378                   && multiPV == 1
379                   && (bestValue <= alpha || bestValue >= beta)
380                   && Time.elapsed() > 3000)
381                   sync_cout << UCI::pv(rootPos, rootDepth, alpha, beta) << sync_endl;
382
383               // In case of failing low/high increase aspiration window and
384               // re-search, otherwise exit the loop.
385               if (bestValue <= alpha)
386               {
387                   beta = (alpha + beta) / 2;
388                   alpha = std::max(bestValue - delta, -VALUE_INFINITE);
389
390                   if (mainThread)
391                   {
392                       mainThread->failedLow = true;
393                       Threads.stopOnPonderhit = false;
394                   }
395               }
396               else if (bestValue >= beta)
397                   beta = std::min(bestValue + delta, VALUE_INFINITE);
398               else
399                   break;
400
401               delta += delta / 4 + 5;
402
403               assert(alpha >= -VALUE_INFINITE && beta <= VALUE_INFINITE);
404           }
405
406           // Sort the PV lines searched so far and update the GUI
407           std::stable_sort(rootMoves.begin(), rootMoves.begin() + PVIdx + 1);
408
409           if (    mainThread
410               && (Threads.stop || PVIdx + 1 == multiPV || Time.elapsed() > 3000))
411               sync_cout << UCI::pv(rootPos, rootDepth, alpha, beta) << sync_endl;
412       }
413
414       if (!Threads.stop)
415           completedDepth = rootDepth;
416
417       if (rootMoves[0].pv[0] != lastBestMove) {
418          lastBestMove = rootMoves[0].pv[0];
419          lastBestMoveDepth = rootDepth;
420       }
421
422       // Have we found a "mate in x"?
423       if (   Limits.mate
424           && bestValue >= VALUE_MATE_IN_MAX_PLY
425           && VALUE_MATE - bestValue <= 2 * Limits.mate)
426           Threads.stop = true;
427
428       if (!mainThread)
429           continue;
430
431       // If skill level is enabled and time is up, pick a sub-optimal best move
432       if (skill.enabled() && skill.time_to_pick(rootDepth))
433           skill.pick_best(multiPV);
434
435       // Do we have time for the next iteration? Can we stop searching now?
436       if (Limits.use_time_management())
437       {
438           if (!Threads.stop && !Threads.stopOnPonderhit)
439           {
440               // Stop the search if only one legal move is available, or if all
441               // of the available time has been used
442               const int F[] = { mainThread->failedLow,
443                                 bestValue - mainThread->previousScore };
444               int improvingFactor = std::max(229, std::min(715, 357 + 119 * F[0] - 6 * F[1]));
445
446               Color us = rootPos.side_to_move();
447               bool thinkHard =    DrawValue[us] == bestValue
448                                && Limits.time[us] - Time.elapsed() > Limits.time[~us]
449                                && ::pv_is_draw(rootPos);
450
451               double unstablePvFactor = 1 + mainThread->bestMoveChanges + thinkHard;
452
453               // if the bestMove is stable over several iterations, reduce time for this move,
454               // the longer the move has been stable, the more.
455               // Use part of the gained time from a previous stable move for the current move.
456               timeReduction = 1;
457               for (int i : {3, 4, 5})
458                   if (lastBestMoveDepth * i < completedDepth && !thinkHard)
459                      timeReduction *= 1.3;
460               unstablePvFactor *=  std::pow(mainThread->previousTimeReduction, 0.51) / timeReduction;
461
462               if (   rootMoves.size() == 1
463                   || Time.elapsed() > Time.optimum() * unstablePvFactor * improvingFactor / 628)
464               {
465                   // If we are allowed to ponder do not stop the search now but
466                   // keep pondering until the GUI sends "ponderhit" or "stop".
467                   if (Threads.ponder)
468                       Threads.stopOnPonderhit = true;
469                   else
470                       Threads.stop = true;
471               }
472           }
473       }
474   }
475
476   if (!mainThread)
477       return;
478
479   mainThread->previousTimeReduction = timeReduction;
480
481   // If skill level is enabled, swap best PV line with the sub-optimal one
482   if (skill.enabled())
483       std::swap(rootMoves[0], *std::find(rootMoves.begin(), rootMoves.end(),
484                 skill.best ? skill.best : skill.pick_best(multiPV)));
485 }
486
487
488 namespace {
489
490   // search<>() is the main search function for both PV and non-PV nodes
491
492   template <NodeType NT>
493   Value search(Position& pos, Stack* ss, Value alpha, Value beta, Depth depth, bool cutNode, bool skipEarlyPruning) {
494
495     const bool PvNode = NT == PV;
496     const bool rootNode = PvNode && ss->ply == 0;
497
498     assert(-VALUE_INFINITE <= alpha && alpha < beta && beta <= VALUE_INFINITE);
499     assert(PvNode || (alpha == beta - 1));
500     assert(DEPTH_ZERO < depth && depth < DEPTH_MAX);
501     assert(!(PvNode && cutNode));
502     assert(depth / ONE_PLY * ONE_PLY == depth);
503
504     Move pv[MAX_PLY+1], capturesSearched[32], quietsSearched[64];
505     StateInfo st;
506     TTEntry* tte;
507     Key posKey;
508     Move ttMove, move, excludedMove, bestMove;
509     Depth extension, newDepth;
510     Value bestValue, value, ttValue, eval;
511     bool ttHit, inCheck, givesCheck, singularExtensionNode, improving;
512     bool captureOrPromotion, doFullDepthSearch, moveCountPruning, skipQuiets, ttCapture, pvExact;
513     Piece movedPiece;
514     int moveCount, captureCount, quietCount;
515
516     // Step 1. Initialize node
517     Thread* thisThread = pos.this_thread();
518     inCheck = pos.checkers();
519     moveCount = captureCount = quietCount = ss->moveCount = 0;
520     ss->statScore = 0;
521     bestValue = -VALUE_INFINITE;
522
523     // Check for the available remaining time
524     if (thisThread == Threads.main())
525         static_cast<MainThread*>(thisThread)->check_time();
526
527     // Used to send selDepth info to GUI (selDepth counts from 1, ply from 0)
528     if (PvNode && thisThread->selDepth < ss->ply + 1)
529         thisThread->selDepth = ss->ply + 1;
530
531     if (!rootNode)
532     {
533         // Step 2. Check for aborted search and immediate draw
534         if (Threads.stop.load(std::memory_order_relaxed) || pos.is_draw(ss->ply) || ss->ply >= MAX_PLY)
535             return ss->ply >= MAX_PLY && !inCheck ? evaluate(pos)
536                                                   : DrawValue[pos.side_to_move()];
537
538         // Step 3. Mate distance pruning. Even if we mate at the next move our score
539         // would be at best mate_in(ss->ply+1), but if alpha is already bigger because
540         // a shorter mate was found upward in the tree then there is no need to search
541         // because we will never beat the current alpha. Same logic but with reversed
542         // signs applies also in the opposite condition of being mated instead of giving
543         // mate. In this case return a fail-high score.
544         alpha = std::max(mated_in(ss->ply), alpha);
545         beta = std::min(mate_in(ss->ply+1), beta);
546         if (alpha >= beta)
547             return alpha;
548     }
549
550     assert(0 <= ss->ply && ss->ply < MAX_PLY);
551
552     (ss+1)->ply = ss->ply + 1;
553     ss->currentMove = (ss+1)->excludedMove = bestMove = MOVE_NONE;
554     ss->contHistory = &thisThread->contHistory[NO_PIECE][0];
555     (ss+2)->killers[0] = (ss+2)->killers[1] = MOVE_NONE;
556     Square prevSq = to_sq((ss-1)->currentMove);
557
558     // Step 4. Transposition table lookup. We don't want the score of a partial
559     // search to overwrite a previous full search TT value, so we use a different
560     // position key in case of an excluded move.
561     excludedMove = ss->excludedMove;
562     posKey = pos.key() ^ Key(excludedMove);
563     tte = TT.probe(posKey, ttHit);
564     ttValue = ttHit ? value_from_tt(tte->value(), ss->ply) : VALUE_NONE;
565     ttMove =  rootNode ? thisThread->rootMoves[thisThread->PVIdx].pv[0]
566             : ttHit    ? tte->move() : MOVE_NONE;
567
568     // At non-PV nodes we check for an early TT cutoff
569     if (  !PvNode
570         && ttHit
571         && tte->depth() >= depth
572         && ttValue != VALUE_NONE // Possible in case of TT access race
573         && (ttValue >= beta ? (tte->bound() & BOUND_LOWER)
574                             : (tte->bound() & BOUND_UPPER)))
575     {
576         // If ttMove is quiet, update move sorting heuristics on TT hit
577         if (ttMove)
578         {
579             if (ttValue >= beta)
580             {
581                 if (!pos.capture_or_promotion(ttMove))
582                     update_stats(pos, ss, ttMove, nullptr, 0, stat_bonus(depth));
583
584                 // Extra penalty for a quiet TT move in previous ply when it gets refuted
585                 if ((ss-1)->moveCount == 1 && !pos.captured_piece())
586                     update_continuation_histories(ss-1, pos.piece_on(prevSq), prevSq, -stat_bonus(depth + ONE_PLY));
587             }
588             // Penalty for a quiet ttMove that fails low
589             else if (!pos.capture_or_promotion(ttMove))
590             {
591                 int penalty = -stat_bonus(depth);
592                 thisThread->mainHistory.update(pos.side_to_move(), ttMove, penalty);
593                 update_continuation_histories(ss, pos.moved_piece(ttMove), to_sq(ttMove), penalty);
594             }
595         }
596         return ttValue;
597     }
598
599     // Step 4a. Tablebase probe
600     if (!rootNode && TB::Cardinality)
601     {
602         int piecesCount = pos.count<ALL_PIECES>();
603
604         if (    piecesCount <= TB::Cardinality
605             && (piecesCount <  TB::Cardinality || depth >= TB::ProbeDepth)
606             &&  pos.rule50_count() == 0
607             && !pos.can_castle(ANY_CASTLING))
608         {
609             TB::ProbeState err;
610             TB::WDLScore v = Tablebases::probe_wdl(pos, &err);
611
612             if (err != TB::ProbeState::FAIL)
613             {
614                 thisThread->tbHits.fetch_add(1, std::memory_order_relaxed);
615
616                 int drawScore = TB::UseRule50 ? 1 : 0;
617
618                 value =  v < -drawScore ? -VALUE_MATE + MAX_PLY + ss->ply + 1
619                        : v >  drawScore ?  VALUE_MATE - MAX_PLY - ss->ply - 1
620                                         :  VALUE_DRAW + 2 * v * drawScore;
621
622                 tte->save(posKey, value_to_tt(value, ss->ply), BOUND_EXACT,
623                           std::min(DEPTH_MAX - ONE_PLY, depth + 6 * ONE_PLY),
624                           MOVE_NONE, VALUE_NONE, TT.generation());
625
626                 return value;
627             }
628         }
629     }
630
631     // Step 5. Evaluate the position statically
632     if (inCheck)
633     {
634         ss->staticEval = eval = VALUE_NONE;
635         goto moves_loop;
636     }
637
638     else if (ttHit)
639     {
640         // Never assume anything on values stored in TT
641         if ((ss->staticEval = eval = tte->eval()) == VALUE_NONE)
642             eval = ss->staticEval = evaluate(pos);
643
644         // Can ttValue be used as a better position evaluation?
645         if (   ttValue != VALUE_NONE
646             && (tte->bound() & (ttValue > eval ? BOUND_LOWER : BOUND_UPPER)))
647             eval = ttValue;
648     }
649     else
650     {
651         eval = ss->staticEval =
652         (ss-1)->currentMove != MOVE_NULL ? evaluate(pos)
653                                          : -(ss-1)->staticEval + 2 * Eval::Tempo;
654
655         tte->save(posKey, VALUE_NONE, BOUND_NONE, DEPTH_NONE, MOVE_NONE,
656                   ss->staticEval, TT.generation());
657     }
658
659     if (skipEarlyPruning || !pos.non_pawn_material(pos.side_to_move()))
660         goto moves_loop;
661
662     // Step 6. Razoring (skipped when in check)
663     if (   !PvNode
664         &&  depth < 4 * ONE_PLY
665         &&  eval + razor_margin[depth / ONE_PLY] <= alpha)
666     {
667         if (depth <= ONE_PLY)
668             return qsearch<NonPV, false>(pos, ss, alpha, alpha+1);
669
670         Value ralpha = alpha - razor_margin[depth / ONE_PLY];
671         Value v = qsearch<NonPV, false>(pos, ss, ralpha, ralpha+1);
672         if (v <= ralpha)
673             return v;
674     }
675
676     // Step 7. Futility pruning: child node (skipped when in check)
677     if (   !rootNode
678         &&  depth < 7 * ONE_PLY
679         &&  eval - futility_margin(depth) >= beta
680         &&  eval < VALUE_KNOWN_WIN)  // Do not return unproven wins
681         return eval;
682
683     // Step 8. Null move search with verification search (is omitted in PV nodes)
684     if (   !PvNode
685         &&  eval >= beta
686         &&  ss->staticEval >= beta - 36 * depth / ONE_PLY + 225)
687     {
688
689         assert(eval - beta >= 0);
690
691         // Null move dynamic reduction based on depth and value
692         Depth R = ((823 + 67 * depth / ONE_PLY) / 256 + std::min((eval - beta) / PawnValueMg, 3)) * ONE_PLY;
693
694         ss->currentMove = MOVE_NULL;
695         ss->contHistory = &thisThread->contHistory[NO_PIECE][0];
696
697         pos.do_null_move(st);
698         Value nullValue = depth-R < ONE_PLY ? -qsearch<NonPV, false>(pos, ss+1, -beta, -beta+1)
699                                             : - search<NonPV>(pos, ss+1, -beta, -beta+1, depth-R, !cutNode, true);
700         pos.undo_null_move();
701
702         if (nullValue >= beta)
703         {
704             // Do not return unproven mate scores
705             if (nullValue >= VALUE_MATE_IN_MAX_PLY)
706                 nullValue = beta;
707
708             if (depth < 12 * ONE_PLY && abs(beta) < VALUE_KNOWN_WIN)
709                 return nullValue;
710
711             // Do verification search at high depths
712             Value v = depth-R < ONE_PLY ? qsearch<NonPV, false>(pos, ss, beta-1, beta)
713                                         :  search<NonPV>(pos, ss, beta-1, beta, depth-R, false, true);
714
715             if (v >= beta)
716                 return nullValue;
717         }
718     }
719
720     // Step 9. ProbCut (skipped when in check)
721     // If we have a good enough capture and a reduced search returns a value
722     // much above beta, we can (almost) safely prune the previous move.
723     if (   !PvNode
724         &&  depth >= 5 * ONE_PLY
725         &&  abs(beta) < VALUE_MATE_IN_MAX_PLY)
726     {
727         Value rbeta = std::min(beta + 200, VALUE_INFINITE);
728
729         assert(is_ok((ss-1)->currentMove));
730
731         MovePicker mp(pos, ttMove, rbeta - ss->staticEval, &thisThread->captureHistory);
732
733         while ((move = mp.next_move()) != MOVE_NONE)
734             if (pos.legal(move))
735             {
736                 ss->currentMove = move;
737                 ss->contHistory = &thisThread->contHistory[pos.moved_piece(move)][to_sq(move)];
738
739                 assert(depth >= 5 * ONE_PLY);
740                 pos.do_move(move, st);
741                 value = -search<NonPV>(pos, ss+1, -rbeta, -rbeta+1, depth - 4 * ONE_PLY, !cutNode, false);
742                 pos.undo_move(move);
743                 if (value >= rbeta)
744                     return value;
745             }
746     }
747
748     // Step 10. Internal iterative deepening (skipped when in check)
749     if (    depth >= 6 * ONE_PLY
750         && !ttMove
751         && (PvNode || ss->staticEval + 256 >= beta))
752     {
753         Depth d = (3 * depth / (4 * ONE_PLY) - 2) * ONE_PLY;
754         search<NT>(pos, ss, alpha, beta, d, cutNode, true);
755
756         tte = TT.probe(posKey, ttHit);
757         ttMove = ttHit ? tte->move() : MOVE_NONE;
758     }
759
760 moves_loop: // When in check search starts from here
761
762     const PieceToHistory* contHist[] = { (ss-1)->contHistory, (ss-2)->contHistory, nullptr, (ss-4)->contHistory };
763     Move countermove = thisThread->counterMoves[pos.piece_on(prevSq)][prevSq];
764
765     MovePicker mp(pos, ttMove, depth, &thisThread->mainHistory, &thisThread->captureHistory, contHist, countermove, ss->killers);
766     value = bestValue; // Workaround a bogus 'uninitialized' warning under gcc
767     improving =   ss->staticEval >= (ss-2)->staticEval
768             /* || ss->staticEval == VALUE_NONE Already implicit in the previous condition */
769                ||(ss-2)->staticEval == VALUE_NONE;
770
771     singularExtensionNode =   !rootNode
772                            &&  depth >= 8 * ONE_PLY
773                            &&  ttMove != MOVE_NONE
774                            &&  ttValue != VALUE_NONE
775                            && !excludedMove // Recursive singular search is not allowed
776                            && (tte->bound() & BOUND_LOWER)
777                            &&  tte->depth() >= depth - 3 * ONE_PLY;
778     skipQuiets = false;
779     ttCapture = false;
780     pvExact = PvNode && ttHit && tte->bound() == BOUND_EXACT;
781
782     // Step 11. Loop through moves
783     // Loop through all pseudo-legal moves until no moves remain or a beta cutoff occurs
784     while ((move = mp.next_move(skipQuiets)) != MOVE_NONE)
785     {
786       assert(is_ok(move));
787
788       if (move == excludedMove)
789           continue;
790
791       // At root obey the "searchmoves" option and skip moves not listed in Root
792       // Move List. As a consequence any illegal move is also skipped. In MultiPV
793       // mode we also skip PV moves which have been already searched.
794       if (rootNode && !std::count(thisThread->rootMoves.begin() + thisThread->PVIdx,
795                                   thisThread->rootMoves.end(), move))
796           continue;
797
798       ss->moveCount = ++moveCount;
799
800       if (rootNode && thisThread == Threads.main() && Time.elapsed() > 3000)
801           sync_cout << "info depth " << depth / ONE_PLY
802                     << " currmove " << UCI::move(move, pos.is_chess960())
803                     << " currmovenumber " << moveCount + thisThread->PVIdx << sync_endl;
804
805       if (PvNode)
806           (ss+1)->pv = nullptr;
807
808       extension = DEPTH_ZERO;
809       captureOrPromotion = pos.capture_or_promotion(move);
810       movedPiece = pos.moved_piece(move);
811
812       givesCheck =  type_of(move) == NORMAL && !pos.discovered_check_candidates()
813                   ? pos.check_squares(type_of(movedPiece)) & to_sq(move)
814                   : pos.gives_check(move);
815
816       moveCountPruning =   depth < 16 * ONE_PLY
817                         && moveCount >= FutilityMoveCounts[improving][depth / ONE_PLY];
818
819       // Step 12. Singular and Gives Check Extensions
820
821       // Singular extension search. If all moves but one fail low on a search of
822       // (alpha-s, beta-s), and just one fails high on (alpha, beta), then that move
823       // is singular and should be extended. To verify this we do a reduced search
824       // on all the other moves but the ttMove and if the result is lower than
825       // ttValue minus a margin then we will extend the ttMove.
826       if (    singularExtensionNode
827           &&  move == ttMove
828           &&  pos.legal(move))
829       {
830           Value rBeta = std::max(ttValue - 2 * depth / ONE_PLY, -VALUE_MATE);
831           Depth d = (depth / (2 * ONE_PLY)) * ONE_PLY;
832           ss->excludedMove = move;
833           value = search<NonPV>(pos, ss, rBeta - 1, rBeta, d, cutNode, true);
834           ss->excludedMove = MOVE_NONE;
835
836           if (value < rBeta)
837               extension = ONE_PLY;
838       }
839       else if (    givesCheck
840                && !moveCountPruning
841                &&  pos.see_ge(move))
842           extension = ONE_PLY;
843
844       // Calculate new depth for this move
845       newDepth = depth - ONE_PLY + extension;
846
847       // Step 13. Pruning at shallow depth
848       if (  !rootNode
849           && pos.non_pawn_material(pos.side_to_move())
850           && bestValue > VALUE_MATED_IN_MAX_PLY)
851       {
852           if (   !captureOrPromotion
853               && !givesCheck
854               && (!pos.advanced_pawn_push(move) || pos.non_pawn_material() >= Value(5000)))
855           {
856               // Move count based pruning
857               if (moveCountPruning)
858               {
859                   skipQuiets = true;
860                   continue;
861               }
862
863               // Reduced depth of the next LMR search
864               int lmrDepth = std::max(newDepth - reduction<PvNode>(improving, depth, moveCount), DEPTH_ZERO) / ONE_PLY;
865
866               // Countermoves based pruning
867               if (   lmrDepth < 3
868                   && (*contHist[0])[movedPiece][to_sq(move)] < CounterMovePruneThreshold
869                   && (*contHist[1])[movedPiece][to_sq(move)] < CounterMovePruneThreshold)
870                   continue;
871
872               // Futility pruning: parent node
873               if (   lmrDepth < 7
874                   && !inCheck
875                   && ss->staticEval + 256 + 200 * lmrDepth <= alpha)
876                   continue;
877
878               // Prune moves with negative SEE
879               if (   lmrDepth < 8
880                   && !pos.see_ge(move, Value(-35 * lmrDepth * lmrDepth)))
881                   continue;
882           }
883           else if (    depth < 7 * ONE_PLY
884                    && !extension
885                    && !pos.see_ge(move, -PawnValueEg * (depth / ONE_PLY)))
886                   continue;
887       }
888
889       // Speculative prefetch as early as possible
890       prefetch(TT.first_entry(pos.key_after(move)));
891
892       // Check for legality just before making the move
893       if (!rootNode && !pos.legal(move))
894       {
895           ss->moveCount = --moveCount;
896           continue;
897       }
898
899       if (move == ttMove && captureOrPromotion)
900           ttCapture = true;
901
902       // Update the current move (this must be done after singular extension search)
903       ss->currentMove = move;
904       ss->contHistory = &thisThread->contHistory[movedPiece][to_sq(move)];
905
906       // Step 14. Make the move
907       pos.do_move(move, st, givesCheck);
908
909       // Step 15. Reduced depth search (LMR). If the move fails high it will be
910       // re-searched at full depth.
911       if (    depth >= 3 * ONE_PLY
912           &&  moveCount > 1
913           && (!captureOrPromotion || moveCountPruning))
914       {
915           Depth r = reduction<PvNode>(improving, depth, moveCount);
916
917           if (captureOrPromotion)
918               r -= r ? ONE_PLY : DEPTH_ZERO;
919           else
920           {
921               // Decrease reduction if opponent's move count is high
922               if ((ss-1)->moveCount > 15)
923                   r -= ONE_PLY;
924
925               // Decrease reduction for exact PV nodes
926               if (pvExact)
927                   r -= ONE_PLY;
928
929               // Increase reduction if ttMove is a capture
930               if (ttCapture)
931                   r += ONE_PLY;
932
933               // Increase reduction for cut nodes
934               if (cutNode)
935                   r += 2 * ONE_PLY;
936
937               // Decrease reduction for moves that escape a capture. Filter out
938               // castling moves, because they are coded as "king captures rook" and
939               // hence break make_move().
940               else if (    type_of(move) == NORMAL
941                        && !pos.see_ge(make_move(to_sq(move), from_sq(move))))
942                   r -= 2 * ONE_PLY;
943
944               ss->statScore =  thisThread->mainHistory[~pos.side_to_move()][from_to(move)]
945                              + (*contHist[0])[movedPiece][to_sq(move)]
946                              + (*contHist[1])[movedPiece][to_sq(move)]
947                              + (*contHist[3])[movedPiece][to_sq(move)]
948                              - 4000;
949
950               // Decrease/increase reduction by comparing opponent's stat score
951               if (ss->statScore >= 0 && (ss-1)->statScore < 0)
952                   r -= ONE_PLY;
953
954               else if ((ss-1)->statScore >= 0 && ss->statScore < 0)
955                   r += ONE_PLY;
956
957               // Decrease/increase reduction for moves with a good/bad history
958               r = std::max(DEPTH_ZERO, (r / ONE_PLY - ss->statScore / 20000) * ONE_PLY);
959           }
960
961           Depth d = std::max(newDepth - r, ONE_PLY);
962
963           value = -search<NonPV>(pos, ss+1, -(alpha+1), -alpha, d, true, false);
964
965           doFullDepthSearch = (value > alpha && d != newDepth);
966       }
967       else
968           doFullDepthSearch = !PvNode || moveCount > 1;
969
970       // Step 16. Full depth search when LMR is skipped or fails high
971       if (doFullDepthSearch)
972           value = newDepth <   ONE_PLY ?
973                             givesCheck ? -qsearch<NonPV,  true>(pos, ss+1, -(alpha+1), -alpha)
974                                        : -qsearch<NonPV, false>(pos, ss+1, -(alpha+1), -alpha)
975                                        : - search<NonPV>(pos, ss+1, -(alpha+1), -alpha, newDepth, !cutNode, false);
976
977       // For PV nodes only, do a full PV search on the first move or after a fail
978       // high (in the latter case search only if value < beta), otherwise let the
979       // parent node fail low with value <= alpha and try another move.
980       if (PvNode && (moveCount == 1 || (value > alpha && (rootNode || value < beta))))
981       {
982           (ss+1)->pv = pv;
983           (ss+1)->pv[0] = MOVE_NONE;
984
985           value = newDepth <   ONE_PLY ?
986                             givesCheck ? -qsearch<PV,  true>(pos, ss+1, -beta, -alpha)
987                                        : -qsearch<PV, false>(pos, ss+1, -beta, -alpha)
988                                        : - search<PV>(pos, ss+1, -beta, -alpha, newDepth, false, false);
989       }
990
991       // Step 17. Undo move
992       pos.undo_move(move);
993
994       assert(value > -VALUE_INFINITE && value < VALUE_INFINITE);
995
996       // Step 18. Check for a new best move
997       // Finished searching the move. If a stop occurred, the return value of
998       // the search cannot be trusted, and we return immediately without
999       // updating best move, PV and TT.
1000       if (Threads.stop.load(std::memory_order_relaxed))
1001           return VALUE_ZERO;
1002
1003       if (rootNode)
1004       {
1005           RootMove& rm = *std::find(thisThread->rootMoves.begin(),
1006                                     thisThread->rootMoves.end(), move);
1007
1008           // PV move or new best move ?
1009           if (moveCount == 1 || value > alpha)
1010           {
1011               rm.score = value;
1012               rm.selDepth = thisThread->selDepth;
1013               rm.pv.resize(1);
1014
1015               assert((ss+1)->pv);
1016
1017               for (Move* m = (ss+1)->pv; *m != MOVE_NONE; ++m)
1018                   rm.pv.push_back(*m);
1019
1020               // We record how often the best move has been changed in each
1021               // iteration. This information is used for time management: When
1022               // the best move changes frequently, we allocate some more time.
1023               if (moveCount > 1 && thisThread == Threads.main())
1024                   ++static_cast<MainThread*>(thisThread)->bestMoveChanges;
1025           }
1026           else
1027               // All other moves but the PV are set to the lowest value: this
1028               // is not a problem when sorting because the sort is stable and the
1029               // move position in the list is preserved - just the PV is pushed up.
1030               rm.score = -VALUE_INFINITE;
1031       }
1032
1033       if (value > bestValue)
1034       {
1035           bestValue = value;
1036
1037           if (value > alpha)
1038           {
1039               bestMove = move;
1040
1041               if (PvNode && !rootNode) // Update pv even in fail-high case
1042                   update_pv(ss->pv, move, (ss+1)->pv);
1043
1044               if (PvNode && value < beta) // Update alpha! Always alpha < beta
1045                   alpha = value;
1046               else
1047               {
1048                   assert(value >= beta); // Fail high
1049                   break;
1050               }
1051           }
1052       }
1053
1054       if (!captureOrPromotion && move != bestMove && quietCount < 64)
1055           quietsSearched[quietCount++] = move;
1056       else if (captureOrPromotion && move != bestMove && captureCount < 32)
1057           capturesSearched[captureCount++] = move;
1058     }
1059
1060     // The following condition would detect a stop only after move loop has been
1061     // completed. But in this case bestValue is valid because we have fully
1062     // searched our subtree, and we can anyhow save the result in TT.
1063     /*
1064        if (Threads.stop)
1065         return VALUE_DRAW;
1066     */
1067
1068     // Step 20. Check for mate and stalemate
1069     // All legal moves have been searched and if there are no legal moves, it
1070     // must be a mate or a stalemate. If we are in a singular extension search then
1071     // return a fail low score.
1072
1073     assert(moveCount || !inCheck || excludedMove || !MoveList<LEGAL>(pos).size());
1074
1075     if (!moveCount)
1076         bestValue = excludedMove ? alpha
1077                    :     inCheck ? mated_in(ss->ply) : DrawValue[pos.side_to_move()];
1078     else if (bestMove)
1079     {
1080         // Quiet best move: update move sorting heuristics
1081         if (!pos.capture_or_promotion(bestMove))
1082             update_stats(pos, ss, bestMove, quietsSearched, quietCount, stat_bonus(depth));
1083         else
1084             update_capture_stats(pos, bestMove, capturesSearched, captureCount, stat_bonus(depth));
1085
1086         // Extra penalty for a quiet TT move in previous ply when it gets refuted
1087         if ((ss-1)->moveCount == 1 && !pos.captured_piece())
1088             update_continuation_histories(ss-1, pos.piece_on(prevSq), prevSq, -stat_bonus(depth + ONE_PLY));
1089     }
1090     // Bonus for prior countermove that caused the fail low
1091     else if (    depth >= 3 * ONE_PLY
1092              && !pos.captured_piece()
1093              && is_ok((ss-1)->currentMove))
1094         update_continuation_histories(ss-1, pos.piece_on(prevSq), prevSq, stat_bonus(depth));
1095
1096     if (!excludedMove)
1097         tte->save(posKey, value_to_tt(bestValue, ss->ply),
1098                   bestValue >= beta ? BOUND_LOWER :
1099                   PvNode && bestMove ? BOUND_EXACT : BOUND_UPPER,
1100                   depth, bestMove, ss->staticEval, TT.generation());
1101
1102     assert(bestValue > -VALUE_INFINITE && bestValue < VALUE_INFINITE);
1103
1104     return bestValue;
1105   }
1106
1107
1108   // qsearch() is the quiescence search function, which is called by the main
1109   // search function with depth zero, or recursively with depth less than ONE_PLY.
1110
1111   template <NodeType NT, bool InCheck>
1112   Value qsearch(Position& pos, Stack* ss, Value alpha, Value beta, Depth depth) {
1113
1114     const bool PvNode = NT == PV;
1115
1116     assert(InCheck == bool(pos.checkers()));
1117     assert(alpha >= -VALUE_INFINITE && alpha < beta && beta <= VALUE_INFINITE);
1118     assert(PvNode || (alpha == beta - 1));
1119     assert(depth <= DEPTH_ZERO);
1120     assert(depth / ONE_PLY * ONE_PLY == depth);
1121
1122     Move pv[MAX_PLY+1];
1123     StateInfo st;
1124     TTEntry* tte;
1125     Key posKey;
1126     Move ttMove, move, bestMove;
1127     Value bestValue, value, ttValue, futilityValue, futilityBase, oldAlpha;
1128     bool ttHit, givesCheck, evasionPrunable;
1129     Depth ttDepth;
1130     int moveCount;
1131
1132     if (PvNode)
1133     {
1134         oldAlpha = alpha; // To flag BOUND_EXACT when eval above alpha and no available moves
1135         (ss+1)->pv = pv;
1136         ss->pv[0] = MOVE_NONE;
1137     }
1138
1139     ss->currentMove = bestMove = MOVE_NONE;
1140     (ss+1)->ply = ss->ply + 1;
1141     moveCount = 0;
1142
1143     // Check for an instant draw or if the maximum ply has been reached
1144     if (pos.is_draw(ss->ply) || ss->ply >= MAX_PLY)
1145         return ss->ply >= MAX_PLY && !InCheck ? evaluate(pos)
1146                                               : DrawValue[pos.side_to_move()];
1147
1148     assert(0 <= ss->ply && ss->ply < MAX_PLY);
1149
1150     // Decide whether or not to include checks: this fixes also the type of
1151     // TT entry depth that we are going to use. Note that in qsearch we use
1152     // only two types of depth in TT: DEPTH_QS_CHECKS or DEPTH_QS_NO_CHECKS.
1153     ttDepth = InCheck || depth >= DEPTH_QS_CHECKS ? DEPTH_QS_CHECKS
1154                                                   : DEPTH_QS_NO_CHECKS;
1155     // Transposition table lookup
1156     posKey = pos.key();
1157     tte = TT.probe(posKey, ttHit);
1158     ttMove = ttHit ? tte->move() : MOVE_NONE;
1159     ttValue = ttHit ? value_from_tt(tte->value(), ss->ply) : VALUE_NONE;
1160
1161     if (  !PvNode
1162         && ttHit
1163         && tte->depth() >= ttDepth
1164         && ttValue != VALUE_NONE // Only in case of TT access race
1165         && (ttValue >= beta ? (tte->bound() &  BOUND_LOWER)
1166                             : (tte->bound() &  BOUND_UPPER)))
1167         return ttValue;
1168
1169     // Evaluate the position statically
1170     if (InCheck)
1171     {
1172         ss->staticEval = VALUE_NONE;
1173         bestValue = futilityBase = -VALUE_INFINITE;
1174     }
1175     else
1176     {
1177         if (ttHit)
1178         {
1179             // Never assume anything on values stored in TT
1180             if ((ss->staticEval = bestValue = tte->eval()) == VALUE_NONE)
1181                 ss->staticEval = bestValue = evaluate(pos);
1182
1183             // Can ttValue be used as a better position evaluation?
1184             if (   ttValue != VALUE_NONE
1185                 && (tte->bound() & (ttValue > bestValue ? BOUND_LOWER : BOUND_UPPER)))
1186                 bestValue = ttValue;
1187         }
1188         else
1189             ss->staticEval = bestValue =
1190             (ss-1)->currentMove != MOVE_NULL ? evaluate(pos)
1191                                              : -(ss-1)->staticEval + 2 * Eval::Tempo;
1192
1193         // Stand pat. Return immediately if static value is at least beta
1194         if (bestValue >= beta)
1195         {
1196             if (!ttHit)
1197                 tte->save(posKey, value_to_tt(bestValue, ss->ply), BOUND_LOWER,
1198                           DEPTH_NONE, MOVE_NONE, ss->staticEval, TT.generation());
1199
1200             return bestValue;
1201         }
1202
1203         if (PvNode && bestValue > alpha)
1204             alpha = bestValue;
1205
1206         futilityBase = bestValue + 128;
1207     }
1208
1209     // Initialize a MovePicker object for the current position, and prepare
1210     // to search the moves. Because the depth is <= 0 here, only captures,
1211     // queen promotions and checks (only if depth >= DEPTH_QS_CHECKS) will
1212     // be generated.
1213     MovePicker mp(pos, ttMove, depth, &pos.this_thread()->mainHistory, &pos.this_thread()->captureHistory, to_sq((ss-1)->currentMove));
1214
1215     // Loop through the moves until no moves remain or a beta cutoff occurs
1216     while ((move = mp.next_move()) != MOVE_NONE)
1217     {
1218       assert(is_ok(move));
1219
1220       givesCheck =  type_of(move) == NORMAL && !pos.discovered_check_candidates()
1221                   ? pos.check_squares(type_of(pos.moved_piece(move))) & to_sq(move)
1222                   : pos.gives_check(move);
1223
1224       moveCount++;
1225
1226       // Futility pruning
1227       if (   !InCheck
1228           && !givesCheck
1229           &&  futilityBase > -VALUE_KNOWN_WIN
1230           && !pos.advanced_pawn_push(move))
1231       {
1232           assert(type_of(move) != ENPASSANT); // Due to !pos.advanced_pawn_push
1233
1234           futilityValue = futilityBase + PieceValue[EG][pos.piece_on(to_sq(move))];
1235
1236           if (futilityValue <= alpha)
1237           {
1238               bestValue = std::max(bestValue, futilityValue);
1239               continue;
1240           }
1241
1242           if (futilityBase <= alpha && !pos.see_ge(move, VALUE_ZERO + 1))
1243           {
1244               bestValue = std::max(bestValue, futilityBase);
1245               continue;
1246           }
1247       }
1248
1249       // Detect non-capture evasions that are candidates to be pruned
1250       evasionPrunable =    InCheck
1251                        &&  (depth != DEPTH_ZERO || moveCount > 2)
1252                        &&  bestValue > VALUE_MATED_IN_MAX_PLY
1253                        && !pos.capture(move);
1254
1255       // Don't search moves with negative SEE values
1256       if (  (!InCheck || evasionPrunable)
1257           &&  type_of(move) != PROMOTION
1258           &&  !pos.see_ge(move))
1259           continue;
1260
1261       // Speculative prefetch as early as possible
1262       prefetch(TT.first_entry(pos.key_after(move)));
1263
1264       // Check for legality just before making the move
1265       if (!pos.legal(move))
1266       {
1267           moveCount--;
1268           continue;
1269       }
1270
1271       ss->currentMove = move;
1272
1273       // Make and search the move
1274       pos.do_move(move, st, givesCheck);
1275       value = givesCheck ? -qsearch<NT,  true>(pos, ss+1, -beta, -alpha, depth - ONE_PLY)
1276                          : -qsearch<NT, false>(pos, ss+1, -beta, -alpha, depth - ONE_PLY);
1277       pos.undo_move(move);
1278
1279       assert(value > -VALUE_INFINITE && value < VALUE_INFINITE);
1280
1281       // Check for a new best move
1282       if (value > bestValue)
1283       {
1284           bestValue = value;
1285
1286           if (value > alpha)
1287           {
1288               if (PvNode) // Update pv even in fail-high case
1289                   update_pv(ss->pv, move, (ss+1)->pv);
1290
1291               if (PvNode && value < beta) // Update alpha here!
1292               {
1293                   alpha = value;
1294                   bestMove = move;
1295               }
1296               else // Fail high
1297               {
1298                   tte->save(posKey, value_to_tt(value, ss->ply), BOUND_LOWER,
1299                             ttDepth, move, ss->staticEval, TT.generation());
1300
1301                   return value;
1302               }
1303           }
1304        }
1305     }
1306
1307     // All legal moves have been searched. A special case: If we're in check
1308     // and no legal moves were found, it is checkmate.
1309     if (InCheck && bestValue == -VALUE_INFINITE)
1310         return mated_in(ss->ply); // Plies to mate from the root
1311
1312     tte->save(posKey, value_to_tt(bestValue, ss->ply),
1313               PvNode && bestValue > oldAlpha ? BOUND_EXACT : BOUND_UPPER,
1314               ttDepth, bestMove, ss->staticEval, TT.generation());
1315
1316     assert(bestValue > -VALUE_INFINITE && bestValue < VALUE_INFINITE);
1317
1318     return bestValue;
1319   }
1320
1321
1322   // value_to_tt() adjusts a mate score from "plies to mate from the root" to
1323   // "plies to mate from the current position". Non-mate scores are unchanged.
1324   // The function is called before storing a value in the transposition table.
1325
1326   Value value_to_tt(Value v, int ply) {
1327
1328     assert(v != VALUE_NONE);
1329
1330     return  v >= VALUE_MATE_IN_MAX_PLY  ? v + ply
1331           : v <= VALUE_MATED_IN_MAX_PLY ? v - ply : v;
1332   }
1333
1334
1335   // value_from_tt() is the inverse of value_to_tt(): It adjusts a mate score
1336   // from the transposition table (which refers to the plies to mate/be mated
1337   // from current position) to "plies to mate/be mated from the root".
1338
1339   Value value_from_tt(Value v, int ply) {
1340
1341     return  v == VALUE_NONE             ? VALUE_NONE
1342           : v >= VALUE_MATE_IN_MAX_PLY  ? v - ply
1343           : v <= VALUE_MATED_IN_MAX_PLY ? v + ply : v;
1344   }
1345
1346
1347   // update_pv() adds current move and appends child pv[]
1348
1349   void update_pv(Move* pv, Move move, Move* childPv) {
1350
1351     for (*pv++ = move; childPv && *childPv != MOVE_NONE; )
1352         *pv++ = *childPv++;
1353     *pv = MOVE_NONE;
1354   }
1355
1356
1357   // update_continuation_histories() updates histories of the move pairs formed
1358   // by moves at ply -1, -2, and -4 with current move.
1359
1360   void update_continuation_histories(Stack* ss, Piece pc, Square to, int bonus) {
1361
1362     for (int i : {1, 2, 4})
1363         if (is_ok((ss-i)->currentMove))
1364             (ss-i)->contHistory->update(pc, to, bonus);
1365   }
1366
1367
1368   // update_capture_stats() updates move sorting heuristics when a new capture best move is found
1369
1370   void update_capture_stats(const Position& pos, Move move,
1371                             Move* captures, int captureCnt, int bonus) {
1372
1373       CapturePieceToHistory& captureHistory =  pos.this_thread()->captureHistory;
1374       Piece moved_piece = pos.moved_piece(move);
1375       PieceType captured = type_of(pos.piece_on(to_sq(move)));
1376       captureHistory.update(moved_piece, to_sq(move), captured, bonus);
1377
1378       // Decrease all the other played capture moves
1379       for (int i = 0; i < captureCnt; ++i)
1380       {
1381           moved_piece = pos.moved_piece(captures[i]);
1382           captured = type_of(pos.piece_on(to_sq(captures[i])));
1383           captureHistory.update(moved_piece, to_sq(captures[i]), captured, -bonus);
1384       }
1385   }
1386
1387
1388   // update_stats() updates move sorting heuristics when a new quiet best move is found
1389
1390   void update_stats(const Position& pos, Stack* ss, Move move,
1391                     Move* quiets, int quietsCnt, int bonus) {
1392
1393     if (ss->killers[0] != move)
1394     {
1395         ss->killers[1] = ss->killers[0];
1396         ss->killers[0] = move;
1397     }
1398
1399     Color c = pos.side_to_move();
1400     Thread* thisThread = pos.this_thread();
1401     thisThread->mainHistory.update(c, move, bonus);
1402     update_continuation_histories(ss, pos.moved_piece(move), to_sq(move), bonus);
1403
1404     if (is_ok((ss-1)->currentMove))
1405     {
1406         Square prevSq = to_sq((ss-1)->currentMove);
1407         thisThread->counterMoves[pos.piece_on(prevSq)][prevSq] = move;
1408     }
1409
1410     // Decrease all the other played quiet moves
1411     for (int i = 0; i < quietsCnt; ++i)
1412     {
1413         thisThread->mainHistory.update(c, quiets[i], -bonus);
1414         update_continuation_histories(ss, pos.moved_piece(quiets[i]), to_sq(quiets[i]), -bonus);
1415     }
1416   }
1417
1418
1419   // Is the PV leading to a draw position? Assumes all pv moves are legal
1420   bool pv_is_draw(Position& pos) {
1421
1422     StateInfo st[MAX_PLY];
1423     auto& pv = pos.this_thread()->rootMoves[0].pv;
1424
1425     for (size_t i = 0; i < pv.size(); ++i)
1426         pos.do_move(pv[i], st[i]);
1427
1428     bool isDraw = pos.is_draw(pv.size());
1429
1430     for (size_t i = pv.size(); i > 0; --i)
1431         pos.undo_move(pv[i-1]);
1432
1433     return isDraw;
1434   }
1435
1436
1437   // When playing with strength handicap, choose best move among a set of RootMoves
1438   // using a statistical rule dependent on 'level'. Idea by Heinz van Saanen.
1439
1440   Move Skill::pick_best(size_t multiPV) {
1441
1442     const RootMoves& rootMoves = Threads.main()->rootMoves;
1443     static PRNG rng(now()); // PRNG sequence should be non-deterministic
1444
1445     // RootMoves are already sorted by score in descending order
1446     Value topScore = rootMoves[0].score;
1447     int delta = std::min(topScore - rootMoves[multiPV - 1].score, PawnValueMg);
1448     int weakness = 120 - 2 * level;
1449     int maxScore = -VALUE_INFINITE;
1450
1451     // Choose best move. For each move score we add two terms, both dependent on
1452     // weakness. One is deterministic and bigger for weaker levels, and one is
1453     // random. Then we choose the move with the resulting highest score.
1454     for (size_t i = 0; i < multiPV; ++i)
1455     {
1456         // This is our magic formula
1457         int push = (  weakness * int(topScore - rootMoves[i].score)
1458                     + delta * (rng.rand<unsigned>() % weakness)) / 128;
1459
1460         if (rootMoves[i].score + push >= maxScore)
1461         {
1462             maxScore = rootMoves[i].score + push;
1463             best = rootMoves[i].pv[0];
1464         }
1465     }
1466
1467     return best;
1468   }
1469
1470 } // namespace
1471
1472   // check_time() is used to print debug info and, more importantly, to detect
1473   // when we are out of available time and thus stop the search.
1474
1475   void MainThread::check_time() {
1476
1477     if (--callsCnt > 0)
1478         return;
1479
1480     // At low node count increase the checking rate to about 0.1% of nodes
1481     // otherwise use a default value.
1482     callsCnt = Limits.nodes ? std::min(4096, int(Limits.nodes / 1024)) : 4096;
1483
1484     static TimePoint lastInfoTime = now();
1485
1486     int elapsed = Time.elapsed();
1487     TimePoint tick = Limits.startTime + elapsed;
1488
1489     if (tick - lastInfoTime >= 1000)
1490     {
1491         lastInfoTime = tick;
1492         dbg_print();
1493     }
1494
1495     // An engine may not stop pondering until told so by the GUI
1496     if (Threads.ponder)
1497         return;
1498
1499     if (   (Limits.use_time_management() && elapsed > Time.maximum())
1500         || (Limits.movetime && elapsed >= Limits.movetime)
1501         || (Limits.nodes && Threads.nodes_searched() >= (uint64_t)Limits.nodes))
1502             Threads.stop = true;
1503   }
1504
1505
1506 /// UCI::pv() formats PV information according to the UCI protocol. UCI requires
1507 /// that all (if any) unsearched PV lines are sent using a previous search score.
1508
1509 string UCI::pv(const Position& pos, Depth depth, Value alpha, Value beta) {
1510
1511   std::stringstream ss;
1512   int elapsed = Time.elapsed() + 1;
1513   const RootMoves& rootMoves = pos.this_thread()->rootMoves;
1514   size_t PVIdx = pos.this_thread()->PVIdx;
1515   size_t multiPV = std::min((size_t)Options["MultiPV"], rootMoves.size());
1516   uint64_t nodesSearched = Threads.nodes_searched();
1517   uint64_t tbHits = Threads.tb_hits() + (TB::RootInTB ? rootMoves.size() : 0);
1518
1519   for (size_t i = 0; i < multiPV; ++i)
1520   {
1521       bool updated = (i <= PVIdx && rootMoves[i].score != -VALUE_INFINITE);
1522
1523       if (depth == ONE_PLY && !updated)
1524           continue;
1525
1526       Depth d = updated ? depth : depth - ONE_PLY;
1527       Value v = updated ? rootMoves[i].score : rootMoves[i].previousScore;
1528
1529       bool tb = TB::RootInTB && abs(v) < VALUE_MATE - MAX_PLY;
1530       v = tb ? TB::Score : v;
1531
1532       if (ss.rdbuf()->in_avail()) // Not at first line
1533           ss << "\n";
1534
1535       ss << "info"
1536          << " depth "    << d / ONE_PLY
1537          << " seldepth " << rootMoves[i].selDepth
1538          << " multipv "  << i + 1
1539          << " score "    << UCI::value(v);
1540
1541       if (!tb && i == PVIdx)
1542           ss << (v >= beta ? " lowerbound" : v <= alpha ? " upperbound" : "");
1543
1544       ss << " nodes "    << nodesSearched
1545          << " nps "      << nodesSearched * 1000 / elapsed;
1546
1547       if (elapsed > 1000) // Earlier makes little sense
1548           ss << " hashfull " << TT.hashfull();
1549
1550       ss << " tbhits "   << tbHits
1551          << " time "     << elapsed
1552          << " pv";
1553
1554       for (Move m : rootMoves[i].pv)
1555           ss << " " << UCI::move(m, pos.is_chess960());
1556   }
1557
1558   return ss.str();
1559 }
1560
1561
1562 /// RootMove::extract_ponder_from_tt() is called in case we have no ponder move
1563 /// before exiting the search, for instance, in case we stop the search during a
1564 /// fail high at root. We try hard to have a ponder move to return to the GUI,
1565 /// otherwise in case of 'ponder on' we have nothing to think on.
1566
1567 bool RootMove::extract_ponder_from_tt(Position& pos) {
1568
1569     StateInfo st;
1570     bool ttHit;
1571
1572     assert(pv.size() == 1);
1573
1574     if (!pv[0])
1575         return false;
1576
1577     pos.do_move(pv[0], st);
1578     TTEntry* tte = TT.probe(pos.key(), ttHit);
1579
1580     if (ttHit)
1581     {
1582         Move m = tte->move(); // Local copy to be SMP safe
1583         if (MoveList<LEGAL>(pos).contains(m))
1584             pv.push_back(m);
1585     }
1586
1587     pos.undo_move(pv[0]);
1588     return pv.size() > 1;
1589 }
1590
1591 void Tablebases::filter_root_moves(Position& pos, Search::RootMoves& rootMoves) {
1592
1593     RootInTB = false;
1594     UseRule50 = Options["Syzygy50MoveRule"];
1595     ProbeDepth = Options["SyzygyProbeDepth"] * ONE_PLY;
1596     Cardinality = Options["SyzygyProbeLimit"];
1597
1598     // Skip TB probing when no TB found: !TBLargest -> !TB::Cardinality
1599     if (Cardinality > MaxCardinality)
1600     {
1601         Cardinality = MaxCardinality;
1602         ProbeDepth = DEPTH_ZERO;
1603     }
1604
1605     if (Cardinality < popcount(pos.pieces()) || pos.can_castle(ANY_CASTLING))
1606         return;
1607
1608     // Don't filter any moves if the user requested analysis on multiple
1609     if (Options["MultiPV"] != 1)
1610         return;
1611
1612     // If the current root position is in the tablebases, then RootMoves
1613     // contains only moves that preserve the draw or the win.
1614     RootInTB = root_probe(pos, rootMoves, TB::Score);
1615
1616     if (RootInTB)
1617         Cardinality = 0; // Do not probe tablebases during the search
1618
1619     else // If DTZ tables are missing, use WDL tables as a fallback
1620     {
1621         // Filter out moves that do not preserve the draw or the win.
1622         RootInTB = root_probe_wdl(pos, rootMoves, TB::Score);
1623
1624         // Only probe during search if winning
1625         if (RootInTB && TB::Score <= VALUE_DRAW)
1626             Cardinality = 0;
1627     }
1628
1629     if (RootInTB && !UseRule50)
1630         TB::Score =  TB::Score > VALUE_DRAW ?  VALUE_MATE - MAX_PLY - 1
1631                    : TB::Score < VALUE_DRAW ? -VALUE_MATE + MAX_PLY + 1
1632                                             :  VALUE_DRAW;
1633 }