Merge remote-tracking branch 'upstream/master'
[stockfish] / src / search.cpp
1 /*
2   Stockfish, a UCI chess playing engine derived from Glaurung 2.1
3   Copyright (C) 2004-2008 Tord Romstad (Glaurung author)
4   Copyright (C) 2008-2015 Marco Costalba, Joona Kiiski, Tord Romstad
5   Copyright (C) 2015-2019 Marco Costalba, Joona Kiiski, Gary Linscott, Tord Romstad
6
7   Stockfish is free software: you can redistribute it and/or modify
8   it under the terms of the GNU General Public License as published by
9   the Free Software Foundation, either version 3 of the License, or
10   (at your option) any later version.
11
12   Stockfish is distributed in the hope that it will be useful,
13   but WITHOUT ANY WARRANTY; without even the implied warranty of
14   MERCHANTABILITY or FITNESS FOR A PARTICULAR PURPOSE.  See the
15   GNU General Public License for more details.
16
17   You should have received a copy of the GNU General Public License
18   along with this program.  If not, see <http://www.gnu.org/licenses/>.
19 */
20
21 #include <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 "thread.h"
35 #include "timeman.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 }
52
53 namespace TB = Tablebases;
54
55 using std::string;
56 using Eval::evaluate;
57 using namespace Search;
58
59 namespace {
60
61   // Different node types, used as a template parameter
62   enum NodeType { NonPV, PV };
63
64   // Razor and futility margins
65   constexpr int RazorMargin = 661;
66   Value futility_margin(Depth d, bool improving) {
67     return Value((168 - 51 * improving) * d / ONE_PLY);
68   }
69
70   // Reductions lookup table, initialized at startup
71   int Reductions[MAX_MOVES]; // [depth or moveNumber]
72
73   Depth reduction(bool i, Depth d, int mn) {
74     int r = Reductions[d / ONE_PLY] * Reductions[mn];
75     return ((r + 520) / 1024 + (!i && r > 999)) * ONE_PLY;
76   }
77
78   constexpr int futility_move_count(bool improving, int depth) {
79     return (5 + depth * depth) * (1 + improving) / 2;
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 ? -8 : 22 * d * d + 151 * d - 140;
86   }
87
88   // Add a small random component to draw evaluations to avoid 3fold-blindness
89   Value value_draw(Depth depth, Thread* thisThread) {
90     return depth < 4 * ONE_PLY ? VALUE_DRAW
91                                : VALUE_DRAW + Value(2 * (thisThread->nodes & 1) - 1);
92   }
93
94   // Skill structure is used to implement strength limit
95   struct Skill {
96     explicit Skill(int l) : level(l) {}
97     bool enabled() const { return level < 20; }
98     bool time_to_pick(Depth depth) const { return depth / ONE_PLY == 1 + level; }
99     Move pick_best(size_t multiPV);
100
101     int level;
102     Move best = MOVE_NONE;
103   };
104
105   // Breadcrumbs are used to mark nodes as being searched by a given thread.
106   struct Breadcrumb {
107     std::atomic<Thread*> thread;
108     std::atomic<Key> key;
109   };
110   std::array<Breadcrumb, 1024> breadcrumbs;
111
112   // ThreadHolding keeps track of which thread left breadcrumbs at the given node for potential reductions.
113   // A free node will be marked upon entering the moves loop, and unmarked upon leaving that loop, by the ctor/dtor of this struct.
114   struct ThreadHolding {
115     explicit ThreadHolding(Thread* thisThread, Key posKey, int ply) {
116        location = ply < 8 ? &breadcrumbs[posKey & (breadcrumbs.size() - 1)] : nullptr;
117        otherThread = false;
118        owning = false;
119        if (location)
120        {
121           // see if another already marked this location, if not, mark it ourselves.
122           Thread* tmp = (*location).thread.load(std::memory_order_relaxed);
123           if (tmp == nullptr)
124           {
125               (*location).thread.store(thisThread, std::memory_order_relaxed);
126               (*location).key.store(posKey, std::memory_order_relaxed);
127               owning = true;
128           }
129           else if (   tmp != thisThread
130                    && (*location).key.load(std::memory_order_relaxed) == posKey)
131               otherThread = true;
132        }
133     }
134
135     ~ThreadHolding() {
136        if (owning) // free the marked location.
137            (*location).thread.store(nullptr, std::memory_order_relaxed);
138     }
139
140     bool marked() { return otherThread; }
141
142     private:
143     Breadcrumb* location;
144     bool otherThread, owning;
145   };
146
147   template <NodeType NT>
148   Value search(Position& pos, Stack* ss, Value alpha, Value beta, Depth depth, bool cutNode);
149
150   template <NodeType NT>
151   Value qsearch(Position& pos, Stack* ss, Value alpha, Value beta, Depth depth = DEPTH_ZERO);
152
153   Value value_to_tt(Value v, int ply);
154   Value value_from_tt(Value v, int ply);
155   void update_pv(Move* pv, Move move, Move* childPv);
156   void update_continuation_histories(Stack* ss, Piece pc, Square to, int bonus);
157   void update_quiet_stats(const Position& pos, Stack* ss, Move move, Move* quiets, int quietCount, int bonus);
158   void update_capture_stats(const Position& pos, Move move, Move* captures, int captureCount, int bonus);
159
160   // perft() is our utility to verify move generation. All the leaf nodes up
161   // to the given depth are generated and counted, and the sum is returned.
162   template<bool Root>
163   uint64_t perft(Position& pos, Depth depth) {
164
165     StateInfo st;
166     uint64_t cnt, nodes = 0;
167     const bool leaf = (depth == 2 * ONE_PLY);
168
169     for (const auto& m : MoveList<LEGAL>(pos))
170     {
171         if (Root && depth <= ONE_PLY)
172             cnt = 1, nodes++;
173         else
174         {
175             pos.do_move(m, st);
176             cnt = leaf ? MoveList<LEGAL>(pos).size() : perft<false>(pos, depth - ONE_PLY);
177             nodes += cnt;
178             pos.undo_move(m);
179         }
180         if (Root)
181             sync_cout << UCI::move(m, pos.is_chess960()) << ": " << cnt << sync_endl;
182     }
183     return nodes;
184   }
185
186 } // namespace
187
188
189 /// Search::init() is called at startup to initialize various lookup tables
190
191 void Search::init() {
192
193   for (int i = 1; i < MAX_MOVES; ++i)
194       Reductions[i] = int(23.4 * std::log(i));
195 }
196
197
198 /// Search::clear() resets search state to its initial value
199
200 void Search::clear() {
201
202   Threads.main()->wait_for_search_finished();
203
204   Time.availableNodes = 0;
205   TT.clear();
206   Threads.clear();
207   Tablebases::init(Options["SyzygyPath"]); // Free mapped files
208 }
209
210
211 /// MainThread::search() is started when the program receives the UCI 'go'
212 /// command. It searches from the root position and outputs the "bestmove".
213
214 void MainThread::search() {
215
216   if (Limits.perft)
217   {
218       nodes = perft<true>(rootPos, Limits.perft * ONE_PLY);
219       sync_cout << "\nNodes searched: " << nodes << "\n" << sync_endl;
220       return;
221   }
222
223   Color us = rootPos.side_to_move();
224   Time.init(Limits, us, rootPos.game_ply());
225   TT.new_search();
226
227   if (rootMoves.empty())
228   {
229       rootMoves.emplace_back(MOVE_NONE);
230       sync_cout << "info depth 0 score "
231                 << UCI::value(rootPos.checkers() ? -VALUE_MATE : VALUE_DRAW)
232                 << sync_endl;
233   }
234   else
235   {
236       for (Thread* th : Threads)
237       {
238           th->bestMoveChanges = 0;
239           if (th != this)
240               th->start_searching();
241       }
242
243       Thread::search(); // Let's start searching!
244   }
245
246   // When we reach the maximum depth, we can arrive here without a raise of
247   // Threads.stop. However, if we are pondering or in an infinite search,
248   // the UCI protocol states that we shouldn't print the best move before the
249   // GUI sends a "stop" or "ponderhit" command. We therefore simply wait here
250   // until the GUI sends one of those commands.
251
252   while (!Threads.stop && (ponder || Limits.infinite))
253   {} // Busy wait for a stop or a ponder reset
254
255   // Stop the threads if not already stopped (also raise the stop if
256   // "ponderhit" just reset Threads.ponder).
257   Threads.stop = true;
258
259   // Wait until all threads have finished
260   for (Thread* th : Threads)
261       if (th != this)
262           th->wait_for_search_finished();
263
264   // When playing in 'nodes as time' mode, subtract the searched nodes from
265   // the available ones before exiting.
266   if (Limits.npmsec)
267       Time.availableNodes += Limits.inc[us] - Threads.nodes_searched();
268
269   Thread* bestThread = this;
270
271   // Check if there are threads with a better score than main thread
272   if (    Options["MultiPV"] == 1
273       && !Limits.depth
274       && !(Skill(Options["Skill Level"]).enabled() || Options["UCI_LimitStrength"])
275       &&  rootMoves[0].pv[0] != MOVE_NONE)
276   {
277       std::map<Move, int64_t> votes;
278       Value minScore = this->rootMoves[0].score;
279
280       // Find out minimum score
281       for (Thread* th: Threads)
282           minScore = std::min(minScore, th->rootMoves[0].score);
283
284       // Vote according to score and depth, and select the best thread
285       for (Thread* th : Threads)
286       {
287           votes[th->rootMoves[0].pv[0]] +=
288               (th->rootMoves[0].score - minScore + 14) * int(th->completedDepth);
289
290           if (bestThread->rootMoves[0].score >= VALUE_MATE_IN_MAX_PLY)
291           {
292               // Make sure we pick the shortest mate
293               if (th->rootMoves[0].score > bestThread->rootMoves[0].score)
294                   bestThread = th;
295           }
296           else if (   th->rootMoves[0].score >= VALUE_MATE_IN_MAX_PLY
297                    || votes[th->rootMoves[0].pv[0]] > votes[bestThread->rootMoves[0].pv[0]])
298               bestThread = th;
299       }
300   }
301
302   previousScore = bestThread->rootMoves[0].score;
303
304   // Send again PV info if we have a new best thread
305   if (bestThread != this)
306       sync_cout << UCI::pv(bestThread->rootPos, bestThread->completedDepth, -VALUE_INFINITE, VALUE_INFINITE) << sync_endl;
307
308   sync_cout << "bestmove " << UCI::move(bestThread->rootMoves[0].pv[0], rootPos.is_chess960());
309
310   if (bestThread->rootMoves[0].pv.size() > 1 || bestThread->rootMoves[0].extract_ponder_from_tt(rootPos))
311       std::cout << " ponder " << UCI::move(bestThread->rootMoves[0].pv[1], rootPos.is_chess960());
312
313   std::cout << sync_endl;
314 }
315
316
317 /// Thread::search() is the main iterative deepening loop. It calls search()
318 /// repeatedly with increasing depth until the allocated thinking time has been
319 /// consumed, the user stops the search, or the maximum search depth is reached.
320
321 void Thread::search() {
322
323   // To allow access to (ss-7) up to (ss+2), the stack must be oversized.
324   // The former is needed to allow update_continuation_histories(ss-1, ...),
325   // which accesses its argument at ss-6, also near the root.
326   // The latter is needed for statScores and killer initialization.
327   Stack stack[MAX_PLY+10], *ss = stack+7;
328   Move  pv[MAX_PLY+1];
329   Value bestValue, alpha, beta, delta;
330   Move  lastBestMove = MOVE_NONE;
331   Depth lastBestMoveDepth = DEPTH_ZERO;
332   MainThread* mainThread = (this == Threads.main() ? Threads.main() : nullptr);
333   double timeReduction = 1, totBestMoveChanges = 0;
334   Color us = rootPos.side_to_move();
335
336   std::memset(ss-7, 0, 10 * sizeof(Stack));
337   for (int i = 7; i > 0; i--)
338      (ss-i)->continuationHistory = &this->continuationHistory[NO_PIECE][0]; // Use as sentinel
339   ss->pv = pv;
340
341   bestValue = delta = alpha = -VALUE_INFINITE;
342   beta = VALUE_INFINITE;
343
344   size_t multiPV = Options["MultiPV"];
345
346   // Pick integer skill levels, but non-deterministically round up or down
347   // such that the average integer skill corresponds to the input floating point one.
348   // UCI_Elo is converted to a suitable fractional skill level, using anchoring
349   // to CCRL Elo (goldfish 1.13 = 2000) and a fit through Ordo derived Elo
350   // for match (TC 60+0.6) results spanning a wide range of k values.
351   PRNG rng(now());
352   double floatLevel = Options["UCI_LimitStrength"] ?
353                         clamp(std::pow((Options["UCI_Elo"] - 1346.6) / 143.4, 1 / 0.806), 0.0, 20.0) :
354                         double(Options["Skill Level"]);
355   int intLevel = int(floatLevel) +
356                  ((floatLevel - int(floatLevel)) * 1024 > rng.rand<unsigned>() % 1024  ? 1 : 0);
357   Skill skill(intLevel);
358
359   // When playing with strength handicap enable MultiPV search that we will
360   // use behind the scenes to retrieve a set of possible moves.
361   if (skill.enabled())
362       multiPV = std::max(multiPV, (size_t)4);
363
364   multiPV = std::min(multiPV, rootMoves.size());
365
366   int ct = int(Options["Contempt"]) * PawnValueEg / 100; // From centipawns
367
368   // In analysis mode, adjust contempt in accordance with user preference
369   if (Limits.infinite || Options["UCI_AnalyseMode"])
370       ct =  Options["Analysis Contempt"] == "Off"  ? 0
371           : Options["Analysis Contempt"] == "Both" ? ct
372           : Options["Analysis Contempt"] == "White" && us == BLACK ? -ct
373           : Options["Analysis Contempt"] == "Black" && us == WHITE ? -ct
374           : ct;
375
376   // Evaluation score is from the white point of view
377   contempt = (us == WHITE ?  make_score(ct, ct / 2)
378                           : -make_score(ct, ct / 2));
379
380   // Iterative deepening loop until requested to stop or the target depth is reached
381   while (   (rootDepth += ONE_PLY) < DEPTH_MAX
382          && !Threads.stop
383          && !(Limits.depth && mainThread && rootDepth / ONE_PLY > Limits.depth))
384   {
385       // Age out PV variability metric
386       if (mainThread)
387           totBestMoveChanges /= 2;
388
389       // Save the last iteration's scores before first PV line is searched and
390       // all the move scores except the (new) PV are set to -VALUE_INFINITE.
391       for (RootMove& rm : rootMoves)
392           rm.previousScore = rm.score;
393
394       size_t pvFirst = 0;
395       pvLast = 0;
396
397       // MultiPV loop. We perform a full root search for each PV line
398       for (pvIdx = 0; pvIdx < multiPV && !Threads.stop; ++pvIdx)
399       {
400           if (pvIdx == pvLast)
401           {
402               pvFirst = pvLast;
403               for (pvLast++; pvLast < rootMoves.size(); pvLast++)
404                   if (rootMoves[pvLast].tbRank != rootMoves[pvFirst].tbRank)
405                       break;
406           }
407
408           // Reset UCI info selDepth for each depth and each PV line
409           selDepth = 0;
410
411           // Reset aspiration window starting size
412           if (rootDepth >= 4 * ONE_PLY)
413           {
414               Value previousScore = rootMoves[pvIdx].previousScore;
415               delta = Value(23);
416               alpha = std::max(previousScore - delta,-VALUE_INFINITE);
417               beta  = std::min(previousScore + delta, VALUE_INFINITE);
418
419               // Adjust contempt based on root move's previousScore (dynamic contempt)
420               int dct = ct + 86 * previousScore / (abs(previousScore) + 176);
421
422               contempt = (us == WHITE ?  make_score(dct, dct / 2)
423                                       : -make_score(dct, dct / 2));
424           }
425
426           // Start with a small aspiration window and, in the case of a fail
427           // high/low, re-search with a bigger window until we don't fail
428           // high/low anymore.
429           int failedHighCnt = 0;
430           while (true)
431           {
432               Depth adjustedDepth = std::max(ONE_PLY, rootDepth - failedHighCnt * ONE_PLY);
433               bestValue = ::search<PV>(rootPos, ss, alpha, beta, adjustedDepth, false);
434
435               // Bring the best move to the front. It is critical that sorting
436               // is done with a stable algorithm because all the values but the
437               // first and eventually the new best one are set to -VALUE_INFINITE
438               // and we want to keep the same order for all the moves except the
439               // new PV that goes to the front. Note that in case of MultiPV
440               // search the already searched PV lines are preserved.
441               std::stable_sort(rootMoves.begin() + pvIdx, rootMoves.begin() + pvLast);
442
443               // If search has been stopped, we break immediately. Sorting is
444               // safe because RootMoves is still valid, although it refers to
445               // the previous iteration.
446               if (Threads.stop)
447                   break;
448
449               // When failing high/low give some update (without cluttering
450               // the UI) before a re-search.
451               if (   mainThread
452                   && multiPV == 1
453                   && (bestValue <= alpha || bestValue >= beta)
454                   && Time.elapsed() > 3000)
455                   sync_cout << UCI::pv(rootPos, rootDepth, alpha, beta) << sync_endl;
456
457               // In case of failing low/high increase aspiration window and
458               // re-search, otherwise exit the loop.
459               if (bestValue <= alpha)
460               {
461                   beta = (alpha + beta) / 2;
462                   alpha = std::max(bestValue - delta, -VALUE_INFINITE);
463
464                   failedHighCnt = 0;
465                   if (mainThread)
466                       mainThread->stopOnPonderhit = false;
467               }
468               else if (bestValue >= beta)
469               {
470                   beta = std::min(bestValue + delta, VALUE_INFINITE);
471                   ++failedHighCnt;
472               }
473               else
474                   break;
475
476               delta += delta / 4 + 5;
477
478               assert(alpha >= -VALUE_INFINITE && beta <= VALUE_INFINITE);
479           }
480
481           // Sort the PV lines searched so far and update the GUI
482           std::stable_sort(rootMoves.begin() + pvFirst, rootMoves.begin() + pvIdx + 1);
483
484           if (    mainThread
485               && (Threads.stop || pvIdx + 1 == multiPV || Time.elapsed() > 3000))
486               sync_cout << UCI::pv(rootPos, rootDepth, alpha, beta) << sync_endl;
487       }
488
489       if (!Threads.stop)
490           completedDepth = rootDepth;
491
492       if (rootMoves[0].pv[0] != lastBestMove) {
493          lastBestMove = rootMoves[0].pv[0];
494          lastBestMoveDepth = rootDepth;
495       }
496
497       // Have we found a "mate in x"?
498       if (   Limits.mate
499           && bestValue >= VALUE_MATE_IN_MAX_PLY
500           && VALUE_MATE - bestValue <= 2 * Limits.mate)
501           Threads.stop = true;
502
503       if (!mainThread)
504           continue;
505
506       // If skill level is enabled and time is up, pick a sub-optimal best move
507       if (skill.enabled() && skill.time_to_pick(rootDepth))
508           skill.pick_best(multiPV);
509
510       // Do we have time for the next iteration? Can we stop searching now?
511       if (    Limits.use_time_management()
512           && !Threads.stop
513           && !mainThread->stopOnPonderhit)
514       {
515           double fallingEval = (354 + 10 * (mainThread->previousScore - bestValue)) / 692.0;
516           fallingEval = clamp(fallingEval, 0.5, 1.5);
517
518           // If the bestMove is stable over several iterations, reduce time accordingly
519           timeReduction = lastBestMoveDepth + 9 * ONE_PLY < completedDepth ? 1.97 : 0.98;
520           double reduction = (1.36 + mainThread->previousTimeReduction) / (2.29 * timeReduction);
521
522           // Use part of the gained time from a previous stable move for the current move
523           for (Thread* th : Threads)
524           {
525               totBestMoveChanges += th->bestMoveChanges;
526               th->bestMoveChanges = 0;
527           }
528           double bestMoveInstability = 1 + totBestMoveChanges / Threads.size();
529
530           // Stop the search if we have only one legal move, or if available time elapsed
531           if (   rootMoves.size() == 1
532               || Time.elapsed() > Time.optimum() * fallingEval * reduction * bestMoveInstability)
533           {
534               // If we are allowed to ponder do not stop the search now but
535               // keep pondering until the GUI sends "ponderhit" or "stop".
536               if (mainThread->ponder)
537                   mainThread->stopOnPonderhit = true;
538               else
539                   Threads.stop = true;
540           }
541       }
542   }
543
544   if (!mainThread)
545       return;
546
547   mainThread->previousTimeReduction = timeReduction;
548
549   // If skill level is enabled, swap best PV line with the sub-optimal one
550   if (skill.enabled())
551       std::swap(rootMoves[0], *std::find(rootMoves.begin(), rootMoves.end(),
552                 skill.best ? skill.best : skill.pick_best(multiPV)));
553 }
554
555
556 namespace {
557
558   // search<>() is the main search function for both PV and non-PV nodes
559
560   template <NodeType NT>
561   Value search(Position& pos, Stack* ss, Value alpha, Value beta, Depth depth, bool cutNode) {
562
563     constexpr bool PvNode = NT == PV;
564     const bool rootNode = PvNode && ss->ply == 0;
565
566     // Check if we have an upcoming move which draws by repetition, or
567     // if the opponent had an alternative move earlier to this position.
568     if (   pos.rule50_count() >= 3
569         && alpha < VALUE_DRAW
570         && !rootNode
571         && pos.has_game_cycle(ss->ply))
572     {
573         alpha = value_draw(depth, pos.this_thread());
574         if (alpha >= beta)
575             return alpha;
576     }
577
578     // Dive into quiescence search when the depth reaches zero
579     if (depth < ONE_PLY)
580         return qsearch<NT>(pos, ss, alpha, beta);
581
582     assert(-VALUE_INFINITE <= alpha && alpha < beta && beta <= VALUE_INFINITE);
583     assert(PvNode || (alpha == beta - 1));
584     assert(DEPTH_ZERO < depth && depth < DEPTH_MAX);
585     assert(!(PvNode && cutNode));
586     assert(depth / ONE_PLY * ONE_PLY == depth);
587
588     Move pv[MAX_PLY+1], capturesSearched[32], quietsSearched[64];
589     StateInfo st;
590     TTEntry* tte;
591     Key posKey;
592     Move ttMove, move, excludedMove, bestMove;
593     Depth extension, newDepth;
594     Value bestValue, value, ttValue, eval, maxValue;
595     bool ttHit, ttPv, inCheck, givesCheck, improving, doLMR;
596     bool captureOrPromotion, doFullDepthSearch, moveCountPruning, ttCapture;
597     Piece movedPiece;
598     int moveCount, captureCount, quietCount, singularLMR;
599
600     // Step 1. Initialize node
601     Thread* thisThread = pos.this_thread();
602     inCheck = pos.checkers();
603     Color us = pos.side_to_move();
604     moveCount = captureCount = quietCount = singularLMR = ss->moveCount = 0;
605     bestValue = -VALUE_INFINITE;
606     maxValue = VALUE_INFINITE;
607
608     // Check for the available remaining time
609     if (thisThread == Threads.main())
610         static_cast<MainThread*>(thisThread)->check_time();
611
612     // Used to send selDepth info to GUI (selDepth counts from 1, ply from 0)
613     if (PvNode && thisThread->selDepth < ss->ply + 1)
614         thisThread->selDepth = ss->ply + 1;
615
616     if (!rootNode)
617     {
618         // Step 2. Check for aborted search and immediate draw
619         if (   Threads.stop.load(std::memory_order_relaxed)
620             || pos.is_draw(ss->ply)
621             || ss->ply >= MAX_PLY)
622             return (ss->ply >= MAX_PLY && !inCheck) ? evaluate(pos)
623                                                     : value_draw(depth, pos.this_thread());
624
625         // Step 3. Mate distance pruning. Even if we mate at the next move our score
626         // would be at best mate_in(ss->ply+1), but if alpha is already bigger because
627         // a shorter mate was found upward in the tree then there is no need to search
628         // because we will never beat the current alpha. Same logic but with reversed
629         // signs applies also in the opposite condition of being mated instead of giving
630         // mate. In this case return a fail-high score.
631         alpha = std::max(mated_in(ss->ply), alpha);
632         beta = std::min(mate_in(ss->ply+1), beta);
633         if (alpha >= beta)
634             return alpha;
635     }
636
637     assert(0 <= ss->ply && ss->ply < MAX_PLY);
638
639     (ss+1)->ply = ss->ply + 1;
640     (ss+1)->excludedMove = bestMove = MOVE_NONE;
641     (ss+2)->killers[0] = (ss+2)->killers[1] = MOVE_NONE;
642     Square prevSq = to_sq((ss-1)->currentMove);
643
644     // Initialize statScore to zero for the grandchildren of the current position.
645     // So statScore is shared between all grandchildren and only the first grandchild
646     // starts with statScore = 0. Later grandchildren start with the last calculated
647     // statScore of the previous grandchild. This influences the reduction rules in
648     // LMR which are based on the statScore of parent position.
649     if (rootNode)
650         (ss + 4)->statScore = 0;
651     else
652         (ss + 2)->statScore = 0;
653
654     // Step 4. Transposition table lookup. We don't want the score of a partial
655     // search to overwrite a previous full search TT value, so we use a different
656     // position key in case of an excluded move.
657     excludedMove = ss->excludedMove;
658     posKey = pos.key() ^ Key(excludedMove << 16); // Isn't a very good hash
659     tte = TT.probe(posKey, ttHit);
660     ttValue = ttHit ? value_from_tt(tte->value(), ss->ply) : VALUE_NONE;
661     ttMove =  rootNode ? thisThread->rootMoves[thisThread->pvIdx].pv[0]
662             : ttHit    ? tte->move() : MOVE_NONE;
663     ttPv = PvNode || (ttHit && tte->is_pv());
664
665     // if position has been searched at higher depths and we are shuffling, return value_draw
666     if (pos.rule50_count() > 36
667         && ss->ply > 36
668         && depth < 3 * ONE_PLY
669         && ttHit
670         && tte->depth() > depth
671         && pos.count<PAWN>() > 0)
672         return VALUE_DRAW;
673
674     // At non-PV nodes we check for an early TT cutoff
675     if (  !PvNode
676         && ttHit
677         && tte->depth() >= depth
678         && ttValue != VALUE_NONE // Possible in case of TT access race
679         && (ttValue >= beta ? (tte->bound() & BOUND_LOWER)
680                             : (tte->bound() & BOUND_UPPER)))
681     {
682         // If ttMove is quiet, update move sorting heuristics on TT hit
683         if (ttMove)
684         {
685             if (ttValue >= beta)
686             {
687                 if (!pos.capture_or_promotion(ttMove))
688                     update_quiet_stats(pos, ss, ttMove, nullptr, 0, stat_bonus(depth));
689
690                 // Extra penalty for early quiet moves of the previous ply
691                 if ((ss-1)->moveCount <= 2 && !pos.captured_piece())
692                         update_continuation_histories(ss-1, pos.piece_on(prevSq), prevSq, -stat_bonus(depth + ONE_PLY));
693             }
694             // Penalty for a quiet ttMove that fails low
695             else if (!pos.capture_or_promotion(ttMove))
696             {
697                 int penalty = -stat_bonus(depth);
698                 thisThread->mainHistory[us][from_to(ttMove)] << penalty;
699                 update_continuation_histories(ss, pos.moved_piece(ttMove), to_sq(ttMove), penalty);
700             }
701         }
702         return ttValue;
703     }
704
705     // Step 5. Tablebases probe
706     if (!rootNode && TB::Cardinality)
707     {
708         int piecesCount = pos.count<ALL_PIECES>();
709
710         if (    piecesCount <= TB::Cardinality
711             && (piecesCount <  TB::Cardinality || depth >= TB::ProbeDepth)
712             &&  pos.rule50_count() == 0
713             && !pos.can_castle(ANY_CASTLING))
714         {
715             TB::ProbeState err;
716             TB::WDLScore wdl = Tablebases::probe_wdl(pos, &err);
717
718             // Force check of time on the next occasion
719             if (thisThread == Threads.main())
720                 static_cast<MainThread*>(thisThread)->callsCnt = 0;
721
722             if (err != TB::ProbeState::FAIL)
723             {
724                 thisThread->tbHits.fetch_add(1, std::memory_order_relaxed);
725
726                 int drawScore = TB::UseRule50 ? 1 : 0;
727
728                 value =  wdl < -drawScore ? -VALUE_MATE + MAX_PLY + ss->ply + 1
729                        : wdl >  drawScore ?  VALUE_MATE - MAX_PLY - ss->ply - 1
730                                           :  VALUE_DRAW + 2 * wdl * drawScore;
731
732                 Bound b =  wdl < -drawScore ? BOUND_UPPER
733                          : wdl >  drawScore ? BOUND_LOWER : BOUND_EXACT;
734
735                 if (    b == BOUND_EXACT
736                     || (b == BOUND_LOWER ? value >= beta : value <= alpha))
737                 {
738                     tte->save(posKey, value_to_tt(value, ss->ply), ttPv, b,
739                               std::min(DEPTH_MAX - ONE_PLY, depth + 6 * ONE_PLY),
740                               MOVE_NONE, VALUE_NONE);
741
742                     return value;
743                 }
744
745                 if (PvNode)
746                 {
747                     if (b == BOUND_LOWER)
748                         bestValue = value, alpha = std::max(alpha, bestValue);
749                     else
750                         maxValue = value;
751                 }
752             }
753         }
754     }
755
756     // Step 6. Static evaluation of the position
757     if (inCheck)
758     {
759         ss->staticEval = eval = VALUE_NONE;
760         improving = false;
761         goto moves_loop;  // Skip early pruning when in check
762     }
763     else if (ttHit)
764     {
765         // Never assume anything about values stored in TT
766         ss->staticEval = eval = tte->eval();
767         if (eval == VALUE_NONE)
768             ss->staticEval = eval = evaluate(pos);
769
770         // Can ttValue be used as a better position evaluation?
771         if (    ttValue != VALUE_NONE
772             && (tte->bound() & (ttValue > eval ? BOUND_LOWER : BOUND_UPPER)))
773             eval = ttValue;
774     }
775     else
776     {
777         if ((ss-1)->currentMove != MOVE_NULL)
778         {
779             int bonus = -(ss-1)->statScore / 512;
780
781             ss->staticEval = eval = evaluate(pos) + bonus;
782         }
783         else
784             ss->staticEval = eval = -(ss-1)->staticEval + 2 * Eval::Tempo;
785
786         tte->save(posKey, VALUE_NONE, ttPv, BOUND_NONE, DEPTH_NONE, MOVE_NONE, eval);
787     }
788
789     // Step 7. Razoring (~2 Elo)
790     if (   !rootNode // The required rootNode PV handling is not available in qsearch
791         &&  depth < 2 * ONE_PLY
792         &&  eval <= alpha - RazorMargin)
793         return qsearch<NT>(pos, ss, alpha, beta);
794
795     improving =   ss->staticEval >= (ss-2)->staticEval
796                || (ss-2)->staticEval == VALUE_NONE;
797
798     // Step 8. Futility pruning: child node (~30 Elo)
799     if (   !PvNode
800         &&  depth < 7 * ONE_PLY
801         &&  eval - futility_margin(depth, improving) >= beta
802         &&  eval < VALUE_KNOWN_WIN) // Do not return unproven wins
803         return eval;
804
805     // Step 9. Null move search with verification search (~40 Elo)
806     if (   !PvNode
807         && (ss-1)->currentMove != MOVE_NULL
808         && (ss-1)->statScore < 22661
809         &&  eval >= beta
810         &&  ss->staticEval >= beta - 33 * depth / ONE_PLY + 299
811         && !excludedMove
812         &&  pos.non_pawn_material(us)
813         && (ss->ply >= thisThread->nmpMinPly || us != thisThread->nmpColor))
814     {
815         assert(eval - beta >= 0);
816
817         // Null move dynamic reduction based on depth and value
818         Depth R = ((835 + 70 * depth / ONE_PLY) / 256 + std::min(int(eval - beta) / 185, 3)) * ONE_PLY;
819
820         ss->currentMove = MOVE_NULL;
821         ss->continuationHistory = &thisThread->continuationHistory[NO_PIECE][0];
822
823         pos.do_null_move(st);
824
825         Value nullValue = -search<NonPV>(pos, ss+1, -beta, -beta+1, depth-R, !cutNode);
826
827         pos.undo_null_move();
828
829         if (nullValue >= beta)
830         {
831             // Do not return unproven mate scores
832             if (nullValue >= VALUE_MATE_IN_MAX_PLY)
833                 nullValue = beta;
834
835             if (thisThread->nmpMinPly || (abs(beta) < VALUE_KNOWN_WIN && depth < 13 * ONE_PLY))
836                 return nullValue;
837
838             assert(!thisThread->nmpMinPly); // Recursive verification is not allowed
839
840             // Do verification search at high depths, with null move pruning disabled
841             // for us, until ply exceeds nmpMinPly.
842             thisThread->nmpMinPly = ss->ply + 3 * (depth-R) / (4 * ONE_PLY);
843             thisThread->nmpColor = us;
844
845             Value v = search<NonPV>(pos, ss, beta-1, beta, depth-R, false);
846
847             thisThread->nmpMinPly = 0;
848
849             if (v >= beta)
850                 return nullValue;
851         }
852     }
853
854     // Step 10. ProbCut (~10 Elo)
855     // If we have a good enough capture and a reduced search returns a value
856     // much above beta, we can (almost) safely prune the previous move.
857     if (   !PvNode
858         &&  depth >= 5 * ONE_PLY
859         &&  abs(beta) < VALUE_MATE_IN_MAX_PLY)
860     {
861         Value raisedBeta = std::min(beta + 191 - 46 * improving, VALUE_INFINITE);
862         MovePicker mp(pos, ttMove, raisedBeta - ss->staticEval, &thisThread->captureHistory);
863         int probCutCount = 0;
864
865         while (  (move = mp.next_move()) != MOVE_NONE
866                && probCutCount < 2 + 2 * cutNode)
867             if (move != excludedMove && pos.legal(move))
868             {
869                 probCutCount++;
870
871                 ss->currentMove = move;
872                 ss->continuationHistory = &thisThread->continuationHistory[pos.moved_piece(move)][to_sq(move)];
873
874                 assert(depth >= 5 * ONE_PLY);
875
876                 pos.do_move(move, st);
877
878                 // Perform a preliminary qsearch to verify that the move holds
879                 value = -qsearch<NonPV>(pos, ss+1, -raisedBeta, -raisedBeta+1);
880
881                 // If the qsearch held, perform the regular search
882                 if (value >= raisedBeta)
883                     value = -search<NonPV>(pos, ss+1, -raisedBeta, -raisedBeta+1, depth - 4 * ONE_PLY, !cutNode);
884
885                 pos.undo_move(move);
886
887                 if (value >= raisedBeta)
888                     return value;
889             }
890     }
891
892     // Step 11. Internal iterative deepening (~2 Elo)
893     if (depth >= 7 * ONE_PLY && !ttMove)
894     {
895         search<NT>(pos, ss, alpha, beta, depth - 7 * ONE_PLY, cutNode);
896
897         tte = TT.probe(posKey, ttHit);
898         ttValue = ttHit ? value_from_tt(tte->value(), ss->ply) : VALUE_NONE;
899         ttMove = ttHit ? tte->move() : MOVE_NONE;
900     }
901
902 moves_loop: // When in check, search starts from here
903
904     const PieceToHistory* contHist[] = { (ss-1)->continuationHistory, (ss-2)->continuationHistory,
905                                           nullptr, (ss-4)->continuationHistory,
906                                           nullptr, (ss-6)->continuationHistory };
907
908     Move countermove = thisThread->counterMoves[pos.piece_on(prevSq)][prevSq];
909
910     MovePicker mp(pos, ttMove, depth, &thisThread->mainHistory,
911                                       &thisThread->captureHistory,
912                                       contHist,
913                                       countermove,
914                                       ss->killers);
915
916     value = bestValue; // Workaround a bogus 'uninitialized' warning under gcc
917     moveCountPruning = false;
918     ttCapture = ttMove && pos.capture_or_promotion(ttMove);
919
920     // Mark this node as being searched.
921     ThreadHolding th(thisThread, posKey, ss->ply);
922
923     // Step 12. Loop through all pseudo-legal moves until no moves remain
924     // or a beta cutoff occurs.
925     while ((move = mp.next_move(moveCountPruning)) != MOVE_NONE)
926     {
927       assert(is_ok(move));
928
929       if (move == excludedMove)
930           continue;
931
932       // At root obey the "searchmoves" option and skip moves not listed in Root
933       // Move List. As a consequence any illegal move is also skipped. In MultiPV
934       // mode we also skip PV moves which have been already searched and those
935       // of lower "TB rank" if we are in a TB root position.
936       if (rootNode && !std::count(thisThread->rootMoves.begin() + thisThread->pvIdx,
937                                   thisThread->rootMoves.begin() + thisThread->pvLast, move))
938           continue;
939
940       ss->moveCount = ++moveCount;
941
942       if (rootNode && thisThread == Threads.main() && Time.elapsed() > 3000)
943           sync_cout << "info depth " << depth / ONE_PLY
944                     << " currmove " << UCI::move(move, pos.is_chess960())
945                     << " currmovenumber " << moveCount + thisThread->pvIdx << sync_endl;
946       if (PvNode)
947           (ss+1)->pv = nullptr;
948
949       extension = DEPTH_ZERO;
950       captureOrPromotion = pos.capture_or_promotion(move);
951       movedPiece = pos.moved_piece(move);
952       givesCheck = pos.gives_check(move);
953
954       // Step 13. Extensions (~70 Elo)
955
956       // Singular extension search (~60 Elo). If all moves but one fail low on a
957       // search of (alpha-s, beta-s), and just one fails high on (alpha, beta),
958       // then that move is singular and should be extended. To verify this we do
959       // a reduced search on all the other moves but the ttMove and if the
960       // result is lower than ttValue minus a margin then we will extend the ttMove.
961       if (    depth >= 6 * ONE_PLY
962           &&  move == ttMove
963           && !rootNode
964           && !excludedMove // Avoid recursive singular search
965        /* &&  ttValue != VALUE_NONE Already implicit in the next condition */
966           &&  abs(ttValue) < VALUE_KNOWN_WIN
967           && (tte->bound() & BOUND_LOWER)
968           &&  tte->depth() >= depth - 3 * ONE_PLY
969           &&  pos.legal(move))
970       {
971           Value singularBeta = ttValue - 2 * depth / ONE_PLY;
972           Depth halfDepth = depth / (2 * ONE_PLY) * ONE_PLY; // ONE_PLY invariant
973           ss->excludedMove = move;
974           value = search<NonPV>(pos, ss, singularBeta - 1, singularBeta, halfDepth, cutNode);
975           ss->excludedMove = MOVE_NONE;
976
977           if (value < singularBeta)
978           {
979               extension = ONE_PLY;
980               singularLMR++;
981
982               if (value < singularBeta - std::min(4 * depth / ONE_PLY, 36))
983                   singularLMR++;
984           }
985
986           // Multi-cut pruning
987           // Our ttMove is assumed to fail high, and now we failed high also on a reduced
988           // search without the ttMove. So we assume this expected Cut-node is not singular,
989           // that multiple moves fail high, and we can prune the whole subtree by returning
990           // a soft bound.
991           else if (   eval >= beta
992                    && singularBeta >= beta)
993               return singularBeta;
994       }
995
996       // Check extension (~2 Elo)
997       else if (    givesCheck
998                && (pos.is_discovery_check_on_king(~us, move) || pos.see_ge(move)))
999           extension = ONE_PLY;
1000
1001       // Shuffle extension
1002       else if(pos.rule50_count() > 14 && ss->ply > 14 && depth < 3 * ONE_PLY && PvNode)
1003           extension = ONE_PLY;
1004
1005       // Castling extension
1006       else if (type_of(move) == CASTLING)
1007           extension = ONE_PLY;
1008
1009       // Shuffle extension
1010       else if (   PvNode
1011                && pos.rule50_count() > 18
1012                && depth < 3 * ONE_PLY
1013                && ++thisThread->shuffleExts < thisThread->nodes.load(std::memory_order_relaxed) / 4)  // To avoid too many extensions
1014           extension = ONE_PLY;
1015
1016       // Passed pawn extension
1017       else if (   move == ss->killers[0]
1018                && pos.advanced_pawn_push(move)
1019                && pos.pawn_passed(us, to_sq(move)))
1020           extension = ONE_PLY;
1021
1022       // Calculate new depth for this move
1023       newDepth = depth - ONE_PLY + extension;
1024
1025       // Step 14. Pruning at shallow depth (~170 Elo)
1026       if (  !rootNode
1027           && pos.non_pawn_material(us)
1028           && bestValue > VALUE_MATED_IN_MAX_PLY)
1029       {
1030           // Skip quiet moves if movecount exceeds our FutilityMoveCount threshold
1031           moveCountPruning = moveCount >= futility_move_count(improving, depth / ONE_PLY);
1032
1033           if (   !captureOrPromotion
1034               && !givesCheck
1035               && (!pos.advanced_pawn_push(move) || pos.non_pawn_material(~us) > BishopValueMg))
1036           {
1037               // Move count based pruning
1038               if (moveCountPruning)
1039                   continue;
1040
1041               // Reduced depth of the next LMR search
1042               int lmrDepth = std::max(newDepth - reduction(improving, depth, moveCount), DEPTH_ZERO);
1043               lmrDepth /= ONE_PLY;
1044
1045               // Countermoves based pruning (~20 Elo)
1046               if (   lmrDepth < 4 + ((ss-1)->statScore > 0 || (ss-1)->moveCount == 1)
1047                   && (*contHist[0])[movedPiece][to_sq(move)] < CounterMovePruneThreshold
1048                   && (*contHist[1])[movedPiece][to_sq(move)] < CounterMovePruneThreshold)
1049                   continue;
1050
1051               // Futility pruning: parent node (~2 Elo)
1052               if (   lmrDepth < 6
1053                   && !inCheck
1054                   && ss->staticEval + 250 + 211 * lmrDepth <= alpha)
1055                   continue;
1056
1057               // Prune moves with negative SEE (~10 Elo)
1058               if (!pos.see_ge(move, Value(-(31 - std::min(lmrDepth, 18)) * lmrDepth * lmrDepth)))
1059                   continue;
1060           }
1061           else if (  (!givesCheck || !extension)
1062                    && !pos.see_ge(move, Value(-199) * (depth / ONE_PLY))) // (~20 Elo)
1063                   continue;
1064       }
1065
1066       // Speculative prefetch as early as possible
1067       prefetch(TT.first_entry(pos.key_after(move)));
1068
1069       // Check for legality just before making the move
1070       if (!rootNode && !pos.legal(move))
1071       {
1072           ss->moveCount = --moveCount;
1073           continue;
1074       }
1075
1076       // Update the current move (this must be done after singular extension search)
1077       ss->currentMove = move;
1078       ss->continuationHistory = &thisThread->continuationHistory[movedPiece][to_sq(move)];
1079
1080       // Step 15. Make the move
1081       pos.do_move(move, st, givesCheck);
1082
1083       // Step 16. Reduced depth search (LMR). If the move fails high it will be
1084       // re-searched at full depth.
1085       if (    depth >= 3 * ONE_PLY
1086           &&  moveCount > 1 + 3 * rootNode
1087           && (  !captureOrPromotion
1088               || moveCountPruning
1089               || ss->staticEval + PieceValue[EG][pos.captured_piece()] <= alpha))
1090       {
1091           Depth r = reduction(improving, depth, moveCount);
1092
1093           // Reduction if other threads are searching this position.
1094           if (th.marked())
1095               r += ONE_PLY;
1096
1097           // Decrease reduction if position is or has been on the PV
1098           if (ttPv)
1099               r -= 2 * ONE_PLY;
1100
1101           // Decrease reduction if opponent's move count is high (~10 Elo)
1102           if ((ss-1)->moveCount > 15)
1103               r -= ONE_PLY;
1104
1105           // Decrease reduction if move has been singularly extended
1106           r -= singularLMR * ONE_PLY;
1107
1108           if (!captureOrPromotion)
1109           {
1110               // Increase reduction if ttMove is a capture (~0 Elo)
1111               if (ttCapture)
1112                   r += ONE_PLY;
1113
1114               // Increase reduction for cut nodes (~5 Elo)
1115               if (cutNode)
1116                   r += 2 * ONE_PLY;
1117
1118               // Decrease reduction for moves that escape a capture. Filter out
1119               // castling moves, because they are coded as "king captures rook" and
1120               // hence break make_move(). (~5 Elo)
1121               else if (    type_of(move) == NORMAL
1122                        && !pos.see_ge(make_move(to_sq(move), from_sq(move))))
1123                   r -= 2 * ONE_PLY;
1124
1125               ss->statScore =  thisThread->mainHistory[us][from_to(move)]
1126                              + (*contHist[0])[movedPiece][to_sq(move)]
1127                              + (*contHist[1])[movedPiece][to_sq(move)]
1128                              + (*contHist[3])[movedPiece][to_sq(move)]
1129                              - 4729;
1130
1131               // Reset statScore to zero if negative and most stats shows >= 0
1132               if (    ss->statScore < 0
1133                   && (*contHist[0])[movedPiece][to_sq(move)] >= 0
1134                   && (*contHist[1])[movedPiece][to_sq(move)] >= 0
1135                   && thisThread->mainHistory[us][from_to(move)] >= 0)
1136                   ss->statScore = 0;
1137
1138               // Decrease/increase reduction by comparing opponent's stat score (~10 Elo)
1139               if (ss->statScore >= -99 && (ss-1)->statScore < -116)
1140                   r -= ONE_PLY;
1141
1142               else if ((ss-1)->statScore >= -117 && ss->statScore < -144)
1143                   r += ONE_PLY;
1144
1145               // Decrease/increase reduction for moves with a good/bad history (~30 Elo)
1146               r -= ss->statScore / 16384 * ONE_PLY;
1147           }
1148
1149           Depth d = clamp(newDepth - r, ONE_PLY, newDepth);
1150
1151           value = -search<NonPV>(pos, ss+1, -(alpha+1), -alpha, d, true);
1152
1153           doFullDepthSearch = (value > alpha && d != newDepth), doLMR = true;
1154       }
1155       else
1156           doFullDepthSearch = !PvNode || moveCount > 1, doLMR = false;
1157
1158       // Step 17. Full depth search when LMR is skipped or fails high
1159       if (doFullDepthSearch)
1160       {
1161           value = -search<NonPV>(pos, ss+1, -(alpha+1), -alpha, newDepth, !cutNode);
1162
1163           if (doLMR && !captureOrPromotion)
1164           {
1165               int bonus = value > alpha ?  stat_bonus(newDepth)
1166                                         : -stat_bonus(newDepth);
1167
1168               if (move == ss->killers[0])
1169                   bonus += bonus / 4;
1170
1171               update_continuation_histories(ss, movedPiece, to_sq(move), bonus);
1172           }
1173       }
1174
1175       // For PV nodes only, do a full PV search on the first move or after a fail
1176       // high (in the latter case search only if value < beta), otherwise let the
1177       // parent node fail low with value <= alpha and try another move.
1178       if (PvNode && (moveCount == 1 || (value > alpha && (rootNode || value < beta))))
1179       {
1180           (ss+1)->pv = pv;
1181           (ss+1)->pv[0] = MOVE_NONE;
1182
1183           value = -search<PV>(pos, ss+1, -beta, -alpha, newDepth, false);
1184       }
1185
1186       // Step 18. Undo move
1187       pos.undo_move(move);
1188
1189       assert(value > -VALUE_INFINITE && value < VALUE_INFINITE);
1190
1191       // Step 19. Check for a new best move
1192       // Finished searching the move. If a stop occurred, the return value of
1193       // the search cannot be trusted, and we return immediately without
1194       // updating best move, PV and TT.
1195       if (Threads.stop.load(std::memory_order_relaxed))
1196           return VALUE_ZERO;
1197
1198       if (rootNode)
1199       {
1200           RootMove& rm = *std::find(thisThread->rootMoves.begin(),
1201                                     thisThread->rootMoves.end(), move);
1202
1203           // PV move or new best move?
1204           if (moveCount == 1 || value > alpha)
1205           {
1206               rm.score = value;
1207               rm.selDepth = thisThread->selDepth;
1208               rm.pv.resize(1);
1209
1210               assert((ss+1)->pv);
1211
1212               for (Move* m = (ss+1)->pv; *m != MOVE_NONE; ++m)
1213                   rm.pv.push_back(*m);
1214
1215               // We record how often the best move has been changed in each
1216               // iteration. This information is used for time management: When
1217               // the best move changes frequently, we allocate some more time.
1218               if (moveCount > 1)
1219                   ++thisThread->bestMoveChanges;
1220           }
1221           else
1222               // All other moves but the PV are set to the lowest value: this
1223               // is not a problem when sorting because the sort is stable and the
1224               // move position in the list is preserved - just the PV is pushed up.
1225               rm.score = -VALUE_INFINITE;
1226       }
1227
1228       if (value > bestValue)
1229       {
1230           bestValue = value;
1231
1232           if (value > alpha)
1233           {
1234               bestMove = move;
1235
1236               if (PvNode && !rootNode) // Update pv even in fail-high case
1237                   update_pv(ss->pv, move, (ss+1)->pv);
1238
1239               if (PvNode && value < beta) // Update alpha! Always alpha < beta
1240                   alpha = value;
1241               else
1242               {
1243                   assert(value >= beta); // Fail high
1244                   ss->statScore = 0;
1245                   break;
1246               }
1247           }
1248       }
1249
1250       if (move != bestMove)
1251       {
1252           if (captureOrPromotion && captureCount < 32)
1253               capturesSearched[captureCount++] = move;
1254
1255           else if (!captureOrPromotion && quietCount < 64)
1256               quietsSearched[quietCount++] = move;
1257       }
1258     }
1259
1260     // The following condition would detect a stop only after move loop has been
1261     // completed. But in this case bestValue is valid because we have fully
1262     // searched our subtree, and we can anyhow save the result in TT.
1263     /*
1264        if (Threads.stop)
1265         return VALUE_DRAW;
1266     */
1267
1268     // Step 20. Check for mate and stalemate
1269     // All legal moves have been searched and if there are no legal moves, it
1270     // must be a mate or a stalemate. If we are in a singular extension search then
1271     // return a fail low score.
1272
1273     assert(moveCount || !inCheck || excludedMove || !MoveList<LEGAL>(pos).size());
1274
1275     if (!moveCount)
1276         bestValue = excludedMove ? alpha
1277                    :     inCheck ? mated_in(ss->ply) : VALUE_DRAW;
1278     else if (bestMove)
1279     {
1280         // Quiet best move: update move sorting heuristics
1281         if (!pos.capture_or_promotion(bestMove))
1282             update_quiet_stats(pos, ss, bestMove, quietsSearched, quietCount,
1283                                stat_bonus(depth + (bestValue > beta + PawnValueMg ? ONE_PLY : DEPTH_ZERO)));
1284
1285         update_capture_stats(pos, bestMove, capturesSearched, captureCount, stat_bonus(depth + ONE_PLY));
1286
1287         // Extra penalty for a quiet TT or main killer move in previous ply when it gets refuted
1288         if (   ((ss-1)->moveCount == 1 || ((ss-1)->currentMove == (ss-1)->killers[0]))
1289             && !pos.captured_piece())
1290                 update_continuation_histories(ss-1, pos.piece_on(prevSq), prevSq, -stat_bonus(depth + ONE_PLY));
1291
1292     }
1293     // Bonus for prior countermove that caused the fail low
1294     else if (   (depth >= 3 * ONE_PLY || PvNode)
1295              && !pos.captured_piece())
1296         update_continuation_histories(ss-1, pos.piece_on(prevSq), prevSq, stat_bonus(depth));
1297
1298     if (PvNode)
1299         bestValue = std::min(bestValue, maxValue);
1300
1301     if (!excludedMove)
1302         tte->save(posKey, value_to_tt(bestValue, ss->ply), ttPv,
1303                   bestValue >= beta ? BOUND_LOWER :
1304                   PvNode && bestMove ? BOUND_EXACT : BOUND_UPPER,
1305                   depth, bestMove, ss->staticEval);
1306
1307     assert(bestValue > -VALUE_INFINITE && bestValue < VALUE_INFINITE);
1308
1309     return bestValue;
1310   }
1311
1312
1313   // qsearch() is the quiescence search function, which is called by the main search
1314   // function with zero depth, or recursively with further decreasing depth per call.
1315   template <NodeType NT>
1316   Value qsearch(Position& pos, Stack* ss, Value alpha, Value beta, Depth depth) {
1317
1318     constexpr bool PvNode = NT == PV;
1319
1320     assert(alpha >= -VALUE_INFINITE && alpha < beta && beta <= VALUE_INFINITE);
1321     assert(PvNode || (alpha == beta - 1));
1322     assert(depth <= DEPTH_ZERO);
1323     assert(depth / ONE_PLY * ONE_PLY == depth);
1324
1325     Move pv[MAX_PLY+1];
1326     StateInfo st;
1327     TTEntry* tte;
1328     Key posKey;
1329     Move ttMove, move, bestMove;
1330     Depth ttDepth;
1331     Value bestValue, value, ttValue, futilityValue, futilityBase, oldAlpha;
1332     bool ttHit, pvHit, inCheck, givesCheck, evasionPrunable;
1333     int moveCount;
1334
1335     if (PvNode)
1336     {
1337         oldAlpha = alpha; // To flag BOUND_EXACT when eval above alpha and no available moves
1338         (ss+1)->pv = pv;
1339         ss->pv[0] = MOVE_NONE;
1340     }
1341
1342     Thread* thisThread = pos.this_thread();
1343     (ss+1)->ply = ss->ply + 1;
1344     bestMove = MOVE_NONE;
1345     inCheck = pos.checkers();
1346     moveCount = 0;
1347
1348     // Check for an immediate draw or maximum ply reached
1349     if (   pos.is_draw(ss->ply)
1350         || ss->ply >= MAX_PLY)
1351         return (ss->ply >= MAX_PLY && !inCheck) ? evaluate(pos) : VALUE_DRAW;
1352
1353     assert(0 <= ss->ply && ss->ply < MAX_PLY);
1354
1355     // Decide whether or not to include checks: this fixes also the type of
1356     // TT entry depth that we are going to use. Note that in qsearch we use
1357     // only two types of depth in TT: DEPTH_QS_CHECKS or DEPTH_QS_NO_CHECKS.
1358     ttDepth = inCheck || depth >= DEPTH_QS_CHECKS ? DEPTH_QS_CHECKS
1359                                                   : DEPTH_QS_NO_CHECKS;
1360     // Transposition table lookup
1361     posKey = pos.key();
1362     tte = TT.probe(posKey, ttHit);
1363     ttValue = ttHit ? value_from_tt(tte->value(), ss->ply) : VALUE_NONE;
1364     ttMove = ttHit ? tte->move() : MOVE_NONE;
1365     pvHit = ttHit && tte->is_pv();
1366
1367     if (  !PvNode
1368         && ttHit
1369         && tte->depth() >= ttDepth
1370         && ttValue != VALUE_NONE // Only in case of TT access race
1371         && (ttValue >= beta ? (tte->bound() & BOUND_LOWER)
1372                             : (tte->bound() & BOUND_UPPER)))
1373         return ttValue;
1374
1375     // Evaluate the position statically
1376     if (inCheck)
1377     {
1378         ss->staticEval = VALUE_NONE;
1379         bestValue = futilityBase = -VALUE_INFINITE;
1380     }
1381     else
1382     {
1383         if (ttHit)
1384         {
1385             // Never assume anything about values stored in TT
1386             if ((ss->staticEval = bestValue = tte->eval()) == VALUE_NONE)
1387                 ss->staticEval = bestValue = evaluate(pos);
1388
1389             // Can ttValue be used as a better position evaluation?
1390             if (    ttValue != VALUE_NONE
1391                 && (tte->bound() & (ttValue > bestValue ? BOUND_LOWER : BOUND_UPPER)))
1392                 bestValue = ttValue;
1393         }
1394         else
1395             ss->staticEval = bestValue =
1396             (ss-1)->currentMove != MOVE_NULL ? evaluate(pos)
1397                                              : -(ss-1)->staticEval + 2 * Eval::Tempo;
1398
1399         // Stand pat. Return immediately if static value is at least beta
1400         if (bestValue >= beta)
1401         {
1402             if (!ttHit)
1403                 tte->save(posKey, value_to_tt(bestValue, ss->ply), pvHit, BOUND_LOWER,
1404                           DEPTH_NONE, MOVE_NONE, ss->staticEval);
1405
1406             return bestValue;
1407         }
1408
1409         if (PvNode && bestValue > alpha)
1410             alpha = bestValue;
1411
1412         futilityBase = bestValue + 153;
1413     }
1414
1415     const PieceToHistory* contHist[] = { (ss-1)->continuationHistory, (ss-2)->continuationHistory,
1416                                           nullptr, (ss-4)->continuationHistory,
1417                                           nullptr, (ss-6)->continuationHistory };
1418
1419     // Initialize a MovePicker object for the current position, and prepare
1420     // to search the moves. Because the depth is <= 0 here, only captures,
1421     // queen promotions and checks (only if depth >= DEPTH_QS_CHECKS) will
1422     // be generated.
1423     MovePicker mp(pos, ttMove, depth, &thisThread->mainHistory,
1424                                       &thisThread->captureHistory,
1425                                       contHist,
1426                                       to_sq((ss-1)->currentMove));
1427
1428     // Loop through the moves until no moves remain or a beta cutoff occurs
1429     while ((move = mp.next_move()) != MOVE_NONE)
1430     {
1431       assert(is_ok(move));
1432
1433       givesCheck = pos.gives_check(move);
1434
1435       moveCount++;
1436
1437       // Futility pruning
1438       if (   !inCheck
1439           && !givesCheck
1440           &&  futilityBase > -VALUE_KNOWN_WIN
1441           && !pos.advanced_pawn_push(move))
1442       {
1443           assert(type_of(move) != ENPASSANT); // Due to !pos.advanced_pawn_push
1444
1445           futilityValue = futilityBase + PieceValue[EG][pos.piece_on(to_sq(move))];
1446
1447           if (futilityValue <= alpha)
1448           {
1449               bestValue = std::max(bestValue, futilityValue);
1450               continue;
1451           }
1452
1453           if (futilityBase <= alpha && !pos.see_ge(move, VALUE_ZERO + 1))
1454           {
1455               bestValue = std::max(bestValue, futilityBase);
1456               continue;
1457           }
1458       }
1459
1460       // Detect non-capture evasions that are candidates to be pruned
1461       evasionPrunable =    inCheck
1462                        &&  (depth != DEPTH_ZERO || moveCount > 2)
1463                        &&  bestValue > VALUE_MATED_IN_MAX_PLY
1464                        && !pos.capture(move);
1465
1466       // Don't search moves with negative SEE values
1467       if (  (!inCheck || evasionPrunable)
1468           && (!givesCheck || !(pos.blockers_for_king(~pos.side_to_move()) & from_sq(move)))
1469           && !pos.see_ge(move))
1470           continue;
1471
1472       // Speculative prefetch as early as possible
1473       prefetch(TT.first_entry(pos.key_after(move)));
1474
1475       // Check for legality just before making the move
1476       if (!pos.legal(move))
1477       {
1478           moveCount--;
1479           continue;
1480       }
1481
1482       ss->currentMove = move;
1483       ss->continuationHistory = &thisThread->continuationHistory[pos.moved_piece(move)][to_sq(move)];
1484
1485       // Make and search the move
1486       pos.do_move(move, st, givesCheck);
1487       value = -qsearch<NT>(pos, ss+1, -beta, -alpha, depth - ONE_PLY);
1488       pos.undo_move(move);
1489
1490       assert(value > -VALUE_INFINITE && value < VALUE_INFINITE);
1491
1492       // Check for a new best move
1493       if (value > bestValue)
1494       {
1495           bestValue = value;
1496
1497           if (value > alpha)
1498           {
1499               bestMove = move;
1500
1501               if (PvNode) // Update pv even in fail-high case
1502                   update_pv(ss->pv, move, (ss+1)->pv);
1503
1504               if (PvNode && value < beta) // Update alpha here!
1505                   alpha = value;
1506               else
1507                   break; // Fail high
1508           }
1509        }
1510     }
1511
1512     // All legal moves have been searched. A special case: If we're in check
1513     // and no legal moves were found, it is checkmate.
1514     if (inCheck && bestValue == -VALUE_INFINITE)
1515         return mated_in(ss->ply); // Plies to mate from the root
1516
1517     tte->save(posKey, value_to_tt(bestValue, ss->ply), pvHit,
1518               bestValue >= beta ? BOUND_LOWER :
1519               PvNode && bestValue > oldAlpha  ? BOUND_EXACT : BOUND_UPPER,
1520               ttDepth, bestMove, ss->staticEval);
1521
1522     assert(bestValue > -VALUE_INFINITE && bestValue < VALUE_INFINITE);
1523
1524     return bestValue;
1525   }
1526
1527
1528   // value_to_tt() adjusts a mate score from "plies to mate from the root" to
1529   // "plies to mate from the current position". Non-mate scores are unchanged.
1530   // The function is called before storing a value in the transposition table.
1531
1532   Value value_to_tt(Value v, int ply) {
1533
1534     assert(v != VALUE_NONE);
1535
1536     return  v >= VALUE_MATE_IN_MAX_PLY  ? v + ply
1537           : v <= VALUE_MATED_IN_MAX_PLY ? v - ply : v;
1538   }
1539
1540
1541   // value_from_tt() is the inverse of value_to_tt(): It adjusts a mate score
1542   // from the transposition table (which refers to the plies to mate/be mated
1543   // from current position) to "plies to mate/be mated from the root".
1544
1545   Value value_from_tt(Value v, int ply) {
1546
1547     return  v == VALUE_NONE             ? VALUE_NONE
1548           : v >= VALUE_MATE_IN_MAX_PLY  ? v - ply
1549           : v <= VALUE_MATED_IN_MAX_PLY ? v + ply : v;
1550   }
1551
1552
1553   // update_pv() adds current move and appends child pv[]
1554
1555   void update_pv(Move* pv, Move move, Move* childPv) {
1556
1557     for (*pv++ = move; childPv && *childPv != MOVE_NONE; )
1558         *pv++ = *childPv++;
1559     *pv = MOVE_NONE;
1560   }
1561
1562
1563   // update_continuation_histories() updates histories of the move pairs formed
1564   // by moves at ply -1, -2, and -4 with current move.
1565
1566   void update_continuation_histories(Stack* ss, Piece pc, Square to, int bonus) {
1567
1568     for (int i : {1, 2, 4, 6})
1569         if (is_ok((ss-i)->currentMove))
1570             (*(ss-i)->continuationHistory)[pc][to] << bonus;
1571   }
1572
1573
1574   // update_capture_stats() updates move sorting heuristics when a new capture best move is found
1575
1576   void update_capture_stats(const Position& pos, Move move,
1577                             Move* captures, int captureCount, int bonus) {
1578
1579       CapturePieceToHistory& captureHistory = pos.this_thread()->captureHistory;
1580       Piece moved_piece = pos.moved_piece(move);
1581       PieceType captured = type_of(pos.piece_on(to_sq(move)));
1582
1583       if (pos.capture_or_promotion(move))
1584           captureHistory[moved_piece][to_sq(move)][captured] << bonus;
1585
1586       // Decrease all the other played capture moves
1587       for (int i = 0; i < captureCount; ++i)
1588       {
1589           moved_piece = pos.moved_piece(captures[i]);
1590           captured = type_of(pos.piece_on(to_sq(captures[i])));
1591           captureHistory[moved_piece][to_sq(captures[i])][captured] << -bonus;
1592       }
1593   }
1594
1595
1596   // update_quiet_stats() updates move sorting heuristics when a new quiet best move is found
1597
1598   void update_quiet_stats(const Position& pos, Stack* ss, Move move,
1599                           Move* quiets, int quietCount, int bonus) {
1600
1601     if (ss->killers[0] != move)
1602     {
1603         ss->killers[1] = ss->killers[0];
1604         ss->killers[0] = move;
1605     }
1606
1607     Color us = pos.side_to_move();
1608     Thread* thisThread = pos.this_thread();
1609     thisThread->mainHistory[us][from_to(move)] << bonus;
1610     update_continuation_histories(ss, pos.moved_piece(move), to_sq(move), bonus);
1611
1612     if (is_ok((ss-1)->currentMove))
1613     {
1614         Square prevSq = to_sq((ss-1)->currentMove);
1615         thisThread->counterMoves[pos.piece_on(prevSq)][prevSq] = move;
1616     }
1617
1618     // Decrease all the other played quiet moves
1619     for (int i = 0; i < quietCount; ++i)
1620     {
1621         thisThread->mainHistory[us][from_to(quiets[i])] << -bonus;
1622         update_continuation_histories(ss, pos.moved_piece(quiets[i]), to_sq(quiets[i]), -bonus);
1623     }
1624   }
1625
1626   // When playing with strength handicap, choose best move among a set of RootMoves
1627   // using a statistical rule dependent on 'level'. Idea by Heinz van Saanen.
1628
1629   Move Skill::pick_best(size_t multiPV) {
1630
1631     const RootMoves& rootMoves = Threads.main()->rootMoves;
1632     static PRNG rng(now()); // PRNG sequence should be non-deterministic
1633
1634     // RootMoves are already sorted by score in descending order
1635     Value topScore = rootMoves[0].score;
1636     int delta = std::min(topScore - rootMoves[multiPV - 1].score, PawnValueMg);
1637     int weakness = 120 - 2 * level;
1638     int maxScore = -VALUE_INFINITE;
1639
1640     // Choose best move. For each move score we add two terms, both dependent on
1641     // weakness. One is deterministic and bigger for weaker levels, and one is
1642     // random. Then we choose the move with the resulting highest score.
1643     for (size_t i = 0; i < multiPV; ++i)
1644     {
1645         // This is our magic formula
1646         int push = (  weakness * int(topScore - rootMoves[i].score)
1647                     + delta * (rng.rand<unsigned>() % weakness)) / 128;
1648
1649         if (rootMoves[i].score + push >= maxScore)
1650         {
1651             maxScore = rootMoves[i].score + push;
1652             best = rootMoves[i].pv[0];
1653         }
1654     }
1655
1656     return best;
1657   }
1658
1659 } // namespace
1660
1661 /// MainThread::check_time() is used to print debug info and, more importantly,
1662 /// to detect when we are out of available time and thus stop the search.
1663
1664 void MainThread::check_time() {
1665
1666   if (--callsCnt > 0)
1667       return;
1668
1669   // When using nodes, ensure checking rate is not lower than 0.1% of nodes
1670   callsCnt = Limits.nodes ? std::min(1024, int(Limits.nodes / 1024)) : 1024;
1671
1672   static TimePoint lastInfoTime = now();
1673
1674   TimePoint elapsed = Time.elapsed();
1675   TimePoint tick = Limits.startTime + elapsed;
1676
1677   if (tick - lastInfoTime >= 1000)
1678   {
1679       lastInfoTime = tick;
1680       dbg_print();
1681   }
1682
1683   // We should not stop pondering until told so by the GUI
1684   if (ponder)
1685       return;
1686
1687   if (   (Limits.use_time_management() && (elapsed > Time.maximum() - 10 || stopOnPonderhit))
1688       || (Limits.movetime && elapsed >= Limits.movetime)
1689       || (Limits.nodes && Threads.nodes_searched() >= (uint64_t)Limits.nodes))
1690       Threads.stop = true;
1691 }
1692
1693
1694 /// UCI::pv() formats PV information according to the UCI protocol. UCI requires
1695 /// that all (if any) unsearched PV lines are sent using a previous search score.
1696
1697 string UCI::pv(const Position& pos, Depth depth, Value alpha, Value beta) {
1698
1699   std::stringstream ss;
1700   TimePoint elapsed = Time.elapsed() + 1;
1701   const RootMoves& rootMoves = pos.this_thread()->rootMoves;
1702   size_t pvIdx = pos.this_thread()->pvIdx;
1703   size_t multiPV = std::min((size_t)Options["MultiPV"], rootMoves.size());
1704   uint64_t nodesSearched = Threads.nodes_searched();
1705   uint64_t tbHits = Threads.tb_hits() + (TB::RootInTB ? rootMoves.size() : 0);
1706
1707   for (size_t i = 0; i < multiPV; ++i)
1708   {
1709       bool updated = (i <= pvIdx && rootMoves[i].score != -VALUE_INFINITE);
1710
1711       if (depth == ONE_PLY && !updated)
1712           continue;
1713
1714       Depth d = updated ? depth : depth - ONE_PLY;
1715       Value v = updated ? rootMoves[i].score : rootMoves[i].previousScore;
1716
1717       bool tb = TB::RootInTB && abs(v) < VALUE_MATE - MAX_PLY;
1718       v = tb ? rootMoves[i].tbScore : v;
1719
1720       if (ss.rdbuf()->in_avail()) // Not at first line
1721           ss << "\n";
1722
1723       ss << "info"
1724          << " depth "    << d / ONE_PLY
1725          << " seldepth " << rootMoves[i].selDepth
1726          << " multipv "  << i + 1
1727          << " score "    << UCI::value(v);
1728
1729       if (!tb && i == pvIdx)
1730           ss << (v >= beta ? " lowerbound" : v <= alpha ? " upperbound" : "");
1731
1732       ss << " nodes "    << nodesSearched
1733          << " nps "      << nodesSearched * 1000 / elapsed;
1734
1735       if (elapsed > 1000) // Earlier makes little sense
1736           ss << " hashfull " << TT.hashfull();
1737
1738       ss << " tbhits "   << tbHits
1739          << " time "     << elapsed
1740          << " pv";
1741
1742       for (Move m : rootMoves[i].pv)
1743           ss << " " << UCI::move(m, pos.is_chess960());
1744   }
1745
1746   return ss.str();
1747 }
1748
1749
1750 /// RootMove::extract_ponder_from_tt() is called in case we have no ponder move
1751 /// before exiting the search, for instance, in case we stop the search during a
1752 /// fail high at root. We try hard to have a ponder move to return to the GUI,
1753 /// otherwise in case of 'ponder on' we have nothing to think on.
1754
1755 bool RootMove::extract_ponder_from_tt(Position& pos) {
1756
1757     StateInfo st;
1758     bool ttHit;
1759
1760     assert(pv.size() == 1);
1761
1762     if (pv[0] == MOVE_NONE)
1763         return false;
1764
1765     pos.do_move(pv[0], st);
1766     TTEntry* tte = TT.probe(pos.key(), ttHit);
1767
1768     if (ttHit)
1769     {
1770         Move m = tte->move(); // Local copy to be SMP safe
1771         if (MoveList<LEGAL>(pos).contains(m))
1772             pv.push_back(m);
1773     }
1774
1775     pos.undo_move(pv[0]);
1776     return pv.size() > 1;
1777 }
1778
1779 void Tablebases::rank_root_moves(Position& pos, Search::RootMoves& rootMoves) {
1780
1781     RootInTB = false;
1782     UseRule50 = bool(Options["Syzygy50MoveRule"]);
1783     ProbeDepth = int(Options["SyzygyProbeDepth"]) * ONE_PLY;
1784     Cardinality = int(Options["SyzygyProbeLimit"]);
1785     bool dtz_available = true;
1786
1787     // Tables with fewer pieces than SyzygyProbeLimit are searched with
1788     // ProbeDepth == DEPTH_ZERO
1789     if (Cardinality > MaxCardinality)
1790     {
1791         Cardinality = MaxCardinality;
1792         ProbeDepth = DEPTH_ZERO;
1793     }
1794
1795     if (Cardinality >= popcount(pos.pieces()) && !pos.can_castle(ANY_CASTLING))
1796     {
1797         // Rank moves using DTZ tables
1798         RootInTB = root_probe(pos, rootMoves);
1799
1800         if (!RootInTB)
1801         {
1802             // DTZ tables are missing; try to rank moves using WDL tables
1803             dtz_available = false;
1804             RootInTB = root_probe_wdl(pos, rootMoves);
1805         }
1806     }
1807
1808     if (RootInTB)
1809     {
1810         // Sort moves according to TB rank
1811         std::sort(rootMoves.begin(), rootMoves.end(),
1812                   [](const RootMove &a, const RootMove &b) { return a.tbRank > b.tbRank; } );
1813
1814         // Probe during search only if DTZ is not available and we are winning
1815         if (dtz_available || rootMoves[0].tbScore <= VALUE_DRAW)
1816             Cardinality = 0;
1817     }
1818     else
1819     {
1820         // Clean up if root_probe() and root_probe_wdl() have failed
1821         for (auto& m : rootMoves)
1822             m.tbRank = 0;
1823     }
1824 }