4f4092ffe2bcae830f54ba84fc62c42ede9ab094
[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) 2015-2016 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   // Skill structure is used to implement strength limit
79   struct Skill {
80     Skill(int l) : level(l) {}
81     bool enabled() const { return level < 20; }
82     bool time_to_pick(Depth depth) const { return depth / ONE_PLY == 1 + level; }
83     Move best_move(size_t multiPV) { return best ? best : pick_best(multiPV); }
84     Move pick_best(size_t multiPV);
85
86     int level;
87     Move best = MOVE_NONE;
88   };
89
90   // EasyMoveManager structure is used to detect an 'easy move'. When the PV is
91   // stable across multiple search iterations, we can quickly return the best move.
92   struct EasyMoveManager {
93
94     void clear() {
95       stableCnt = 0;
96       expectedPosKey = 0;
97       pv[0] = pv[1] = pv[2] = MOVE_NONE;
98     }
99
100     Move get(Key key) const {
101       return expectedPosKey == key ? pv[2] : MOVE_NONE;
102     }
103
104     void update(Position& pos, const std::vector<Move>& newPv) {
105
106       assert(newPv.size() >= 3);
107
108       // Keep track of how many times in a row the 3rd ply remains stable
109       stableCnt = (newPv[2] == pv[2]) ? stableCnt + 1 : 0;
110
111       if (!std::equal(newPv.begin(), newPv.begin() + 3, pv))
112       {
113           std::copy(newPv.begin(), newPv.begin() + 3, pv);
114
115           StateInfo st[2];
116           pos.do_move(newPv[0], st[0]);
117           pos.do_move(newPv[1], st[1]);
118           expectedPosKey = pos.key();
119           pos.undo_move(newPv[1]);
120           pos.undo_move(newPv[0]);
121       }
122     }
123
124     int stableCnt;
125     Key expectedPosKey;
126     Move pv[3];
127   };
128
129   // Set of rows with half bits set to 1 and half to 0. It is used to allocate
130   // the search depths across the threads.
131   typedef std::vector<int> Row;
132
133   const Row HalfDensity[] = {
134     {0, 1},
135     {1, 0},
136     {0, 0, 1, 1},
137     {0, 1, 1, 0},
138     {1, 1, 0, 0},
139     {1, 0, 0, 1},
140     {0, 0, 0, 1, 1, 1},
141     {0, 0, 1, 1, 1, 0},
142     {0, 1, 1, 1, 0, 0},
143     {1, 1, 1, 0, 0, 0},
144     {1, 1, 0, 0, 0, 1},
145     {1, 0, 0, 0, 1, 1},
146     {0, 0, 0, 0, 1, 1, 1, 1},
147     {0, 0, 0, 1, 1, 1, 1, 0},
148     {0, 0, 1, 1, 1, 1, 0 ,0},
149     {0, 1, 1, 1, 1, 0, 0 ,0},
150     {1, 1, 1, 1, 0, 0, 0 ,0},
151     {1, 1, 1, 0, 0, 0, 0 ,1},
152     {1, 1, 0, 0, 0, 0, 1 ,1},
153     {1, 0, 0, 0, 0, 1, 1 ,1},
154   };
155
156   const size_t HalfDensitySize = std::extent<decltype(HalfDensity)>::value;
157
158   Value bonus(Depth depth)   { int d = depth / ONE_PLY ; return  Value(d * d + 2 * d - 2); }
159   Value penalty(Depth depth) { int d = depth / ONE_PLY ; return -Value(d * d + 4 * d + 1); }
160
161   EasyMoveManager EasyMove;
162   Value DrawValue[COLOR_NB];
163
164   template <NodeType NT>
165   Value search(Position& pos, Stack* ss, Value alpha, Value beta, Depth depth, bool cutNode, bool skipEarlyPruning);
166
167   template <NodeType NT, bool InCheck>
168   Value qsearch(Position& pos, Stack* ss, Value alpha, Value beta, Depth depth = DEPTH_ZERO);
169
170   Value value_to_tt(Value v, int ply);
171   Value value_from_tt(Value v, int ply);
172   void update_pv(Move* pv, Move move, Move* childPv);
173   void update_cm_stats(Stack* ss, Piece pc, Square s, Value bonus);
174   void update_stats(const Position& pos, Stack* ss, Move move, Move* quiets, int quietsCnt, Value bonus);
175   void check_time();
176
177 } // namespace
178
179
180 /// Search::init() is called during startup to initialize various lookup tables
181
182 void Search::init() {
183
184   for (int imp = 0; imp <= 1; ++imp)
185       for (int d = 1; d < 64; ++d)
186           for (int mc = 1; mc < 64; ++mc)
187           {
188               double r = log(d) * log(mc) / 2;
189
190               Reductions[NonPV][imp][d][mc] = int(std::round(r));
191               Reductions[PV][imp][d][mc] = std::max(Reductions[NonPV][imp][d][mc] - 1, 0);
192
193               // Increase reduction for non-PV nodes when eval is not improving
194               if (!imp && Reductions[NonPV][imp][d][mc] >= 2)
195                 Reductions[NonPV][imp][d][mc]++;
196           }
197
198   for (int d = 0; d < 16; ++d)
199   {
200       FutilityMoveCounts[0][d] = int(2.4 + 0.773 * pow(d + 0.00, 1.8));
201       FutilityMoveCounts[1][d] = int(2.9 + 1.045 * pow(d + 0.49, 1.8));
202   }
203 }
204
205
206 /// Search::clear() resets search state to zero, to obtain reproducible results
207
208 void Search::clear() {
209
210   TT.clear();
211
212   for (Thread* th : Threads)
213   {
214       th->history.clear();
215       th->counterMoves.clear();
216       th->fromTo.clear();
217       th->counterMoveHistory.clear();
218       th->resetCalls = true;
219   }
220
221   Threads.main()->previousScore = VALUE_INFINITE;
222 }
223
224
225 /// Search::perft() is our utility to verify move generation. All the leaf nodes
226 /// up to the given depth are generated and counted, and the sum is returned.
227 template<bool Root>
228 uint64_t Search::perft(Position& pos, Depth depth) {
229
230   StateInfo st;
231   uint64_t cnt, nodes = 0;
232   const bool leaf = (depth == 2 * ONE_PLY);
233
234   for (const auto& m : MoveList<LEGAL>(pos))
235   {
236       if (Root && depth <= ONE_PLY)
237           cnt = 1, nodes++;
238       else
239       {
240           pos.do_move(m, st);
241           cnt = leaf ? MoveList<LEGAL>(pos).size() : perft<false>(pos, depth - ONE_PLY);
242           nodes += cnt;
243           pos.undo_move(m);
244       }
245       if (Root)
246           sync_cout << UCI::move(m, pos.is_chess960()) << ": " << cnt << sync_endl;
247   }
248   return nodes;
249 }
250
251 template uint64_t Search::perft<true>(Position&, Depth);
252
253
254 /// MainThread::search() is called by the main thread when the program receives
255 /// the UCI 'go' command. It searches from the root position and outputs the "bestmove".
256
257 void MainThread::search() {
258
259   Color us = rootPos.side_to_move();
260   Time.init(Limits, us, rootPos.game_ply());
261
262   int contempt = Options["Contempt"] * PawnValueEg / 100; // From centipawns
263   DrawValue[ us] = VALUE_DRAW - Value(contempt);
264   DrawValue[~us] = VALUE_DRAW + Value(contempt);
265
266   if (rootMoves.empty())
267   {
268       rootMoves.push_back(RootMove(MOVE_NONE));
269       sync_cout << "info depth 0 score "
270                 << UCI::value(rootPos.checkers() ? -VALUE_MATE : VALUE_DRAW)
271                 << sync_endl;
272   }
273   else
274   {
275       for (Thread* th : Threads)
276           if (th != this)
277               th->start_searching();
278
279       Thread::search(); // Let's start searching!
280   }
281
282   // When playing in 'nodes as time' mode, subtract the searched nodes from
283   // the available ones before exiting.
284   if (Limits.npmsec)
285       Time.availableNodes += Limits.inc[us] - Threads.nodes_searched();
286
287   // When we reach the maximum depth, we can arrive here without a raise of
288   // Signals.stop. However, if we are pondering or in an infinite search,
289   // the UCI protocol states that we shouldn't print the best move before the
290   // GUI sends a "stop" or "ponderhit" command. We therefore simply wait here
291   // until the GUI sends one of those commands (which also raises Signals.stop).
292   if (!Signals.stop && (Limits.ponder || Limits.infinite))
293   {
294       Signals.stopOnPonderhit = true;
295       wait(Signals.stop);
296   }
297
298   // Stop the threads if not already stopped
299   Signals.stop = true;
300
301   // Wait until all threads have finished
302   for (Thread* th : Threads)
303       if (th != this)
304           th->wait_for_search_finished();
305
306   // Check if there are threads with a better score than main thread
307   Thread* bestThread = this;
308   if (   !this->easyMovePlayed
309       &&  Options["MultiPV"] == 1
310       && !Limits.depth
311       && !Skill(Options["Skill Level"]).enabled()
312       &&  rootMoves[0].pv[0] != MOVE_NONE)
313   {
314       for (Thread* th : Threads)
315       {
316           Depth depthDiff = th->completedDepth - bestThread->completedDepth;
317           Value scoreDiff = th->rootMoves[0].score - bestThread->rootMoves[0].score;
318
319           if (   (depthDiff > 0 && scoreDiff >= 0)
320               || (scoreDiff > 0 && depthDiff >= 0))
321               bestThread = th;
322       }
323   }
324
325   previousScore = bestThread->rootMoves[0].score;
326
327   // Send new PV when needed
328   if (bestThread != this)
329       sync_cout << UCI::pv(bestThread->rootPos, bestThread->completedDepth, -VALUE_INFINITE, VALUE_INFINITE) << sync_endl;
330
331   sync_cout << "bestmove " << UCI::move(bestThread->rootMoves[0].pv[0], rootPos.is_chess960());
332
333   if (bestThread->rootMoves[0].pv.size() > 1 || bestThread->rootMoves[0].extract_ponder_from_tt(rootPos))
334       std::cout << " ponder " << UCI::move(bestThread->rootMoves[0].pv[1], rootPos.is_chess960());
335
336   std::cout << sync_endl;
337 }
338
339
340 // Thread::search() is the main iterative deepening loop. It calls search()
341 // repeatedly with increasing depth until the allocated thinking time has been
342 // consumed, the user stops the search, or the maximum search depth is reached.
343
344 void Thread::search() {
345
346   Stack stack[MAX_PLY+7], *ss = stack+4; // To allow referencing (ss-4) and (ss+2)
347   Value bestValue, alpha, beta, delta;
348   Move easyMove = MOVE_NONE;
349   MainThread* mainThread = (this == Threads.main() ? Threads.main() : nullptr);
350
351   std::memset(ss-4, 0, 7 * sizeof(Stack));
352
353   bestValue = delta = alpha = -VALUE_INFINITE;
354   beta = VALUE_INFINITE;
355   completedDepth = DEPTH_ZERO;
356
357   if (mainThread)
358   {
359       easyMove = EasyMove.get(rootPos.key());
360       EasyMove.clear();
361       mainThread->easyMovePlayed = mainThread->failedLow = false;
362       mainThread->bestMoveChanges = 0;
363       TT.new_search();
364   }
365
366   size_t multiPV = Options["MultiPV"];
367   Skill skill(Options["Skill Level"]);
368
369   // When playing with strength handicap enable MultiPV search that we will
370   // use behind the scenes to retrieve a set of possible moves.
371   if (skill.enabled())
372       multiPV = std::max(multiPV, (size_t)4);
373
374   multiPV = std::min(multiPV, rootMoves.size());
375
376   // Iterative deepening loop until requested to stop or the target depth is reached
377   while (   (rootDepth += ONE_PLY) < DEPTH_MAX
378          && !Signals.stop
379          && (!Limits.depth || Threads.main()->rootDepth / ONE_PLY <= Limits.depth))
380   {
381       // Set up the new depths for the helper threads skipping on average every
382       // 2nd ply (using a half-density matrix).
383       if (!mainThread)
384       {
385           const Row& row = HalfDensity[(idx - 1) % HalfDensitySize];
386           if (row[(rootDepth / ONE_PLY + rootPos.game_ply()) % row.size()])
387              continue;
388       }
389
390       // Age out PV variability metric
391       if (mainThread)
392           mainThread->bestMoveChanges *= 0.505, mainThread->failedLow = false;
393
394       // Save the last iteration's scores before first PV line is searched and
395       // all the move scores except the (new) PV are set to -VALUE_INFINITE.
396       for (RootMove& rm : rootMoves)
397           rm.previousScore = rm.score;
398
399       // MultiPV loop. We perform a full root search for each PV line
400       for (PVIdx = 0; PVIdx < multiPV && !Signals.stop; ++PVIdx)
401       {
402           // Reset aspiration window starting size
403           if (rootDepth >= 5 * ONE_PLY)
404           {
405               delta = Value(18);
406               alpha = std::max(rootMoves[PVIdx].previousScore - delta,-VALUE_INFINITE);
407               beta  = std::min(rootMoves[PVIdx].previousScore + delta, VALUE_INFINITE);
408           }
409
410           // Start with a small aspiration window and, in the case of a fail
411           // high/low, re-search with a bigger window until we're not failing
412           // high/low anymore.
413           while (true)
414           {
415               bestValue = ::search<PV>(rootPos, ss, alpha, beta, rootDepth, false, false);
416
417               // Bring the best move to the front. It is critical that sorting
418               // is done with a stable algorithm because all the values but the
419               // first and eventually the new best one are set to -VALUE_INFINITE
420               // and we want to keep the same order for all the moves except the
421               // new PV that goes to the front. Note that in case of MultiPV
422               // search the already searched PV lines are preserved.
423               std::stable_sort(rootMoves.begin() + PVIdx, rootMoves.end());
424
425               // If search has been stopped, break immediately. Sorting and
426               // writing PV back to TT is safe because RootMoves is still
427               // valid, although it refers to the previous iteration.
428               if (Signals.stop)
429                   break;
430
431               // When failing high/low give some update (without cluttering
432               // the UI) before a re-search.
433               if (   mainThread
434                   && multiPV == 1
435                   && (bestValue <= alpha || bestValue >= beta)
436                   && Time.elapsed() > 3000)
437                   sync_cout << UCI::pv(rootPos, rootDepth, alpha, beta) << sync_endl;
438
439               // In case of failing low/high increase aspiration window and
440               // re-search, otherwise exit the loop.
441               if (bestValue <= alpha)
442               {
443                   beta = (alpha + beta) / 2;
444                   alpha = std::max(bestValue - delta, -VALUE_INFINITE);
445
446                   if (mainThread)
447                   {
448                       mainThread->failedLow = true;
449                       Signals.stopOnPonderhit = false;
450                   }
451               }
452               else if (bestValue >= beta)
453               {
454                   alpha = (alpha + beta) / 2;
455                   beta = std::min(bestValue + delta, VALUE_INFINITE);
456               }
457               else
458                   break;
459
460               delta += delta / 4 + 5;
461
462               assert(alpha >= -VALUE_INFINITE && beta <= VALUE_INFINITE);
463           }
464
465           // Sort the PV lines searched so far and update the GUI
466           std::stable_sort(rootMoves.begin(), rootMoves.begin() + PVIdx + 1);
467
468           if (!mainThread)
469               continue;
470
471           if (Signals.stop || PVIdx + 1 == multiPV || Time.elapsed() > 3000)
472               sync_cout << UCI::pv(rootPos, rootDepth, alpha, beta) << sync_endl;
473       }
474
475       if (!Signals.stop)
476           completedDepth = rootDepth;
477
478       if (!mainThread)
479           continue;
480
481       // If skill level is enabled and time is up, pick a sub-optimal best move
482       if (skill.enabled() && skill.time_to_pick(rootDepth))
483           skill.pick_best(multiPV);
484
485       // Have we found a "mate in x"?
486       if (   Limits.mate
487           && bestValue >= VALUE_MATE_IN_MAX_PLY
488           && VALUE_MATE - bestValue <= 2 * Limits.mate)
489           Signals.stop = true;
490
491       // Do we have time for the next iteration? Can we stop searching now?
492       if (Limits.use_time_management())
493       {
494           if (!Signals.stop && !Signals.stopOnPonderhit)
495           {
496               // Stop the search if only one legal move is available, or if all
497               // of the available time has been used, or if we matched an easyMove
498               // from the previous search and just did a fast verification.
499               const int F[] = { mainThread->failedLow,
500                                 bestValue - mainThread->previousScore };
501
502               int improvingFactor = std::max(229, std::min(715, 357 + 119 * F[0] - 6 * F[1]));
503               double unstablePvFactor = 1 + mainThread->bestMoveChanges;
504
505               bool doEasyMove =   rootMoves[0].pv[0] == easyMove
506                                && mainThread->bestMoveChanges < 0.03
507                                && Time.elapsed() > Time.optimum() * 5 / 42;
508
509               if (   rootMoves.size() == 1
510                   || Time.elapsed() > Time.optimum() * unstablePvFactor * improvingFactor / 628
511                   || (mainThread->easyMovePlayed = doEasyMove, doEasyMove))
512               {
513                   // If we are allowed to ponder do not stop the search now but
514                   // keep pondering until the GUI sends "ponderhit" or "stop".
515                   if (Limits.ponder)
516                       Signals.stopOnPonderhit = true;
517                   else
518                       Signals.stop = true;
519               }
520           }
521
522           if (rootMoves[0].pv.size() >= 3)
523               EasyMove.update(rootPos, rootMoves[0].pv);
524           else
525               EasyMove.clear();
526       }
527   }
528
529   if (!mainThread)
530       return;
531
532   // Clear any candidate easy move that wasn't stable for the last search
533   // iterations; the second condition prevents consecutive fast moves.
534   if (EasyMove.stableCnt < 6 || mainThread->easyMovePlayed)
535       EasyMove.clear();
536
537   // If skill level is enabled, swap best PV line with the sub-optimal one
538   if (skill.enabled())
539       std::swap(rootMoves[0], *std::find(rootMoves.begin(),
540                 rootMoves.end(), skill.best_move(multiPV)));
541 }
542
543
544 namespace {
545
546   // search<>() is the main search function for both PV and non-PV nodes
547
548   template <NodeType NT>
549   Value search(Position& pos, Stack* ss, Value alpha, Value beta, Depth depth, bool cutNode, bool skipEarlyPruning) {
550
551     const bool PvNode = NT == PV;
552     const bool rootNode = PvNode && (ss-1)->ply == 0;
553
554     assert(-VALUE_INFINITE <= alpha && alpha < beta && beta <= VALUE_INFINITE);
555     assert(PvNode || (alpha == beta - 1));
556     assert(DEPTH_ZERO < depth && depth < DEPTH_MAX);
557     assert(!(PvNode && cutNode));
558     assert(depth / ONE_PLY * ONE_PLY == depth);
559
560     Move pv[MAX_PLY+1], quietsSearched[64];
561     StateInfo st;
562     TTEntry* tte;
563     Key posKey;
564     Move ttMove, move, excludedMove, bestMove;
565     Depth extension, newDepth;
566     Value bestValue, value, ttValue, eval, nullValue;
567     bool ttHit, inCheck, givesCheck, singularExtensionNode, improving;
568     bool captureOrPromotion, doFullDepthSearch, moveCountPruning;
569     Piece moved_piece;
570     int moveCount, quietCount;
571
572     // Step 1. Initialize node
573     Thread* thisThread = pos.this_thread();
574     inCheck = pos.checkers();
575     moveCount = quietCount =  ss->moveCount = 0;
576     ss->history = VALUE_ZERO;
577     bestValue = -VALUE_INFINITE;
578     ss->ply = (ss-1)->ply + 1;
579
580     // Check for the available remaining time
581     if (thisThread->resetCalls.load(std::memory_order_relaxed))
582     {
583         thisThread->resetCalls = false;
584         // At low node count increase the checking rate to about 0.1% of nodes
585         // otherwise use a default value.
586         thisThread->callsCnt = Limits.nodes ? std::min((int64_t)4096, Limits.nodes / 1024)
587                                             : 4096;
588     }
589
590     if (--thisThread->callsCnt <= 0)
591     {
592         for (Thread* th : Threads)
593             th->resetCalls = true;
594
595         check_time();
596     }
597
598     // Used to send selDepth info to GUI
599     if (PvNode && thisThread->maxPly < ss->ply)
600         thisThread->maxPly = ss->ply;
601
602     if (!rootNode)
603     {
604         // Step 2. Check for aborted search and immediate draw
605         if (Signals.stop.load(std::memory_order_relaxed) || pos.is_draw(ss->ply) || ss->ply >= MAX_PLY)
606             return ss->ply >= MAX_PLY && !inCheck ? evaluate(pos)
607                                                   : DrawValue[pos.side_to_move()];
608
609         // Step 3. Mate distance pruning. Even if we mate at the next move our score
610         // would be at best mate_in(ss->ply+1), but if alpha is already bigger because
611         // a shorter mate was found upward in the tree then there is no need to search
612         // because we will never beat the current alpha. Same logic but with reversed
613         // signs applies also in the opposite condition of being mated instead of giving
614         // mate. In this case return a fail-high score.
615         alpha = std::max(mated_in(ss->ply), alpha);
616         beta = std::min(mate_in(ss->ply+1), beta);
617         if (alpha >= beta)
618             return alpha;
619     }
620
621     assert(0 <= ss->ply && ss->ply < MAX_PLY);
622
623     ss->currentMove = (ss+1)->excludedMove = bestMove = MOVE_NONE;
624     ss->counterMoves = nullptr;
625     (ss+2)->killers[0] = (ss+2)->killers[1] = MOVE_NONE;
626     Square prevSq = to_sq((ss-1)->currentMove);
627
628     // Step 4. Transposition table lookup. We don't want the score of a partial
629     // search to overwrite a previous full search TT value, so we use a different
630     // position key in case of an excluded move.
631     excludedMove = ss->excludedMove;
632     posKey = pos.key() ^ Key(excludedMove);
633     tte = TT.probe(posKey, ttHit);
634     ttValue = ttHit ? value_from_tt(tte->value(), ss->ply) : VALUE_NONE;
635     ttMove =  rootNode ? thisThread->rootMoves[thisThread->PVIdx].pv[0]
636             : ttHit    ? tte->move() : MOVE_NONE;
637
638     // At non-PV nodes we check for an early TT cutoff
639     if (  !PvNode
640         && ttHit
641         && tte->depth() >= depth
642         && ttValue != VALUE_NONE // Possible in case of TT access race
643         && (ttValue >= beta ? (tte->bound() & BOUND_LOWER)
644                             : (tte->bound() & BOUND_UPPER)))
645     {
646         // If ttMove is quiet, update killers, history, counter move on TT hit
647         if (ttValue >= beta && ttMove)
648         {
649             if (!pos.capture_or_promotion(ttMove))
650                 update_stats(pos, ss, ttMove, nullptr, 0, bonus(depth));
651
652             // Extra penalty for a quiet TT move in previous ply when it gets refuted
653             if ((ss-1)->moveCount == 1 && !pos.captured_piece())
654                 update_cm_stats(ss-1, pos.piece_on(prevSq), prevSq, penalty(depth));
655         }
656         return ttValue;
657     }
658
659     // Step 4a. Tablebase probe
660     if (!rootNode && TB::Cardinality)
661     {
662         int piecesCount = pos.count<ALL_PIECES>(WHITE) + pos.count<ALL_PIECES>(BLACK);
663
664         if (    piecesCount <= TB::Cardinality
665             && (piecesCount <  TB::Cardinality || depth >= TB::ProbeDepth)
666             &&  pos.rule50_count() == 0
667             && !pos.can_castle(ANY_CASTLING))
668         {
669             TB::ProbeState err;
670             TB::WDLScore v = Tablebases::probe_wdl(pos, &err);
671
672             if (err != TB::ProbeState::FAIL)
673             {
674                 thisThread->tbHits++;
675
676                 int drawScore = TB::UseRule50 ? 1 : 0;
677
678                 value =  v < -drawScore ? -VALUE_MATE + MAX_PLY + ss->ply
679                        : v >  drawScore ?  VALUE_MATE - MAX_PLY - ss->ply
680                                         :  VALUE_DRAW + 2 * v * drawScore;
681
682                 tte->save(posKey, value_to_tt(value, ss->ply), BOUND_EXACT,
683                           std::min(DEPTH_MAX - ONE_PLY, depth + 6 * ONE_PLY),
684                           MOVE_NONE, VALUE_NONE, TT.generation());
685
686                 return value;
687             }
688         }
689     }
690
691     // Step 5. Evaluate the position statically
692     if (inCheck)
693     {
694         ss->staticEval = eval = VALUE_NONE;
695         goto moves_loop;
696     }
697
698     else if (ttHit)
699     {
700         // Never assume anything on values stored in TT
701         if ((ss->staticEval = eval = tte->eval()) == VALUE_NONE)
702             eval = ss->staticEval = evaluate(pos);
703
704         // Can ttValue be used as a better position evaluation?
705         if (ttValue != VALUE_NONE)
706             if (tte->bound() & (ttValue > eval ? BOUND_LOWER : BOUND_UPPER))
707                 eval = ttValue;
708     }
709     else
710     {
711         eval = ss->staticEval =
712         (ss-1)->currentMove != MOVE_NULL ? evaluate(pos)
713                                          : -(ss-1)->staticEval + 2 * Eval::Tempo;
714
715         tte->save(posKey, VALUE_NONE, BOUND_NONE, DEPTH_NONE, MOVE_NONE,
716                   ss->staticEval, TT.generation());
717     }
718
719     if (skipEarlyPruning)
720         goto moves_loop;
721
722     // Step 6. Razoring (skipped when in check)
723     if (   !PvNode
724         &&  depth < 4 * ONE_PLY
725         &&  ttMove == MOVE_NONE
726         &&  eval + razor_margin[depth / ONE_PLY] <= alpha)
727     {
728         if (depth <= ONE_PLY)
729             return qsearch<NonPV, false>(pos, ss, alpha, alpha+1);
730
731         Value ralpha = alpha - razor_margin[depth / ONE_PLY];
732         Value v = qsearch<NonPV, false>(pos, ss, ralpha, ralpha+1);
733         if (v <= ralpha)
734             return v;
735     }
736
737     // Step 7. Futility pruning: child node (skipped when in check)
738     if (   !rootNode
739         &&  depth < 7 * ONE_PLY
740         &&  eval - futility_margin(depth) >= beta
741         &&  eval < VALUE_KNOWN_WIN  // Do not return unproven wins
742         &&  pos.non_pawn_material(pos.side_to_move()))
743         return eval;
744
745     // Step 8. Null move search with verification search (is omitted in PV nodes)
746     if (   !PvNode
747         &&  eval >= beta
748         && (ss->staticEval >= beta - 35 * (depth / ONE_PLY - 6) || depth >= 13 * ONE_PLY)
749         &&  pos.non_pawn_material(pos.side_to_move()))
750     {
751         ss->currentMove = MOVE_NULL;
752         ss->counterMoves = nullptr;
753
754         assert(eval - beta >= 0);
755
756         // Null move dynamic reduction based on depth and value
757         Depth R = ((823 + 67 * depth / ONE_PLY) / 256 + std::min((eval - beta) / PawnValueMg, 3)) * ONE_PLY;
758
759         pos.do_null_move(st);
760         nullValue = depth-R < ONE_PLY ? -qsearch<NonPV, false>(pos, ss+1, -beta, -beta+1)
761                                       : - search<NonPV>(pos, ss+1, -beta, -beta+1, depth-R, !cutNode, true);
762         pos.undo_null_move();
763
764         if (nullValue >= beta)
765         {
766             // Do not return unproven mate scores
767             if (nullValue >= VALUE_MATE_IN_MAX_PLY)
768                 nullValue = beta;
769
770             if (depth < 12 * ONE_PLY && abs(beta) < VALUE_KNOWN_WIN)
771                 return nullValue;
772
773             // Do verification search at high depths
774             Value v = depth-R < ONE_PLY ? qsearch<NonPV, false>(pos, ss, beta-1, beta)
775                                         :  search<NonPV>(pos, ss, beta-1, beta, depth-R, false, true);
776
777             if (v >= beta)
778                 return nullValue;
779         }
780     }
781
782     // Step 9. ProbCut (skipped when in check)
783     // If we have a good enough capture and a reduced search returns a value
784     // much above beta, we can (almost) safely prune the previous move.
785     if (   !PvNode
786         &&  depth >= 5 * ONE_PLY
787         &&  abs(beta) < VALUE_MATE_IN_MAX_PLY)
788     {
789         Value rbeta = std::min(beta + 200, VALUE_INFINITE);
790         Depth rdepth = depth - 4 * ONE_PLY;
791
792         assert(rdepth >= ONE_PLY);
793         assert((ss-1)->currentMove != MOVE_NONE);
794         assert((ss-1)->currentMove != MOVE_NULL);
795
796         MovePicker mp(pos, ttMove, rbeta - ss->staticEval);
797
798         while ((move = mp.next_move()) != MOVE_NONE)
799             if (pos.legal(move))
800             {
801                 ss->currentMove = move;
802                 ss->counterMoves = &thisThread->counterMoveHistory[pos.moved_piece(move)][to_sq(move)];
803                 pos.do_move(move, st);
804                 value = -search<NonPV>(pos, ss+1, -rbeta, -rbeta+1, rdepth, !cutNode, false);
805                 pos.undo_move(move);
806                 if (value >= rbeta)
807                     return value;
808             }
809     }
810
811     // Step 10. Internal iterative deepening (skipped when in check)
812     if (    depth >= 6 * ONE_PLY
813         && !ttMove
814         && (PvNode || ss->staticEval + 256 >= beta))
815     {
816         Depth d = (3 * depth / (4 * ONE_PLY) - 2) * ONE_PLY;
817         search<NT>(pos, ss, alpha, beta, d, cutNode, true);
818
819         tte = TT.probe(posKey, ttHit);
820         ttMove = ttHit ? tte->move() : MOVE_NONE;
821     }
822
823 moves_loop: // When in check search starts from here
824
825     const CounterMoveStats* cmh  = (ss-1)->counterMoves;
826     const CounterMoveStats* fmh  = (ss-2)->counterMoves;
827     const CounterMoveStats* fmh2 = (ss-4)->counterMoves;
828
829     MovePicker mp(pos, ttMove, depth, ss);
830     value = bestValue; // Workaround a bogus 'uninitialized' warning under gcc
831     improving =   ss->staticEval >= (ss-2)->staticEval
832             /* || ss->staticEval == VALUE_NONE Already implicit in the previous condition */
833                ||(ss-2)->staticEval == VALUE_NONE;
834
835     singularExtensionNode =   !rootNode
836                            &&  depth >= 8 * ONE_PLY
837                            &&  ttMove != MOVE_NONE
838                            &&  ttValue != VALUE_NONE
839                            && !excludedMove // Recursive singular search is not allowed
840                            && (tte->bound() & BOUND_LOWER)
841                            &&  tte->depth() >= depth - 3 * ONE_PLY;
842
843     // Step 11. Loop through moves
844     // Loop through all pseudo-legal moves until no moves remain or a beta cutoff occurs
845     while ((move = mp.next_move()) != MOVE_NONE)
846     {
847       assert(is_ok(move));
848
849       if (move == excludedMove)
850           continue;
851
852       // At root obey the "searchmoves" option and skip moves not listed in Root
853       // Move List. As a consequence any illegal move is also skipped. In MultiPV
854       // mode we also skip PV moves which have been already searched.
855       if (rootNode && !std::count(thisThread->rootMoves.begin() + thisThread->PVIdx,
856                                   thisThread->rootMoves.end(), move))
857           continue;
858
859       ss->moveCount = ++moveCount;
860
861       if (rootNode && thisThread == Threads.main() && Time.elapsed() > 3000)
862           sync_cout << "info depth " << depth / ONE_PLY
863                     << " currmove " << UCI::move(move, pos.is_chess960())
864                     << " currmovenumber " << moveCount + thisThread->PVIdx << sync_endl;
865
866       if (PvNode)
867           (ss+1)->pv = nullptr;
868
869       extension = DEPTH_ZERO;
870       captureOrPromotion = pos.capture_or_promotion(move);
871       moved_piece = pos.moved_piece(move);
872
873       givesCheck =  type_of(move) == NORMAL && !pos.discovered_check_candidates()
874                   ? pos.check_squares(type_of(pos.piece_on(from_sq(move)))) & to_sq(move)
875                   : pos.gives_check(move);
876
877       moveCountPruning =   depth < 16 * ONE_PLY
878                         && moveCount >= FutilityMoveCounts[improving][depth / ONE_PLY];
879
880       // Step 12. Extend checks
881       if (    givesCheck
882           && !moveCountPruning
883           &&  pos.see_ge(move, VALUE_ZERO))
884           extension = ONE_PLY;
885
886       // Singular extension search. If all moves but one fail low on a search of
887       // (alpha-s, beta-s), and just one fails high on (alpha, beta), then that move
888       // is singular and should be extended. To verify this we do a reduced search
889       // on all the other moves but the ttMove and if the result is lower than
890       // ttValue minus a margin then we extend the ttMove.
891       if (    singularExtensionNode
892           &&  move == ttMove
893           && !extension
894           &&  pos.legal(move))
895       {
896           Value rBeta = std::max(ttValue - 2 * depth / ONE_PLY, -VALUE_MATE);
897           Depth d = (depth / (2 * ONE_PLY)) * ONE_PLY;
898           ss->excludedMove = move;
899           value = search<NonPV>(pos, ss, rBeta - 1, rBeta, d, cutNode, true);
900           ss->excludedMove = MOVE_NONE;
901
902           if (value < rBeta)
903               extension = ONE_PLY;
904       }
905
906       // Update the current move (this must be done after singular extension search)
907       newDepth = depth - ONE_PLY + extension;
908
909       // Step 13. Pruning at shallow depth
910       if (  !rootNode
911           && bestValue > VALUE_MATED_IN_MAX_PLY)
912       {
913           if (   !captureOrPromotion
914               && !givesCheck
915               && !pos.advanced_pawn_push(move))
916           {
917               // Move count based pruning
918               if (moveCountPruning)
919                   continue;
920
921               // Reduced depth of the next LMR search
922               int lmrDepth = std::max(newDepth - reduction<PvNode>(improving, depth, moveCount), DEPTH_ZERO) / ONE_PLY;
923
924               // Countermoves based pruning
925               if (   lmrDepth < 3
926                   && (!cmh  || (*cmh )[moved_piece][to_sq(move)] < VALUE_ZERO)
927                   && (!fmh  || (*fmh )[moved_piece][to_sq(move)] < VALUE_ZERO)
928                   && (!fmh2 || (*fmh2)[moved_piece][to_sq(move)] < VALUE_ZERO || (cmh && fmh)))
929                   continue;
930
931               // Futility pruning: parent node
932               if (   lmrDepth < 7
933                   && !inCheck
934                   && ss->staticEval + 256 + 200 * lmrDepth <= alpha)
935                   continue;
936
937               // Prune moves with negative SEE
938               if (   lmrDepth < 8
939                   && !pos.see_ge(move, Value(-35 * lmrDepth * lmrDepth)))
940                   continue;
941           }
942           else if (    depth < 7 * ONE_PLY
943                    && !extension
944                    && !pos.see_ge(move, -PawnValueEg * (depth / ONE_PLY)))
945                   continue;
946       }
947
948       // Speculative prefetch as early as possible
949       prefetch(TT.first_entry(pos.key_after(move)));
950
951       // Check for legality just before making the move
952       if (!rootNode && !pos.legal(move))
953       {
954           ss->moveCount = --moveCount;
955           continue;
956       }
957
958       ss->currentMove = move;
959       ss->counterMoves = &thisThread->counterMoveHistory[moved_piece][to_sq(move)];
960
961       // Step 14. Make the move
962       pos.do_move(move, st, givesCheck);
963
964       // Step 15. Reduced depth search (LMR). If the move fails high it will be
965       // re-searched at full depth.
966       if (    depth >= 3 * ONE_PLY
967           &&  moveCount > 1
968           && (!captureOrPromotion || moveCountPruning))
969       {
970           Depth r = reduction<PvNode>(improving, depth, moveCount);
971
972           if (captureOrPromotion)
973               r -= r ? ONE_PLY : DEPTH_ZERO;
974           else
975           {
976               // Increase reduction for cut nodes
977               if (cutNode)
978                   r += 2 * ONE_PLY;
979
980               // Decrease reduction for moves that escape a capture. Filter out
981               // castling moves, because they are coded as "king captures rook" and
982               // hence break make_move().
983               else if (   type_of(move) == NORMAL
984                        && !pos.see_ge(make_move(to_sq(move), from_sq(move)),  VALUE_ZERO))
985                   r -= 2 * ONE_PLY;
986
987               ss->history = thisThread->history[moved_piece][to_sq(move)]
988                            +    (cmh  ? (*cmh )[moved_piece][to_sq(move)] : VALUE_ZERO)
989                            +    (fmh  ? (*fmh )[moved_piece][to_sq(move)] : VALUE_ZERO)
990                            +    (fmh2 ? (*fmh2)[moved_piece][to_sq(move)] : VALUE_ZERO)
991                            +    thisThread->fromTo.get(~pos.side_to_move(), move)
992                            -    8000; // Correction factor
993
994               // Decrease/increase reduction by comparing opponent's stat score
995               if (ss->history > VALUE_ZERO && (ss-1)->history < VALUE_ZERO)
996                   r -= ONE_PLY;
997
998               else if (ss->history < VALUE_ZERO && (ss-1)->history > VALUE_ZERO)
999                   r += ONE_PLY;
1000
1001               // Decrease/increase reduction for moves with a good/bad history
1002               r = std::max(DEPTH_ZERO, (r / ONE_PLY - ss->history / 20000) * ONE_PLY);
1003           }
1004
1005           Depth d = std::max(newDepth - r, ONE_PLY);
1006
1007           value = -search<NonPV>(pos, ss+1, -(alpha+1), -alpha, d, true, false);
1008
1009           doFullDepthSearch = (value > alpha && d != newDepth);
1010       }
1011       else
1012           doFullDepthSearch = !PvNode || moveCount > 1;
1013
1014       // Step 16. Full depth search when LMR is skipped or fails high
1015       if (doFullDepthSearch)
1016           value = newDepth <   ONE_PLY ?
1017                             givesCheck ? -qsearch<NonPV,  true>(pos, ss+1, -(alpha+1), -alpha)
1018                                        : -qsearch<NonPV, false>(pos, ss+1, -(alpha+1), -alpha)
1019                                        : - search<NonPV>(pos, ss+1, -(alpha+1), -alpha, newDepth, !cutNode, false);
1020
1021       // For PV nodes only, do a full PV search on the first move or after a fail
1022       // high (in the latter case search only if value < beta), otherwise let the
1023       // parent node fail low with value <= alpha and try another move.
1024       if (PvNode && (moveCount == 1 || (value > alpha && (rootNode || value < beta))))
1025       {
1026           (ss+1)->pv = pv;
1027           (ss+1)->pv[0] = MOVE_NONE;
1028
1029           value = newDepth <   ONE_PLY ?
1030                             givesCheck ? -qsearch<PV,  true>(pos, ss+1, -beta, -alpha)
1031                                        : -qsearch<PV, false>(pos, ss+1, -beta, -alpha)
1032                                        : - search<PV>(pos, ss+1, -beta, -alpha, newDepth, false, false);
1033       }
1034
1035       // Step 17. Undo move
1036       pos.undo_move(move);
1037
1038       assert(value > -VALUE_INFINITE && value < VALUE_INFINITE);
1039
1040       // Step 18. Check for a new best move
1041       // Finished searching the move. If a stop occurred, the return value of
1042       // the search cannot be trusted, and we return immediately without
1043       // updating best move, PV and TT.
1044       if (Signals.stop.load(std::memory_order_relaxed))
1045           return VALUE_ZERO;
1046
1047       if (rootNode)
1048       {
1049           RootMove& rm = *std::find(thisThread->rootMoves.begin(),
1050                                     thisThread->rootMoves.end(), move);
1051
1052           // PV move or new best move ?
1053           if (moveCount == 1 || value > alpha)
1054           {
1055               rm.score = value;
1056               rm.pv.resize(1);
1057
1058               assert((ss+1)->pv);
1059
1060               for (Move* m = (ss+1)->pv; *m != MOVE_NONE; ++m)
1061                   rm.pv.push_back(*m);
1062
1063               // We record how often the best move has been changed in each
1064               // iteration. This information is used for time management: When
1065               // the best move changes frequently, we allocate some more time.
1066               if (moveCount > 1 && thisThread == Threads.main())
1067                   ++static_cast<MainThread*>(thisThread)->bestMoveChanges;
1068           }
1069           else
1070               // All other moves but the PV are set to the lowest value: this is
1071               // not a problem when sorting because the sort is stable and the
1072               // move position in the list is preserved - just the PV is pushed up.
1073               rm.score = -VALUE_INFINITE;
1074       }
1075
1076       if (value > bestValue)
1077       {
1078           bestValue = value;
1079
1080           if (value > alpha)
1081           {
1082               bestMove = move;
1083
1084               if (PvNode && !rootNode) // Update pv even in fail-high case
1085                   update_pv(ss->pv, move, (ss+1)->pv);
1086
1087               if (PvNode && value < beta) // Update alpha! Always alpha < beta
1088                   alpha = value;
1089               else
1090               {
1091                   assert(value >= beta); // Fail high
1092                   break;
1093               }
1094           }
1095       }
1096
1097       if (!captureOrPromotion && move != bestMove && quietCount < 64)
1098           quietsSearched[quietCount++] = move;
1099     }
1100
1101     // The following condition would detect a stop only after move loop has been
1102     // completed. But in this case bestValue is valid because we have fully
1103     // searched our subtree, and we can anyhow save the result in TT.
1104     /*
1105        if (Signals.stop)
1106         return VALUE_DRAW;
1107     */
1108
1109     // Step 20. Check for mate and stalemate
1110     // All legal moves have been searched and if there are no legal moves, it
1111     // must be a mate or a stalemate. If we are in a singular extension search then
1112     // return a fail low score.
1113
1114     assert(moveCount || !inCheck || excludedMove || !MoveList<LEGAL>(pos).size());
1115
1116     if (!moveCount)
1117         bestValue = excludedMove ? alpha
1118                    :     inCheck ? mated_in(ss->ply) : DrawValue[pos.side_to_move()];
1119     else if (bestMove)
1120     {
1121
1122         // Quiet best move: update killers, history and countermoves
1123         if (!pos.capture_or_promotion(bestMove))
1124             update_stats(pos, ss, bestMove, quietsSearched, quietCount, bonus(depth));
1125
1126         // Extra penalty for a quiet TT move in previous ply when it gets refuted
1127         if ((ss-1)->moveCount == 1 && !pos.captured_piece())
1128             update_cm_stats(ss-1, pos.piece_on(prevSq), prevSq, penalty(depth));
1129     }
1130     // Bonus for prior countermove that caused the fail low
1131     else if (    depth >= 3 * ONE_PLY
1132              && !pos.captured_piece()
1133              && is_ok((ss-1)->currentMove))
1134         update_cm_stats(ss-1, pos.piece_on(prevSq), prevSq, bonus(depth));
1135
1136     tte->save(posKey, value_to_tt(bestValue, ss->ply),
1137               bestValue >= beta ? BOUND_LOWER :
1138               PvNode && bestMove ? BOUND_EXACT : BOUND_UPPER,
1139               depth, bestMove, ss->staticEval, TT.generation());
1140
1141     assert(bestValue > -VALUE_INFINITE && bestValue < VALUE_INFINITE);
1142
1143     return bestValue;
1144   }
1145
1146
1147   // qsearch() is the quiescence search function, which is called by the main
1148   // search function with depth zero, or recursively with depth less than ONE_PLY.
1149
1150   template <NodeType NT, bool InCheck>
1151   Value qsearch(Position& pos, Stack* ss, Value alpha, Value beta, Depth depth) {
1152
1153     const bool PvNode = NT == PV;
1154
1155     assert(InCheck == !!pos.checkers());
1156     assert(alpha >= -VALUE_INFINITE && alpha < beta && beta <= VALUE_INFINITE);
1157     assert(PvNode || (alpha == beta - 1));
1158     assert(depth <= DEPTH_ZERO);
1159     assert(depth / ONE_PLY * ONE_PLY == depth);
1160
1161     Move pv[MAX_PLY+1];
1162     StateInfo st;
1163     TTEntry* tte;
1164     Key posKey;
1165     Move ttMove, move, bestMove;
1166     Value bestValue, value, ttValue, futilityValue, futilityBase, oldAlpha;
1167     bool ttHit, givesCheck, evasionPrunable;
1168     Depth ttDepth;
1169
1170     if (PvNode)
1171     {
1172         oldAlpha = alpha; // To flag BOUND_EXACT when eval above alpha and no available moves
1173         (ss+1)->pv = pv;
1174         ss->pv[0] = MOVE_NONE;
1175     }
1176
1177     ss->currentMove = bestMove = MOVE_NONE;
1178     ss->ply = (ss-1)->ply + 1;
1179
1180     // Check for an instant draw or if the maximum ply has been reached
1181     if (pos.is_draw(ss->ply) || ss->ply >= MAX_PLY)
1182         return ss->ply >= MAX_PLY && !InCheck ? evaluate(pos)
1183                                               : DrawValue[pos.side_to_move()];
1184
1185     assert(0 <= ss->ply && ss->ply < MAX_PLY);
1186
1187     // Decide whether or not to include checks: this fixes also the type of
1188     // TT entry depth that we are going to use. Note that in qsearch we use
1189     // only two types of depth in TT: DEPTH_QS_CHECKS or DEPTH_QS_NO_CHECKS.
1190     ttDepth = InCheck || depth >= DEPTH_QS_CHECKS ? DEPTH_QS_CHECKS
1191                                                   : DEPTH_QS_NO_CHECKS;
1192
1193     // Transposition table lookup
1194     posKey = pos.key();
1195     tte = TT.probe(posKey, ttHit);
1196     ttMove = ttHit ? tte->move() : MOVE_NONE;
1197     ttValue = ttHit ? value_from_tt(tte->value(), ss->ply) : VALUE_NONE;
1198
1199     if (  !PvNode
1200         && ttHit
1201         && tte->depth() >= ttDepth
1202         && ttValue != VALUE_NONE // Only in case of TT access race
1203         && (ttValue >= beta ? (tte->bound() &  BOUND_LOWER)
1204                             : (tte->bound() &  BOUND_UPPER)))
1205         return ttValue;
1206
1207     // Evaluate the position statically
1208     if (InCheck)
1209     {
1210         ss->staticEval = VALUE_NONE;
1211         bestValue = futilityBase = -VALUE_INFINITE;
1212     }
1213     else
1214     {
1215         if (ttHit)
1216         {
1217             // Never assume anything on values stored in TT
1218             if ((ss->staticEval = bestValue = tte->eval()) == VALUE_NONE)
1219                 ss->staticEval = bestValue = evaluate(pos);
1220
1221             // Can ttValue be used as a better position evaluation?
1222             if (ttValue != VALUE_NONE)
1223                 if (tte->bound() & (ttValue > bestValue ? BOUND_LOWER : BOUND_UPPER))
1224                     bestValue = ttValue;
1225         }
1226         else
1227             ss->staticEval = bestValue =
1228             (ss-1)->currentMove != MOVE_NULL ? evaluate(pos)
1229                                              : -(ss-1)->staticEval + 2 * Eval::Tempo;
1230
1231         // Stand pat. Return immediately if static value is at least beta
1232         if (bestValue >= beta)
1233         {
1234             if (!ttHit)
1235                 tte->save(pos.key(), value_to_tt(bestValue, ss->ply), BOUND_LOWER,
1236                           DEPTH_NONE, MOVE_NONE, ss->staticEval, TT.generation());
1237
1238             return bestValue;
1239         }
1240
1241         if (PvNode && bestValue > alpha)
1242             alpha = bestValue;
1243
1244         futilityBase = bestValue + 128;
1245     }
1246
1247     // Initialize a MovePicker object for the current position, and prepare
1248     // to search the moves. Because the depth is <= 0 here, only captures,
1249     // queen promotions and checks (only if depth >= DEPTH_QS_CHECKS) will
1250     // be generated.
1251     MovePicker mp(pos, ttMove, depth, to_sq((ss-1)->currentMove));
1252
1253     // Loop through the moves until no moves remain or a beta cutoff occurs
1254     while ((move = mp.next_move()) != MOVE_NONE)
1255     {
1256       assert(is_ok(move));
1257
1258       givesCheck =  type_of(move) == NORMAL && !pos.discovered_check_candidates()
1259                   ? pos.check_squares(type_of(pos.piece_on(from_sq(move)))) & to_sq(move)
1260                   : pos.gives_check(move);
1261
1262       // Futility pruning
1263       if (   !InCheck
1264           && !givesCheck
1265           &&  futilityBase > -VALUE_KNOWN_WIN
1266           && !pos.advanced_pawn_push(move))
1267       {
1268           assert(type_of(move) != ENPASSANT); // Due to !pos.advanced_pawn_push
1269
1270           futilityValue = futilityBase + PieceValue[EG][pos.piece_on(to_sq(move))];
1271
1272           if (futilityValue <= alpha)
1273           {
1274               bestValue = std::max(bestValue, futilityValue);
1275               continue;
1276           }
1277
1278           if (futilityBase <= alpha && !pos.see_ge(move, VALUE_ZERO + 1))
1279           {
1280               bestValue = std::max(bestValue, futilityBase);
1281               continue;
1282           }
1283       }
1284
1285       // Detect non-capture evasions that are candidates to be pruned
1286       evasionPrunable =    InCheck
1287                        &&  bestValue > VALUE_MATED_IN_MAX_PLY
1288                        && !pos.capture(move);
1289
1290       // Don't search moves with negative SEE values
1291       if (  (!InCheck || evasionPrunable)
1292           &&  type_of(move) != PROMOTION
1293           &&  !pos.see_ge(move, VALUE_ZERO))
1294           continue;
1295
1296       // Speculative prefetch as early as possible
1297       prefetch(TT.first_entry(pos.key_after(move)));
1298
1299       // Check for legality just before making the move
1300       if (!pos.legal(move))
1301           continue;
1302
1303       ss->currentMove = move;
1304
1305       // Make and search the move
1306       pos.do_move(move, st, givesCheck);
1307       value = givesCheck ? -qsearch<NT,  true>(pos, ss+1, -beta, -alpha, depth - ONE_PLY)
1308                          : -qsearch<NT, false>(pos, ss+1, -beta, -alpha, depth - ONE_PLY);
1309       pos.undo_move(move);
1310
1311       assert(value > -VALUE_INFINITE && value < VALUE_INFINITE);
1312
1313       // Check for a new best move
1314       if (value > bestValue)
1315       {
1316           bestValue = value;
1317
1318           if (value > alpha)
1319           {
1320               if (PvNode) // Update pv even in fail-high case
1321                   update_pv(ss->pv, move, (ss+1)->pv);
1322
1323               if (PvNode && value < beta) // Update alpha here!
1324               {
1325                   alpha = value;
1326                   bestMove = move;
1327               }
1328               else // Fail high
1329               {
1330                   tte->save(posKey, value_to_tt(value, ss->ply), BOUND_LOWER,
1331                             ttDepth, move, ss->staticEval, TT.generation());
1332
1333                   return value;
1334               }
1335           }
1336        }
1337     }
1338
1339     // All legal moves have been searched. A special case: If we're in check
1340     // and no legal moves were found, it is checkmate.
1341     if (InCheck && bestValue == -VALUE_INFINITE)
1342         return mated_in(ss->ply); // Plies to mate from the root
1343
1344     tte->save(posKey, value_to_tt(bestValue, ss->ply),
1345               PvNode && bestValue > oldAlpha ? BOUND_EXACT : BOUND_UPPER,
1346               ttDepth, bestMove, ss->staticEval, TT.generation());
1347
1348     assert(bestValue > -VALUE_INFINITE && bestValue < VALUE_INFINITE);
1349
1350     return bestValue;
1351   }
1352
1353
1354   // value_to_tt() adjusts a mate score from "plies to mate from the root" to
1355   // "plies to mate from the current position". Non-mate scores are unchanged.
1356   // The function is called before storing a value in the transposition table.
1357
1358   Value value_to_tt(Value v, int ply) {
1359
1360     assert(v != VALUE_NONE);
1361
1362     return  v >= VALUE_MATE_IN_MAX_PLY  ? v + ply
1363           : v <= VALUE_MATED_IN_MAX_PLY ? v - ply : v;
1364   }
1365
1366
1367   // value_from_tt() is the inverse of value_to_tt(): It adjusts a mate score
1368   // from the transposition table (which refers to the plies to mate/be mated
1369   // from current position) to "plies to mate/be mated from the root".
1370
1371   Value value_from_tt(Value v, int ply) {
1372
1373     return  v == VALUE_NONE             ? VALUE_NONE
1374           : v >= VALUE_MATE_IN_MAX_PLY  ? v - ply
1375           : v <= VALUE_MATED_IN_MAX_PLY ? v + ply : v;
1376   }
1377
1378
1379   // update_pv() adds current move and appends child pv[]
1380
1381   void update_pv(Move* pv, Move move, Move* childPv) {
1382
1383     for (*pv++ = move; childPv && *childPv != MOVE_NONE; )
1384         *pv++ = *childPv++;
1385     *pv = MOVE_NONE;
1386   }
1387
1388
1389   // update_cm_stats() updates countermove and follow-up move history
1390
1391   void update_cm_stats(Stack* ss, Piece pc, Square s, Value bonus) {
1392
1393     CounterMoveStats* cmh  = (ss-1)->counterMoves;
1394     CounterMoveStats* fmh1 = (ss-2)->counterMoves;
1395     CounterMoveStats* fmh2 = (ss-4)->counterMoves;
1396
1397     if (cmh)
1398         cmh->update(pc, s, bonus);
1399
1400     if (fmh1)
1401         fmh1->update(pc, s, bonus);
1402
1403     if (fmh2)
1404         fmh2->update(pc, s, bonus);
1405   }
1406
1407
1408   // update_stats() updates killers, history, countermove and countermove plus
1409   // follow-up move history when a new quiet best move is found.
1410
1411   void update_stats(const Position& pos, Stack* ss, Move move,
1412                     Move* quiets, int quietsCnt, Value bonus) {
1413
1414     if (ss->killers[0] != move)
1415     {
1416         ss->killers[1] = ss->killers[0];
1417         ss->killers[0] = move;
1418     }
1419
1420     Color c = pos.side_to_move();
1421     Thread* thisThread = pos.this_thread();
1422     thisThread->fromTo.update(c, move, bonus);
1423     thisThread->history.update(pos.moved_piece(move), to_sq(move), bonus);
1424     update_cm_stats(ss, pos.moved_piece(move), to_sq(move), bonus);
1425
1426     if ((ss-1)->counterMoves)
1427     {
1428         Square prevSq = to_sq((ss-1)->currentMove);
1429         thisThread->counterMoves.update(pos.piece_on(prevSq), prevSq, move);
1430     }
1431
1432     // Decrease all the other played quiet moves
1433     for (int i = 0; i < quietsCnt; ++i)
1434     {
1435         thisThread->fromTo.update(c, quiets[i], -bonus);
1436         thisThread->history.update(pos.moved_piece(quiets[i]), to_sq(quiets[i]), -bonus);
1437         update_cm_stats(ss, pos.moved_piece(quiets[i]), to_sq(quiets[i]), -bonus);
1438     }
1439   }
1440
1441
1442   // When playing with strength handicap, choose best move among a set of RootMoves
1443   // using a statistical rule dependent on 'level'. Idea by Heinz van Saanen.
1444
1445   Move Skill::pick_best(size_t multiPV) {
1446
1447     const RootMoves& rootMoves = Threads.main()->rootMoves;
1448     static PRNG rng(now()); // PRNG sequence should be non-deterministic
1449
1450     // RootMoves are already sorted by score in descending order
1451     Value topScore = rootMoves[0].score;
1452     int delta = std::min(topScore - rootMoves[multiPV - 1].score, PawnValueMg);
1453     int weakness = 120 - 2 * level;
1454     int maxScore = -VALUE_INFINITE;
1455
1456     // Choose best move. For each move score we add two terms, both dependent on
1457     // weakness. One is deterministic and bigger for weaker levels, and one is
1458     // random. Then we choose the move with the resulting highest score.
1459     for (size_t i = 0; i < multiPV; ++i)
1460     {
1461         // This is our magic formula
1462         int push = (  weakness * int(topScore - rootMoves[i].score)
1463                     + delta * (rng.rand<unsigned>() % weakness)) / 128;
1464
1465         if (rootMoves[i].score + push > maxScore)
1466         {
1467             maxScore = rootMoves[i].score + push;
1468             best = rootMoves[i].pv[0];
1469         }
1470     }
1471
1472     return best;
1473   }
1474
1475
1476   // check_time() is used to print debug info and, more importantly, to detect
1477   // when we are out of available time and thus stop the search.
1478
1479   void check_time() {
1480
1481     static TimePoint lastInfoTime = now();
1482
1483     int elapsed = Time.elapsed();
1484     TimePoint tick = Limits.startTime + elapsed;
1485
1486     if (tick - lastInfoTime >= 1000)
1487     {
1488         lastInfoTime = tick;
1489         dbg_print();
1490     }
1491
1492     // An engine may not stop pondering until told so by the GUI
1493     if (Limits.ponder)
1494         return;
1495
1496     if (   (Limits.use_time_management() && elapsed > Time.maximum() - 10)
1497         || (Limits.movetime && elapsed >= Limits.movetime)
1498         || (Limits.nodes && Threads.nodes_searched() >= (uint64_t)Limits.nodes))
1499             Signals.stop = true;
1500   }
1501
1502 } // namespace
1503
1504
1505 /// UCI::pv() formats PV information according to the UCI protocol. UCI requires
1506 /// that all (if any) unsearched PV lines are sent using a previous search score.
1507
1508 string UCI::pv(const Position& pos, Depth depth, Value alpha, Value beta) {
1509
1510   std::stringstream ss;
1511   int elapsed = Time.elapsed() + 1;
1512   const RootMoves& rootMoves = pos.this_thread()->rootMoves;
1513   size_t PVIdx = pos.this_thread()->PVIdx;
1514   size_t multiPV = std::min((size_t)Options["MultiPV"], rootMoves.size());
1515   uint64_t nodesSearched = Threads.nodes_searched();
1516   uint64_t tbHits = Threads.tb_hits() + (TB::RootInTB ? rootMoves.size() : 0);
1517
1518   for (size_t i = 0; i < multiPV; ++i)
1519   {
1520       bool updated = (i <= PVIdx);
1521
1522       if (depth == ONE_PLY && !updated)
1523           continue;
1524
1525       Depth d = updated ? depth : depth - ONE_PLY;
1526       Value v = updated ? rootMoves[i].score : rootMoves[i].previousScore;
1527
1528       bool tb = TB::RootInTB && abs(v) < VALUE_MATE - MAX_PLY;
1529       v = tb ? TB::Score : v;
1530
1531       if (ss.rdbuf()->in_avail()) // Not at first line
1532           ss << "\n";
1533
1534       ss << "info"
1535          << " depth "    << d / ONE_PLY
1536          << " seldepth " << pos.this_thread()->maxPly
1537          << " multipv "  << i + 1
1538          << " score "    << UCI::value(v);
1539
1540       if (!tb && i == PVIdx)
1541           ss << (v >= beta ? " lowerbound" : v <= alpha ? " upperbound" : "");
1542
1543       ss << " nodes "    << nodesSearched
1544          << " nps "      << nodesSearched * 1000 / elapsed;
1545
1546       if (elapsed > 1000) // Earlier makes little sense
1547           ss << " hashfull " << TT.hashfull();
1548
1549       ss << " tbhits "   << tbHits
1550          << " time "     << elapsed
1551          << " pv";
1552
1553       for (Move m : rootMoves[i].pv)
1554           ss << " " << UCI::move(m, pos.is_chess960());
1555   }
1556
1557   return ss.str();
1558 }
1559
1560
1561 /// RootMove::extract_ponder_from_tt() is called in case we have no ponder move
1562 /// before exiting the search, for instance, in case we stop the search during a
1563 /// fail high at root. We try hard to have a ponder move to return to the GUI,
1564 /// otherwise in case of 'ponder on' we have nothing to think on.
1565
1566 bool RootMove::extract_ponder_from_tt(Position& pos) {
1567
1568     StateInfo st;
1569     bool ttHit;
1570
1571     assert(pv.size() == 1);
1572
1573     if (!pv[0])
1574         return false;
1575
1576     pos.do_move(pv[0], st);
1577     TTEntry* tte = TT.probe(pos.key(), ttHit);
1578
1579     if (ttHit)
1580     {
1581         Move m = tte->move(); // Local copy to be SMP safe
1582         if (MoveList<LEGAL>(pos).contains(m))
1583             pv.push_back(m);
1584     }
1585
1586     pos.undo_move(pv[0]);
1587     return pv.size() > 1;
1588 }
1589
1590 void Tablebases::filter_root_moves(Position& pos, Search::RootMoves& rootMoves) {
1591
1592     RootInTB = false;
1593     UseRule50 = Options["Syzygy50MoveRule"];
1594     ProbeDepth = Options["SyzygyProbeDepth"] * ONE_PLY;
1595     Cardinality = Options["SyzygyProbeLimit"];
1596
1597     // Skip TB probing when no TB found: !TBLargest -> !TB::Cardinality
1598     if (Cardinality > MaxCardinality)
1599     {
1600         Cardinality = MaxCardinality;
1601         ProbeDepth = DEPTH_ZERO;
1602     }
1603
1604     if (Cardinality < popcount(pos.pieces()) || pos.can_castle(ANY_CASTLING))
1605         return;
1606
1607     // If the current root position is in the tablebases, then RootMoves
1608     // contains only moves that preserve the draw or the win.
1609     RootInTB = root_probe(pos, rootMoves, TB::Score);
1610
1611     if (RootInTB)
1612         Cardinality = 0; // Do not probe tablebases during the search
1613
1614     else // If DTZ tables are missing, use WDL tables as a fallback
1615     {
1616         // Filter out moves that do not preserve the draw or the win.
1617         RootInTB = root_probe_wdl(pos, rootMoves, TB::Score);
1618
1619         // Only probe during search if winning
1620         if (RootInTB && TB::Score <= VALUE_DRAW)
1621             Cardinality = 0;
1622     }
1623
1624     if (RootInTB && !UseRule50)
1625         TB::Score =  TB::Score > VALUE_DRAW ?  VALUE_MATE - MAX_PLY - 1
1626                    : TB::Score < VALUE_DRAW ? -VALUE_MATE + MAX_PLY + 1
1627                                             :  VALUE_DRAW;
1628 }